金字塔邊坡柔性生態(tài)防護技術在河道中的應用

游文蓀

(江西省水利科學研究院，江西 南昌 330029)

0 引 言

河流在社會發(fā)展中一方面具有供水、防洪、航運等社會功能，還具有水文、地貌、廊道等自然生態(tài)功能[1]。健康的河流應能發(fā)揮良好的自然生態(tài)功能，并滿足人類社會合理的需求，當人類需求損害到河流自然、生態(tài)功能時，應適當控制人類需求，以維護河流自然、生態(tài)功能良好[1，2]。江西省位長江中下游南岸，水系發(fā)達，水資源量豐富，流域面積10km2以上河流達3 771條[3]，對經(jīng)濟社會發(fā)展具有重要的作用，同時，人類需求不斷持續(xù)增長的脅迫下，也造成河流功能嚴重受損。隨著防洪體系建設的深入推進，目前，河道治理從大江大河治理轉(zhuǎn)向了中小河流治理，中小河流普遍存在河道淤積、岸坡崩塌、建筑物老化、水環(huán)境惡化、管理薄弱等問題，岸坡整治作為中小河流治理中的重要內(nèi)容，護岸結構形式也越來越多樣化，從表現(xiàn)形式來看可分為全硬化、半硬化及非硬化等[4]。生態(tài)袋護坡作為一種新型柔性護坡形式，具有較好河道岸坡防護及發(fā)揮岸坡生態(tài)功能的作用，目前已在許多地方得到較好推廣應用[5-8]。

1 金字塔邊坡柔性生態(tài)防護技術

金字塔邊坡柔性生態(tài)防護技術是東莞金字塔綠色科技有限公司研發(fā)的適宜山體和河流湖泊邊坡防護，具有節(jié)能、減排、生態(tài)、環(huán)保、綠化柔性支護為一體的新型生態(tài)環(huán)保技術。該技術是通過使用透水不透土、耐酸堿、無毒不易降解、抗紫外線、對植物友善又可植被綠化的聚丙烯(PP)土工材料，經(jīng)過高溫熱壓、針刺合成的生態(tài)袋，在生態(tài)袋內(nèi)填裝就地取材的土體，使用連接扣、粘合劑、錨桿、土工格柵等特有的加固組件，依據(jù)科學的堆放理論技術，形成牢固的護坡結構，構造成透水不透土，對植物生長具備良好條件的新型軟體邊坡防護結構，具有科學的穩(wěn)定性，對外界的沖擊力有吸能緩沖的作用，集邊坡防護和生態(tài)綠化為一體。該技術在河道岸坡的防護中的應用，一方面可實現(xiàn)岸坡的有效地防護，另一方面可較好的維護和保護河道生態(tài)環(huán)境。

1.1 金字塔生態(tài)袋技術性能

生態(tài)袋作為金字塔邊坡柔性防護技術生態(tài)系統(tǒng)中最為重要的組件，它的性能直接關系到系統(tǒng)的技術性能。經(jīng)檢測表明，金字塔生態(tài)袋具有較好的物理力學性能，檢測結果見表1，產(chǎn)品技術要求見表2。

檢測結果表明，金字塔GTX生態(tài)袋的基本項技術要求滿足標稱斷裂強度7.50 kN/m產(chǎn)品質(zhì)量要求。

同時，生態(tài)袋具有較好的其它性能：①抗紫外線性能評定結果為4～5級；②不吸收水分，水分的出現(xiàn)不會破壞袋子，袋子也不會變形，不溶于污染液體；③對一定濃度的酸堿化學物品有很強的抵抗力，可應用于絕大多數(shù)固體和嚴重污染地點；④不支持、不吸收、不幫助菌類生長，不腐爛、不發(fā)霉、不變質(zhì)。生態(tài)袋不會被昆蟲和有關動物消化，不會成為肯齒動物的食物；⑤可以承受150℃高溫而不融化，可以承受最低溫度為-40℃。

