Enkamat?柔性生態(tài)護坡研究—以福建省九龍江北溪下游防洪工程項目為例

陳騰林

（福建省汀江水電工程有限公司 福建長汀 366300）

Enkamat?柔性生態(tài)護坡研究—以福建省九龍江北溪下游防洪工程項目為例

陳騰林

（福建省汀江水電工程有限公司 福建長汀 366300）

傳統(tǒng)護坡以河流的泄洪、排澇為主要出發(fā)點進行設計。以水泥、石料等硬 性材料為主的傳統(tǒng)護坡模式在邊坡穩(wěn)定方面固然發(fā)揮了不可磨滅的功勞。然而，此類硬性護坡方式造價和維護成本高、功能單一等缺陷日益顯著。隨著我國經(jīng)濟發(fā)展，護坡模式朝“生態(tài)”、“環(huán)?！狈较蜣D(zhuǎn)型的要求的趨勢日益迫切。本文通過結(jié)合福建省長泰縣防洪工程實際情況，對Enkamat?柔性生態(tài)護坡結(jié)構(gòu)技術(shù)進行探討。

生態(tài)護坡 三維土工網(wǎng)墊 Enkamat?柔性護坡

1 生態(tài)護坡

生態(tài)護坡以原河道護坡為基礎，創(chuàng)造良好性的生物生存環(huán)境和自然景觀，在保證護坡具有一定強度、安全性和耐久性的同時，兼顧工程的環(huán)境效應和生物效應，在河道岸坡上建立具備生態(tài)功能的防護體系，以實現(xiàn)保持河岸防洪安全，坡面植物生存環(huán)境良好，生物多樣化，陸生生物與水生生物相結(jié)合，最終提高河道景觀環(huán)境及水質(zhì)情況。

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展，保護環(huán)境的任務也日益緊迫，河道的整治工程也不斷地從傳統(tǒng)的以防洪排澇功能為主體轉(zhuǎn)變成生態(tài)河道整治。發(fā)達國家對生態(tài)環(huán)境問題的認識較早。在歐美國家，生態(tài)護坡技術(shù)得到廣泛應用，日本、新加坡等亞洲發(fā)達國家、地區(qū)在水利工程領域的設計和施工時，著重考慮生態(tài)理念，并采取多種環(huán)境保護措施和生態(tài)舒緩措施。

河道的坡岸防護是歷來水利治理重點、難點所在。傳統(tǒng)護坡主要包括砌石護坡和大量使用的預制混凝土護坡，也就是所謂的“三面光”河道，這種護坡形式只承擔了河道防洪排澇的基礎功能。生態(tài)護坡是在傳統(tǒng)護坡基礎上發(fā)展而來的，不僅滿足基礎的河道的泄洪、排澇等要求，也能防止水土流失；與傳統(tǒng)護坡相比，生態(tài)護坡更具有自然生機，陸生動植物的生活環(huán)境更加適宜。生態(tài)護坡還具有一定的開放性，保護生物的多樣性，對河道生物的棲息環(huán)境影響較小。此外，生態(tài)護坡的生物系統(tǒng)與河床的水生生物系統(tǒng)相結(jié)合，適應各類水生、陸生動植物的生存條件，既合理搭配，又互不沖突。在整個河流大生態(tài)系統(tǒng)中生物配置更加合理，生物群落種類繁多，河流的自凈能力和自我恢復能力得以提升。

在工程設計中，生態(tài)型護坡必須滿足以下幾個方面要求：（1）安全性。這是作為護坡水利設施的基本功能，即是否能發(fā)揮有效的防洪、固岸作用。（2）生物性。對本土的原生動植物沒有產(chǎn)生重大的負面影響，盡量不擾動原有棲息地環(huán)境，或者護坡完工后能被本土生物接受。（3）親水性。（4）景觀性。護坡完工后與周圍景觀環(huán)境相協(xié)調(diào)。

2 生態(tài)護坡種類

（1）固土植物護坡：利用根系發(fā)達植物進行固土的護坡。此類護坡單純使用植被護坡，植物無額外的加筋作用，無法抵長時間、高流速的水流沖刷，固土效果也差強人意。

（2）網(wǎng)石籠結(jié)構(gòu)生態(tài)護坡：由鍍鋅或噴塑鐵絲網(wǎng)裝碎石、肥料及種植土組成。網(wǎng)石籠護坡處理植被覆蓋率低，且需要定期維護。

