護岸設計原則研究的論文
摘要：本文主要從美觀和造型上，以構(gòu)建優(yōu)美的河川景觀為出發(fā)點，綜述了護岸的設計原則，以便為設計者方便；為了加快推廣應用護岸工程技術(shù)的步伐，本文就護岸類型方面進行了綜述，主要評析了各種護岸工程的特點和優(yōu)缺點以及適用范圍等，為設計和施工方便。
關(guān)鍵詞：護岸設計護岸類型護坡護岸
一、護岸的最重要的因素
（1）不論材料和結(jié)構(gòu)的形式，護岸構(gòu)成了自然環(huán)境的一部分，必須按環(huán)境和工程觀點就設計有效性作出判斷。（2）適當?shù)脑O計方法的研究與改進，需要清楚地理解影響現(xiàn)有岸坡穩(wěn)定性的因素，或者可能影響護岸穩(wěn)定性的因素。
二、護岸設計原則
1．護岸的觀點場
在護岸的景觀設計中，應優(yōu)先考慮的問題是，所在眺望對象的位置，從中選擇最佳位置。
我們將眺望河川的最佳視點場分成以下4種：（1）水流軸向景觀。這是站在橋上等處，順向水流動方向眺望河川的類型。看到的景物有縱深感，并很容易讓人注意到護岸的平面形狀。（2）對岸景觀。這是與河水流向大體垂直地望對岸看到的景觀類型。全部景物容易被看成帶狀重疊的平板，也容易讓人注意到護岸的規(guī)模。（3）水上景觀。一邊乘船一邊觀賞不斷變換的水上景觀類型。由于是從近處仰望堤防和護岸形成的景物，因此可以輕易觀察到護岸形態(tài)的細微之處。（4）俯瞰景觀。遠眺河流及其周圍的廣闊區(qū)域而形成的景物的類型。可以觀察到河流的整體形狀及其與周圍的關(guān)系，但無法看清護岸的規(guī)模和細部形態(tài)。
2．護岸景觀設計的原則
設計原則主要包括：（1）景觀設計原則。要經(jīng)常考慮河流風景的整體，不做只考慮護岸的設計。（2）日常風景原則。河川要具有安全下瀉洪水的功能，但也要當做日常生活場景的設計，而不要只考慮高水位時河水的流動狀態(tài)。（3）透視設計的原則。要始終以透視圖將設計對象空間確認為立體形態(tài)，不能僅憑平面圖和截面圖來進行護岸設計。（4）場所性原則。要充分考慮要進行景觀設計的場所的特性，不能原封不動地照搬別的設計。（5）配角原則。要注意在護岸設計中不要過分渲染，避免讓護岸成為風景的主角。
3．護岸的形態(tài)原則
在構(gòu)思和設計護岸的平面形狀時，要基本上以徐緩曲折的形狀為主，使景觀顯得自然生動。另外護岸的平面形狀要以舒緩怡人的程度作為構(gòu)思的出發(fā)點，不應使其產(chǎn)生小圓弧式的變化，以免破壞河川景觀的怡人效果。護岸的橫截面形狀不要拘泥于左右對稱的形態(tài)，使它們看起來更接近于天然河流。
4．護岸的規(guī)模
考慮到不使護岸在河川風景整體中過分突出，在設計時，不要將混凝土護岸的視覺高度差搞的太大。為了方便人們接近水邊與水親近，在設計時應注意護岸與水面的高度差不要太大。對于護岸的坡度，從易于接近水邊的角度考慮，坡度不宜超過1﹕2.5，以免使坡度更加平緩而產(chǎn)生單調(diào)和顯眼。在護岸長度方面，應避免在很長區(qū)間連續(xù)出現(xiàn)同一形狀的護岸，通常加入階梯設施或運用無落差護槽和接縫等手段，以及讓護岸肩部高度沿縱斷面產(chǎn)生變化。
三、護岸的類型