表1 金字塔GTX生態(tài)袋性能檢測結果

1.2 邊坡防護結構

1.2.1 堆疊加固法邊坡防護結構

堆疊加固法是具有內(nèi)加固緊鎖結構的擋土結構，由多個填充滿植生土袋體(短袋)堆疊連接加固，袋體之間設置加固層，該加固層采用連接扣和金字塔粘合劑，使生態(tài)袋體間形成一體，生態(tài)袋墻體整體受力。堆疊加固法邊坡防護結構型式如圖1。生態(tài)袋堆疊擺放形式有以下幾種：全順、二順一丁、一順一丁、全丁4種形式。

圖1 堆疊加固法邊坡防護結構

項目指標標稱斷裂強度/(kN/m)4．507．5010．0015．0020．0025．0030．0040．0050．00縱橫向斷裂強度/(kN/m)4．507．5010．0015．0020．0025．0030．0040．0050．00斷裂伸長率/%40～80CBR頂破強力/kN0．801．601．902．903．905．306．407．908．50縱橫向撕破強力/kN0．140．210．280．420．560．700．821．101．25等效孔徑Q90(Q95)/mm0．05～0．20垂直滲透系數(shù)/(cm/s)K×(10-1～10-3) K=1．0～9．9

1.2.2 長袋錨固法邊坡防護結構

長袋錨固法利用生態(tài)長袋沿坡體縱向鋪設，袋體之間由連接扣和粘合劑連接，通過生態(tài)錨桿將生態(tài)袋固定在邊坡之上，可使生態(tài)袋與坡體形成縱向加固、橫向連接的穩(wěn)定邊坡防護結構，形成受力整體。生態(tài)袋的長度可根據(jù)坡面長度靈活選取，裝土后的生態(tài)袋寬度為40 cm左右。長袋錨固法邊坡防護結構型式如圖2。

2 施工工藝

2.1 施工過程

施工主要包括基礎開挖、岸坡修整、生態(tài)袋裝土封裝、生態(tài)袋安裝、封頂、坡面綠化等環(huán)節(jié)。

(1)基礎開挖。根據(jù)基礎設計要求，按一定的穩(wěn)定邊坡將基礎開挖到滿足抗沖刷深度要求及滿足施工的基礎底寬。

(2)岸坡修整。按照設計邊坡坡度及邊坡穩(wěn)定的要求對邊坡進行開挖修理，清理邊坡的雜土、雜物、雜草、亂石等，為生態(tài)袋的安裝提供施工邊坡條件。

(3)生態(tài)袋裝土封裝。在施工現(xiàn)場就地取土拌制植生土裝填生態(tài)袋。土料要基本適合植物生長，并加入保水劑、肥料、中粗砂等摻合料。每立方米植生土中摻入約30%的砂(以增強土體的透水性，防止土體板結影響植物生長)。生態(tài)袋裝土密實飽滿后，對生態(tài)袋進行封口。

圖2 長袋錨固法邊坡防護結構

(4)生態(tài)袋安裝。堆疊加固法生態(tài)袋安裝：將生態(tài)袋按擺放形式一個緊貼一個排列，把連接扣順向放在兩個生態(tài)袋之間的生態(tài)袋頂面上，把已填充植生土的生態(tài)袋放置于下層兩個生態(tài)袋之間的連接扣上，搖晃上疊加層已填充植生土的生態(tài)袋使連接扣穿透生態(tài)袋，確保連接扣和生態(tài)袋間的良好連接。長袋錨固法生態(tài)袋安裝：坡面安裝長袋時應首先掛線，按設計距離豎橫掛線(豎向按生態(tài)袋體的中心線位置布線、橫向按設計錨桿位置布線)，豎橫線之間的交點即為所有的錨桿鉆孔點(注意錨桿一般都是梅花形布置，沿豎向鉆孔應嚴格按設計間距進行)。順邊坡放下未裝植生土的生態(tài)長袋，然后在邊坡頂部填裝植生土。當填充土至錨孔附近時據(jù)錨孔位置進行錨桿錨固，錨桿在邊坡外保留一定長度，繼續(xù)填充植生土，填充完長袋后，錨桿打入設計的深度。生態(tài)袋應填充飽滿，填充安裝后的袋體厚度、寬度應大體一致，大面平整、線形順直、連接緊固。相鄰兩排生態(tài)袋間的底部應按設計布設工程扣連接扣，以保證完工后形成一個統(tǒng)一的生態(tài)袋受力墻體。