（3）土工材料復合種植技術(shù)：該技術(shù)是近數(shù)十年來發(fā)展的較為先進的復合種植護坡技術(shù)，在歐洲等注重生態(tài)環(huán)保國家得到廣泛采用，如Enkamat?柔性護坡。該種護坡形式由網(wǎng)墊和種植土、草籽等組成，網(wǎng)墊質(zhì)地疏松、柔韌，有合適的空間，可填充土壤和沙粒。植物更細可以穿過網(wǎng)孔生長，長成后的草皮可使網(wǎng)墊、草皮泥土表層牢固地結(jié)合在一起，達到加固護坡的效果。

（4）多孔結(jié)構(gòu)護坡：使用天然石、混凝土預制件等材料構(gòu)成的帶有孔樁的適合動植物生存的護坡結(jié)構(gòu)形式。這種護坡形式屬于硬質(zhì)護坡，施工復雜，綠化率低，造價昂貴，需要定期維護。

3 工程概況

九龍江北溪下游防洪工程長泰城區(qū)段位于福建省東南部。九龍江，是福建省僅次于閩江的第二大河，發(fā)源于連城玳瑁山。流域面積14,741km2，長285km，年均徑流量260m3/s，九龍江主要由干流北溪與支流南溪、西溪組成。過漳州在廈門港對岸注入臺灣海峽。其下游的漳州平原是福建省四大平原之一。

龍津溪，是九龍江北溪的一條支流，發(fā)源于泉州市安溪縣員潭坑，全長79.6km，流域面積940km2，由北向南貫穿長泰縣全境。在龍文區(qū)郭坑鎮(zhèn)與薌城區(qū)浦南鎮(zhèn)交界處匯入九龍江。

工程所在地長泰縣地處閩南金三角中心結(jié)合部，九龍江下游，東迎廈門，南鄰龍海，西接華安與漳州，北靠泉州安溪縣，是連接廈漳泉三地的十字路口。地理條件優(yōu)越，旅游資源豐富，是一個典型的城市近郊縣。長泰縣作為中國山區(qū)綜合開發(fā)試點縣，中國生態(tài)建設示范縣和福建省環(huán)保先進縣，有著“閩南寶地”之稱，城市建設以生態(tài)旅游城市為目標。長泰縣氣候溫暖，雨量充沛，年降雨量1460毫米。城區(qū)地勢平坦且低洼，夏秋季受九龍江洪水頂托，極易發(fā)生洪澇災害。然而，城區(qū)現(xiàn)有的堤防使用年限已久，防洪標準偏低，城區(qū)防洪未能達到規(guī)劃設計標準。因此，經(jīng)省市有關部門批準，新建九龍江北溪下游防洪工程長泰城區(qū)段。防洪堤壩總長9950m，防洪標準按50年一遇設計。為順應生態(tài)旅游城市建設宗旨，本次防洪工程在護坡形式上也采用生態(tài)護坡進行處理。經(jīng)過多種處理方式以及材料的綜合對比，在多方探討之后，最終決定將原計劃使用聯(lián)鎖塊護坡的頂沖段、部分河流多處拐彎處以及水流速度較大的部分改使用Enkamat?生態(tài)護坡。

工程防洪堤壩平均高度約5-6米，壩頂寬16m，中間為寬8m的瀝青路面，兩側(cè)各為寬4m的綠化帶。迎水坡平均坡長23-25m，平均坡度19°。背水坡使用草皮護坡。整個防洪工程待處理的坡面面積大于四萬平方米。

4 Enkamat?新型生態(tài)護坡體系

Enkamat?是由荷蘭生產(chǎn)的一款三維開孔式柔性護坡體系。由100%聚酰胺（PA6）干拉成型，產(chǎn)孔隙率超過95%。其豐富的三維空間為植物生長提供足夠的空間，植物生長成熟后為植物提供額外的加筋作用，這使得在長有豐富的植被的土層表面能夠抵抗更高強度的水流沖刷。同時土層表面的成熟植被也起到固土的作用，有效防止在重力作用、徑流沖刷、河流沖刷等造成的水土流失。