護岸類型按材料分為以下三類：（1）天然材料護岸，包括草和草皮、合成材料加固的草、蘆葦、柳樹和其他的樹、木結(jié)構(gòu)、灌木、臨時保護。（2）垂直護岸，有鋼板樁、鋼和石棉水泥溝槽板、石籠結(jié)構(gòu)、混凝土和磚以及圬工重力擋土墻、預澆混凝土塊、加筋土結(jié)構(gòu)、其他低造價結(jié)構(gòu)。（3）鋪砌護岸，包括石頭中的拋石、砌石、圬工、石籠沉排、灌漿結(jié)構(gòu)；混凝土中的混凝土塊、現(xiàn)澆混凝土板、土木織物沉排；土工織物和土工膜的有草復合結(jié)構(gòu)、面層和柵格、二維結(jié)構(gòu)（織物）。
四、幾種護岸類型的淺析
1．天然材料護岸
（1）草皮護坡
采用在堤坡表面的粘土層上種植草皮進行堤防坡面保護，是保護堤防免受波浪侵蝕的有效方法。在荷蘭，大部分堤防的護坡均采用草皮護坡，只有當波浪荷載太大、草皮護坡無法提供足夠的護坡保護時才用硬塊護坡的方法。事實上，堤防表面的草皮不僅可以抵抗波浪侵蝕，還可以在農(nóng)業(yè)、生態(tài)和景觀等方面起很大的作用。
堤防草皮護坡的作用部分是由于植草之間的相互交疊，形成了一種類似屋頂瓦片的結(jié)構(gòu)，從而在坡面水流通過時，可以保護土顆粒不隨水流流失。另外，草皮護坡的一個極其重要的作用是草皮根系的蔓延和根瘤的'分枝固定了草根之間的土體，從而起到一種加筋的作用。
2．垂直護岸
（1）直立式半漿砌塊石
直立式半漿砌塊石是漿砌石和干砌塊石混合墻身的擋土墻。為了減少水泥用量，在墻背部分占墻身30%的體積用干砌塊石，能滿足墻身強度要求，對擋土墻穩(wěn)定也無影響。
直立式半漿砌塊石護坡，穩(wěn)定性較好，強度較強，施工方便，外形叫美觀，能較充分利用河面，增加航槽有效寬度，在河面較狹窄的內(nèi)河航道上尤為適宜。維修工程量較小，但造價較高。
（2）立式混凝土空箱護坡
直立式混凝土空箱護坡是一種新型的結(jié)構(gòu)型式。它基于采用50號水泥沙漿砌塊石，混凝土空箱系用140號混凝土預制，80號水泥沙漿砌筑，箱內(nèi)填以實土。考慮到抬運和砌筑方便，預制件不宜過大。
這種型式外型整體美觀，施工砌筑簡便，穩(wěn)定性較好，工程造價較低，并解決了大量石料采購及運輸?shù)睦щy，但水泥用量較多。混凝土空箱護坡與漿砌塊石護坡相比優(yōu)點較多。現(xiàn)為江蘇內(nèi)航道護坡采用的主要形式。
（3）鋼筋石籠和混凝土異形塊護岸
鋼筋石籠和混凝土異形塊護岸特別適用于迎流頂沖的崩岸強度大的河段，用塊石加固后仍發(fā)生崩岸的迎流頂沖段以及塊石缺乏的地區(qū)。
鋼筋石籠和混凝土異形塊護岸優(yōu)點是：（1）漂距小、精度高。實測混凝土異形塊及鋼筋石籠的漂距最大的僅有10m左右，而拋石時漂距達30m左右，故其施工拋投到點的精度較拋塊石要精、要準。（2）虛方少、數(shù)量足．拋混凝土異形塊及鋼筋石籠能有效地杜絕虛噸位，這是拋石無法做到的。（3）失效少，作用大。符合粒徑要求的塊石少，較小的塊石漂距大，易沖走，起不了防沖作用；而混凝土異形塊和鋼筋石籠落點準，覆蓋河床嚴實，固沖作用顯著。其缺點是施工難度大，一次性投資相對較高。
（4）石籠
石籠護岸具有很好的柔韌性、透水性、耐久性以及防浪能力等優(yōu)點，而且具有較好的生態(tài)性。它的結(jié)構(gòu)能進行自身適應性的微調(diào)，不會因不均勻沉陷而產(chǎn)生沉陷縫等，整體結(jié)構(gòu)不會遭到破壞。由于石籠的空隙較大，因此能在石籠上覆土或填塞縫隙，以及微生物和各種生物，在漫長歲月的加工下，形成松軟且富含營養(yǎng)成分的表土，實現(xiàn)多年生草本植物自然循環(huán)的目標。
