多種生態(tài)護(hù)坡技術(shù)在麗水市甌江堤防工程中的應(yīng)用研究

宋 睿，高禮洪，邱 輝，李 敏

(中國(guó)水電顧問集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，浙江 杭州 310014)

1 問題的提出

長(zhǎng)期以來，我國(guó)河道采用的傳統(tǒng)的硬質(zhì)護(hù)坡，人為改變了河道附近動(dòng)物、植物的生長(zhǎng)環(huán)境，破壞了流域內(nèi)原有的生物食物鏈，不利于濱水區(qū)的景觀環(huán)境和生態(tài)平衡的發(fā)展。隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步提高，逐漸意識(shí)到傳統(tǒng)護(hù)岸措施應(yīng)用到水利工程中，將造成較大的負(fù)面影響。針對(duì)上述問題，麗水市水利局在對(duì)甌江堤防的整治中，會(huì)同中國(guó)水電顧問集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院在對(duì)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的生態(tài)護(hù)坡形式進(jìn)行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合甌江水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工程對(duì)甌江生態(tài)護(hù)坡的構(gòu)建進(jìn)行了探索和研究?！懂T江干流水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)總體規(guī)劃 (2006—2020)》被國(guó)家水利部列為全國(guó)水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工作的5個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目之一，麗水甌江水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)工程是甌江生態(tài)岸線建設(shè)工程的重要組成部分，對(duì)全流域水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工作的開展起到舉足輕重的作用。本文針對(duì)麗水甌江大中型山溪性河流所具有的獨(dú)特的水文特征，尋找能夠在該地區(qū)推廣應(yīng)用的生態(tài)護(hù)岸形式，并為相似河流護(hù)坡的生態(tài)治理恢復(fù)工程提供借鑒。

2 工程概況

甌江干流水力資源豐富，洪水多發(fā)生于五、六月梅雨季節(jié)和八、九月臺(tái)風(fēng)季節(jié)，屬山溪性河流，蓄滲能力較強(qiáng)，產(chǎn)流時(shí)間快，匯流迅速集中，暴漲暴落時(shí)間短。本工程區(qū)段處于甌江干流中游區(qū)域水閣開發(fā)區(qū)內(nèi)，位于麗水市蓮都區(qū)53省道西側(cè)，總長(zhǎng)1608m。工程的主要任務(wù)是建設(shè)與完善甌江干流水閣區(qū)段的生態(tài)防洪工程，保護(hù)與修復(fù)河流自然岸線與生態(tài)系統(tǒng)。該工程根據(jù)甌江山溪性河流特性，選擇三維植物網(wǎng)為主要護(hù)坡材料，并將綠化混凝土護(hù)坡、連鎖水工砌塊護(hù)坡、椰網(wǎng)植生帶護(hù)坡、三維排水柔性生態(tài)袋護(hù)坡各50m作為示范段進(jìn)行建設(shè)，用于研究各種護(hù)坡結(jié)構(gòu)抗沖刷性能，以及植物的生長(zhǎng)情況，尋找能夠在該地區(qū)推廣應(yīng)用的生態(tài)護(hù)坡形式。

3 生態(tài)護(hù)坡概述

生態(tài)護(hù)坡是利用植物或者植物與土木工程相結(jié)合，對(duì)河道坡面進(jìn)行防護(hù)的一種新型護(hù)坡形式。生態(tài)護(hù)坡集防洪、生態(tài)、景觀、自凈效應(yīng)于一體，代表著護(hù)坡技術(shù)發(fā)展的方向。生態(tài)護(hù)坡綜合考慮“水安全、水環(huán)境、水資源、水景觀”的協(xié)調(diào)，在滿足抗洪、排澇、航運(yùn)等工程需求的同時(shí)，充分考慮生態(tài)效應(yīng)，把河堤由過去硬化護(hù)坡結(jié)構(gòu)改造成為適合生物生長(zhǎng)的水體和土體、水體和植物或生物相互涵養(yǎng)的仿自然護(hù)坡形態(tài)。

4 生態(tài)護(hù)坡工程技術(shù)