Enkamat?最明顯的一個特質(zhì)就是其特有的單絲三維開孔結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可為植物根系提供加筋作用。網(wǎng)墊凹凸起伏的形狀可以促使水流形成細小漩渦，達到水利消能的效果，為邊坡提供整體的穩(wěn)定的保護功能。

與聯(lián)鎖塊等硬性生態(tài)護坡模式不同，Enkamat?柔性護坡的功能在如長泰“七山一水二分田”的地形多樣地區(qū)尤為突出。聯(lián)鎖塊、漿砌石等護坡在工程完結(jié)之后必須要定期維護，否則邊坡在長期的水流沖刷或者土層變化時容易發(fā)生移位，從而整個邊坡、壩體帶來極大的危害。而Enkamat?柔性使得網(wǎng)墊能順著土層的變化而變化，同時其特殊的制作材質(zhì)——聚酰胺賦予其每米至少能抵抗2KN拉力的抗拉強度，從而大大的加大護坡的穩(wěn)定性。經(jīng)歐盟權(quán)威檢測，Enkamat?使用壽命可達百年。從水流沖刷角度而言，使用Enkamat?的坡面，待植被生長成熟后，坡面最高可抵抗每秒7m的水流沖刷，再加上植物、土壤、Enkamat?的一體性，由于水流沖擊造成的錯位可能性微乎其微。

目前市面上也有不少類似的國產(chǎn)三維網(wǎng)墊，這種網(wǎng)墊生產(chǎn)材質(zhì)通常使用的易氧化、耐久性差的聚丙烯、聚乙烯。生產(chǎn)出的成品抗拉強度低。不同于普通三維土工網(wǎng)墊，Enkamat?在制作原材料上就已突出其環(huán)保的特質(zhì)。采用100%無毒害、耐腐蝕的惰性環(huán)保材料聚酰胺制成，Enkamat?經(jīng)歐盟環(huán)保質(zhì)量認證體系檢測，產(chǎn)品可應用于飲用水庫。

在制作工藝方面，Enkamat?代表著全球三維土工網(wǎng)最為先進的生產(chǎn)工藝——干拉成型法。聚酰胺纖維長絲在擠出之后，一次性制成三維空間結(jié)構(gòu)，不經(jīng)過中間步驟，不過水冷卻。由于其石油化學品的特殊性質(zhì)，纖維成型后對原有形狀有記憶性。這種先進技術(shù)不僅能夠保證纖維表面張力不被破壞，三維空間形狀不變形，保證產(chǎn)品的力學性能、化學穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性達到最優(yōu)，能承受復雜的應用。

相比之下，國內(nèi)生產(chǎn)的普通三維網(wǎng)墊多濕拉成型法，化學纖維長絲在擠出，經(jīng)過冷水冷卻，再用機械工藝制成三維形狀這種初級的制作工藝，因為聚合物的記憶性，產(chǎn)品會在使用過程中趨于變回機械加工前的形狀。此外，普通三維網(wǎng)墊通常由2-3層均勻方格網(wǎng)墊再加上多層的網(wǎng)包層經(jīng)由人工粘結(jié)符合形成的三維網(wǎng)墊，抗拉性低。在實際運用時，一旦其承受的負重增大，網(wǎng)墊便會因擠壓而變回平面狀態(tài)。因此網(wǎng)墊便失去了三維水土保護的初衷。也失去了水土保護的能力。

Enkamat?從上世紀六七十年代投入使用，經(jīng)過多年的發(fā)展技術(shù)日臻成熟，已經(jīng)形成一套完整的邊坡保護體系。

首先，在植物生長之前，鋪設有Enkamat?的坡面能夠暫時代替植物穩(wěn)固土壤，提供臨時性的保護，直到植被完全生長。

其次，在植被生長過程中，Enkamat?擔任人工根系系統(tǒng)的角色。其獨特的三維開孔空間為植物種子生長創(chuàng)造微型空間，確保種子在生長過程中不會移位。同時，Enkamat?黑色產(chǎn)品性質(zhì)在陽光下能夠保持溫度，使得即使施工季節(jié)氣溫較低，也能確保種子順利發(fā)芽。

再次，植被完全生長成熟之后，Enkamat?能夠為植被根系提供永久的加筋作用。植物根系穿過Enkamat?生長在土壤里，根系與Enkamat?緊緊纏繞，形成一體。因此，Enkamat?能為植物提供永久性的加筋作用，從而為坡面提供永久性保護。

