生態(tài)河道護岸材料探討

蘭立偉

（浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

近年來，浙江省委提出建設(shè)美麗浙江創(chuàng)造美好生活，提出著力推進以治水為重點的環(huán)境綜合治理，把 “五水共治”作為重大戰(zhàn)略常抓不懈。水利投入不斷加大，尤其是在河道生態(tài)建設(shè)方面，投入了大量的人力物力。這就對河道生態(tài)建設(shè)技術(shù)提出了更高的要求，河道生態(tài)建設(shè)的目標(biāo)是力求在尊重自然、保護自然的基礎(chǔ)上，采用經(jīng)濟、安全、接近自然、融入自然的治理措施，將河道系統(tǒng)建設(shè)成為集安全、生態(tài)、休閑、景觀、文化等多種功能于一體的河流生態(tài)系統(tǒng)。而河道護岸材料的選取是影響河道生態(tài)建設(shè)成效的關(guān)鍵因素。隨著工程技術(shù)的發(fā)展，僅靠漿砌石、混凝土等傳統(tǒng)的護砌材料已不能滿足現(xiàn)代河道生態(tài)建設(shè)的需求。近年來，國內(nèi)外專家對生態(tài)河道護岸材料都做了大量研究，各種新型的護岸材料不斷出現(xiàn)。本文對目前較常見或已經(jīng)開始逐步采用的生態(tài)護岸材料進行分析，研究其各自的優(yōu)缺點及適用條件，旨在為河道生態(tài)建設(shè)技術(shù)進一步研究和發(fā)展提供參考。

2 傳統(tǒng)河道護岸材料

傳統(tǒng)河道護岸材料多為硬質(zhì)材料，最常見的主要是干砌塊石、漿砌塊石及鋼筋混凝土材料等。這些材料雖然有利于河道岸坡的總體穩(wěn)定，且具有很好的抗沖刷抗腐蝕能力，但其缺點是硬質(zhì)材料不透水，阻斷了河道生態(tài)系統(tǒng)與沿岸陸地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量的交換，破壞了水中生物、微生物等生存場所和遷移通道，過多的硬質(zhì)護岸結(jié)構(gòu)也侵占了河岸綠化植物的生長空間，從而破壞了河道生態(tài)系統(tǒng)的整體平衡，使河流失去了天然自凈能力，容易導(dǎo)致河流生態(tài)環(huán)境惡化［1］。

河道生態(tài)建設(shè)在選取河道護岸材料時，在滿足安全要求的前提下，還應(yīng)綜合考慮生態(tài)、景觀、休閑等多種河道功能的建設(shè)需求［2］。護岸材料的選用應(yīng)改變以往砌石和混凝土護砌的傳統(tǒng)方式，優(yōu)選多孔隙、透水、透氣性的材料，防止水體與河底、河岸隔離，應(yīng)根據(jù)不同河道、不同河段的不同要求區(qū)別對待，綜合選取生態(tài)的、多樣的、自然的護岸材料，創(chuàng)造水、岸物質(zhì)交換的條件，使河道水流中的土顆粒產(chǎn)生一定的淤積，為植物的生長提供土壤、為動物的生存提供棲息地。

3 生態(tài)護岸材料的要求

河道治理應(yīng)在安全、可靠的前提下，充分考慮河道的多樣性、生態(tài)性等自然屬性，注重保持和營造河道的自然狀態(tài)，創(chuàng)造多樣的生物生存環(huán)境［3］。因此生態(tài)護岸材料應(yīng)滿足河道生態(tài)建設(shè)的要求，主要應(yīng)滿足安全、經(jīng)濟、自然生態(tài)等方面的要求。

（1）安全要求。生態(tài)護岸材料首先要滿足安全要求，主要包括堤身整體穩(wěn)定要求、防洪防沖要求、滲透穩(wěn)定要求等。

（2）經(jīng)濟要求。經(jīng)濟因素是影響工程建設(shè)的重要因素，因此考慮安全、生態(tài)等要求之外，經(jīng)濟因素也是必須要考慮的，相同條件下盡量選用經(jīng)濟適用的護岸材料，以節(jié)省工程投資。