經(jīng)過對(duì)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)生態(tài)護(hù)坡的研究考察，本工程最后選用以三維植物網(wǎng)護(hù)坡為主，綠化混凝土護(hù)坡、連鎖水工砌塊護(hù)坡、椰網(wǎng)植生帶護(hù)坡、三維排水柔性生態(tài)袋護(hù)坡作為示范段進(jìn)行建設(shè)，各種護(hù)坡特點(diǎn)分述如下:

4.1 三維植物網(wǎng)護(hù)坡

三維植物網(wǎng)是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，留有90%的空間可充填土壤、沙礫、細(xì)石和草種，植物根系可以穿過其間整齊、均衡的生長(zhǎng)，長(zhǎng)成后的草皮使網(wǎng)墊、草皮、坡面土壤牢固地結(jié)合在一起，植物根系可深入地表下30～40cm。由三維植物網(wǎng)形成的綠色復(fù)合保護(hù)層，可有效地防止坡面被暴雨或水流沖刷破壞。研究表明，三維植物網(wǎng)可經(jīng)受高水位、大流速的沖刷，對(duì)歷時(shí)2d的水流，也能經(jīng)受3～4m/s流速，短期可以抵御5～6m/s流速［1］。三維植物網(wǎng)表面粗糙，在有水流條件下，植被起良好的消能作用，使流速顯著降低，可促進(jìn)落淤。

三維植物網(wǎng)在我國(guó)生態(tài)河道治理工程中的成功實(shí)例較多，具有固土護(hù)坡作用顯著、經(jīng)濟(jì)合理、施工簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。因此在麗水甌江生態(tài)護(hù)岸工程中，總護(hù)坡的70%以上均采用此護(hù)坡措施，三維植物網(wǎng)護(hù)坡長(zhǎng)約1300m，材料單價(jià)為19.46元/m2，與其他護(hù)坡材料相比，較經(jīng)濟(jì)。按照正常速度，3人一組可以鋪設(shè)600～700m2/d的三維植物網(wǎng)，施工操作簡(jiǎn)單，鋪設(shè)速度快，生產(chǎn)效率高，養(yǎng)護(hù)成本低。

麗水甌江工程中三維植物網(wǎng)護(hù)坡已經(jīng)達(dá)到預(yù)期效果，圖1為本工程三維植物網(wǎng)護(hù)坡斷面圖，圖2為施工完成后4個(gè)月水閣段三維植物網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)照片，由照片及現(xiàn)場(chǎng)取樣分析結(jié)果可知狗牙根、百喜草、多年生黑麥草、香根草等植物長(zhǎng)勢(shì)較好，護(hù)坡抗水流沖刷能力較強(qiáng)，結(jié)構(gòu)安全可靠，能夠達(dá)到建設(shè)生態(tài)護(hù)坡目標(biāo)。

圖1 三維植物網(wǎng)護(hù)坡斷面圖

圖2 水閣段三維植物網(wǎng)護(hù)坡現(xiàn)場(chǎng)照片圖

4.2 綠化混凝土護(hù)坡

綠化混凝土即生態(tài)混凝土，它是通過材料篩選、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(xiàn)的混凝土［2］。

綠化混凝土作為能長(zhǎng)草的混凝土，不但解決了工程安全與生態(tài)環(huán)境之間的矛盾，符合“人與自然和諧相處”的現(xiàn)代治水思想，同時(shí)還具有防護(hù)岸坡、保護(hù)與修復(fù)自然環(huán)境、改善生態(tài)條件3個(gè)功能。綠化混凝土護(hù)坡材料采用的無砂混凝土主要由水泥、粗骨料、減水劑和營(yíng)養(yǎng)液等拌制而成［3］。由于缺少普通混凝土中的砂，膠凝材料不足以填充粗骨料的孔隙而形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)、具有連續(xù)性多孔特點(diǎn)及良好的透水性和透氣性，使綠色植物和水中生物能在其中正常生長(zhǎng)。植草后的綠化混凝土護(hù)坡具有較好的抗沖性能，覆草對(duì)水流的緩沖作用同樣可起到降低流速、增強(qiáng)落淤、凈化水質(zhì)、美化環(huán)境、改善生態(tài)的效果，對(duì)自然環(huán)境和生態(tài)平衡具有積極的保護(hù)作用。

