为了减轻海浪和水波对岸体的冲刷以及降低土压力、水流入渗带来的变形影响,需要对河流、湖边、港口等地区的岸坡实施堤岸加固的措施,这类措施也就是所谓的护坡工程。传统的河道护坡工程设计时,主要基于河道的安全性的考虑,通过混凝土或者石块砌筑于河道表面形成抗冲击防护层以抵御河水侵蚀及洪水冲刷,在此基础上还要兼顾蓄水、排涝和防洪的功能。
使用干砌块石护坡历史悠久,通常是利用当地石料,通过筛选出物理性能、大小达到标准的自然石料人工干砌造而成具备一定的坡度或者竖立的护坡,见图3.1。
干砌块石护坡具有构造简单、施工方便、工程开支小;此护坡还可以有效减少水流对护坡冲刷而引起侵蚀坍塌的现象发生,在流量较大而流速不是很大的河道护坡工程中可以应用;当河道流速较大时,可在施工中填塞一些黏性土或水泥土到石料间的缝隙中,并种植上花草树木和其他植物,用来美化护坡;其结构坚固又具有较好的透水性。
图 3.1 干砌块石护坡
干砌石护坡弹性好,能够随着坡面的不均匀沉陷而滑落、充填沉陷区域,减小水体对护岸的冲刷程度,一般适用于救急、抢险等紧急情况。
干砌石块石护坡的缺点主要表现在:①对石块和砂料的要求较高,生物亲和性较差;②整体性能较差,不具有美观性。
为了防止大流量河道受洪水过度冲刷就要采用相对坚固的浆砌石做护坡。浆砌块石整体护坡指的是使用石体材料、水泥砂浆砌筑成竖直的挡土防护墙,充分利用河道的过水断面,提高抗冲刷能力,见图3.2。
图 3.2 浆砌块石护坡
选取砌石胶结材料时,根据河道最大水流流速可选择白灰砂浆或水泥砂浆。浆砌块石护坡结构的完整性、稳定性好,强度高,抗冲击能力强,施工方便,但成本太高,可以应用于长江、黄河和其他流速大的河流的堤防护坡工程。如果在墙背处部分墙身使用干砌块石,构成竖立式的半浆砌块石护坡,可在减少水泥使用量的同时既能满足墙身稳定和强度的要求又有利于河流水与地下水的交流。
浆砌块石护坡工程由于其较强的地形适应能力,在河道弯曲幅度较大以及岸坡表面变化明显的地段均能适用,一般河道治理进入稳定阶段后,对河流进行分段治理过程中推荐使用浆砌块石护坡。
浆砌块石护坡的缺点为浆砌石护坡与河道的环境可接受性结合较差,浆砌块石护坡成型后,虽然其表面光滑平整,但不利于河道生态平衡及环境建设。
在较大型河流急弯段或受河道水流直冲的深沟处,其堤脚容易被冲击成深坑,任其发展下去会出现乃至酿成决堤的严重事故。若此处石料丰裕可以采用抛石型护坡,抛石一般放在水面以下,与干砌石护岸相比抛石护岸具有易抛性,不害怕水流侵蚀,几何形状可变,水力糙率高,抵御河水冲刷能力强、易维修、易于修补以及使用寿命长等优点。黑龙江省虎林市的月牙湖口护岸工程以及乌苏里江水系抛石护坡采用比较普遍。
抛石护坡的材料来源比较方便,可以用废弃的石料、混凝土块体等。但是对材料的粒径和形状有一定的要求,抛石护坡主要分为护脚、石料护坡和混凝土封顶3个部分,其中护脚的设计比较重要,因为这将直接影响到护坡部分的稳定性,抛石稳定坡度确定和抛石范围和厚度的控制是目前进行抛石护岸设计手段。在水流较急,河道凹岸和转弯处应保证水下边坡稳定度,水位较低时,应该控制抛石层厚度和范围进行设计,在进行施工中注意将形状规格的块石选好放在岸上作为坡面护顶的备料。密西西比河抛石护岸见图3.3。
混凝土护坡原材料为水泥、砂等材料,相对于砌石护坡对坡体块石材料规格和外观的严格要求而言,混凝土护坡的材料来源要容易许多。混凝土护坡多应用于工程规模较大的、占地面积较广的护坡工程中,从材料的获取难易程度来说水泥、砂石等材料都是极容易运输和获取的。同时混凝土工程的施工进度比较快、工期较短,可用于救灾抢险,或者工程时间紧的工程。混凝土护坡见图3.4。
图 3.3 密西西比河抛石护岸
图 3.4 混凝土护坡
在正常使用的方面来说,混凝土护坡一体性优越,抵御河流淘刷、洪水侵蚀效果比较好,同砌石类型的护坡相比较来说,抵抗风化剥蚀的能力强,同时岸体表面的光滑度也较好。另外,混凝土护坡也有优越的性能,那就是抵抗冻融破坏的作用,这一点对北方来说尤为重要;从外观效果来看,混凝土护坡整齐、美观大方,目前我国的北方地区大多数应用的都是这种材质的护坡方式,事实上很多工程的建筑都是离不开混凝土的,混凝土的适用性非常强。
混凝土护坡包括预制混凝土护坡和现浇混凝土护坡,其中预制混凝土护坡可先将预制混凝土在工厂按一定规格要求进行预加工制作,然后运至现场在进行整合铺设,一般应用在景观要求度较高的城区护坡处,其具有可以进行工业化加工、缩短护坡工程工期、工程性能优越等优点。预制出的混凝土护坡板质量有保证、形状规则、整齐。但是在实际运用中应当考虑到材料及运费等因素故造价较高。
现浇混凝土护坡与预制混凝土护坡相比施工次序不同,需要在工地现场进行施工,工期较长,现浇混凝土护坡施工时需要的运输工具和浇筑机械种类比较多,所以施工场地的交通运输状况和作业环境一定要比较稳定,否则会给工程的进展带来巨大的阻力,但是相对于预制混凝土护坡来说现浇混凝土护坡的浇筑块体体积较大,在施工环境较好的工程里,施工比较方便、迅速,直接将施工模板铺设在坡面垫层上进行浇筑即可,工程造价要比预制混凝土护坡低。
混凝土护坡在过去几十年的河道整治中应用最为广泛。混凝土护坡又被称为三面光护坡,虽然它具有抗冲刷能力强,适用于大江大河流速较大部位的优点,但也有最大的缺点,即隔断植物、水中生长生物繁殖生长的通道。由于堤防护坡无法满足绿色植物的成长,缺少植物气息,将河道处在很闭塞的状况下,越来越无法适应社会的发展,正逐步被新型生态混凝土护坡取代。