（3）自然生態(tài)性要求。為使河道建設(shè)得更加自然、生態(tài)、護岸材料應(yīng)盡量選用天然建筑材料或人工材料與天然材料的結(jié)合。盡量選用多孔隙、透水、透氣性材料，以保持河床與河岸的物質(zhì)和能量的交換通道，便于微生物附著，為生物提供棲息地，便于植物生長，最終實現(xiàn)創(chuàng)建融入自然的良好生態(tài)環(huán)境。

4 常用生態(tài)護岸材料

近年來，隨著人們對生態(tài)環(huán)境的重視，各種新型的生態(tài)護岸材料逐漸被應(yīng)用到河道生態(tài)建設(shè)中。按材料的性質(zhì)可分為天然建筑材料、半人工材料及人工材料。天然建筑材料主要包括植物護坡、拋石、堆石、干砌塊石、松木樁等；半人工材料主要包括生態(tài)網(wǎng)箱、生態(tài)格網(wǎng)護墊 （金屬、土工格柵）等；純?nèi)斯げ牧现饕ㄉ鷳B(tài)預(yù)制砌塊、三維土工網(wǎng)墊、生態(tài)混凝土、生態(tài)袋、仿松木樁等。按護岸的防護形式主要分為斜坡式護坡材料和直立式護岸材料。

4.1 斜坡式護坡材料

（1）混凝土連鎖預(yù)制塊護坡。是在生態(tài)護岸發(fā)展初期較常見的護坡形式，預(yù)制塊的形式多樣，但結(jié)構(gòu)原理基本相同，通過混凝土連鎖預(yù)制塊使河道岸坡形成整體，滿足穩(wěn)定及防沖要求?？稍陬A(yù)制塊的空心孔洞位置生長植物，增強護坡的生態(tài)性。但因受預(yù)制塊孔洞大小的限制，護坡植物多以單一的草皮綠化為主，為使各預(yù)制塊直接能夠銜接平整，護坡坡比多為規(guī)則的統(tǒng)一坡比，難以形成自然多樣的護坡型式。因此該材料雖然較傳統(tǒng)的塊石護坡、混凝土護坡的生態(tài)性稍有改善，但受其混凝土結(jié)構(gòu)的約束，其護面的生態(tài)性和景觀性仍然較差。一般在僅塊石料比較缺乏的地區(qū)用混凝土連鎖預(yù)制塊代替砌石護坡。工程實踐中常用于水上部分或潛水區(qū)域的岸坡防護。一般用于水上部分防護的可選用空心孔洞相對較大的預(yù)制塊，并與綠化措施相結(jié)合，增強其生態(tài)效果；用于潛水區(qū)域防護的，可選用空心孔洞相對較小的預(yù)制塊，以增強其抗沖性能，并根據(jù)不同河段的沖刷要求，選取不同厚度的預(yù)制塊 （見圖1）。

圖1 混凝土連鎖預(yù)制塊典型圖

（2）生態(tài)格網(wǎng)護墊 （金屬、土工格柵）。利用網(wǎng)墊材料將松散的卵石等材料形成一個整體進行坡面防護，填料可就地取材、抗沖刷能力強，由于充填物顆粒小，孔隙大，在運行中容易淤積泥土，達(dá)到植物生長的目的。其根據(jù)網(wǎng)墊材料不同可分為金屬格網(wǎng)和土工格網(wǎng)2大類。其中金屬格網(wǎng)性能較好，適用性較強，土工格柵材料相對耐久性較差，因此須埋入土中，以防止老化。生態(tài)格網(wǎng)護墊適合應(yīng)用在抗沖要求較高，水質(zhì)較好，無腐蝕性區(qū)域，可用于水下，工程實踐中常用于山區(qū)河道的常水位以下部分防護。為避免金屬格網(wǎng)材料被腐蝕，目前一般不在沿海區(qū)域采用該材料 （見圖2）。