(5)封頂與壓頂。堆疊加固法護坡頂：把生態(tài)袋豎向垂直邊坡放置，以提供一個可靠的頂部；長袋錨固法護坡頂：生態(tài)長袋延長錨掛一定長度，順延至截水溝或嵌入坡面實體。坡頂設置砼或漿砌塊石壓頂。

(6)坡面綠化。坡面綠化可選用抗逆性強、耐寒、耐旱、耐貧瘠、根系發(fā)達，入土深，適應性強的鄉(xiāng)土草坪植物、地被植物、木本植物、水生植物、藤本植物。植物種植方法有噴播、摸種、鋪草皮、直栽、壓播、裝袋等。

2.2 施工技術要求

(1)生態(tài)袋護岸基礎埋深應滿足抗沖刷深度要求或設置其它穩(wěn)固基礎(如砼腳槽等)，護岸頂應設置砼或漿砌塊石壓頂。

(2)生態(tài)袋填充時，確保生態(tài)袋是完全地被填滿，以達到生態(tài)袋填充標準，保證每個袋子灌裝量均勻，重量接近；填充土料要基本適合植物生長，土料中摻入約30%的砂，壓實度要求達到60%～70%，不要夯得太實，適合植物生長但不要沉降太嚴重。

(3)袋體安裝時，填充后生態(tài)袋要求擺放平整，連接扣要求扣入生態(tài)袋，達到連接良好的程度，對坡面、頂面、聯(lián)接側(cè)面進行整形，做到坡面平順，頂面平整，側(cè)面咬合緊密，確保生態(tài)袋堆疊質(zhì)量和外觀質(zhì)量。

(4)生態(tài)邊坡完成后要求盡快綠化，確保生態(tài)袋的壽命更長。植物選擇以土生植物、草灌花結合、易成活、少(免)維護的本土植物為主。生態(tài)邊坡綠化后的成活率要求達到90%以上，注意保肥保水，以及病蟲害的防治。

3 技術經(jīng)濟性分析

對金字塔生態(tài)袋護坡與目前河道岸坡防護中較常用的干砌塊石護坡及砼預制塊護坡成本進行比較分析，各護坡1 m2的主要工程量及成本比較分析詳見表3。據(jù)分析，金字塔生態(tài)袋護坡成本較普通的護坡成本略高一些。主要原因是此技術成本主要是生態(tài)袋材料成本，我省應用此技術較少，生態(tài)袋價格偏高，隨著應用規(guī)模擴大，成本可較大降低。但金字塔生態(tài)袋護坡具有普通護坡無法比擬的生態(tài)環(huán)境效益。

表3 1 m2護坡成本比較分析表

4 技術示范應用情況

在江西省永豐縣沿陂鎮(zhèn)鹿港水整治工程中對金字塔邊坡柔性生態(tài)防護技術進行示范應用。鹿港水樁號14+810～15+160段，原河道寬度42.00 m，岸坡高度4.00 m，原河道為原狀土岸坡，抗沖刷能力較差，每年洪水季節(jié)岸坡坍塌沖刷嚴重。因此，對樁號14+810～14+910(右岸)河岸采用生態(tài)袋堆疊法護岸，14+910～15+160(左岸)河岸采用生態(tài)袋長袋法護岸，在河岸設計洪水位處設置寬為0.50 m的砼平臺，平臺以上設計邊坡為1∶2.00，進行草皮護坡；平臺以下，進行堆疊法或長袋法生態(tài)袋柔性生態(tài)襯護，設計邊坡為1∶1.50，坡腳設砼防沖腳槽，腳槽外拋石固腳。

