生態(tài)護(hù)坡在寧夏小河流域治理工程中的應(yīng)用

黃鵬之 黃順利 孫 彬

(1.北方工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，北京 100144； 2.淄川區(qū)水資源服務(wù)中心，山東 淄博 255100)

0 引言

2016年國(guó)家第2批海綿城市試點(diǎn)城市推行時(shí)，固原市成為寧夏首個(gè)海綿城市試點(diǎn)城市。清水河作為流經(jīng)市區(qū)的母親河，河道整治面臨許多問(wèn)題，河道生態(tài)新系統(tǒng)較差，基本無(wú)納污自?xún)裟芰Γ缓拥滥昃檬?，多年處于污染狀態(tài)；清水河上游工業(yè)園區(qū)在非雨季時(shí)排口處水體渾濁，明顯有偷排現(xiàn)象更加劇了清水河生態(tài)污染；河岸兩側(cè)均是混凝土灰色護(hù)岸，多有剝落，影響對(duì)河岸的防護(hù)及美觀(guān)，且不利于河道生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)和構(gòu)建；它的綜合治理是固原海綿城市建設(shè)的重要一環(huán)。

河岸的生態(tài)建設(shè)在當(dāng)代水利建設(shè)中有重要的一席，為了維護(hù)河岸穩(wěn)定性，建立良好循環(huán)功能的水利生態(tài)系統(tǒng)，必須加強(qiáng)水利工程基礎(chǔ)建設(shè)，完善灌溉、行洪、排澇等水利體系。而岸邊區(qū)對(duì)于河道來(lái)說(shuō)又是關(guān)鍵一環(huán)，保護(hù)岸邊區(qū)有重要意義，生態(tài)護(hù)坡具有高效率、低成本、綠色發(fā)展的優(yōu)勢(shì)，是一種可靠的護(hù)坡措施[1]。但是生態(tài)護(hù)坡相比傳統(tǒng)護(hù)坡在穩(wěn)定性方面有一定的欠缺，因此應(yīng)結(jié)合地形地貌和水文地質(zhì)條件，因地制宜選擇合適的護(hù)坡方式。本文結(jié)合固原清水河治理工程的實(shí)際應(yīng)用，重點(diǎn)介紹三維土工網(wǎng)格在護(hù)坡工程中的應(yīng)用，包括作用機(jī)理和施工工藝；將三維土工網(wǎng)格植被護(hù)坡并與傳統(tǒng)護(hù)坡形式對(duì)比，突出生態(tài)護(hù)坡綠色環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，在生態(tài)護(hù)坡與傳統(tǒng)護(hù)坡的選用方面提出了些許建議。

1 河道生態(tài)護(hù)坡相關(guān)概念分析

1.1 生態(tài)護(hù)坡的定義

生態(tài)護(hù)坡是綜合工程力學(xué)、土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)和植物學(xué)等學(xué)科的基本知識(shí)對(duì)斜坡或邊坡進(jìn)行支護(hù)，形成由植物或工程和植物組成的綜合護(hù)坡系統(tǒng)的護(hù)坡技術(shù)。邊坡開(kāi)挖后，通過(guò)種植植物，利用植物根系與巖、土體的相互作用對(duì)邊坡表層進(jìn)行防護(hù)，一方面能增強(qiáng)土體的抗滑移能力、穩(wěn)定性，另一方面能起到生態(tài)修復(fù)的作用，是一種高效、環(huán)保的防護(hù)手段[2]。

1.2 生態(tài)護(hù)坡的優(yōu)缺點(diǎn)

盡管傳統(tǒng)灰色護(hù)坡(砲片石護(hù)坡、三合土抹面、噴混凝土和錯(cuò)噴網(wǎng)護(hù)坡)穩(wěn)定性較強(qiáng)，可防止坡面侵蝕、維持邊坡穩(wěn)定，但密實(shí)的坡面防護(hù)阻礙了水土之間交流，不僅使地下水難以得到補(bǔ)充，而且破壞了河道生態(tài)系統(tǒng)，使動(dòng)植物微生物的生存空間減少，最終使水體失去自?xún)裟芰?。混凝土歷經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)吹日曬，容易風(fēng)化脫落、鋼筋銹蝕，護(hù)坡效果無(wú)法保證，植被恢復(fù)差，無(wú)法形成一個(gè)和諧的自然生態(tài)系統(tǒng)。

