航道整治中生態(tài)護岸的設(shè)計及應(yīng)用

藍忠義

（南寧航道養(yǎng)護中心，廣西 南寧）

河流護岸工程所處的河岸帶是水陸交錯的過渡地帶，在水陸生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)之間跨越了一道溝渠，對兩者間的能流、物流、生物流充分發(fā)揮著過濾器、廊道和天然屏障的性能[1]。在解決水污染、控制水土流失、增加動植物種類、加固岸堤、提高生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)力、調(diào)節(jié)微氣候指標和美化環(huán)境建設(shè)等方面都有很大的功能。河流護岸是河水與洪泛濕地進行物質(zhì)與能量交換最集中、最頻繁的場所，營養(yǎng)富集、生物資源豐富、具有多樣的生境特征，在河流生態(tài)系統(tǒng)中扮演著重要的角色[2]。以西江航運干線南寧牛灣至貴港航道整治工程為例，研究生態(tài)護岸的設(shè)計和應(yīng)用，對類似工程項目具有參考意義。

1 工程概況

西江航運干線南寧牛灣至貴港3000 t 級航道工程，起點位于南寧港中心港區(qū)牛灣作業(yè)區(qū)，終點位于貴港航運樞紐，全長約228 km。按內(nèi)河Ⅰ級航道標準建設(shè)，通航3000 t 級內(nèi)河船舶，兼顧平陸運河5000 噸級單船，主要工程內(nèi)容包括疏浚、炸礁、航標、信息化及配套工程、跨河線纜拆建、航道綠色生態(tài)工程。其中生態(tài)護岸工程沿線長度24.3 km，由位于西津庫區(qū)的覃寨村護岸工程、巒城北護岸工程、高村護岸工程和位于貴港庫區(qū)的那陽護岸工程組成。

工程河段大多為石質(zhì)或卵石與石質(zhì)混合河床淺灘，以灘上水淺為主要礙航特征，河床總體穩(wěn)定。本工程是以在實施Ⅱ級航道的基礎(chǔ)上進行的航道整治工程，西津樞紐、貴港樞紐建成后，渠化了河段航道，大部分灘險被淹沒，使得工程河段成為優(yōu)良的庫區(qū)航道。

2 航道設(shè)計

2.1 航道水深

航道水深由單船（貨船）吃水深度，按下式計算

式中，T- 船舶設(shè)計吃水深度，取為5.0 m；?H- 富裕水深，取0.4～0.5 m，按照規(guī)范，I 級航道富裕水深0.5 m，另外卵石和巖石質(zhì)河床富余水深值另加0.1～0.2 m 以及I 級航道設(shè)計船型為5000t 級及以上富裕水深值應(yīng)另增加0.1～0.2 m。牛灣至西津樞紐段設(shè)計水深取為5.9 m，與平陸運河通航相匹配。西津樞紐至貴港樞紐設(shè)計水深取為5.4 m，與西津及貴港樞紐二線船閘引航道設(shè)計水深相同。

2.2 航道寬度

根據(jù)運輸要求和航道條件，航道采用雙線航道，寬度按下式計算

式中，Bsd為下行船舶或船隊寬度，m；Bsu為上行船舶或船隊寬度，m；Ld為下行頂推船隊或貨船長度，m；Lu為上行頂推船隊或貨船長度，m；d1為下行船舶或船隊外舷至航道邊緣的安全距離，m；d2為上行船舶或船隊外舷至航道邊緣的安全距離，m；C 為船舶或船隊會船時的安全距離，m；β 為航行漂角，取3°。

按照表1 的參數(shù)，根據(jù)公式（2）可計算出航道寬度為90 m，這是設(shè)計護岸結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)。

表1 航道寬度計算

3 生態(tài)護岸結(jié)構(gòu)設(shè)計

生態(tài)護岸設(shè)計是將綠色生態(tài)的理念引入到航道護岸設(shè)計中，在保證航道工程滿足航運功能的前提下，最大限度保護沿岸生態(tài)環(huán)境、營造適宜生物棲息、居民駐足停留的水岸環(huán)境，促進內(nèi)河水運綠色可持續(xù)發(fā)展[3]。生態(tài)護岸的設(shè)計不僅包括傳統(tǒng)的平面布置、高程設(shè)計和結(jié)構(gòu)選型設(shè)計、還包括水陸過渡帶生物生境設(shè)計，以及生態(tài)型材料選擇、生態(tài)構(gòu)件形式設(shè)計等方面，生態(tài)護岸結(jié)構(gòu)型式見圖1。

