城市河道整治中生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)分析

柯家偉 北京市門頭溝水利工程有限公司

傳統(tǒng)的硬質(zhì)式護(hù)坡阻斷了水陸系統(tǒng)的信息交流以及對(duì)地下水的補(bǔ)給，改變了天然河流的自然屬性和水生物種原有棲息環(huán)境。同時(shí)，裁彎取直在一定程度上增加水流速度，增強(qiáng)水力沖刷河岸、河底的能力，因硬化裸露的岸坡使得各種污染物無法被過濾吸收而直接排入河流，并產(chǎn)生水體污染。目前，護(hù)坡護(hù)岸、堤防達(dá)標(biāo)、河道疏浚等措施已普遍應(yīng)用于中小河流治理工程，隨著人們對(duì)生態(tài)景觀、河流環(huán)境、水文化要求的提高，河道生態(tài)護(hù)坡逐漸成為今后的發(fā)展方向。

一般地，人工生態(tài)護(hù)坡與自然生態(tài)護(hù)坡為河道治理的兩種基本形式。前者主要解決水土流失、岸坡坍塌的問題，比較適用于有通航要求的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市河道；后者保護(hù)生態(tài)和河堤的主要途徑為利用根系發(fā)達(dá)的植物，從而實(shí)現(xiàn)改善生態(tài)環(huán)境、防治水土流失和固土的目標(biāo)。對(duì)此，要優(yōu)先考慮自然生態(tài)護(hù)岸充分發(fā)揮植物吸收、分解污染物和固土的作用；對(duì)于兩岸間距較窄、泄洪排澇量較大且水流速度快的河道，宜選擇人工生態(tài)護(hù)岸，為減少剛性結(jié)構(gòu)多使用自然材料，盡可能選擇生態(tài)方格或互嵌生態(tài)模塊，以此美化工程環(huán)境、防治水土流失和固土保沙?？傮w而言，如何兼顧河道生態(tài)環(huán)境與防洪安全，充分融合人水相親、自然生態(tài)的治水理念，優(yōu)選出適用于不同河道的生態(tài)護(hù)坡型式非常重要。

一、生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)原則

（一）安全性

河道岸坡的安全穩(wěn)定直接受到風(fēng)浪、水流的沖蝕淘刷影響，減少河道受沖刷侵蝕作用以及保護(hù)岸坡土體為河道護(hù)坡的基本要求，故岸坡抗沖刷能力與安全穩(wěn)定性應(yīng)作為生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)的首要原則。

（二）生態(tài)性

河道生態(tài)護(hù)坡要為水生植物生長(zhǎng)提供適宜的空間，護(hù)坡結(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)符合孔隙率較大的要求，維持不阻斷地下水與河流之間的信息交流，充分利用岸坡植物維護(hù)河流生態(tài)系統(tǒng)平衡，切實(shí)提升河道自凈能力和岸坡整體穩(wěn)定性，盡量不選擇生硬、視覺單調(diào)的護(hù)坡結(jié)構(gòu)。

（三）地域性

不同河道的水文地質(zhì)、地貌形態(tài)、河流走勢(shì)等環(huán)境條件存在明顯的地域性與差異性，應(yīng)充分考慮地域場(chǎng)所特點(diǎn)及生態(tài)景觀要求，結(jié)合防洪治理規(guī)劃和自然岸線特點(diǎn)，在保證區(qū)域大環(huán)境與河道景觀協(xié)調(diào)性的情況下，因地制宜的設(shè)計(jì)河道岸坡，切忌完全照搬照抄其他河道治理方法。此外，生態(tài)護(hù)坡應(yīng)符合減少資源消耗、節(jié)約成本、可就地取材的要求，充分利用可再生資源有效提高其利用率，并且工程材料選用時(shí)盡量選擇可再生資源。

（四）自然性

天然河道走向蜿蜒，為維持河流原有的空間環(huán)境和自然屬性，應(yīng)堅(jiān)持“遇彎則彎、易寬則寬”的原則隨層次、地形的變化而變化，盡量保持原有地貌，修復(fù)河流橫向和縱向連通性。河道治理工程措施的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少對(duì)河流生態(tài)的干擾，確保水系統(tǒng)的良性運(yùn)行，一旦破壞河流的結(jié)構(gòu)形態(tài)勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的失衡。