目前，綠化混凝土護(hù)坡有預(yù)制和現(xiàn)澆2種形式，本工程采用的是現(xiàn)澆方式。現(xiàn)場(chǎng)澆筑具有現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，能適合各種坡度斜面以及各種作業(yè)面的現(xiàn)澆施工，不需機(jī)械碾壓設(shè)備。

在麗水甌江生態(tài)護(hù)坡工程中，綠化混凝土護(hù)岸示范段長(zhǎng)約50m，主要做法是將原坡面削整至1∶3的坡度，鋪上反濾土工布后澆注2m×2m的C20混凝土框格梁，在框格梁內(nèi)填上15cm厚已拌制狗牙根草種的無砂混凝土并振搗，最后在綠化混凝土表面上覆蓋厚度3cm厚的客土即可。

本工程中綠化混凝土護(hù)坡材料單價(jià)為60.18元/m2，較其他護(hù)坡材料相比，價(jià)格較高，施工操作較為復(fù)雜，速度較慢，后期養(yǎng)護(hù)成本高。麗水甌江工程中綠化混凝土護(hù)坡防洪安全能達(dá)到的設(shè)計(jì)要求，生態(tài)修復(fù)功能基本能夠滿足，但草類長(zhǎng)勢(shì)較其他幾種護(hù)坡差。綠化混凝土護(hù)坡斷面圖和現(xiàn)場(chǎng)照片見圖3、4。

圖3 綠化混凝土護(hù)坡斷面圖

圖4 水閣段綠化混凝土護(hù)坡現(xiàn)場(chǎng)照片圖

4.3 連鎖水工砌塊護(hù)坡

連鎖水工砌塊是用干硬性細(xì)石混凝土經(jīng)混凝土成型機(jī)振動(dòng)加壓制成，具有密實(shí)度好、強(qiáng)度高、抗沖擊能力強(qiáng)、抗凍、抗腐蝕、持久耐用、可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。每塊水工砌塊與周圍六塊共同聯(lián)鎖嚙合固定，形成相對(duì)穩(wěn)定的組合體，有利于保證護(hù)坡整體穩(wěn)定性［4］。連鎖型水工砌塊是一種柔性結(jié)構(gòu)的生態(tài)水利護(hù)坡保護(hù)系統(tǒng)，制品的尺寸偏差必須嚴(yán)格控制，尺寸偏差過大時(shí)將無法施工鋪設(shè)。

連鎖水工砌塊鋪設(shè)在各種動(dòng)、靜水流條件下具有良好的整體穩(wěn)定性，鋪設(shè)于反濾土工布上能有效保護(hù)坡體不受水流沖刷和浸泡而腐蝕。高開孔率滲水型柔性結(jié)構(gòu)鋪面能夠降低流速，減小流體壓力和提高排水能力，開孔部分一方面起到滲水、排水的作用另一方面可以種植植被、美化環(huán)境。

連鎖水工砌塊施工方便快捷，不需要大型設(shè)備，維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)。植草后的水工連鎖砌塊護(hù)坡不影響水生動(dòng)物和水生植物的生存，同時(shí)植物根系對(duì)鋪面結(jié)構(gòu)起到一定的加固作用。另外，連鎖水工砌塊可以根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，調(diào)整開孔率，滿足周圍環(huán)境的需要。

在麗水甌江水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)工程中，連鎖水工砌塊護(hù)岸由連鎖水工砌塊面層、10cm厚碎石墊層、土工布鋪設(shè)而成。本工程的連鎖水工砌塊護(hù)坡材料單價(jià)為32.80元/m2，與其他護(hù)坡材料相比，價(jià)格適中，在岸邊預(yù)制好砌塊后鋪設(shè)施工操作簡(jiǎn)單、方便快捷，后期養(yǎng)護(hù)成本較低，但因?yàn)槠溥B鎖結(jié)構(gòu)的需要，其開孔率有一定限制，對(duì)植物的選擇稍有影響。本工程中連鎖水工砌塊護(hù)坡上多年生黑麥草、狗牙根等長(zhǎng)勢(shì)較好，其防洪安全和生態(tài)修復(fù)均達(dá)到預(yù)期要求，連鎖水工砌塊護(hù)坡斷面圖和現(xiàn)場(chǎng)照片見圖5、6。

