淺析上海市幾種常用生態(tài)護岸型式的設計思路

(上海宏波工程咨詢管理有限公司，上海 201707)

城市的發(fā)展步伐逐漸加快，但是城市河道的水體質(zhì)量卻在逐漸下降。為了更好地完成對城市環(huán)境的治理，上海市近年來積極開展城市河道整治項目，在提升河道水質(zhì)、優(yōu)化水體環(huán)境的同時，著力改善城市景觀，美化城市環(huán)境，做好防洪除澇工作。

1 生態(tài)河岸的建設意義

長期以來，傳統(tǒng)的河道護岸工程設計往往局限于滿足防洪、排澇、水資源調(diào)度和通航等基本功能。尤其在城市河道護岸工程設計中，主要使用漿砌塊石、混凝土等材料，較少考慮河道的生態(tài)、景觀、休閑、娛樂等其他功能。護岸結構硬質(zhì)化、同質(zhì)化嚴重，既使得原始河岸面目全非，割裂土體與水體間聯(lián)系，隔斷水域生物、微生物與陸域的接觸，河流基本失去了其原生態(tài)功能；也很難根據(jù)城市的不同功能分區(qū)進行差異化設計，不能建立景觀特色，創(chuàng)造生態(tài)、旅游價值。

生態(tài)河岸的建設既可以提升護岸的穩(wěn)定性，提升水質(zhì)，建立水體自然景觀，更能針對城市不同功能區(qū)域的劃分情況進行針對性、差異性設計，可達到“生物與岸墻共存，綠化與周邊交融，水景與陸域一體”的提升效果。

2 生態(tài)護岸的設計思路

2.1 設計原則

生態(tài)護岸的斷面和結構材料選用應力求做到“安全、生態(tài)、景觀、協(xié)調(diào)”，既要能夠滿足河道周邊防洪除澇等水資源調(diào)度的基本要求，又要適應生態(tài)環(huán)境，和周圍現(xiàn)狀協(xié)調(diào)一致，適應地區(qū)發(fā)展的需要。具體設計原則如下。

2.1.1 滿足河道邊坡安全的要求

生態(tài)護岸設計首先應滿足河道水安全，因此河道護岸材料均應保證河道邊坡的穩(wěn)定和抗沖刷功能。

2.1.2 滿足岸坡水土交換的功能

河道水體的生態(tài)性體現(xiàn)在水生生態(tài)系統(tǒng)和陸生生態(tài)系統(tǒng)間的連接及微生物間的交換，因此，生態(tài)護岸設計應保持兩者的充分聯(lián)系。

2.1.3 滿足水生動、植物棲息、生長的功能

水生植物和水生動物是水生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分，生態(tài)護岸型式應能夠提供水生植物和水生動物的棲息條件和場所。

2.1.4 滿足自然景觀的功能

生態(tài)河道的設計還應體現(xiàn)河道的自然景觀功能，在滿足河道資源功能、生態(tài)功能的基礎上，打造出人與自然和諧一體的水體環(huán)境，為人類生活提供自然、水趣的生活場所。

2.2 設計斷面與材料

2.2.1 設計斷面

傳統(tǒng)的護岸斷面設計一般有直立式和斜坡式兩種，其中直立式斷面一般采用剛性結構護坡，過流量大、防沖能力較強、安全可靠、護岸占地面積較小。但對于城市河道而言，直立式岸墻一般墻身較高，景觀性、生態(tài)性較差，且軟土地區(qū)的基礎處理工藝復雜；斜坡式斷面一般采用草皮等護坡材料，生態(tài)性、親水性較好，但此類斷面往往應用于河道較寬、占地面積較大的河道，在城市河道中難以實施。

為兼具過水面積以及生態(tài)景觀性要求，城市河道一般設計為復合式斷面，采用土坡與一級或多級小擋墻相結合，擋墻設置在水位變動區(qū)，采用生態(tài)砌塊、木樁、漿砌塊石等材料砌筑，既可增大河道過水斷面，防止岸坡受水流侵蝕、沖刷，又能保證水生動植物的繁衍、生息。擋墻頂基本上控制在正常水位處，上部設綠化土坡，使水面以上的岸坡呈現(xiàn)自然、生態(tài)的濱水景觀。