（五）資源節(jié)約

生態(tài)護(hù)坡工程要符合減少資源消耗、節(jié)約成本、可就地取材的要求，充分利用可再生資源切實(shí)提高其利用率，并且工程材料選用時(shí)盡量選擇可再生資源。

二、河道護(hù)岸工程設(shè)計(jì)

護(hù)岸工程方案比選：

（1）河道岸線總體布置

岸坡整治盡量保持河流的自然形態(tài)，充分利用現(xiàn)有護(hù)岸，現(xiàn)狀完好的予以保留，對(duì)護(hù)岸破損嚴(yán)重的予以修復(fù)，現(xiàn)狀無護(hù)岸的新建護(hù)岸，在部分地段栽種當(dāng)?shù)仄贩N的植物進(jìn)行護(hù)岸；河道兩岸增加植物措施。在適當(dāng)?shù)奈恢貌贾糜H水設(shè)施，方便群眾的生產(chǎn)、生活。各治理河段岸線應(yīng)結(jié)合東汲河河道現(xiàn)狀進(jìn)行布置。

（2）護(hù)岸型式選擇

常見的護(hù)岸形式主要有坡式護(hù)岸、壩式護(hù)岸、墻式護(hù)岸、樁式護(hù)岸、生物護(hù)岸等，結(jié)合實(shí)際情況，考慮沿岸景觀需求，選擇坡式護(hù)岸、親水平臺(tái)+斜坡式護(hù)岸，墻式護(hù)岸3種方案進(jìn)行比選。

①方案1：斜坡式護(hù)岸

河底至設(shè)計(jì)洪水位鋪設(shè)1 : 3的聯(lián)鎖式生態(tài)砌塊護(hù)坡，設(shè)計(jì)洪水位以上至岸頂采用草皮護(hù)坡，壓頂、格埂坡頂設(shè)C20素混凝土。

②方案2：墻式護(hù)岸+斜坡式護(hù)岸

設(shè)置墻式護(hù)岸+斜坡式護(hù)岸，墻式護(hù)岸采用格賓石籠擋墻，墻頂至設(shè)計(jì)洪水位鋪設(shè)1 : 3的聯(lián)鎖式生態(tài)護(hù)坡，設(shè)計(jì)洪水位以上至岸頂采用草皮護(hù)坡，壓頂、格埂采用C20素混凝土。

③方案3：直立式擋墻護(hù)岸

河底至地面采用直立式擋墻，墻頂設(shè)0.5×0.2m（寬×高）的C20素混凝土壓頂，墻身為M10漿砌石，背水側(cè)坡度為1 : 0.5，底部為厚0.5m的C20素混凝土底板，墻趾寬0.5m，墻踵寬0.5m，擋墻底板下做0.1m厚的碎石墊層。

（3）護(hù)坡材料選擇

常見的護(hù)坡材料有草皮、砌石、現(xiàn)澆混凝土、混凝土預(yù)制塊等。綜合考慮選取聯(lián)鎖式生態(tài)砌塊護(hù)坡。

連鎖式生態(tài)砌塊護(hù)坡具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①結(jié)構(gòu)性能好

聯(lián)鎖式生態(tài)砌塊本身強(qiáng)度高、密實(shí)度高，塊與塊之間的連鎖形成剛性表面柔性基礎(chǔ)的整體鋪面，對(duì)水流沖擊和基礎(chǔ)變形有很高的適應(yīng)性。

②生態(tài)效果佳

聯(lián)鎖式生態(tài)砌塊通常采用開孔型護(hù)坡磚，有助于種植植被。

③施工便捷

聯(lián)鎖式生態(tài)砌塊生產(chǎn)形狀規(guī)則、尺寸統(tǒng)一，質(zhì)量穩(wěn)定，受天氣影響小，施工效率高，保證了工程的施工質(zhì)量。

④造價(jià)低

工業(yè)化生產(chǎn)的聯(lián)鎖式生態(tài)砌塊成本較低，較薄的生態(tài)砌塊能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)很厚的漿砌石或獨(dú)立塊鋪面，從而大大節(jié)約了工程材料成本，便捷的施工工藝使得施工效率高、人工費(fèi)用節(jié)省。