圖2 生態(tài)格網(wǎng) （金屬、土工格柵）護坡典型圖

（3）加筋麥克墊護坡。加筋麥克墊是一種加筋的三維土工墊，它是將三維聚丙烯材料擠壓于機編六邊形雙絞合鋼絲網(wǎng)面上形成的。質(zhì)地疏松、柔韌，留有90%的空間可充填土壤、沙礫和細(xì)石，植物根系可以穿過其間，舒適、整齊、均衡地生長，長成后的草皮使網(wǎng)墊、草皮、泥土表面牢固地結(jié)合在一起。加筋麥克墊的原材料為經(jīng)過防腐處理的合金鋼絲，相比椰網(wǎng)、三維土工網(wǎng)、柴排等材料，其抗腐蝕性更強，保證其使用壽命。但因其成本相對較高，目前工程實踐中應(yīng)用相對較少，一般應(yīng)用在抗沖要求不高的水上部位。

（4）三維土工網(wǎng)。與加筋麥克墊屬于同一類型的護坡材料，是類似的網(wǎng)狀護墊結(jié)構(gòu)。是用于植草固土用的一種三維結(jié)構(gòu)的似絲瓜網(wǎng)絡(luò)樣的網(wǎng)墊，質(zhì)地疏松、柔韌。一般在網(wǎng)墊下層先鋪設(shè)30～40cm種植土，網(wǎng)墊鋪設(shè)后撒播草籽或種植植物綠化，隨后在面層再覆蓋5～10cm種植土，覆蓋住網(wǎng)墊，防止陽光暴曬造成網(wǎng)墊老化破損，也更有利于植物的生長。植物根系可以穿過網(wǎng)墊生長，長成后的草皮使網(wǎng)墊、草皮、泥土表面牢固地結(jié)合在一起，形成了一層復(fù)合保護層。其主要缺點是因網(wǎng)墊本身較單薄，抗沖性能較差，耐久性相對也較差。但其造價相比加筋麥克墊更經(jīng)濟，因此該材料主要應(yīng)用在防沖要求不高的護坡上部高水位區(qū)域，起到前期加強防護作用。

（5）生態(tài)袋。通過特制的抗老化土工布制成具有一定強度和形狀的土工袋，在袋子中充填土方，以代替一般的護岸砌石或砌塊，袋子與袋子之間用特制的連接件連接成整體。優(yōu)點在于護坡生態(tài)袋砌好后，植物可穿過袋體自由生長。護坡生態(tài)袋可以靈活構(gòu)筑不同坡度、不同植物群落的生態(tài)邊坡，吸引小生物。但其完工初期綠化植被還未形成，外觀效果較差，且材料抗沖性能及抗老化性能相對較低，適合在抗沖要求較低的河段使用。工程實踐中一般應(yīng)用在沖刷流速較低且當(dāng)?shù)赝亮陷^充足的平原河網(wǎng)，為避免生態(tài)袋被腐蝕老化，應(yīng)盡量應(yīng)用在水質(zhì)較好的河段或水上部分，使用后需及時覆蓋種植土綠化。

（6）生態(tài)混凝土。是通過材料篩選、添加功能性添加劑、采用特殊工藝制造出來的具有特殊結(jié)構(gòu)與功能，能減少環(huán)境負(fù)荷，提高與生態(tài)環(huán)境的相協(xié)調(diào)性，并能為環(huán)保做出貢獻的混凝土。將草籽、腐植土、水泥、外加劑和水經(jīng)混合拌制后，利用高壓噴射粘結(jié)到坡面上，或者制成多孔隙預(yù)制塊，草籽發(fā)芽后從混凝土孔隙中長出覆蓋坡面，起到美化坡面的目的。其優(yōu)點是保水性好、強度與普通混凝土相當(dāng)，抗沖能力較強，抗沖流速可達(dá)4.0～5.0m／s；具有大量連通孔隙，且孔隙率、孔徑分布可控性良好；可實現(xiàn)植生綠化，生態(tài)性、景觀性較好。工程實踐中為充分發(fā)揮其生態(tài)景觀效果，一般在護坡的常水位以上部分采用該護坡材料，可根據(jù)不同河段的防沖要求，在生態(tài)混凝土護坡中布置混凝土框格結(jié)構(gòu)，增強護坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及防沖能力。

