柔性生態(tài)護(hù)坡在清原縣紅河上的應(yīng)用

石險峰，周東震，全大力

（1.遼寧省清原縣水務(wù)局河道處，遼寧清原113300；2.吉林省德能科技開發(fā)有限公司，吉林長春 130022）

1 概況

紅河是渾河的發(fā)源地，屬遼河流域。河流流經(jīng)撫順、沈陽、遼陽、鞍山、營口入渤海。森林覆蓋率占74.6%，自然覆蓋率80.9%，其中大蘇河、灣甸子部分森林仍保持著原始狀態(tài)。紅河流域具有良好的生態(tài)環(huán)境，適宜野生動物繁衍生息。紅河流域面積較大，集雨面積845 km2，多年平均徑流深327 mm，多年平均徑流量2.62億m3，豐富的水源使下游的撫順、沈陽、遼陽等城市的工農(nóng)業(yè)用水得到保障。

紅河是東部山區(qū)的高寒極地，凍脹破壞嚴(yán)重，河道邊坡受水流淘刷，是典型的山區(qū)性河道，因而不易治理。2000—2006年汛前，紅河河道整治防洪標(biāo)準(zhǔn)提高到10年一遇，防護(hù)多采用石籠丁壩型式，部分為混凝土現(xiàn)澆板。

2 生態(tài)護(hù)坡技術(shù)

柔性生態(tài)邊坡系統(tǒng)是用軟體特殊環(huán)保材料取代高耗能的鋼筋、混凝土、石材等硬體材料，通過創(chuàng)新設(shè)計的聯(lián)結(jié)組件構(gòu)建穩(wěn)定邊坡的全新護(hù)坡技術(shù)。柔性生態(tài)邊坡系統(tǒng)解決了多種傳統(tǒng)剛性邊坡不可突破的技術(shù)難題，如施工基礎(chǔ)要求高、施工難度大、分離塌陷、靜水壓力、凍融凍脹、不能綠化、阻斷水土等等。使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、水土保持與綠化一次完成，是生態(tài)、環(huán)保、節(jié)能與柔性結(jié)構(gòu)四位一體的邊坡建設(shè)新技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于水利、交通、市政、園林、地產(chǎn)及高爾夫球場、鹽堿地邊坡、濕地維護(hù)與建設(shè)等領(lǐng)域。

軟體材料（生態(tài)袋）和特殊聯(lián)結(jié)組件（多向?qū)?lián)結(jié)扣）是多向?qū)嵝陨鷳B(tài)邊坡系統(tǒng)的兩個主要系統(tǒng)材料組件。

2.1 生態(tài)袋

1）材質(zhì)。生態(tài)袋是以改性聚丙烯（PP）為原料，采用無紡針刺工藝經(jīng)燒結(jié)制成，具有較高的科技含量，是一種新型的高級土工合成織物，在正常工況條件下，其使用壽命長達(dá)120年。生態(tài)袋充分考慮了材料力學(xué)、水利學(xué)、生物學(xué)、植物學(xué)等諸多學(xué)科的要求，對材料的受力、滿足植物生長的等效孔徑（O95）、良好的透水不透土等方面進(jìn)行了嚴(yán)格的界定，具有抗紫外線、抗酸堿鹽、抗微生物侵蝕、防凍漲、無毒、耐老化、裂口不延伸的特點(diǎn)，并且永不降解，百分之百回收，真正實(shí)現(xiàn)了零污染。較目前常用的采用國內(nèi)相類似土工產(chǎn)品優(yōu)勢明顯。

2）外形尺寸。生態(tài)袋充分考慮了人體工程學(xué)理論，常用規(guī)格的生態(tài)袋尺寸更符合國人的身體體質(zhì)，更便于搬運(yùn)及堆砌。

3）厚度。保證了透水不透土的特性，能將坡體內(nèi)的滲水迅速排出，減少了邊坡靜水壓力，同時滿足植物根系的穿透和生長，從而更加保證了坡體的穩(wěn)定性。

2.2 多向?qū)?lián)結(jié)扣

多向?qū)B接扣特有的倒鉤棘爪位置及數(shù)量的分布，從材料力學(xué)角度分析，形成了蜂巢式緊鎖結(jié)構(gòu)，將集中應(yīng)力合理分散；多向通道凹槽、及非流線性凸肋，形成了多向?qū)W(wǎng)，從水利學(xué)角度分析，能夠?qū)⑦吰聺B水迅速排出，減少靜水壓力對坡體的破壞；垂直空洞間距及孔徑布局、大小等，從植物學(xué)角度分析，較傳統(tǒng)的平板連接扣更適合植物根系的生長，利于植物根系在邊坡體內(nèi)的生長和穿透，更容易形成生態(tài)錨桿效應(yīng)；通過拉力試驗證明，設(shè)置了多向?qū)?lián)結(jié)扣的坡體的抗拉力為3 000 N以上，是普通平板連接方式的1.5倍以上，且隨著植物根系形成的生態(tài)錨桿效應(yīng)，抗拉力將成倍增加。

