城市渠溪生态景观的结构设计方法

第２３卷第２期２００９年４月

土工基础、ｂ１．２３Ｎｏ．２

ＳＯｉｌＥｎｇ．ａｎｄＦｏｕｎｄａｔｉＯｎ

Ａｐｒ．２００９

城市渠溪生态景观的结构设计方法

彭定新，余玲，一曾丽萍

（武汉市政工程设计研究院有限责任公司，武汉４３００１５）

摘要：自然景观丰富的渠溪是今后城市渠溪整治的目标和发展方向，渠溪结构安全是保证渠溪满足各种功能的前提，从渠底治理、边坡治理和节点治理三个方面探讨了渠溪满足生态景观的结构设计思路和方法，对渠溪的综合整治具有一定的参考价值。

关键词：渠溪，生态，景观，结构设计，边坡治理

中图分类号：ＴＵ一８０

文献标识码：Ｂ文章编号：１００４—３１５２（２００９）０２—００５４一０４

部是否有发生深层滑动导致渠底隆起的可能；二是

１

前言

随着环保意识的增强，人们越来越意识到河流、

渠溪边坡是否有因失稳引起边坡崩塌的可能。渠底发生深层滑动的危害大于边坡失稳的危害，前者防治的难度和需要采取的力度往往也大于后者。如渠底发生深层滑动，势必引起边坡失稳，因此，确保渠底不发生深层滑动是保证边坡稳定的前提。

边坡稳定分析方法主要有瑞典条分法、简化Ｂｉｓｈｏｐ法、Ｊａｎｂｕ法、摩根斯坦一普赖斯法等，以上方法又可分为总应力法和有效应力法。稳定分析计算软件可以选用理正边坡稳定分析等多种软件。

渠溪结构设计主要是解决渠底深层滑动和浅层底采取浆砌块石、干砌块石或预制混凝土块等；护岸则采取浆砌块石或现浇混凝土挡土墙等。这种结构设计很难构建自然生态的景观。我们提倡将地基处理和基坑支护设计融合到渠道结构设计中来，同时，兼顾自然生态景观的设计理念，这样，设计方案将会更加多种多样。同时，也应注意有些地基处理方法和基坑支护设计是不适宜用于渠道结构设计的。例如，堆载预压法用于渠道地基处理就不很合理，基坑支护的喷锚法用于渠道边坡的保护不生态，也不适宜。

沟渠、小溪等水资源是一个城市宝贵的财富。综合整治滨水地区的环境景观，构建人与自然和谐相处的水生态环境，具有极其重要的意义。要构建渠溪自然生态景观，保证渠溪结构安全是前提。城市渠溪的综合整治设计涉及到排水、结构、园林、绿化、景观等多个专业，本文将从结构专业角度探讨城市渠溪满足自然生态、和谐景观的设计思路和方法。

２渠道结构总体设计思路

要使城市渠溪达到自然、生态、和谐的景观效果，其结构设计需要注意以下几点：

（１）要在保证安全的前提下，尽可能地为构建渠溪自然生态景观创造条件；（２）在渠道边坡能够自稳的情况下，尽可能地少采用硬质结构护坡护岸；（３）采用硬质结构进行护坡护岸时应隐藏或尽可能减少外露渠道受力的结构；（４）应将渠道护坡护岸结构融入到自然风景中去［１３；（５）设法不让结构材料留给人们单一呆板的印象；（６）渠道结构设计应尽可能地为人们亲水提供方便。

