1 工程概况

广州南沙新区明珠湾区起步区灵山岛尖北段海岸及滨海景观带建设工程位于蕉门水道右岸, 属于内河不规则半日潮汐河段, 结合城市景观布设堤防 (含水闸、船闸) , 建成人-水-城和谐的防洪 (潮) 工程, 形成完善的防洪 (潮) 排涝体系, 建立可靠的城市水安全, 堤岸长3 054m, 设计防洪 (潮) 标准为200年一遇, 根据附近南沙水牛头潮汐监测站数据, 200年一遇洪水水位标高为7.900m。

堤岸防护工程主要是防止水流和波浪对岸坡基土的冲蚀、掏刷、踏岸, 是保证堤坡安全的预防措施。本标段堤岸主体设计采用三级平台:一级平台为拆除原旧堤, 利用旧堤浆砌石堤身, 新建钢筋混凝土结构护坡挡墙, 挡墙标高为6.800m;二级平台为原旧堤堤身修坡、整平后新建钢筋混凝土结构护岸挡墙, 挡墙标高为7.500m;三级平台为新建堤身修坡、整平后新建钢筋混凝土结构防浪挡墙, 挡墙标高为8.200m。堤身景观带设置堤顶步道, 作用为防越浪结构, 堤顶步道标高为8.500m。其中二级平台与三级平台之间砌筑防洪型混凝土预制植草砖 (以下简称植草砖) , 堤岸主体结构断面如图1所示。

植草砖长500mm、宽500mm、高400mm, 采用定制钢模预制, 材料为C30混凝土 (见图2～4) , 为提高混凝土结构在海水环境下的耐久性, 要求植草砖须掺入混凝土高效抗海水腐蚀剂, 高效抗海水腐蚀剂相关要求如下。

1) 高效抗海水腐蚀剂掺入量为混凝土胶凝材料的5%, 即20kg/m³。

2) 高效抗海水腐蚀剂技术要求:电通量合格范围为800～1 200C;氯离子扩散系数≤0.01;抗蚀系数≥0.95;通气量≤3.0%;凝结时间与基准混凝土相当;28d抗压强度比≥120%;14d混凝土限制膨胀率≤1.5×10^-4;相对耐久性指标90%;抗硫酸盐极限浓度[SO₄^-2]为15 000mg/L。

3) 高效抗海水腐蚀剂执行GB 8076—2008《混凝土外加剂》和JC/T 1011—2006《混凝土抗硫酸盐类侵蚀防腐剂》标准。

1) 风速计算确定风速计算可采用历年汛期最大风速平均值的1.5倍, V=42.5×1.5=63.75m/s。

2) 风向确定按夏季主导风向南风或东南风考虑, 风浪造成的冲击波接近正向波。

3) 风区长度确定根据工程区河道地形, 风区长度按0.55km计算。

4) 水域平均水深确定水域平均水深=设计水位-河底高程, 经水下地形图测算, 取15m。

5) 平均波高确定采用莆田试验方法计算, 公式如下:

式中, 为平均波高 (m) ;为平均周期 (s) ;V为平均风速 (m/s) ;F为风区长度 (m) ;d为水域平均水深 (m) ;g为重力加速度 (9.81m/s²) 。

6) 块体质量及厚度确定采用人工块体, 单个块体质量Q及护面厚度可根据下式计算:

式中, Q为块体个体质量 (kg) ;γ_b为块体容重 (kN/m³) ;γ为水的密度 (k N/m³) ;H为设计波高 (m) ;K_D为稳定系数;τ为块体护面层厚度 (m) ;n为护面块体的层数;c为系数。

计算得:Q=1.67kg, τ=0.266m。

根据上述计算可知, 块体质量Q=1.67kg<164.22kg, 块体厚度τ=0.266m<0.400m, 现场采用混凝土植草砖规格完全满足抗风浪冲刷要求。

植草砖施工内容包括:清基修坡、植草砖预制加工、植草砖运送准备、植草砖铺装、植草砖内填充耕植土等工作。

清基与修坡直接影响工程总体质量。在清基时, 将施工范围内的堤基表层不合格土、杂物等清除干净, 堤基范围内的坑、槽、沟等按碾压筑堤法进行填筑, 分层碾压使其压实度满足设计要求。修坡以铲坡为主, 尽量不回填, 保证工程完成后总体外观平顺、美观。

在施工场地周边选择一处便于运输安装的预制场地, 采用外购商品混凝土进行预制加工, 商品混凝土通过溜槽均匀铺入模具型腔, 经过预压、振动成型、脱模等工序, 成型后在室内进行湿养护3d, 然后送到成品堆场养护10～15d即可出厂。

采用15t随车吊平板车进行转运, 植草砖叠放不能超过2层, 确保混凝土转运过程中不出现缺边掉角等情况。

植草砖的强度、形状、平面尺寸和厚度等应送检且检验符合设计要求。植草砖铺设时, 自下而上进行, 表面平整、砌缝紧密、整齐有序。植草砖底部垫平填实, 无架空, 块间紧密连接, 缝隙宽度符合规范要求, 确保护坡整体性及稳定性。对周边不能被植草砖覆盖的坡面, 采用现浇混凝土封堵。

植草砖安装完成后, 对植草砖内及植草砖间回填腐殖土、植草, 腐殖土回填时, 必须夯实并填至与植草砖高度相同, 以确保绿化面积。

根据工程量、材料和产品进出情况建立预制场, 应离堤岸施工点较近, 可通过施工便道将植草砖送往各施工点。

植草砖采用外购商品混凝土, 生产采用塑料模具, 浇筑前先在模内涂刷脱模剂然后浇筑。振捣采用振动台振捣, 待混凝土振捣至表面泛浆、平坦不再下沉为止, 用木模子收平。

植草砖预制允许偏差、检验数量和方法如表1所示。

待堤防沉降稳定后或一级开挖完成后或在自然坡面, 按设计坡度进行刷坡修整, 填补坑洼, 清除坡面浮土。刷坡量比较大的段落, 先用挖机修坡, 预留20cm人工修坡, 坡面应平整、稳定, 不得扭曲和贴坡;坡面边线要求整齐、顺直, 曲线线形应圆滑。局部回填部位采用人工回填, 要求用小型机具夯实, 压实度不小于95%。具体要求及检验数量和方法如表2所示。

植草砖沿坡面砌筑前, 先检查坡度、平整度是否达到设计和规范要求, 满足要求后方可铺砌。铺砌要挂线施工, 防护与坡面密贴结合, 植草砖咬口紧密, 无干缝、瞎缝, 砌缝宽度不大于3cm。植草砖铺砌的质量要求如表3所示。

防洪型混凝土预制植草砖护坡是一种刚柔相济的护坡形式, 有较广泛的适用性。它集中了各种护坡形式的优点, 具有整体性好、抗风浪、防掏刷、施工简单、经济实用等优点, 且能进行绿化种植, 改善河道周边生态环境。防洪型混凝土预制植草砖护坡作为一种新型护坡形式, 优点突出, 未来会有广阔的应用前景。