三維柔性排水生態(tài)邊坡在閩江上游防洪工程的應(yīng)用

陳能鄉(xiāng)

（福建省尤溪縣水利局，福建尤溪 365100）

國家對水利、交通、城市等基礎(chǔ)設(shè)施投入的增加，使得各項(xiàng)基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目如雨后春筍般興起，為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了極大的貢獻(xiàn)。但是隨之而來的是建設(shè)項(xiàng)目對周圍環(huán)境的破壞日益嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境日益惡化，生態(tài)修復(fù)相當(dāng)困難。防洪工程因具有防沖、固岸、防洪等功能，邊坡生態(tài)化問題一直困擾著廣大水利建設(shè)者。隨著國家對生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視，作為新興科學(xué)的防洪堤生態(tài)化技術(shù)也逐步得到了更為廣泛的應(yīng)用。

1 工程概況

福建省閩江上游尤溪流域防洪(一期)工程，位于閩江上游尤溪支流，包括尤溪和大田兩縣城區(qū)堤段，建設(shè)總長18.564km的防洪堤和6座排澇站?？偼顿Y18086萬元。項(xiàng)目保護(hù)總?cè)丝?7萬人，保護(hù)社會總產(chǎn)值55億元。工程永久占地18.34 hm2，其中尤溪縣14 hm2。是福建省利用中央資金建設(shè)的重要水利工程之一。工程設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為 20年一遇，相應(yīng)流量1370～5320m3/s，水面落差6～10m，設(shè)計(jì)流速2.7～3.45 m3/s。

根據(jù)工程沿線地形地質(zhì)條件、建設(shè)規(guī)劃和施工材料的選取而采取不同的建設(shè)方案。尤溪縣的西城堤段、沙洲堤段8.222km防洪堤，除了月亮橋119m等和橋梁連接段少量堤段采用傳統(tǒng)的砌石堤外，其它7462m堤段全部利用生態(tài)復(fù)式斷面。特別是寶塔和西城2768m堤段采用三維柔性排水生態(tài)邊坡建設(shè)，解決了拆遷難，造型美、生態(tài)好、投資省的問題。

2 三維柔性排水生態(tài)邊坡的含義

三維柔性排水生態(tài)防洪邊坡不是一些新型材料的堆砌，而是在同一力學(xué)、數(shù)學(xué)模型下進(jìn)行的，兼顧了環(huán)境特點(diǎn)和施工特點(diǎn)，由三部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能材料、植被方式。柔性生態(tài)邊坡是利用植被涵水固土的原理，對堤壩及山體的邊坡進(jìn)行穩(wěn)固的防護(hù)技術(shù)，柔性生態(tài)邊坡包括巖土工程、修復(fù)工程、植物學(xué)、土壤肥料學(xué)及土工材料等多方面的一項(xiàng)綜合技術(shù)。

生態(tài)袋具有材料力學(xué)、水力學(xué)、生物學(xué)的特征，其幾何尺寸、透水性能都能滿足植物生長的等效孔徑，無毒、不易燃，不降解可回收，做到了零污染。另外生態(tài)袋透水不透土，具有很強(qiáng)的過濾功能，其內(nèi)部的填充混合物不易流失，而且用于防洪堤邊坡的防護(hù)可以保證植物生長所需水分，保證植物穿過袋皮旺盛發(fā)育，植物的根系扎入基礎(chǔ)泥土中，起到了固定的作用，而且隨著時間的延長其穩(wěn)固能力越強(qiáng)，這種技術(shù)減少了維護(hù)費(fèi)有。具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，施工期短，抗沖能力、植被效果好，少占地、節(jié)省投資等優(yōu)點(diǎn)。