总之，碧水和绿色充盈、自然景观丰富的渠溪，是今后渠溪整治的目标，而整治过的渠溪应该是一个令人感到安全、并可轻松体验自然的空间。

边坡稳定分析主要解决两个问题：一是渠溪底

收稿日期：２００８一０６—１３

３渠溪底部的治理

若渠溪底部土层良好，没有淤泥、淤泥质粘土等软弱下卧层，渠溪边坡较缓，渠顶活荷载不大，则渠溪底部一般不会发生深层滑动。为了构建自然生态

作者简介：彭定新，男，１９７２年生，硕士，高级工程师，一级注册结构工程师，主要从事市政、水利及民用建筑工程的设计和研究工作．

万方数据　

第２期彭定新等：城市渠溪生态景观的结构设计方法

的渠底，无须采取其它任何结构措施进行护底或深层处理，保持土质渠底即可，园林绿化专业还可以在渠底布置一些水生植物或其它水中景观。

当渠溪底部有较厚的淤泥、淤泥质粘土等软弱土层或软弱下卧层，渠溪边坡较陡，渠顶活荷载又大时，渠溪底部往往会发生深层滑动，采取结构处理措施是非常必要的。为了保证渠底安全并构建自然生态的渠底，可在渠底坡脚处设置抗滑桩或抗滑墩，或将渠底坡脚处局部土体进行改良。现分述如下：

（１）渠底坡脚处设置抗滑桩或抗滑墩

首先确定最不利的滑动面，再计算滑体的剩余下滑力，这些剩余下滑力考虑由抗滑桩或抗滑墩承担，从而确定抗滑桩的直径、间距或抗滑墩的结构尺寸。

滑动体的剩余下滑力以及抗滑桩已有比较成熟的理论分析和计算公式，也可采用理正抗滑桩设计等软件进行分析计算。

若渠底淤泥或淤泥质粘土厚度在１ｍ～３ｍ以内，可以设置抗滑墩，即在渠底坡脚处一定宽度范围内采取抛石挤淤方法进行处理。当渠底淤泥或淤泥质粘土厚度在３ｍ以上时可以考虑设置抗滑桩。

（２）渠底坡脚处局部土体改良

主要借鉴道路地基处理的设计理念和方法，但道路地基处理是将整个路面以下的不良地基都进行处理，而渠溪的地基处理从节约投资和构建自然生态两个方面考虑，可以只对渠底坡脚处局部土体进

行处理。

当渠底淤泥或淤泥质粘土厚度在１ｍ～３ｍ内时，可在渠底坡脚处一定宽度范围内清淤换填，换填材料可以是粘性土或砂性土，或级配砂石混合料等等，但不得含淤泥、腐植土、植物根茎、杂草及大块状物。应分层回填、分层夯实，分层厚度不大于Ｏ．３０ｍ，压实度不小于ｏ．９５。武汉新区六湖连通一明珠河有约１００ｍ长的河道两侧渠堤是在现有水塘上填土形成的。，渠底设计标高以下淤泥平均厚度约有

１．５

ｍ，为了防止渠堤新填土造成滑坡，采用了渠底

坡脚处局部土体清淤换填，要求将渠底坡脚处内外共６ｍ宽的范围内淤泥全部清除至粉质粘土层，再用粘土进行回填。

当渠底淤泥厚度在３ｍ以上时，采用清淤换填比较困难，可以考虑将渠底坡脚处局部原状土体进行改良。改良方法有很多种，如水泥土深层搅拌桩、ＣＦＧ桩、石灰桩、砂桩等，还可以采用真空预压法。还有近几年发展起来的淤泥固化方法，即在渠底坡脚处一定宽度范围内设ＨＡＳ固化剂粉喷桩固脚

万　

方数据带，如施工质量得到保证，则淤泥的ｃ值可以由１０ｋＰａ以下提高到２５ｋＰａ～３０ｋＰａ，９值可以由５。左右提高到２０。～２５。，显然这是一种有效的地基处理方法。该处理方法在武汉新区四新地区排水水系项目中的连通港、总港、芳草溪等渠道治理中已作为设计推荐的处理方法，设计断面示意图如图１。

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梅花形布置’ｆ田距１０００ｍｍ

图１武汉四新地区某渠道结构设计标准断面

４渠溪边坡的治理

渠溪边坡的治理就是要避免边坡发生浅层失稳，应根据边坡土质、渠溪断面形式、边坡坡度和高度、周围环境、景观设置要求、人文状况、地理位置、施工技术、水文条件、气候条件、坡顶活荷载以及经济情况等综合考虑。治理必须基于渠底稳固的前提，并且应结合渠底治理方法一起考虑。渠溪的断面一般分为梯形断面或复式断面，梯形断面就是从渠顶到渠底均为斜坡坡面，复式断面就是渠溪下部为垂直坡面、上部为斜坡坡面，当坡度较高时，有时在梯形断面和复式断面中间设一级或几级马道。这两种断面的结构设计方法有较大差别，下面分别列出几种不同的情况下所采取的设计方法。

