壩后綠化生態(tài)護坡在夾巖水利樞紐工程中的應(yīng)用

李正江 李國祥 馬現(xiàn)軍 王可

摘要：傳統(tǒng)的水利工程壩后護坡方式因施工強度高和綠化效果差，已無法滿足生態(tài)文明建設(shè)的需求，有必要開展壩后綠化生態(tài)護坡技術(shù)的研究和應(yīng)用。從工程應(yīng)用角度分析了水利工程壩后綠化生態(tài)護坡的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)了植被護坡、土工材料復(fù)合種植基護坡、多孔材料護坡、生態(tài)格網(wǎng)護坡等4種綠化生態(tài)護坡工藝的適宜條件及優(yōu)缺點。介紹了夾巖工程采用生態(tài)格網(wǎng)護坡代替壩后干砌石護坡的方案。應(yīng)用結(jié)果表明，該方案技術(shù)可行，經(jīng)濟合理，且能達(dá)到整體美觀、綠化環(huán)境、生態(tài)修復(fù)的目的。

關(guān)鍵詞：壩后綠化;生態(tài)護坡;生態(tài)格網(wǎng)護坡;生態(tài)格網(wǎng)梁;夾巖水利樞紐工程;貴州省

中圖法分類號：TV861文獻標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.09.027

Abstract： Due to high construction intensity and poor afforestation effect， the traditional protection on dam back slope in water conservancy projects can not meet the requirements of future ecological civilization construction. Therefore， the green ecological protection technology on dam back slope should be studied and applied. The state quo of green ecological protection on dam back slope of water conservancy projects was analyzed from the perspective of engineering application， and the applicable conditions， advantages and disadvantages of 4 green ecological slope protection technologies， such as slope vegetation， composite slope protection of geotechnical material and phytyl， porous material slope protection and ecological grid slope protection， were summarized. The ecological grid slope was applied in Jiayan Hydro-complex Project instead of dry stone slope protection on the dam back. The application showed that the ecological grid slope protection was feasible technically， economic and reasonable， and realized the aims of scenery， afforestation and ecological restoration.

Key words： afforestation on dam back; ecological slope protection; ecological grid and beam; Jiayan Hydro-complex Project; Guizhou Province

1 研究背景

目前，我國大部分傳統(tǒng)水利樞紐工程壩后護坡多采用鋼筋混凝土、漿砌石等剛性護坡方式。這雖然保證了工程的安全性，且暫時防止了水土流失，但忽視了邊坡的生態(tài)功能及其景觀效果。

隨著社會的進步和人們生態(tài)環(huán)境保護意識的增強，水利水電工程的生態(tài)文明建設(shè)也顯得越來越重要和緊迫[1-2]，現(xiàn)有傳統(tǒng)剛性護坡方式已經(jīng)不能滿足生態(tài)環(huán)境保護的要求。因此，發(fā)展具有整體美觀、綠化環(huán)境、生態(tài)修復(fù)的柔性或剛?cè)峤Y(jié)合型水利樞紐工程壩后綠化生態(tài)護坡技術(shù)已經(jīng)成為未來發(fā)展新趨勢[3-5]。柔性或剛?cè)峤Y(jié)合型的水利樞紐工程壩后綠化生態(tài)護坡技術(shù)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)科的基本知識對水工大壩進行支護，形成由單一植物（柔性綠化生態(tài)護坡）或植物和剛性結(jié)構(gòu)組成的綜合性護坡系統(tǒng)（剛?cè)峤Y(jié)合型綠化生態(tài)護坡）[6]。同時，柔性或剛?cè)峤Y(jié)合型的水利樞紐工程壩后綠化生態(tài)護坡技術(shù)還具有改善環(huán)境的功能，可以凈化空氣、調(diào)節(jié)氣候、美化環(huán)境、維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡。

本文通過比較不同水利工程壩后綠化生態(tài)護坡技術(shù)，分析了不同技術(shù)的適宜條件及其優(yōu)缺點。同時，研究與分析了水利工程壩后綠化生態(tài)護坡在夾巖水利樞紐工程（以下簡稱“夾巖工程”）中的應(yīng)用，以期為建設(shè)符合環(huán)保理念的水利工程儲備技術(shù)和積累經(jīng)驗，同時為全國水利工程壩后綠化生態(tài)護坡技術(shù)的研究提供案例參考。