生態(tài)護(hù)坡恰好能將穩(wěn)定性與植被相結(jié)合，使護(hù)坡在保障穩(wěn)定性的前提下，考慮生態(tài)環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展，生態(tài)護(hù)坡有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1)改善水質(zhì)，加強(qiáng)水體的自?xún)裟芰Γ?)調(diào)節(jié)水溫變化，維持生態(tài)平衡；3)維護(hù)河道生態(tài)系統(tǒng)的多樣性；4)恢復(fù)河岸邊坡的綠色景觀(guān)，改善了人的居住環(huán)境；5)施工效率高，適應(yīng)性好[3]。

當(dāng)然，在使用生態(tài)護(hù)坡時(shí)，也要考慮“硬化與綠化”的關(guān)系，根據(jù)當(dāng)?shù)睾恿鞯乃牡刭|(zhì)條件和降雨條件合理選用護(hù)坡形式。

1.3 生態(tài)護(hù)坡的選用注意事項(xiàng)

根據(jù)GB 50707—2011河道整治規(guī)范中內(nèi)容提出,生態(tài)護(hù)坡在不同的河段宜采用不同的護(hù)坡結(jié)構(gòu)。由于河流與河床的相互作用，河岸分為凹岸凸岸，在凹岸水流對(duì)沖段，護(hù)坡設(shè)計(jì)宜采用噴射混凝土、漿砌片石護(hù)岸等工程措施以滿(mǎn)足防沖要求；凸岸及其他防沖要求較低的區(qū)段，宜選擇植物措施或者植物—工程相結(jié)合的措施如生態(tài)土工網(wǎng)墊、植生土工袋、生態(tài)混凝土、連鎖空心磚等防護(hù)。

考慮到河流的設(shè)計(jì)流速對(duì)防護(hù)措施選用的影響[4]，簡(jiǎn)單區(qū)分如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)流速對(duì)防護(hù)措施選用影響

2 清水河治理工程中三維土工網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡的應(yīng)用

清水河固原市區(qū)段從上游二十里鋪橋到下游沈家河水庫(kù)庫(kù)尾共17.97 km，結(jié)合海綿城市清水河治理項(xiàng)目，分上、中、下三段進(jìn)行治理。其中，上段于2013年完成河道整治工程，漿砌石護(hù)岸3.3 km(雙邊)，格賓石籠生態(tài)護(hù)岸10.4 km(雙邊)；中段(銀平公路橋至火車(chē)站橋段)已實(shí)施防洪工程建設(shè)，河岸已全部砌護(hù)，均為直立式堤岸；下游段目前正在實(shí)施整治?，F(xiàn)對(duì)下游段馬飲河段中三維土工網(wǎng)格植被護(hù)坡進(jìn)行介紹。

2.1 三維土工網(wǎng)格植被護(hù)坡作用機(jī)理

格構(gòu)室網(wǎng)材料抗拉強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐磨、耐寒、耐酸堿；側(cè)壁上可選擇是否開(kāi)設(shè)孔洞，便于儲(chǔ)水及水分滲流；多用于軟土地基處理、邊坡加固、河道治理、防風(fēng)固沙等領(lǐng)域，三維土工網(wǎng)格如圖1所示。

三維土工網(wǎng)格與植被協(xié)同作用，三維土工網(wǎng)格的立體結(jié)構(gòu)可以將種植土固定于邊坡上,為植物生長(zhǎng)提供所必需的土壤和養(yǎng)分,形成綠化邊坡,進(jìn)而植被莖葉阻擋降雨直接沖刷坡面,降低雨滴的沖擊能,而且發(fā)達(dá)的植物根系還可以起到固土護(hù)坡的作用。

保證三維土工網(wǎng)格正常工作的注意事項(xiàng):