2.2.2 建筑材料選擇2.2.2.1 生態(tài)型直立式擋墻材料

目前應用廣泛的生態(tài)型直立式擋墻材料主要有混凝土預制箱型砌塊擋墻、預制混凝土砌塊加筋土擋墻、密排木樁、塑鋼插板樁、直接打入式仿木樁等。分別介紹如下：

a.混凝土預制箱型砌塊擋墻選用的混凝土預制箱型砌塊在廠家預制，塊體質(zhì)量容易得到保證，運至現(xiàn)場進行安裝，施工速度較快，塊體之間采用插槽，孔內(nèi)設置插銷連接，箱體內(nèi)填充碎石等透水材料，頂部可填充種植土種植綠化，生態(tài)性較好，見圖1。

圖1 混凝土預制箱型砌塊擋墻

b.混凝土預制嵌塊加筋土擋墻所用的混凝土預制嵌塊在廠家預制，塊體質(zhì)量較易保證，運至現(xiàn)場砌筑，施工速度較快，塊體之間的連接可采用凹凸縫及錯縫銜接，高標號水泥砂漿砌筑，墻體后采用分層加筋帶抗滑，缺點是人工痕跡明顯，見圖2。

圖2 混凝土預制嵌塊加筋土擋墻

c.利用密排木樁或木樁與插板結合結構，既能擋土，又能清除風浪，可達到防護的目的。樁與樁間有縫隙，具有透氣、透水的優(yōu)點。木樁護岸能與周邊景觀相協(xié)調(diào)。但木樁耐久性差，維護費用較高，見圖3。

圖3 密排木樁

d.塑鋼插板樁結構屬于板樁結構型式的一種，由板樁結構衍生而來，在原板樁結構樁基密排布置的基礎上加以改進，增大樁基間的距離，用預制高分子塑鋼擋土板填補，取代了原間隔內(nèi)的樁基，不僅達到擋土、護坡的效果，還大大降低了工程造價，效果見圖4。由于其生態(tài)效果好、護土效果明顯、對施工場地要求低以及工程造價成本低等優(yōu)勢，在河道工程中得以普遍應用。在靠近道路和居民房屋的河段，能對岸坡起到一定的保護作用。

圖4 塑鋼插板樁

e.直接打入式仿木樁結構與樁基密排型仿木樁結構類似，均為仿木制品，兩者特性、生態(tài)效果一致，區(qū)別在于：直接打入式仿木樁無須分步施工，利用打樁機械即可一步到位。其上部經(jīng)過處理為原木樁樣式，外觀與原木樁更加相似，見圖5。

圖5 直接打入式仿木樁

2.2.2.2 生態(tài)型護坡材料

依據(jù)護面型式和制作材料的不同，目前上海市較常用的生態(tài)型護坡材料有土工格室、生態(tài)袋護坡、水土保護毯和三維土工網(wǎng)。

a.土工格室護坡一般是由高強度的HDPE片狀材料經(jīng)超聲波針式焊接而成的三圍網(wǎng)狀格室結構。其伸縮自如，并且材質(zhì)輕、耐磨損、化學性能穩(wěn)定、耐光氧老化、耐酸堿，適用于不同土壤條件。施工時可張拉成網(wǎng)狀，網(wǎng)間空隙填入泥土、碎石、混凝土等松散材料，組成既具有大剛度，又利于植物生長、滿足水土交換功能的生態(tài)護岸,護坡效果見圖6。

圖6 土工格室護坡

b.生態(tài)袋又稱植生袋，是一種由高強抗紫外線、抗凍融、耐酸堿的高分子合成聚合物材料加工而成的生態(tài)袋。生態(tài)袋內(nèi)填充基質(zhì)材料，可為植物提供扎根場所。生態(tài)袋護坡利用生態(tài)袋建造的柔性生態(tài)護岸，一方面可以固土護坡，另一方面有利于植被生長，綠化岸坡，效果見圖7。

圖7 生態(tài)袋護坡

c.水土保護毯是由聚酰胺纖維構成的形似絲瓜瓤狀的土工網(wǎng)墊， 絲與絲間相互纏繞，質(zhì)地蓬松，孔隙率在 90%以上?？紫吨刑钊胪亮虾筒莘N，種植草穿過網(wǎng)墊生長，其根系深入土中，植物、網(wǎng)墊、根系與土合為一體，形成牢固密貼于坡面的表皮，該護坡結構耐久性極高，視覺上與天然植被護坡無異，具有固土性能優(yōu)良、消能作用明顯、網(wǎng)絡加筋突出、保溫功能良好的特點，可有效地防止坡土被暴雨徑流或水流沖刷破壞，其效果見圖8。