2 水利工程壩后綠化生態(tài)護坡現(xiàn)狀

我國是開展綠化生態(tài)護坡技術(shù)應(yīng)用最早的國家，早在1591年，柳樹等大型植物已被用于河岸邊坡的加固與保護;17世紀(jì)開始，生態(tài)護坡技術(shù)已應(yīng)用于黃河河岸的保護[7]。但是，我國水利工程壩后綠化生態(tài)護坡技術(shù)方面的研究卻起步較晚，近幾年該技術(shù)才應(yīng)用于水利工程[8-9]。按照設(shè)計方法、施工材料等的不同，水利工程壩后綠化生態(tài)護坡技術(shù)可分為植被護坡、土工材料復(fù)合種植基護坡、多孔材料護坡和生態(tài)格網(wǎng)護坡四大類型[10]，其適宜條件及優(yōu)缺點見表1。

（1）植被護坡。這是通過在邊坡上種植植物，利用植物根系的力學(xué)效應(yīng)（深根錨固和淺根加筋）和水文效應(yīng)（降低孔壓、削弱濺蝕和控制徑流）來固土保土、防止水土流失[11]（見圖1）。目前，植被護坡的功能已從單純的護坡轉(zhuǎn)向護坡與景觀改善并舉，甚至以景觀改善為主要目的[12]。按照不同的設(shè)計方法和施工材料，植被護坡可分為人工種草護坡、草皮草毯護坡以及目前較為新型的抗沖生物毯護坡和生態(tài)袋護坡。

（2）土工材料復(fù)合種植基護坡。這是一類將土工材料和植物結(jié)合在一起，在坡面構(gòu)建一個具有自身生長能力的防護系統(tǒng)，通過植物的生長對邊坡進行加固的生態(tài)護坡技術(shù)[13]（見圖2）。按照不同的設(shè)計方法和施工材料，土工材料復(fù)合種植基護坡可以分為三維土工網(wǎng)墊固和土工格固土種植基護坡[14]。

（3）多孔結(jié)構(gòu)護坡。這是一類利用多孔磚、原生木樁或仿生木樁等材料進行植草固土的護坡技術(shù)[15-16]（見圖3），其連續(xù)貫穿的多孔結(jié)構(gòu)可以為動植物提供良好的生存空間和棲息場所，同時植物根系的盤根交織對基礎(chǔ)坡體也有錨固作用，起到了透氣、透水、保土、固坡的效果。按照不同的設(shè)計方法和施工材料，多孔結(jié)構(gòu)護坡可以分為自嵌式擋土墻護坡、鉸接式砌塊護坡和木樁護坡。

（4）生態(tài)格網(wǎng)護坡。這是一種可以將剛性材料和植物有機結(jié)合的剛?cè)峤Y(jié)合型護坡技術(shù)，具有良好的工程安全性、透水性、耐久性和生態(tài)性[17-18]（見圖4）。按照不同的施工方法、施工工藝和材料，生態(tài)格網(wǎng)護坡可以分為混凝土骨架護坡、格賓網(wǎng)石籠護坡與雷諾護墊護坡。

3 應(yīng)用案例

3.1 工程概況

夾巖工程位于烏江左岸一級支流六沖河中游河段，以灌溉和供水效益為主，是國務(wù)院納入規(guī)劃建設(shè)的172項重大水利工程之一，也是貴州省水利建設(shè)的“①號工程”。工程最大壩高154 m，水庫正常蓄水位1 323 m，截至2019年6月30日，大壩已填筑到高程1 300 m，并提前完成一期面板施工工作[19]。

夾巖工程壩后綠化生態(tài)護坡總面積約4.6萬m2，工程于2019年3月1日正式開工，預(yù)計于2020年11月完成施工，現(xiàn)階段正在進行網(wǎng)格梁的預(yù)制和安裝工作（見圖5）。