1)格構(gòu)室充分張開(kāi)，充分伸展的格構(gòu)壁一旦受力便會(huì)立即發(fā)揮作用，為受壓后欲向四周潰散的格室內(nèi)松散體提供側(cè)向約束力，并通過(guò)三維格構(gòu)網(wǎng)同時(shí)把力傳遞給鄰近格室，以便若干格室共同受力協(xié)同工作；若格構(gòu)室壁處于未充分展開(kāi)狀態(tài)，則會(huì)使相應(yīng)格室的側(cè)向約束作用及力的傳遞程度均大打折扣。

2)保證所有格構(gòu)室填充密實(shí)并整體壓實(shí)是施工技術(shù)中的關(guān)鍵之二，對(duì)單個(gè)格構(gòu)室來(lái)說(shuō)，只有格室內(nèi)填充飽滿(mǎn)密實(shí)，受壓時(shí)才能充分?jǐn)D壓格構(gòu)式壁，格構(gòu)式壁才能及時(shí)提供反向約束力；對(duì)整個(gè)復(fù)合基層來(lái)說(shuō)，只有所有格室均填充密實(shí)，才有利于整體均勻受力和保持穩(wěn)定。

2.2 三維土工網(wǎng)格施工工藝

2019年7月，利用三維土工網(wǎng)格在清水河兩岸進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工，現(xiàn)總結(jié)具體施工工藝方法如下：

1)石籠網(wǎng)固腳。石籠網(wǎng)內(nèi)裝入塊石，將其放在坡腳底部的土工布上，用鐵絲網(wǎng)搭接固定相鄰的石籠網(wǎng)。

2)削坡及整坡。進(jìn)行坡面平整，保證坡面土質(zhì)均勻無(wú)大石塊與樹(shù)枝等雜物，若坡面基層土不夠密實(shí)，需用小型振動(dòng)夯或鐵板將表面土壓實(shí)。 3)鋪三維土工網(wǎng)格。將三維土工網(wǎng)格自上而下充分張開(kāi)，如圖2所示，用U型釘呈梅花狀布置進(jìn)行固定。

4)填土。挖機(jī)覆土可能會(huì)損壞格室，采用人工覆土層層壓實(shí)，挖機(jī)配合運(yùn)料，土料落下的高度不宜超過(guò)格室頂面20 cm。

5)播種。將有機(jī)肥按100 g/m2進(jìn)行均勻散播，然后散播草種。選用適合當(dāng)?shù)赝临|(zhì)的生態(tài)護(hù)坡草種，按10 g/m2，用種植土攪拌均勻散播在格子內(nèi)。

6)鋪設(shè)遮蓋物。坡面上覆蓋一層土工布遮擋降雨及避免陽(yáng)光直射，土工布應(yīng)用木條或磚塊壓住，待草種發(fā)芽后揭開(kāi)。

3 結(jié)語(yǔ)

在海綿城市如火如荼建設(shè)過(guò)程中，固原海綿城市建設(shè)不斷運(yùn)用新技術(shù)，貫徹低影響度開(kāi)發(fā)理念，力圖將固原打造模范海綿城市試點(diǎn)城市，清水河治理工程是其中的重要環(huán)節(jié)，生態(tài)護(hù)坡河道治理工程中得到了大力的推廣。

本文對(duì)生態(tài)護(hù)坡與傳統(tǒng)護(hù)坡形式進(jìn)行比較，可以看出傳統(tǒng)灰色護(hù)坡形式盡管有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，但對(duì)自然生態(tài)環(huán)境造成了不小的損害，從側(cè)面突出了生態(tài)護(hù)坡形式綠色可持續(xù)的防護(hù)優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然在實(shí)際工程中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇合理的護(hù)坡形式，不能從一而論。另外，通過(guò)論述三維土工網(wǎng)格植被護(hù)坡在當(dāng)前固原市中小河流治理工程中的應(yīng)用，介紹了作用機(jī)理及施工工藝，其形成的土壤—根系—格室體系有利于邊坡穩(wěn)定。

考慮到當(dāng)前生態(tài)護(hù)坡存在的弱點(diǎn)，今后的研究應(yīng)集中在生態(tài)護(hù)坡新材料、生態(tài)護(hù)坡服務(wù)功能、生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面，相信未來(lái)生態(tài)護(hù)坡的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越多，為國(guó)家的水利事業(yè)添磚加瓦。