作為柔性護坡體系材料，Enkamat?不僅可為河流邊坡的保護，由于其材料的多樣性，Enkamat還可廣泛運用在如垃圾填埋場底蓋、屋頂綠化、足球草坪、公園湖泊邊岸等環(huán)境中。

結(jié)合長泰縣特殊的地質(zhì)情況，本次工程采用的是Enkamat?標準型產(chǎn)品系列中厚度最高的一款。有>95%的孔隙率，可以有效控制土壤顆粒的移動，促進植物生長，形成根系-Enkamat?-草皮加筋穩(wěn)定體，有效保護自然環(huán)境。試驗段施工面積約3000km2，工程耗時約十天，相比傳統(tǒng)的砌石護坡或聯(lián)鎖塊等硬質(zhì)護坡方式，施工工藝簡便，施工工期大大縮短，工程施工步驟如下。

4.1按原設計要求對坡面進行修改

清理坡面上的石塊，填補第一次修整的坡面留下的坑洞。必要情況可采用人工辦法對坡面進行二次處理。在坡頂沿坡面向下處開槽用于填埋固定Enkamat?的頂端。在坡頂沿坡面向下60-70公分處與地面平行指向大壩內(nèi)部方向向大壩開挖30cm，然后再向下挖一個深30cm，寬30cm的溝槽，挖好后的溝槽呈“Z”字形狀。坡腳處同樣挖一個深30cm的溝槽用于埋設Enkamat?低端。

4.2鋪設

鋪設前先測量鋪設坡面的長度，然后在卷開的Enkamat?上裁剪下相應的長度。接著將裁剪好的Enkamat?卷起轉(zhuǎn)移至鋪設處，卷開Enkamat?，隨后調(diào)整其位置。位置調(diào)整后，使用長40cm，寬10分的“U”型鋼釘固定Enkamat。坡頂處每隔一米使用一根鋼釘將Enkamat?一段固定在溝槽中，其余部分鋼釘使用密度為1-2m處使用一根。兩幅搭接處需要順著水流方向搭接，搭接部分的Enkamat?每隔一米使用一根鋼釘。Enkamat?鋪設好后需往上覆蓋厚度約2cm的土層。施工時為秋季，早晚溫度較低，覆土后撒上有機肥與復合肥確保植被的順利生長。

4.3聘請農(nóng)務經(jīng)驗豐富的農(nóng)民手工播撒，確保種子均勻分布在坡面

本次工程使用的是東南沿海一帶最普遍的狗牙根草種。狗牙根是福建省本土植物，耐踐踏性、侵占性、再生性及抗惡劣環(huán)境能力極強，耐粗放管理，根系發(fā)達。播種結(jié)束后長泰氣溫已日益降低，為保證草種順利發(fā)芽，播種后在坡面覆蓋一層無紡布保溫。播種后一至兩周需確保植物生長有足夠的水分，因此需早晚各澆水一次。經(jīng)過多日的悉心照顧，鋪在Enkamat?上的狗牙根在一周后便順利發(fā)芽，坡面上已覆蓋上一層淡淡的綠苗；一個月后，狗牙根高至15cm以上，幾乎要將表層的土工布頂開。

5 結(jié)語

在提倡人與自然和諧相處的今天，邊坡治理也從過去僅注重安全、經(jīng)濟的治理模式向保持邊坡自然特征的生態(tài)模式轉(zhuǎn)變。生態(tài)護坡是一項綜合性的系統(tǒng)工程，其范圍涵蓋水利工程、環(huán)境工程、生態(tài)學等多學科內(nèi)容，在滿足河道防洪要求的同時，減少人工雕刻的痕跡，更重要的是體現(xiàn)了生物多樣性、人與自然和諧的理念。

Enkamat?長泰防洪工程試驗段施工順利竣工，工程效果值得肯定。Enkamat?柔性護坡產(chǎn)品發(fā)展?jié)摿薮螅洫毺氐纳a(chǎn)工藝而又簡便的施工工藝值得我們對其進一步的探討與研究。因為以Enkamat?柔性生態(tài)護坡體系為代表的護坡理念順應了人與自然共生的要求，該技術(shù)不僅是全球防水土流失的一大進步，也將成為今后護坡工程的建設主流。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.10.019

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1672-2469(2014)10-0055-04

陳騰林（1968年—），男，工程師。