①石箱（箱形石籠）。石箱是使填石固定就位的鐵絲或聚合物絲的網(wǎng)格式制作物。鐵絲籠是由鐵絲編織的網(wǎng)格或者是焊接而成的結(jié)構(gòu)物。這兩種結(jié)構(gòu)可以是電鍍的，編織的鐵絲箱可另外涂上PVC（聚氯乙烯）。
編成網(wǎng)格的石箱比焊接的石箱柔性更大，因此適應沉陷和荷載的性能是不同的。盡管裝填石料要仔細以保證將快石裝填得很密實，但有時認為剛性石箱比較容易填裝。對于非標準形態(tài)，例如急彎處，或者可能產(chǎn)生大的沉陷的地方，當編織鐵絲或聚合物格形結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，而不損失強度時，寧選用這類結(jié)構(gòu)。
②石籠格網(wǎng)擋墻。石籠格網(wǎng)擋墻是由厚度為0.5—1.0m的鋼絲格網(wǎng)網(wǎng)箱疊砌而成的擋土墻結(jié)構(gòu)。用于代替漿砌石及混凝土成為河流護岸擋墻，亦用于陡峭岸坡的保護，同時實現(xiàn)植被綠化、生態(tài)環(huán)境保護。
③六角網(wǎng)石籠。六角網(wǎng)石籠防護工程由鋼絲箱籠加上填充料構(gòu)成，用作護坡或擋墻工程。具有較好的抗沖性、結(jié)構(gòu)整體性好、價格低廉以及施工方便等優(yōu)點。六角網(wǎng)石籠防護工程的防沖系數(shù)是一般拋石防護工程防沖系數(shù)的兩倍，石籠網(wǎng)墊防護工程中的塊石即使產(chǎn)生位移，此時變形后的護墊結(jié)構(gòu)將調(diào)整，達到新的平衡，而整體不會遭到破壞，從而有效保護岸坡土壤不遭破壞。六角網(wǎng)石籠的一般造價低于混凝土價格，低于或接近漿砌塊石價，特別是在土質(zhì)地基基礎較差地段修建防護工程。使用六角網(wǎng)石籠結(jié)構(gòu)可以免去地基處理的麻煩。在方便施工、縮短施工工期和避免(剛性結(jié)構(gòu))產(chǎn)生裂縫的同時，可以縮減地基處理的大筆費用，更加體現(xiàn)其價格低廉的優(yōu)越性。六角網(wǎng)石籠箱體可按設計意圖，工廠化生產(chǎn)制作出半成品，施工現(xiàn)場則按設計圖進行組裝定型。操作簡便，受氣候干擾小，且適宜于機械化操作，既可保證施工質(zhì)量又可加快工程進度。
3．鋪砌護岸
（1）拋石
拋石具有容易拋投，可置于水下，具有可變形性，具有很高的水力糙率，減小波浪和水流作用和維修要求低，便于修補以及耐久性強等優(yōu)點。
拋石護岸的最大好處是其可變形性很大，以致破壞是緩慢發(fā)生的，當一塊石可相對于另一塊石移動時，拋石有一定的自愈能力，這樣可以允許維修工作按常規(guī)實施。由于在塊石流失或已發(fā)生變形的區(qū)域表面不平整，一般會遭受高于平均水動力的作用，因而實施維修仍然是重要的。
拋石護腳工程設計有控制穩(wěn)定坡度和控制拋石范圍和厚度兩種方法。一般而言，在受水流頂沖的急歪段，深槽近，深泓線離枯水位岸邊拋至深泓，并以控制穩(wěn)定水下邊坡為原則，邊坡一般在1:1.5～1:2.0為宜。枯水位以下近岸坡度叫陡、向下逐漸變緩，應以控制拋石范圍和厚度的方法來設計，拋石范圍一般至河床橫向坡度1:3～1:4處或一定深槽高程處，相應拋石寬度約70～100m。拋石休止角（約等于內(nèi)摩擦角Ф）基本范圍一般在35°～42°間，對于有尖角的壓碎巖石的休止角會更大些。
（2）石籠沉排
石籠沉排是一種較薄的、較柔軟的石籠，其典型的平面尺寸為6m2m，厚度為50mm300mm。一般是用鐵絲編織而成的。也可以進行電鍍和涂上PVC。
（3）石籠格網(wǎng)護墊