圖1 生態(tài)護岸結(jié)構(gòu)型式

3.1 護岸工程結(jié)構(gòu)形式設(shè)計

護岸結(jié)構(gòu)有直立式、斜坡式和混合式3 種[4]，通常以枯水位以上斷面的類型進行劃分，枯水位以上斷面垂直地面的為直立式護岸，斷面為斜坡式的為斜坡式護岸，既有斜坡式又有直立式的為混合護岸。

本河段屬于庫區(qū)航道，岸坡破壞多以水庫退水所引起的崩岸為主，且崩岸立面連續(xù)高大、水下坡度較陡。河段整治工程中護岸主要采用斜坡式平順護岸，這種護岸形式優(yōu)點是貼合河岸形態(tài)，整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，施工便利，維護方便，對水流的干擾小，同時其寬闊的水陸過渡帶增加了水域淹沒面積，容易形成適宜生物生存的近岸淺水生境。同時斜坡式護岸上的漲落水過渡相對緩和，生物生境連續(xù)性較好。

3.2 陸上護坡結(jié)構(gòu)設(shè)計

內(nèi)河航道水流速度較大，船行波較高，并且面臨船舶撞擊的風(fēng)險，其選用的生態(tài)型陸上護坡在具有較好生態(tài)效果的同時，還應(yīng)具有較高的強度、較好的抗沖擊能力。常用的生態(tài)型結(jié)構(gòu)形式包括鋼絲網(wǎng)墊、三維植生墊、生態(tài)袋、綠化混凝土和連鎖塊植草磚等[4]。不同陸上護坡結(jié)構(gòu)的特性見表2。

表2 不同陸上護坡結(jié)構(gòu)對比

從不同陸上護坡結(jié)構(gòu)的整體性、生態(tài)性、美觀性、抗沖性和經(jīng)濟性方面進行綜合比較，并結(jié)合工程河段河岸土質(zhì)、水位變幅、水流強度、風(fēng)浪、船行波、破壞形式、自然與社會環(huán)境要求以及材料來源等方面因素，覃寨村、巒城北、高村和那陽護岸區(qū)均位于河道型庫區(qū)內(nèi)，水位變幅不大流速較緩，近壩河段水面展寬風(fēng)浪較大，船行波作用強且頻繁，岸坡多以水庫退水崩岸為主，陸上以農(nóng)田耕地景觀為主。為適應(yīng)水位變動與水流沖刷，抵御風(fēng)浪與船行波淘刷，阻止岸坡崩塌，同時保持與陸上環(huán)境相協(xié)調(diào)，覃寨村護岸工程、巒城北護岸工程高村護岸工程和位于貴港庫區(qū)的那陽護岸工程采用三維植生墊護坡結(jié)構(gòu)。

三維植生墊是一種為防止坡面侵蝕和恢復(fù)原有的生態(tài)環(huán)境，利用植被對航道邊坡進行生態(tài)坡面防護的土工合成材料[5]。其以獨特的坡表加筋錨固性和植被共同作用于邊坡，能有效控制坡面水土流失，減輕高水位時洪水對坡面的淘刷，并能美化岸坡環(huán)境，具有較好的生態(tài)效果，且其施工便捷，已在長江航道中被廣泛采用，工程中的三維植生墊見圖2。

圖2 三維植生墊

3.3 水下護底結(jié)構(gòu)選型

水下護底在保持水上主體建筑物穩(wěn)定的前提下，因其長期受到水流淘刷作用，還應(yīng)保持河床基礎(chǔ)的完整與穩(wěn)定[6]。傳統(tǒng)的排體結(jié)構(gòu)透水性差，容易阻隔水體與土體的物質(zhì)交換，且排面不利于底棲生物和魚類棲息附著。為增強水下護底的生態(tài)性，對于常年處于被淹沒的水下護底工程，生態(tài)設(shè)計應(yīng)以滿足水生動物棲息繁殖為主，可利用護底結(jié)構(gòu)開展生境營造[7]?？蛇x用散拋塊石，或碎石、清礁棄渣、疏浚土等作為充填物的充填網(wǎng)（袋）和扭王字塊、魚巢磚等人工預(yù)制構(gòu)件等多孔洞、具有空腔，便于魚類、底棲生物躲避棲息的結(jié)構(gòu)類型。

