生態(tài)護(hù)坡技術(shù)在城市河道整治中的應(yīng)用

王凱浩 張靜文

生態(tài)護(hù)坡,就是綜合考慮 “水安全、水環(huán)境、水資源、水景觀”各方面的協(xié)調(diào),在滿足防洪、排澇等需求的同時(shí),充分考慮生態(tài)效應(yīng),將河堤由過(guò)去的混凝土構(gòu)筑物改造成適合生物生長(zhǎng)的水體、土體、植物(或生物)相互涵養(yǎng)的仿自然狀態(tài)的護(hù)坡[1]。

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天,新型材料和新技術(shù)必將應(yīng)用到河道護(hù)坡和護(hù)岸結(jié)構(gòu)改造。在國(guó)內(nèi)和國(guó)外相繼出現(xiàn)了一批用于生態(tài)方面的材料和技術(shù),如植被草、水力噴播植草技術(shù)、土工材料綠化網(wǎng),植被型生態(tài)混凝土等等。

1 工程現(xiàn)狀

滏陽(yáng)河為子牙河流域兩大支流之一,發(fā)源于河北省磁縣。滏陽(yáng)河歷史上水量豐沛,曾是重要的行洪和航運(yùn)河道。20世紀(jì)中葉,上游支流先后修建多座大中型水庫(kù)工程,下游開(kāi)挖了滏陽(yáng)新河和子牙新河,洪水有了獨(dú)立入海通道,流域防洪能力得到很大提高。但隨之入滏陽(yáng)河下游的水量急劇減少,特別是20世紀(jì)80年代以來(lái),海河流域出現(xiàn)連續(xù)枯水年,滹滏地區(qū)產(chǎn)流量減小,河道航運(yùn)功能隨之喪失,兩岸堤防破損嚴(yán)重,特別是衡水市附近,受城區(qū)建設(shè)的影響,堤防已經(jīng)支離破碎,部分河段灘地被嚴(yán)重侵占,河道過(guò)水能力減小。

2009年3月,滏陽(yáng)河綜合整治工程開(kāi)始啟動(dòng),該工程是衡水市政府提出的 “大衡水”計(jì)劃的核心內(nèi)容之一。所謂 “大衡水”計(jì)劃,即全力打造 “一湖、一州、一城”,形成以衡水湖休閑度假區(qū)為主體,以冀州歷史文化古城、滏陽(yáng)河現(xiàn)代都市娛樂(lè)為兩翼的城市發(fā)展格局。滏陽(yáng)河綜合整治工程為 “一城”的核心內(nèi)容,河道整治后將從根本上改善河道兩岸的城區(qū)環(huán)境,有利于沿河兩岸土地資源的整合及有序開(kāi)發(fā),促進(jìn)城市建設(shè)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

本次滏陽(yáng)河河道治理位于衡水市區(qū)內(nèi),治理長(zhǎng)度13.75km,治理目標(biāo)為滿足排瀝要求的景觀河道,因此堤岸防護(hù)方案設(shè)計(jì)應(yīng)與景觀設(shè)計(jì)相結(jié)合,應(yīng)以人與自然的和諧為目標(biāo),在確保防洪安全的同時(shí),形成改善水環(huán)境、營(yíng)造水景觀、修復(fù)水生態(tài)的治水理念,充分利用河道水系的資源功能、環(huán)境功能、生態(tài)功能,使堤岸及河道整治達(dá)到 “堤固、水清、岸綠、景美、游暢”的要求。

針對(duì)以上要求,選取了以下3種護(hù)坡類型:框格混凝土植草護(hù)坡(人字框格護(hù)坡、菱形框格護(hù)坡、拱形框格護(hù)坡)和連鎖塊護(hù)坡、生態(tài)磚(六角空心形)護(hù)坡,各段防護(hù)型式也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況做相應(yīng)的調(diào)整。

2 護(hù)坡類型

2.1 框格混凝土植草護(hù)坡

框格混凝土植草護(hù)坡是指將預(yù)制的形狀不同的混凝土砌塊鋪設(shè)于坡面形成框格,在框格內(nèi)回填客土,然后在框格內(nèi)植草而形成的一種護(hù)坡與綠化相結(jié)合的技術(shù)[2]。其植草措施可以改善周邊生態(tài)環(huán)境,恢復(fù)已破壞的植被,降低噪聲和光污染,凈化大氣,促進(jìn)有機(jī)污染物降解,增強(qiáng)景觀效應(yīng)。與傳統(tǒng)混凝土板相比,施工現(xiàn)場(chǎng)條件要求低,砌塊面積小,維修更換簡(jiǎn)單,易于適應(yīng)堤身沉陷和坡度變化;與砌石相比,貨源穩(wěn)定,規(guī)格統(tǒng)一,外形美觀,對(duì)石料缺乏地區(qū)是一種先進(jìn)的替代工藝技術(shù)[3]。