（１）梯形断面的渠溪边坡治理

①直接绿化坡面。边坡是原状土，土层较好，坡度缓于１：２．５，渠溪边坡自稳能力较强，一般可以直接绿化护坡。

②预制混凝土亲环境植生块护坡。边坡是原状土，土层较好，坡度在１：１．５～１：２．５之间，边坡虽能自稳，但安全系数富余不大，可以采取预制混凝土亲环境植生块或浆砌石拱圈等进行护坡。预制植生块中预留有孔洞，填塞有可供花草生长的养料，浆砌石拱圈圈内也可以栽花种草。因此，可以同时达到既保护边坡又营造绿化景观的目的（见图１）。

③现浇钢筋混凝土纵横梁格子与土钉相结合的护坡。边坡坡度在１：Ｏ．７５～１。１．５之间，自稳能力一般达不到要求，可以采取现浇钢筋混凝土纵横

５６土

工基

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梁格子与土钉相结合的方法。坡面纵横梁间距一般设为１．５ｍ～２ｍ，土钉的长度和间距根据计算分析确定。纵横梁格子之间可以回填耕植土种植花草、灌木等进行绿化，以实现边坡安全和营造绿化景观的目的。示意图见图２。

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④悬臂抗滑桩、悬臂抗滑桩加锚杆或悬臂抗滑桩加渠底支撑。当渠溪规划红线狭窄，边坡高度较高、坡度较陡，渠顶为建筑物时，若设计为挡土墙等支挡结构，就将加大拆迁工程量与支护难度，因此可将渠溪受力结构与基坑支护结合在一起，例如将垂直坡面设计为悬臂抗滑桩。为解决边坡生态问题，可以在桩与桩之间嵌预制生态混凝土鱼槽砖之类的新型生态材料。若悬臂抗滑桩不能完全承受坡面土ｍ左右）时，也可以在渠底设横向钢筋混凝土撑梁。武汉新区六湖连通一明珠河部分区段结构设计就采用了悬臂抗滑桩加渠底支撑（图３）。

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图２武汉某渠道部分区段结构设计标准断面

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④斜坡式生态加筋土挡土墙。当边坡坡度在１：ｏ．５～１：１之间，作为土质边坡，其自稳能力很难达到要求，可考虑采用生态加筋土挡土墙构成斜坡，它尤其适合于两侧渠堤用回填土加高培厚的情况。此时坡面是土工格栅与袋装土形成的坡面，袋装土装有适合植物生长的养料，可以形成生态绿化的坡面。土袋和土工格栅应采用耐老化的新型材料，土工格栅的长度根据计算确定。但渠顶为车行道的路面最好不要采用该方法。

（２）复式断面的渠溪边坡治理

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桩长６ｍ。桩间距１腰粱（ｏ

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５ｍ×Ｏ７ｍ

间距４ｍ，与挡土墙底板整浇

（ａ）渠道结构设计标准断面

复式断面的渠溪，其上部坡面的治理方法与梯

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墙相同。

形断面是一样的。所以，下面主要探讨其下部垂直坡面的治理方法。

①挡土墙外贴新型生态材料。垂直坡面采用浆砌块石或现浇混凝土挡土墙是传统的支挡方法，结构安全容易得到保证，但生态效果较差。为解决结构受力和营造生态的矛盾，可以在挡土墙外铺设预制生态混凝土鱼槽砖之类的新型生态材料。

②挡土墙外帮新型生态材料，渠底设横向撑梁。当垂直坡面以上的斜坡坡度又陡又高时，上部传给挡土墙的土压力非常大，为了减少挡土墙的截面尺ｍ左右的，可以在渠底设横向钢筋混凝土撑梁，撑梁两端支撑在挡土墙基础上。撑梁可以隐藏于覆土之下，对渠底生态没有影响。武汉新区六湖连通一明珠河部分区段就采用了该设计方法（图２）。