3 三維柔性排水生態(tài)邊坡技術(shù)的優(yōu)勢

3.1 環(huán)保的優(yōu)勢

消音美觀，可以和基礎(chǔ)及周圍生態(tài)環(huán)境完美融合，實(shí)現(xiàn)城市建設(shè)生態(tài)環(huán)保的目標(biāo)。而且不會產(chǎn)生任何施工垃圾。植被的選擇更為廣闊，對于生態(tài)系統(tǒng)的快速恢復(fù)起到了積極的作用。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理

生態(tài)邊坡采用的是三角內(nèi)摩擦緊鎖結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)整體受力，穩(wěn)定性強(qiáng)，抗沖擊能力，對于水流有吸能急緩沖的作用。邊坡的結(jié)構(gòu)面廣泛生長各種植被，其植被的根系發(fā)達(dá)，直接扎進(jìn)基礎(chǔ)泥土中，與自然合而為一，不會是整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)分離等現(xiàn)象，日益強(qiáng)壯的植物根系，相當(dāng)于無數(shù)的鉚釘形成具有生命力的免維護(hù)的永久生態(tài)防洪系統(tǒng)。

圖1 三維柔性邊坡結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 施工方便簡捷

可在技術(shù)人員的指導(dǎo)下，無需任何施工經(jīng)驗(yàn)的勞動力均可完成施工任務(wù)，對堤壩基礎(chǔ)要求低，處理方便，可以適應(yīng)不同的沉降條件，沒有溫度產(chǎn)生也就無需預(yù)留溫度縫，不需要大型機(jī)械設(shè)備，搬運(yùn)方便。生態(tài)袋和排水鏈結(jié)扣的特殊功能設(shè)計(jì)，防止了滲水，對基礎(chǔ)堤壩不會形成壓力，可以按需填充土壤中的養(yǎng)料，保證植被的生長力。

3.4 適用范圍廣

可在 0°～90°角之間施工，構(gòu)建邊坡，從而節(jié)約大量土地。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)，保證了不發(fā)生水土流失。同時因?yàn)槭┕さ奶厥庑?，沒有施工安全的擔(dān)憂。

4 三維柔性排水生態(tài)邊坡的應(yīng)用

閩江上游尤溪防洪（一期）工程尤溪縣部分防洪工程，包括西城堤段、沙洲堤段。沿途占用城東、寶塔、光林西城等城市用地和潘山、秀溪、大池塘等農(nóng)用耕地，特別是隨著尤溪縣城市化水平的加快和尤溪縣地處戴云山脈土地供給矛盾不斷加劇。在城市和各種基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中如果不采取措施，勢必對環(huán)境、人文、生態(tài)、城市綠地造成極大的損害，對環(huán)境、拆遷影響很大。

4.1 利用生態(tài)護(hù)坡技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)約投資。

防洪堤利用三維柔性排水生態(tài)邊坡，可以提高坡度，減少占用土地。在尤溪防洪工程設(shè)計(jì)中，我們考慮到沿線的行洪能力及工程施工帶來的生態(tài)環(huán)境的影響，決定在月亮橋、潘山橋等堤段采用傳統(tǒng)漿砌石結(jié)構(gòu)。在供地條件比較寬松的水東大儒名城、秀溪段采用生態(tài)復(fù)式土堤結(jié)構(gòu)。

在拆遷困難又有城市景觀要求的寶塔、團(tuán)結(jié)、光林三堤段采用三維柔性排水生態(tài)邊坡。采用三維柔性排水生態(tài)邊坡，可以把坡度做高，減少堤岸的占地面積，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約征地進(jìn)而減少資金支出的目的。

寶塔段，把按傳統(tǒng)方法復(fù)式土堤應(yīng)該做成的1:1.75～1:2的邊坡做成 1:0.35～1:0.5。高 12m的防洪堤，僅此一項(xiàng)使工程的兩側(cè)節(jié)約土地18m寬，731m的防洪堤減少拆遷房屋面積1668m2。光林782m防洪堤兩側(cè)節(jié)約1.6hm2，減少拆遷一樓車庫80個。僅此一項(xiàng)節(jié)約資金約 1200萬元以上。而三維柔性排水生態(tài)邊坡的利用，減少征遷農(nóng)田 2.9 hm2，每畝土地的征遷費(fèi)用在9萬元，節(jié)省征遷資金387萬元，同時也保留了 2.9 hm2的土地，增加了城市用地容量，其意義重大。