在構(gòu)思和設(shè)計(jì)護(hù)坡的平面形狀時(shí),基本上以徐緩曲折的形狀為主,這一點(diǎn)十分關(guān)鍵[4]。在滏陽(yáng)河綜合整治工程中共采用以下3種框格護(hù)坡類型。

2.1.1 人字框格護(hù)坡

本型式護(hù)坡每2m一聯(lián)。一聯(lián)中設(shè)計(jì)了 A、B、C、D共4種預(yù)制混凝土構(gòu)件。A構(gòu)件一塊寬40cm,長(zhǎng)171cm,坡內(nèi)厚10cm,兩側(cè)高出土坡6cm,形成凈寬24cm小排水簸。B構(gòu)件一塊寬30cm,坡內(nèi)厚10cm,坡下側(cè)高出土坡6cm,一聯(lián)中兩塊B構(gòu)件形成人字形骨架,把植草土坡上沒(méi)滲完的雨水沿人字形小坎入 A構(gòu)件的小排水簸中順坡而下。C構(gòu)件一塊寬8cm,長(zhǎng)160cm,高16cm,其中高出混凝土護(hù)肩6cm。起緩沖沿坡肩的雨水流速,保護(hù)植草的土坡,把坡肩雨水分向兩側(cè)的A構(gòu)件的小溝中。D構(gòu)件一塊寬40cm,坡內(nèi)厚10cm,兩側(cè)高出土坡6cm,長(zhǎng)度不一,形式基本同A構(gòu)件,詳見(jiàn)圖1。

圖1 人字框格護(hù)坡(單位:cm)

該類型護(hù)坡的優(yōu)點(diǎn):施工簡(jiǎn)便,外形美觀,而且混凝土構(gòu)件形成骨架防護(hù)了土坡,又把較大的雨水及時(shí)排除而不至于沖壞坡身。單組體量較大,在綠化中對(duì)植物的種植要求和植物品種選擇都可以放寬,骨架內(nèi)可植草、花及低矮的灌木等,起到生態(tài)防護(hù)及美化環(huán)境的效果。

2.1.2 拱形框格護(hù)坡

本型式護(hù)坡每1.5m一聯(lián),一聯(lián)中設(shè)計(jì)了A、B、C、D共4種預(yù)制混凝土構(gòu)件。A構(gòu)件一塊寬40cm,長(zhǎng)162cm,坡內(nèi)厚10cm,兩側(cè)高出土坡6cm,形成凈寬24cm的小排水簸。B構(gòu)件一塊寬8cm,長(zhǎng)110cm,高16cm,其中高出混凝土護(hù)肩6cm,起緩沖沿坡肩的雨水流速,保護(hù)植草的土坡,把坡肩雨水分向兩側(cè)的A構(gòu)件的小溝中。C構(gòu)件為一塊圓拱結(jié)構(gòu),寬30cm,坡內(nèi)厚10cm,坡下側(cè)高出土坡6cm,把植草土坡上沒(méi)滲完的雨水沿拱形小坎入A構(gòu)件的小排水簸中順坡而下。D構(gòu)件一塊寬40cm,坡內(nèi)厚10cm,兩側(cè)高出土坡6cm,長(zhǎng)度不一,形式基本同 A構(gòu)件。該護(hù)坡的防護(hù)原理及優(yōu)點(diǎn)同人字框護(hù)坡,只是型式有所變化,詳見(jiàn)圖2。

2.1.3 菱形框格護(hù)坡

圖2 拱形框架護(hù)坡(單位:cm)

本型式護(hù)坡設(shè)計(jì)了A、B共兩種預(yù)制混凝土構(gòu)件。A構(gòu)件為正十字型混凝土塊,邊長(zhǎng)均為50cm,90°垂直交叉,寬8cm,坡內(nèi)厚9cm,兩側(cè)高出土坡1cm。B構(gòu)件一塊寬8cm,長(zhǎng)44.1～36.1cm,高10cm,其中高出邊坡1cm,保護(hù)植草的土坡。該護(hù)坡類型形成網(wǎng)狀分布,對(duì)護(hù)坡的防護(hù)效果較好,只是單組尺寸較小,對(duì)植物材料的品種選擇和種植要求受到一定的限制,詳見(jiàn)圖3。

圖3 菱形框架護(hù)坡

2.2 連鎖塊護(hù)坡[5]

本型式護(hù)坡應(yīng)用于險(xiǎn)工段,它獨(dú)特的自鎖性設(shè)計(jì)保證了每一塊的位置準(zhǔn)確并避免發(fā)生側(cè)向移動(dòng)。采用這種獨(dú)特的聯(lián)鎖設(shè)計(jì),鋪面在水流作用下具有良好的整體穩(wěn)定性;高開(kāi)孔率滲水型柔性結(jié)構(gòu)鋪面能夠降低流速,減少流體壓力和提高排水能力,開(kāi)孔部分一方面起到滲水、排水的作用,另一方面起到增加植被面積,美化環(huán)境的作用;按照國(guó)際通用的生態(tài)混凝土設(shè)計(jì),在混凝土中添加了醋酸纖維等高分子物質(zhì),使混凝土自鎖塊在強(qiáng)度不變的情況下更有利于水生植物生根和水生動(dòng)物繁衍,詳見(jiàn)圖4。