石籠格網(wǎng)護墊是厚度為0.15—0.30m的網(wǎng)箱結(jié)構(gòu)。主要用作河道、岸坡護坡。既可防止河岸遭水流、風浪侵襲而破壞，又保持了水體與坡下土體間的自然對流交換功能，實現(xiàn)了生態(tài)平衡；既保護了堤坡，可增添綠化景觀。
（4）土工模袋混凝土面板
土工模袋混凝土面板是由灌入模袋內(nèi)的混凝土凝固后形成的一種剛性面板護岸，它可使堤岸免遭水流的直接淘刷。模袋是由上下兩層土工織物縫制成的袋狀體，上下兩層之間按一定間距設有固定長度的繩索，用來控制成型后的模袋混凝土面板厚度。可根據(jù)工程設計要求，加工成不同厚度、不同規(guī)格的模袋。
土工模袋具有透水不透漿的特點，可將充灌進模袋內(nèi)的混凝土中的多余水分從模袋的孔隙中排走，使混凝土的水灰比顯著降低，加快混凝土凝固速度，從而提高混凝土的強度和耐久性。土工模袋混凝土面板具有抗沖能力強、成本低、不需要模板、施工機械化程度高、工期短、能夠在各種復雜的地形上鋪筑和無需鋪設反濾層等特點，可以在水上及水下同時施工，并能大面積一次鋪筑成型。由于水下施工時不需要修筑圍堰，因此可用于臨時搶險。
（5）土工織物軟體排
土工織物軟體排是以土工織物作為基本材料縫制成的大面積排體，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的柴排。軟體排分單片排和雙片排兩種。單片排是用土工織物縫接成所需尺寸的排體，一般在排體四周和中間每隔一定間距布置繩網(wǎng)，這樣既加大了排體強度,又便于施工。排體上拋填塊石、石籠等壓重材料或鋪設混凝土連鎖板。雙片排是用土工織物縫制成的袋狀體，其中充填透水材料作為壓重。
土工織物軟體排具有良好的柔韌性，適應河床變形的能力強，連續(xù)性、整體性及抗沖性能好，造價比傳統(tǒng)的柴排低。所以，用它完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的柴排。
（6）土工網(wǎng)罩
土工網(wǎng)罩是用高強度的土工合成材料制成的網(wǎng)片，將固腳用的散拋石罩在一起，使散拋石形成一個整體結(jié)構(gòu)，以避免拋石大量走失，提高防沖能力。土工網(wǎng)罩可以避免散拋石大量走失，且具有適應河床變形能力強、施工方便、費用低等特點
（7）土工網(wǎng)墊草皮護坡
土工網(wǎng)墊草皮護坡是將草的根系固土作用和土工網(wǎng)墊固草防沖作用相結(jié)合而形成的一種復合型護坡技術(shù)，比一般草皮護坡具有更高的抗沖能力，適用于任何復雜地形，多用于堤壩護坡及排水溝、公路邊坡的防護。
土工網(wǎng)墊是一種類似于絲瓜瓤網(wǎng)絡的三維結(jié)構(gòu)，由加入炭黑的尼龍絲經(jīng)過一定的工藝處理，并在接點上相互熔合粘接而成。網(wǎng)墊疏松柔韌，90％的孔隙可以充填土、礫石或其他適宜材料。草的根系與尼龍絲互相交織在一起，形成一層堅韌的表皮，牢固地貼在土壤表層。為了使草皮得到良好生長，草種要選擇適宜當?shù)厣L的優(yōu)良品種，一般要求草對土質(zhì)、環(huán)境的適應性要強，并且要耐鹽堿、耐寒、耐旱、耐澇、根系發(fā)達。土工網(wǎng)墊草皮護坡具有成本低、施工方便、恢復植被、美化環(huán)境等優(yōu)點。黑色土工網(wǎng)墊不僅可以延緩網(wǎng)墊老化，而且還可大量吸收熱能，促進植草生長，延長其生長期。
參考文獻
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