圖8 水土保護毯

d.三維土工網(wǎng)墊是一種新型土木工程材料，屬于國家高新技術產(chǎn)品目錄中新型材料技術領域各種材料中的增強體材料[2]。其形似絲瓜網(wǎng)，質(zhì)地疏松、柔韌，網(wǎng)中有90%的空間，可充填土壤、沙礫和細石以供植物生長。草皮植生后，與網(wǎng)墊、泥土牢固結合，形成一層堅固的綠色復合保護層。三維土工網(wǎng)墊草皮護坡具有成本低廉、施工方便、恢復植被和美化環(huán)境等優(yōu)點，效果見圖9。

圖9 三維土工網(wǎng)

2.3 各型式護岸特點分析

上海市常用的生態(tài)護岸型式主要有混凝土預制箱型砌塊擋墻護岸、預制嵌塊加筋土擋墻護岸、密排木樁護岸、塑鋼插板樁護岸、打入式仿木樁護岸、生態(tài)袋護岸、土工格室護岸、水土保護毯護岸以及三維土工網(wǎng)護岸等。分別從其安全性、生態(tài)性、景觀性、經(jīng)濟性、施工周期等因素進行分析對比，具體對比見表1。

表1 不同類型生態(tài)護岸特性對比

由表1可知，直立和復合式斷面護岸可設計為箱型砌塊、預制嵌塊、密排木樁、塑鋼插板樁、打入式仿木樁等護岸型式，其中箱型砌塊、預制嵌塊護岸具有較強的抗沖刷能力，塊體間空隙較大，可充分滿足水體交換和綠植生長，安全性、生態(tài)性、景觀性俱佳，但也存在結構開挖、回填面較大，施工周期長且開挖時須考慮邊坡安全等限制因素；而密排木樁、塑鋼插板樁、打入式仿木樁等僅可通過樁間(樁身)縫隙進行水體交換，生態(tài)景觀性相較前者偏弱，但其為直接打入式結構，不需圍堰，施工時不需要開挖、抽水，施工快捷方便，具有一定的支護能力。斜坡式斷面護岸常用為生態(tài)袋、土工格室、水土保護毯和三維土工網(wǎng)等護岸型式，其中生態(tài)袋質(zhì)量與袋體材料等參數(shù)影響很大，目前多處于試驗階段；土工格室護岸造價低廉，綠化效果好，但要求邊坡坡度較緩，易受人畜破壞和生物影響，抗沖刷能力較弱；而水土保護毯護岸和三維土工網(wǎng)護岸抗沖刷能力強，適應地表變形能力強，材料耐久性好，在綠化效果和工程造價上各具優(yōu)勢。

3 結 語

在生態(tài)護岸方案選擇中，城市河道一般設計為復合斷面，宜在水位變動區(qū)設置擋墻，斜坡段應根據(jù)河道流速、水土交換條件及岸后綠化配置酌情選擇如土工格室、水土保護毯和三維土工網(wǎng)等不同的護岸類型；非城市河道一般設計為斜坡式斷面，以加大水土交換面積，為貼近自然，護岸類型一般選擇密排木樁、仿木樁和生態(tài)袋等，如遇節(jié)約用地需求，亦可采用插板樁護岸。近年來，因相比于傳統(tǒng)插板樁具有更強的生態(tài)景觀性能，在保證安全的前提下，塑鋼插板樁護岸亦被嘗試用于城市河道。

生態(tài)護岸設計期間，首先要詳細了解河道現(xiàn)狀情況，如河道流速、水位變幅、當?shù)厮w環(huán)境、岸坡土體與周邊地塊特征等條件。在了解環(huán)境綜合治理要求的基礎上，結合河道的使用特點，確立綜合整治標準；在滿足護岸安全性等要求的前提下，因地制宜地選擇不同類型的生態(tài)護岸型式，重新連接被隔離的水土聯(lián)系，建立人與自然相融一體、親水和諧的自然環(huán)境。