2.3 東北地區(qū)的適應(yīng)性和實(shí)用性

柔性邊坡系統(tǒng)特別適合東北地區(qū)冬季凍漲的實(shí)際情況：凍漲攪動后產(chǎn)生體積膨脹，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的附加應(yīng)力，造成結(jié)構(gòu)局部或整體的破壞；而柔性結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)這種變形和擠壓，同時還可將局部的集中膨脹力化解為均布應(yīng)力，起到很好的以柔克剛的效果使結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。水位漲落帶部位，在水位變動和波浪的淘蝕下，植被的根系土被淘空，地表立刻荒蕪化，土體慢慢液化帶入水底，柔性結(jié)構(gòu)中具有特殊功能的袋體防止液化和流失，讓植被得以生根和生長，同時對于坡面的局部空隙能及時填壓和補(bǔ)充，切斷了水流的通道，植被根系得以扎入和錨固，從而形成穩(wěn)定生態(tài)邊坡。

3 紅河生態(tài)護(hù)坡工程應(yīng)用

紅河馬前寨段護(hù)坡長度700 m，護(hù)坡坡度1∶1.5，護(hù)坡高度3.6～4.3 m。整體施工完全采用人力搬運(yùn)和壘砌，未動用任何大型機(jī)械設(shè)備，主體施工期10 d，綠化施工期（植被長至10 cm）約30 d，總工期不超過50 d。

設(shè)計簡圖見圖1。

4 百年洪水下的成功應(yīng)用

4.1 自然情況

2010年7月31 日，清原地區(qū)遭遇特大暴雨災(zāi)害，紅河流域洪峰流量為2 485 m3/s，平均流速高達(dá)4.6 m/s，紅河水位最高時上漲了5.8 m，達(dá)到了100年一遇的洪水。

4.2 生態(tài)護(hù)坡坡體狀況

在這百年不遇的洪水中，柔性生態(tài)護(hù)坡坡體完全被淹沒。在洪水自漲到落的110多h中，生態(tài)護(hù)坡經(jīng)歷了高速水流沖刷、泥沙沖擊覆蓋、上游沖流下來的樹木石塊撞擊等惡劣物理性水環(huán)境考驗，生態(tài)袋袋體無任何損壞，坡體無沉降和塌陷現(xiàn)象。其透水不透土的材料特性，有效地保障了河流邊坡的水土無流失。

4.3 生態(tài)護(hù)坡綠化植被狀況

播種后已生的植被中，厭水耐旱性的紫花苜蓿草在被水淹沒5 d后，近2/3停止生長；禾本科植被基本全部保持存活。

在洪水過后對損失植被的坡體表面重新進(jìn)行綠化補(bǔ)種，原植被依舊正常生長。20 d左右之后，生態(tài)護(hù)坡效果完全顯現(xiàn)。

5 結(jié)語

1）生態(tài)袋的材料特性、生態(tài)護(hù)坡的結(jié)構(gòu)設(shè)計、袋體之間的聯(lián)結(jié)裝置都是保持生態(tài)護(hù)坡穩(wěn)定的重要因素。

2）生態(tài)護(hù)坡的綠化應(yīng)考慮流域特點(diǎn)，多采用親水或不厭水的草生或灌木植被，以防止在突發(fā)性的水位變化時影響生態(tài)效果。

3）生態(tài)護(hù)坡的穩(wěn)定性和抗沖刷性可以滿足水利應(yīng)用要求。

［1］國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006━2020年）［M］.2006.

［2］水利科技發(fā)展規(guī)劃（2001-2010年）［M］.

［3］全國水土保持科技發(fā)展規(guī)劃綱要（2008—2020年）［M］.

［4］許士國，高永敏，劉盈斐.現(xiàn)代河道規(guī)劃設(shè)計與治理［M］.北京：水利水電出版社.

［5］韓玉玲，岳春雷，葉碎高，等.河道生態(tài)建設(shè)——植物措施應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：中國水利水電出版社，2009.