考慮到工程河段有大量清礁棄渣可用，本著就地取材，資源綜合利用的原則，可將棄渣進行簡單的粒徑分選后，將滿足粒徑條件的渣石直接散拋于坡面，拋石體形成的不平整面層，塊石與塊石間的自然空隙均有利于水生動物躲避棲息。

4 生態(tài)護岸結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

生態(tài)護岸設(shè)計為平順式斜坡護岸，護岸工程上、下游各設(shè)長20 m 的銜接段。斜坡護岸由枯水平臺、陸上護坡和水下護底3 部分組成。

4.1 陸上護坡

陸上護坡主要包括岸坡開挖、岸坡回填（棄渣回填、種植土回填）、三維植生墊鋪裝（鋼絲網(wǎng)墊）與植物噴播等工程。

西津庫區(qū)覃寨村、巒城北和高村護岸工程陸上護坡按1:2 控制，貴港庫區(qū)那陽護岸工程陸上護坡按1:1.5 控制。

（1） 岸坡開挖：當陸上岸坡陡于控制坡度時，按控制坡度進行削坡，形成平整坡面，便于后續(xù)三維植生墊鋪裝工程實施。

（2） 岸坡回填：當陸上岸坡緩于控制坡度時，護坡局部需要先回填，回填土應(yīng)分層夯實，達到原狀土的密度?；靥钔脸韺痈惨?0 cm 厚的種植土外，底層可以采用工程清礁棄渣作為回填土。

（3） 三維植生墊鋪裝：將坡面上雜石碎物清理干凈，低洼處回填夯實平整，確保坡面平順。將植生墊沿坡面由上至下鋪于坡面上，網(wǎng)墊與坡面之間保持平順結(jié)合，網(wǎng)墊邊緣搭接長度不小于2 cm。在坡頂位置延伸40～80 cm，埋于土中并壓實。將網(wǎng)墊自下而上用ф6 mm 以上的U 型鋼筋將三維網(wǎng)固定，U 型鋼筋長約15～30 cm，寬約8 mm，間距約1.5～2.5 m。

（4） 植物噴播：網(wǎng)墊鋪設(shè)完畢后，將種植土均勻覆蓋于植生墊上，確保網(wǎng)墊上泥土厚度不小于12 mm。將客土材料和植物種子加入客土噴播機，加水攪拌均勻即可進行噴播施工。

護坡的斷面見圖3。

圖3 護坡斷面

4.2 枯水平臺

枯水平臺為鋼絲網(wǎng)墊結(jié)構(gòu)，網(wǎng)籠框架為長方體，長2.0 m，寬1.0 m，厚0.5 m，內(nèi)部裝填清礁石渣，枯水平臺底部鋪設(shè)無紡布。陸上護坡三維植生墊上緣與枯水平臺上緣搭接平整，并保持枯水平臺被水下護底形成支撐。充填石渣空隙會隨水庫退水有泥沙落淤，形成利于植物生長的基質(zhì)，最終植被將石籠覆蓋，并能為近岸水域魚類提供遮蔽。

4.3 水下護底

覃寨村、巒城北、高村和那陽4 處護岸工程水下護底均采用清礁棄渣拋石護底。當床面緩于1：3 時，直接在床面上散拋厚度0.8 m 的渣石，形成床面壓載，抵御水流沖蝕，并形成枯水平臺的水下支撐；

當床面陡于1：3 時，床面上散拋渣石，拋石按1：3成坡。拋石護底所形成的拋石體總體輪廓應(yīng)保持平整，不至形成水下暗礁構(gòu)成礙航，塊石與塊石間自然堆置，其間空隙利于魚類棲息。

生態(tài)護岸工程完工驗收后的實際效果見圖4，達到預(yù)期要求。

圖4 生態(tài)護岸工程應(yīng)用效果

5 結(jié)論

以西江航運干線南寧牛灣至貴港3000 t 級航道工程為例，研究生態(tài)護岸的設(shè)計和應(yīng)用，得到以下結(jié)論。

（1） 護岸結(jié)構(gòu)有直立式、斜坡式和混合式3 種，航道護岸結(jié)構(gòu)采用斜坡式結(jié)構(gòu)較合理；

（2） 陸上護坡結(jié)構(gòu)采用鋼絲網(wǎng)墊、三維植生墊能適應(yīng)工程條件，并且與陸上環(huán)境相協(xié)調(diào)；

（3） 生態(tài)護岸的設(shè)計方案在工程中應(yīng)用，取得了良好的效果，達到預(yù)期要求。