3.2 綠化生態(tài)護坡設(shè)計

夾巖工程壩后綠化生態(tài)護坡工程設(shè)計邊坡坡度較高，且壩后沖蝕現(xiàn)象比較嚴(yán)重，故壩后綠化生態(tài)護坡主要采用適宜邊坡坡度高、邊坡穩(wěn)定性高、具有綠化性能的生態(tài)格網(wǎng)護坡代替壩后干砌石護坡。該技術(shù)不僅技術(shù)上可行，經(jīng)濟合理，且能達(dá)到整體美觀、綠化環(huán)境、生態(tài)修復(fù)的目的。綜合考慮不同生態(tài)護坡技術(shù)適宜條件及優(yōu)缺點，夾巖工程壩后綠化生態(tài)格網(wǎng)護坡設(shè)計為混凝土骨架護坡。

（1）混凝土骨架護坡設(shè)計。主要利用混凝土骨架形成的框架式構(gòu)筑物，在框架中間植草防護，以防止邊坡溜坍，并進行邊坡防護[20]。工程采用預(yù)制格網(wǎng)梁型式的混凝土骨架格網(wǎng)，預(yù)制混凝土格網(wǎng)梁橫截面尺寸一般為250 mm×400 mm（寬×高），菱形布置，中心線間距3.0 m×3.0 m。格網(wǎng)梁結(jié)構(gòu)型式見圖6～7。

（2）混凝土骨架護坡施工工藝。采用預(yù)制后吊裝安裝工藝，待格網(wǎng)梁預(yù)制后達(dá)到起吊強度即可進行安裝。根據(jù)壩后地形配置適合的吊裝機具，通過自制的吊具進行格網(wǎng)梁安裝，過程中可配置反鏟挖機，對于機械無法安裝到位的部位，采用人工配合安裝。

格網(wǎng)梁就位后在節(jié)點連接孔內(nèi)人工插入2根Φ28 mm鋼筋，然后采用M25水泥砂漿封孔，使格網(wǎng)梁形成整體。為減少對壩體填筑的影響，正常情況下壩體每上升6 m，進行一次格網(wǎng)梁的安裝，每次安裝2層。在格網(wǎng)梁安裝的同時壩體前部（壩后留出寬20 m的安裝場地即可）繼續(xù)填筑。

因生態(tài)土袋具有整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，施工快捷，抗沖性能突出，工期短等特點，生態(tài)格網(wǎng)梁內(nèi)采用生態(tài)土袋填充。種植土采購當(dāng)?shù)馗餐?，待部分混凝土格網(wǎng)梁安裝完成后，在壩面人工將草籽與種植土混合均勻，并裝填生態(tài)土袋。人工沿大壩下游坡面將生態(tài)土袋搬運至格網(wǎng)梁內(nèi)（采用人工擺放整齊），再采用遮陽網(wǎng)覆蓋并定期灑水養(yǎng)護。同時，根據(jù)確定的格網(wǎng)梁參數(shù)選取適當(dāng)?shù)娜嗽焱凉げ剂霞巴链囊?guī)格尺寸，同時根據(jù)草種的選擇，在生態(tài)土袋中加入適當(dāng)?shù)臓I養(yǎng)素。

（3）植物選擇。根據(jù)工程所在地的生態(tài)環(huán)境，選取適合當(dāng)?shù)氐牟莘N類型，以達(dá)到契合當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、整體美觀的目的。因此，夾巖工程壩后綠化生態(tài)格網(wǎng)護坡主要以貴州省引進的生態(tài)恢復(fù)草種以白三葉、紅三葉、雜三葉、紫花苜蓿、多年生黑麥草、1a生黑麥草、高羊茅、百喜草、狗牙根和爬山虎等為主。

4 結(jié) 語

大壩壩后綠化生態(tài)護坡既能滿足對邊坡表層穩(wěn)定的要求，又能維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡，應(yīng)用較為普遍。如何因地制宜地、科學(xué)規(guī)范地選擇合適的生態(tài)護坡工藝是大壩壩后生態(tài)護坡技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。在夾巖工程中，利用生態(tài)格網(wǎng)護坡技術(shù)具有適宜邊坡坡度高、邊坡穩(wěn)定性強、綠化性能良好等優(yōu)點。將該技術(shù)應(yīng)用于壩后綠化生態(tài)護坡中，解決了傳統(tǒng)干砌塊石護坡施工速度慢、易發(fā)生變形隆起或塌陷以及與當(dāng)?shù)鼐坝^不協(xié)調(diào)等問題。通過壩后生態(tài)護坡的成功運用，達(dá)到整體美觀、綠化環(huán)境的目的，兼顧了夾巖工程改善生態(tài)環(huán)境的任務(wù)，有利于后期的旅游開發(fā)和區(qū)域扶貧。同時，該技術(shù)的應(yīng)用還為面板堆石壩壩后護坡增加了一種新的生態(tài)護坡型式，為建設(shè)符合環(huán)保理念的水利工程儲備了技術(shù)并積累了經(jīng)驗。

參考文獻：

[1] 吳剛. ?面板堆石壩后壩坡護坡形式的探索[J]. ?水能經(jīng)濟， 2017（4）： 368.