4.2 直立式護岸材料

（1）松木 （仿木）樁護岸。松木樁主要作為岸坡及護腳防護以及基礎(chǔ)加固處理措施。其優(yōu)點在于既可以起到防護作用，又具有一定的景觀效果，能夠與周圍環(huán)境較好地融合，缺點是松木樁的耐久性較差，為了提高其耐久性，近年來出現(xiàn)了鋼筋混凝土預(yù)制的仿木樁材料，提高了耐久性，但成本有所增加，而生態(tài)性有所降低。工程實踐中松木樁護岸常應(yīng)用于平原河道、軟土地基河道，主要用于水下部分防護，樁頂部在水位變動區(qū)與景觀疊石或堆石相結(jié)合，增強其防沖性能。松木樁護岸上部常采用自然生態(tài)的植物護坡結(jié)構(gòu)，也可根據(jù)親水休閑需要，在樁頂常水位以上設(shè)置游步道。

（2）混凝土生態(tài)砌塊擋墻。其本質(zhì)為異形混凝土預(yù)制塊，通過一定的砌筑方式形成擋墻結(jié)構(gòu)，其整體性和抗沖刷能力都比一般混凝土預(yù)制塊強，砌塊之間留有孔洞，可供植物生長，有一定的透水性。但孔洞面積占25%，生態(tài)景觀效果性一般，造價較高。工程實踐中常用于石料較缺乏的平原河道中，主要用于常水位以下部分防護，擋墻頂部可設(shè)置親水游步道與植物綠化帶結(jié)合布置，增強其生態(tài)效果。典型斷面見圖3。

圖3 混凝土生態(tài)砌塊擋墻典型斷面圖

（3）金屬網(wǎng)箱擋墻。金屬網(wǎng)箱的原理基本同生態(tài)格網(wǎng)護坡材料原理一致，均為通過網(wǎng)狀材料將松散的卵石等材料形成一個整體進行岸坡防護，填料可就地取材、抗沖刷能力強［4］，由于充填物顆粒小，孔隙大，在運行中容易淤積泥土，達(dá)到植物生長的目的。工程實踐中金屬網(wǎng)箱擋墻常用于水質(zhì)較好、石料豐富的山區(qū)性河道，主要布置在沖刷嚴(yán)重的頂沖河段或用地較緊張的河段。

5 結(jié) 語

各種護岸材料各有其特點及適用條件，在河道生態(tài)建設(shè)過程中，應(yīng)根據(jù)實際條件，不同的水文氣象環(huán)境，因地制宜地選用合適的生態(tài)護岸材料。為了保持河道的多樣性，應(yīng)避免河道形態(tài)、結(jié)構(gòu)、材料的單一化、避免規(guī)則化，盡量根據(jù)不同功能需求選用不同的材料，天然材料與人工材料結(jié)合，多種生態(tài)材料綜合使用，達(dá)到生態(tài)多樣性的要求。生態(tài)護岸材料宜優(yōu)先選用植物措施、松木樁、黏土護坡、三維土工網(wǎng)、柴排、砂礫護坡、干砌石、堆石、野山石、卵石、生態(tài)網(wǎng)箱、多孔隙混凝土預(yù)制塊 （空心連鎖預(yù)制塊、生態(tài)砌塊擋墻等）、生態(tài)混凝土、土工織物等，及其多種組合形式。

國內(nèi)近年來雖然大力開展河道生態(tài)建設(shè)，取得了不錯的成績，但還處于起步階段，存在的問題依然很多，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。許多新型材料、型式等還處于試驗過程中，技術(shù)上還應(yīng)磨合。需進一步加大對生態(tài)護岸材料的研究，新型生態(tài)護岸材料的研發(fā)，應(yīng)該更加注重與天然材料的結(jié)合，以及對生態(tài)護岸施工工藝的要求，注重對現(xiàn)狀生態(tài)河岸的保護及利用。

［1］王宏俊 .生態(tài)材料在河道生態(tài)工程治理中的應(yīng)用 ［J］.人民長江，2013 （6）：87－88.

［2］高曉琴，姜姜，張金池.生態(tài)河道研究進展及發(fā)展趨勢 ［J］.南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008，32（1）：103－106.

［3］夏永成，駱勇軍.河道生態(tài)建設(shè)技術(shù)初步研究 ［J］.浙江水利科技，2012 （3）：23－25.

［4］劉娜娜，楊德全，張書寬.生態(tài)河道中護岸形式的探索與應(yīng)用［J］.中國農(nóng)村水利水電，2006 （10）：97－99.