4.2 利用生態(tài)護(hù)坡技術(shù)保證堤壩的抗沖刷能力

三維土工網(wǎng)對于覆蓋于網(wǎng)上的客土和植被種子有固定作用，可以避免雨水的沖刷和侵蝕。同時柔性植被及網(wǎng)包的存在，令水流及風(fēng)在邊坡表面產(chǎn)生無數(shù)的小漩渦，從而起到了抗沖擊作用。

三維植被網(wǎng)的基礎(chǔ)層和網(wǎng)格間的經(jīng)緯線縱橫交錯，與植被的覆蓋形成一個不可分割的整體，增加了抗沖擊能力。這對于閩江尤溪流域一帶的氣候特征尤其適應(yīng)，可以防止雨水的沖刷和洪水的沖擊。同時植被的根系對邊坡的客土起到了加固的作用，交錯雜生的根系仿佛一個個錨定，與基礎(chǔ)融為一體，增加了邊坡的穩(wěn)定性。

尤溪防洪河道工程設(shè)計(jì)為 20年一遇洪水，流速在2.7～3.45m/s，防洪堤表面用三維柔性排水生態(tài)邊坡抗沖能力可以滿足 4m/s流速，邊坡的抗沖擊力在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。可以減少防洪堤表面透水磚護(hù)坡或漿砌石護(hù)坡建設(shè)。因此施工中可以不用砌護(hù)坡，節(jié)約了建設(shè)資金。據(jù)不完全計(jì)算，在尤溪縣段建設(shè)2768m三維柔性排水生態(tài)邊坡，每米可節(jié)約防洪堤護(hù)面投資392元，節(jié)約工程投資110萬元，同時增加綠地2.2hm2。

4.3 利用生態(tài)護(hù)坡技術(shù)節(jié)約了回填土

在護(hù)坡表面采用土工網(wǎng)這種三維立體網(wǎng)，可以起到加固邊坡的作用，減少了防洪堤的建設(shè)斷面，從而節(jié)約了回填土。

尤溪縣三維柔性排水生態(tài)邊坡建設(shè)堤段2768m；西城段長2097 m，高5m平均減少建設(shè)斷面32.5m3；寶塔段長 671m，高 12 m平均減少建設(shè)斷面 90m3，節(jié)約了回填土 13萬m3，節(jié)省工程投資約195萬元。

4.4 利用生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的施工便捷及耐用

三維生態(tài)護(hù)坡技術(shù)施工方便，三層生態(tài)袋一層土工網(wǎng)，這種三維立體網(wǎng)沒有太高的技術(shù)要求，節(jié)約機(jī)械設(shè)備和勞動力。由于三維柔性排水生態(tài)邊坡屬柔性防洪堤，河卵石或粉質(zhì)沙粘土的尤溪縣防洪堤段基礎(chǔ)可以滿足其基礎(chǔ)變形條件，客土材料可以用當(dāng)?shù)赝粱靥?，?jié)約了大量的資金。同時生態(tài)邊坡的耐久性和無需維護(hù)性，可以達(dá)到 50年的使用期限，非常適合閩江上游尤溪防洪工程。

5 結(jié) 語

三維柔性排水生態(tài)邊坡在閩江上游尤溪防洪工程的應(yīng)用，節(jié)省了工程建設(shè)資金、減少了土地占用、節(jié)約了施工砌筑成本，同時還美化了城市環(huán)境、增加了綠地，效果明顯。是一項(xiàng)可以大力推廣的柔性邊坡防護(hù)技術(shù)。

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