③土钉支护。若渠堤是新填土，垂直坡面可采用土钉支护。

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（ｂ）支护桩桩间处理大样

图３武汉某渠道部分区段渠道结构设计标准断面

⑤直立式生态加筋土挡土墙。当渠堤需要回填土加高培厚时，可以将垂直坡面设计为直立式生态加筋土挡土墙，设计方法与斜坡式生态加筋土挡土

（３）渠道断面型式的优化设计。若下部断面为垂直坡面，上部为斜坡坡面，底宽和顶宽受到限制，导致斜坡坡度陡峭，而渠顶现有地面标高又较高，此时可以对渠道断面进一步优化。将边坡改为二级垂直坡面，下坡面顶部设置观景平台，平台设计标高高于渠道规划常水位ｏ．５计为生态加筋土挡土墙、浆砌块石或混凝土挡土墙，挡土墙外表面可以结合当地特色布置浮雕及其它景观（图４）。

万方数据　

第２期

彭定新等：城市渠溪生态景观的结构设计方法

５７

规划渠顶线

设计渠顶标高

抛撤一些鹅卵石或碎石，不但可以调节水流形态，也可以为鱼虾提供休息空间。６

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土工格栅加筋土挡土

工格栅反包生态袋土

隅水位硼蜊胨

结语

（１）城市渠溪的整治不能只考虑排水泄洪这个

、讦渠底标高

单一的功能，必须同时考虑要达到的自然生态、和谐景观的功能。

（２）构建渠溪自然生态景观，必须首先保证渠溪结构安全。渠溪结构设计，要在保证安全的前提下，尽可能地为构建渠溪自然生态景观创造条件，并将渠道结构融入到自然风景中去。

（３）碧水和绿色充盈、自然景观丰富的渠溪。是今后渠溪整治的目标和发展方向，整治后的渠溪应是一个令人感到安全、并可轻松体验自然的空间。

（４）渠溪结构设计主要是解决渠底深层滑动和浅层边坡失稳的问题，除了传统的设计方法以外，可以将道路地基处理和基坑支护等设计手段融合生态景观一起考虑。

（５）在选择设计方法时，应根据边坡土质、渠溪断面形式、边坡坡度和高度、周围环境、景观设置要求、地理位置、施工技术、水文条件、气候条件、坡顶活荷载以及经济情况等综合考虑，合理选择最优的渠溪结构设计方法。

参考

［１］

（ａ）渠道优化标准断面

（ｂ）渠道规划标准断面

圈４优化渠道断面型式的设计图

５节点设计

城市渠溪设计的最终目的是达到人与自然和谐。给人们提供一个体验自然、娱乐休闲的场所，这就要求在适当的位置设置踏步、亲水平台、栈桥和水中堆石等景观元素。

踏步和亲水式踏步，下堤式踏步就是由渠溪顶到亲水平台之间的交通连接踏步，而亲水式踏步是设置在水边能够直接走人到水中的踏步。

（２）亲水平台的设置。材质也应是硬质的，表面于水面Ｏ．５ｍ～１．ｏｍ，或低于水面ｏ．１ｍ～ｏ．５

ｍ。

文献

日本河川治理中心编．护岸设计．刘云俊译［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００４

［２］建筑基坑支护技术规程（ＪＧＪｌ２０一９９）［ｓ］．［３］公路路基设计规范（ＪＴＧＤ３０一２００４）［ｓ］．

［４］龚晓南．地基处理技术发展与展望［Ｍ］．北京ｚ中国水利水电出

版社．知识产权出版社，２００４

（３）水中堆石。在水中局部位置堆码一些大石，

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城市渠溪生态景观的结构设计方法

作者：

作者单位：

刊名：

英文刊名：

年，卷(期)：彭定新， 余玲， 曾丽萍， PENG Ding xin， YU Ling， ZENG Li ping武汉市政工程设计研究院有限责任公司,武汉,430015土工基础SOIL ENGINEERING AND FOUNDATION2009,23(2)

参考文献(4条)

1.日本河川治理中心;刘云俊 护岸设计 2004

2.JGJ 120-1999.建筑基坑支护技术规程

3.JTG D30-2004.公路路基设计规范

4.龚晓南 地基处理技术发展与展望 2004

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