示范工程經(jīng)2個汛期運行后，生態(tài)袋護坡結構完整穩(wěn)固，不存在滑坡、塌陷、沖刷、脫落、松動等情況；生態(tài)袋護坡已被綠化后的草體覆蓋，在日曬、風吹、水浸等野外環(huán)境下，未發(fā)現(xiàn)生態(tài)袋有降解、腐蝕、破損及動物破壞現(xiàn)象，生態(tài)袋本身完好無損；生態(tài)袋護坡在綠化實施一個半月后，岸坡就基本上已被綠草所覆蓋，岸坡植物經(jīng)過自然生長，綠草根系已深深地扎入生態(tài)袋坡面，坡面全部被綠草植物所覆蓋，坡面綠草植物與生態(tài)袋護坡形成了一個整體，不但強化了對岸坡的防護作用，還達到岸綠景美的效果，應用效果非常好，工程施工完成后見照片1，生態(tài)袋完好見照片2，工程綠化一個半月后照片3。

照片1 工程施工完成后 照片2 二個汛期后生態(tài)袋完好 照片3 工程綠化一個半月后

5 結 論

(1)金字塔生態(tài)袋其物理力學性能可達到標稱斷裂強度7.50 kN/m產(chǎn)品質(zhì)量要求。生態(tài)袋具有透水不透土、強抗紫外線性能、抗?jié)癯毙阅堋⒖够瘜W腐蝕性能、抗生物降解和動物破壞、抗高溫低溫等優(yōu)良性能。

(2)金字塔邊坡柔性防護技術主要有堆疊加固法邊坡防護結構與長袋錨固法邊坡防護結構兩種結構型式。

(3)金字塔邊坡柔性防護技術具有以下特點：①結構穩(wěn)定，對外界沖擊力有吸能緩沖作用，抗震性能方面?zhèn)鹘y(tǒng)硬體邊坡無法比擬；②生態(tài)環(huán)保，工程綠化與自然生態(tài)環(huán)境完美融合。透水不透土結構保證了河道與岸坡的水力聯(lián)系；施工時不產(chǎn)生建筑垃圾和施工噪音；綠化植被選擇可多樣化，喬、灌、藤、花、草的有機結合，有利于生態(tài)系統(tǒng)良性的快速恢復或營造，將邊坡環(huán)境迅速還原成自然狀態(tài)；③施工簡易、快速、安全、強度低、人人可為。依據(jù)施工指南或技術人員的指導，即可順利進行施工作業(yè)?？旖荨⒎奖?，材料搬運輕便，施工設備簡單，施工安全性高，施工速度快；④一般不需對基礎進行特別處理，適應變形能力強。對不均勻沉降的適用性是本系統(tǒng)的特點之一，同時防護結構不會產(chǎn)生溫度應力，無需設置溫度縫。

(4)生態(tài)袋護坡綠化可采用噴播、摸種、鋪草皮、直栽、壓播、裝袋等多種措施，物種采用本土草坪植物、地被植物、木本植物、水生植物、藤本植物，岸坡復綠速度快、效果好。

(5)通過分析，金字塔邊坡柔性防護技術護坡成本較普通干砌塊石護坡及砼預制塊護坡成本略高。

(6)示范應用工程經(jīng)過2個汛期洪水的考驗后，護坡結構完整穩(wěn)固，結構運行良好；生態(tài)袋本身完好無損；在綠化實施一個半月后，岸坡就基本上已被綠草所覆蓋，綠化效果非常明顯，根系已深深地扎入生態(tài)袋坡面，坡面綠草植物與生態(tài)袋護坡(護岸)形成了一個整體，不但強化了對岸坡的防護作用，還達到岸綠景美的效果。

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