圖5 連鎖水工砌塊護(hù)坡斷面圖

圖6 水閣段連鎖水工砌塊護(hù)坡現(xiàn)場(chǎng)照片圖

4.4 三維排水柔性生態(tài)袋護(hù)坡

三維排水柔性生態(tài)袋以聚丙烯為主要原料，采用無紡針刺工藝經(jīng)單面燒結(jié)而成，具有抗紫外線、抗老化、抗酸堿鹽、抗微生物侵蝕、透水不透土等特點(diǎn)。袋體材料耐腐蝕性強(qiáng)、不容于污染液體、不降解、不含對(duì)環(huán)境有危害性影響的聯(lián)苯胺等物質(zhì)［5］。生態(tài)袋透水不透土的過濾功能，既能防止填充物 (土壤和營(yíng)養(yǎng)成分混合物)流失，又能實(shí)現(xiàn)水分在土壤中的正常交流，使得植物生長(zhǎng)所需的水分得到有效的保持和及時(shí)的補(bǔ)充。袋體的孔徑大小最好根據(jù)選取得植物類型確定，以確保植物根莖能自由穿透袋體生長(zhǎng)，一旦植物根系進(jìn)入坡體土壤中，就如無數(shù)根錨桿完成了袋體與土體間的再次穩(wěn)固，時(shí)間越長(zhǎng)越穩(wěn)固，因而降低了工程日后維護(hù)費(fèi)用。生態(tài)袋護(hù)坡具有生態(tài)環(huán)保、地形適應(yīng)性強(qiáng)、抗震性能好、施工快捷等優(yōu)點(diǎn)。

麗水生態(tài)護(hù)岸采用的三維排水柔性生態(tài)袋是將選好的黑麥草、狗牙根等混合種子、保水劑、微生物肥料等材料，通過機(jī)器設(shè)備均勻的復(fù)合在2層可降解的無紡布中間，并覆上1層抗老化綠網(wǎng)，然后將復(fù)合好的材料按一定的規(guī)格縫制成袋狀。將制成的生態(tài)袋按照施工要求平整地鋪放在整理好的坡面上，生態(tài)袋的鋪設(shè)是通過三維排水聯(lián)結(jié)扣將生態(tài)袋單體聯(lián)結(jié)成整體，形成穩(wěn)定的三角內(nèi)摩擦緊鎖結(jié)構(gòu)，使護(hù)坡形成安全穩(wěn)固的柔性邊坡。本工程生態(tài)袋護(hù)坡單價(jià)為89.41元/m2，較其他護(hù)坡材料相比，價(jià)格較高，但其施工簡(jiǎn)單，速度較快，生產(chǎn)效率較高，護(hù)坡植物長(zhǎng)勢(shì)喜人，能到達(dá)到設(shè)計(jì)要求的防洪安全和生態(tài)修復(fù)功能，生態(tài)袋護(hù)坡斷面圖和現(xiàn)場(chǎng)照片見圖7、8。

圖7 三維排水柔性生態(tài)袋護(hù)坡斷面圖

圖8 水閣段三維排水柔性生態(tài)袋護(hù)坡現(xiàn)場(chǎng)照片

4.5 椰網(wǎng)植生帶護(hù)坡

三維網(wǎng)植生帶是采用專用機(jī)械設(shè)備，依據(jù)特定的生產(chǎn)工藝，把草種、肥料、保水劑等按一定的密度定植在可自然降解的無紡布或其它材料上，并經(jīng)過機(jī)器的滾壓和針刺的復(fù)合定位工序，形成植生帶護(hù)坡材料。麗水甌江生態(tài)護(hù)岸工程采用的椰網(wǎng)植生帶是三維網(wǎng)植生袋中最常用的一種，是天然可降解的椰纖維制成的緊密網(wǎng)狀、毯狀的水保材料，在完成侵蝕防治功能3～5a后會(huì)逐漸分解，具有很強(qiáng)的吸水儲(chǔ)水和過濾能力，不僅可以提供一個(gè)安全且自然的植物根部支撐系統(tǒng)，還能起到過濾泥沙、保持水土、景觀綠化和環(huán)境保護(hù)的作用［6］。