圖4 連鎖塊護(hù)坡

2.3 生態(tài)磚(六角形空心磚)護(hù)坡[6]

生態(tài)磚為六角形,對(duì)邊距為350mm,厚度100mm。該生態(tài)磚是由混凝土中加入了用高新技術(shù)進(jìn)行特殊制造并進(jìn)行染整處理的合成纖維制成的,使混凝土的各項(xiàng)強(qiáng)度與耐久性都有不同程度的改善,提高了承受荷載能力;用于黏合廢磚石骨料的水泥漿采用納米級(jí)聚合物進(jìn)行改性,增加了黏合強(qiáng)度;用新型的混凝土構(gòu)件成型機(jī)制成六角形混凝土板塊,鋪設(shè)穩(wěn)定性較好,滿足水利堤防工程的特殊要求,同時(shí),板塊空隙率適合植物生長(zhǎng)的需要。

由于它能使肥料緩釋、水分保留、高堿性水環(huán)境條件的改善得到有效解決。植物能在這種混凝土板塊上較好地生長(zhǎng)。同時(shí),它的顏色可以根據(jù)周圍環(huán)境進(jìn)行搭配和選擇,也可以拼成各種各樣的圖案,改變了混凝土材料灰黑的舊面孔,使堤防在夏天綠草如茵,冬季五彩繽紛,成為河道一道亮麗的風(fēng)景線。它實(shí)現(xiàn)了在混凝土上長(zhǎng)草的愿望,較好地解決了堤防安全護(hù)砌與保護(hù)自然環(huán)境的矛盾,詳見(jiàn)圖5。

圖5 生態(tài)磚護(hù)坡

3 在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題

(1)衡水地區(qū)冬季寒冷干燥,全年溫差較大,水位變化也大,所以水位變化區(qū)應(yīng)用生態(tài)護(hù)坡材料應(yīng)慎重,必須保證生態(tài)護(hù)坡材料的耐久性滿足運(yùn)行使用要求,適應(yīng)衡水的氣候特點(diǎn)。

(2)國(guó)產(chǎn)綠化混凝土構(gòu)件的內(nèi)芯無(wú)砂混凝土強(qiáng)度較低,易破損。在施工過(guò)程中應(yīng)注意保護(hù),精心施工,對(duì)于出現(xiàn)破損的構(gòu)件一律不得使用。

(3)河道治理工程在確定使用生態(tài)護(hù)坡材料前,應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)厮茨芊駶M足綠化的需要,草坡的維護(hù)、養(yǎng)護(hù)在經(jīng)濟(jì)上是否可行。在低投入、低養(yǎng)護(hù)或無(wú)養(yǎng)護(hù)情況下,邊坡草坪處于自生自養(yǎng)狀態(tài),要防止草坡退化問(wèn)題。若草坡退化得不到解決,不僅造成重復(fù)建設(shè)、資金浪費(fèi),而且起不到邊坡綠化防護(hù)效果,最終可能會(huì)引起水土流失、坡面坍塌等許多不良后果。

4 結(jié) 語(yǔ)

該工程建成后,通過(guò)補(bǔ)水恢復(fù)河道蓄水功能,同時(shí)通過(guò)對(duì)河道兩側(cè)堤坡護(hù)岸、堤防、灘地的設(shè)計(jì),建成沿堤景觀生態(tài)走廊。并充分利用廣闊的水面開(kāi)發(fā)旅游項(xiàng)目,在河堤和水面之間,著眼于季相變化,科學(xué)性和藝術(shù)性相統(tǒng)一,喬、灌、花、草等植物合理配置,花掩河湖,綠映堤岸,使滏陽(yáng)河成為一條健康、魅力和靈性的綠色生態(tài)帶。既美化了城市環(huán)境,又提高了生態(tài)效益。

[1] 趙廣琦,崔心紅,奉樹(shù)成,等.植物護(hù)坡及其生態(tài)效應(yīng)研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2007(12):61-63.

[2] 顏成國(guó),張思平.“人”字形框格混凝土植草護(hù)坡施工技術(shù)在城區(qū)防洪工程建設(shè)中的應(yīng)用[J].吉林水利,2009(5):52-53.

[3] 胡時(shí)友.新型框格護(hù)坡的設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù),2000(6):117-119.

[4] 河川治理中心編.護(hù)坡設(shè)計(jì)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2004.

[5] 宋向?qū)?陳曙光.聯(lián)鎖式生態(tài)護(hù)坡砌塊的在水利工程中的推廣與應(yīng)用[J].湖南水利水電,2005(4):21-22.

[6] 段曉明,苗增健,劉連新,等.生態(tài)護(hù)坡應(yīng)用及護(hù)坡植物群落的選擇[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,37(31):15327-15329.