[2] 陳瓊. ?基于土壤生物工程技術(shù)的現(xiàn)澆網(wǎng)格生態(tài)護坡應(yīng)用研究[D]. ?北京：北京林業(yè)大學(xué)， 2014.

[3] Chiganne F， Marche C， Mahdi T F. Evaluation of the overflow failure scenario and hydrograph of an embankment dam with a concrete upstream slope protection [J]. ?Natural Hazards， 2014， 71（1）： 21-39.

[4] 劉剛. ?生態(tài)護坡在面板堆石壩壩后應(yīng)用[J]. ?工程技術(shù)（引文版）， 2017（1）：306.

[5] 陳飛，郭順，邵海，等. 生態(tài)護坡結(jié)構(gòu)在稀土礦山滑坡防治中的應(yīng)用研究[J]. ?礦業(yè)研究與開發(fā)，2019，39（5）： 44-48.

[6] 劉睿. 淺析生態(tài)混凝土護坡技術(shù)[J]. 名城繪，2019（5）： 593.

[7] 張偉濤. ?生態(tài)護坡技術(shù)在河道治理中的應(yīng)用[J]. ?吉林農(nóng)業(yè)， 2017（23）：74.

[8] 拾景勝，張忠恒，張靜. ?生態(tài)護坡建設(shè)在水利工程中的應(yīng)用探討[J]. ?工程技術(shù)（文摘版）， 2016（10）： 117-118.

[9] 吳靜. ?水利工程生態(tài)抗洪護坡技術(shù)及其應(yīng)用探討[J]. ?建筑工程技術(shù)與設(shè)計， 2015（7）： 1429.

[10] 王安靜. ?生態(tài)護坡發(fā)展綜述[J]. ?建筑工程技術(shù)與設(shè)計， 2017（26）： 2244.

[11] 陸鑫婷. ?黃土地區(qū)生態(tài)護坡技術(shù)的研究[D]. ?西安：西安科技大學(xué)， 2017.

[12] 方華， 林建平. ?植被護坡現(xiàn)狀與展望[J]. ?水土保持研究， 2004（3）：285-287，294.

[13] 周利恩， 尚彥， 余建新. ?工程邊坡生態(tài)防護技術(shù)[J]. ?云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2006（4）： 117-122.

[14] Hejazi， S M， Sheikhzadeh， M， Abtahi， S M. A simple review of soil reinforcement by using natural and synthetic fibers[J]. Construction and Building Materials， 2012（30）： 100-116.

[15] 江健， 朱一飛. ?生態(tài)透水型多孔植被混凝土在護坡工程中的應(yīng)用研究[J]. ?現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化， 2016， 6（2）： 27-28.

[16] 曾三海， 沈炫. ?多孔植被混凝土護坡結(jié)構(gòu)工作性能研究[J]. ?土工基礎(chǔ)， 2009（6）：51-53.

[17] 董書萌. ?水利工程建設(shè)中生態(tài)護坡的應(yīng)用措施探討[J]. ?科技資訊， 2018（4）： 89.

[18] 李曉彤. ?淺談生態(tài)格網(wǎng)在冰溝渣場治理工程中的應(yīng)用[J]. ?內(nèi)蒙古水利， 2019（6）：53-54.

[19] 張賀， 盧瑤. ?夾巖水利樞紐： 補黔西北水利短板[J]. ?當(dāng)代貴州， 2019（31）： 52.

[20] 朱曉峰， 張彩霞. ?新型混凝土預(yù)制件骨架護坡在大填方路基邊坡病害防治中的應(yīng)用[J]. ?蒲白科技， 2014（1）： 52-54.

（編輯：李 慧）