椰網(wǎng)植生帶護(hù)坡具有施工操作簡(jiǎn)便、鋪設(shè)速度快、生產(chǎn)效率高、養(yǎng)護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。麗水甌江生態(tài)護(hù)岸工程立體網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)吸收了雨水沖擊的能量，減小了雨水對(duì)坡面土壤的沖刷力;另外，植生帶使植物種子分布更加均勻，且不受人為因素和水流沖刷的擾動(dòng)，保持穩(wěn)定狀態(tài)，改善了綠化效果，也節(jié)約了種子的播種量。

在麗水甌江生態(tài)護(hù)岸工程施工順序中，椰網(wǎng)植生帶護(hù)坡施工順序如下:先將黑麥草與麥冬等草種的混合物播散在符合工程處理要求的邊坡表面，再在其上鋪設(shè)椰網(wǎng)植生帶并用竹簽固定完成護(hù)坡鋪設(shè)，之后便可進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。本工程椰網(wǎng)植生帶護(hù)坡單價(jià)為16.77元/m2，建設(shè)示范段長(zhǎng)度為50m，施工速度同三維植物網(wǎng)相當(dāng)，施工操作簡(jiǎn)單，鋪設(shè)速度快，生產(chǎn)效率高，養(yǎng)護(hù)成本低，護(hù)坡植物長(zhǎng)勢(shì)較好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的防洪安全和生態(tài)修復(fù)功能，施工斷面和現(xiàn)場(chǎng)照片見圖9、10。

圖9 椰網(wǎng)植生袋護(hù)坡斷面圖

圖10 水閣段椰網(wǎng)植生帶護(hù)坡現(xiàn)場(chǎng)照片

5 結(jié)論

本文依托麗水甌江水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工程，分別對(duì)三維植物網(wǎng)、綠化混凝土、連鎖水工砌塊、三維排水柔性生態(tài)袋及椰網(wǎng)植生帶5種不同類型的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用研究，對(duì)5種生態(tài)護(hù)岸的優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用范例進(jìn)行歸納整理 (見表1)。

表1 生態(tài)護(hù)岸研究成果匯總表

同時(shí)本文對(duì)三維植物網(wǎng)、綠化混凝土、連鎖水工砌塊、三維排水柔性生態(tài)袋及椰網(wǎng)植生帶5種護(hù)坡技術(shù)的施工方法、施工難易程度、工程成本以及工后效果等方面進(jìn)行了比較分析。結(jié)論如下:

(1)施工難易程度:綠化混凝土最復(fù)雜、三維植物網(wǎng)、椰網(wǎng)植生帶及連鎖水工砌塊次之、三維排水柔性生態(tài)袋最簡(jiǎn)單。

(2)施工成本從高到低依次為:三維排水柔性生態(tài)袋、綠化混凝土、連鎖水工砌塊、三維植物網(wǎng)、椰網(wǎng)植生帶。

(3)在觀測(cè)同期內(nèi)，5種材料抗強(qiáng)降雨及水流沖刷能力強(qiáng)，固水保土效果良好，基本都能適應(yīng)甌江山溪性河道暴漲暴落的水文條件。

(4)工后綠化效果:除了綠化混凝土護(hù)坡上植物長(zhǎng)勢(shì)稍遜之外，其它護(hù)坡植物生機(jī)盎然、錯(cuò)落有致，形成了優(yōu)美的生態(tài)景觀。

由于工程建設(shè)完成年限較短，新建成的護(hù)坡還未有機(jī)會(huì)接受大洪水的考驗(yàn)，試驗(yàn)觀測(cè)仍未全部完成，對(duì)各護(hù)坡材料的長(zhǎng)期穩(wěn)定性尚需在示范段的繼續(xù)研究中加以推進(jìn)。

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