綜上所述，聯(lián)鎖生態(tài)砌塊工程造價(jià)一般，強(qiáng)度高，抗沖刷能力強(qiáng)，可開孔植草綠化，生態(tài)效果較好能機(jī)械化施工，穩(wěn)定性、安全性較高，有利土方平衡。根據(jù)河道現(xiàn)狀，護(hù)岸以抗沖刷、防止水土流失為主要功能，結(jié)合本工程實(shí)際情況，設(shè)計(jì)擬采用的護(hù)坡結(jié)構(gòu)型式主要為聯(lián)鎖式生態(tài)砌塊護(hù)坡。

聯(lián)鎖式生態(tài)砌塊護(hù)坡主要用于河道迎流頂沖段，混凝土預(yù)制塊厚度120mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，壓頂、鎮(zhèn)腳混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，護(hù)砌頂部高程平20a一遇設(shè)計(jì)洪水位。

三、典型的生態(tài)護(hù)坡方法

（一）三維植被網(wǎng)草皮護(hù)坡

植草護(hù)坡屬于一種普遍適用且最經(jīng)濟(jì)的技術(shù)措施，可利用相互交織的植被根系發(fā)揮固結(jié)土體的作用，以此固結(jié)邊坡土體，植被能夠明顯減少波浪爬高以及降雨入滲量，增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性和土地抗剪強(qiáng)度，蒸騰作用有利于減少土壤含水量與孔隙水壓力。

三維植被網(wǎng)草皮護(hù)坡是一種綜合利用三維網(wǎng)墊、植物、面層植草共同消浪和護(hù)岸的護(hù)坡型式，通過將網(wǎng)墊錨固于邊坡以形成基底。從材料類型上高分子材料聚丙烯、聚乙烯等構(gòu)成了三維網(wǎng)墊層，而完整的復(fù)合種植基還有種植型土壤播撒草籽和碎石等組成。從結(jié)構(gòu)形式上，利用平行于土壤方向的可雙向拉伸的平面網(wǎng)與垂直于土壤方向無法拉伸的多層網(wǎng)組成三維網(wǎng)墊層，為使得土壤垂直方向上的多層網(wǎng)狀空間更加穩(wěn)定，還可利用熱熔焊接法連接網(wǎng)層間的節(jié)點(diǎn)。土壤層、土工網(wǎng)墊層、植草層待草皮完全生長(zhǎng)后牢固的結(jié)合一起，從而生成一個(gè)牢固穩(wěn)定的整體，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有更加寬松的空間，在為砂粒與土壤的填充提供足夠的網(wǎng)空間的同時(shí)，也給草皮生長(zhǎng)提供較好的生存環(huán)境。

施工方法：整坡后將1層三維網(wǎng)墊自上而下沿岸坡表面鋪設(shè)，利用“L”型鉚釘及上下各1道錨固溝固定，并把適于野菊花、狗牙根等鄉(xiāng)土草生長(zhǎng)的耕植土覆蓋至坡面，厚約5cm，撒播草種待其成長(zhǎng)，三維網(wǎng)墊與生根后的植物相互交織形成綠化固土系統(tǒng)。

將草皮種植加固土層安置于每個(gè)土工格內(nèi)，由此即可生產(chǎn)固土種植基，而高分子材料聚丙烯、聚乙烯等經(jīng)過加工處理可以形成土工格結(jié)構(gòu)，土工格的設(shè)立可以提高護(hù)坡的摩擦阻力，加之草皮的種植，能夠可以提高護(hù)坡的承受能力以及土壤層的穩(wěn)定性。此外，對(duì)于汛期早期草皮出現(xiàn)起浮的現(xiàn)象三維網(wǎng)的固定措施可以有效避免，三維網(wǎng)與植被根系共同發(fā)揮加緊淺層、防護(hù)岸坡面層的作用。

（二）天然鵝卵石散鋪?zhàn)o(hù)坡

上游山區(qū)型河道存在洪水暴漲暴落、源短流急的典型特征，總體概括為“一短、兩快、四大”的特點(diǎn)，即歷時(shí)短，洪水快漲快落，含沙量、水流速度、破壞力、沖刷力大。

山澗河谷型河道易受洪水沖刷，造成河床淤積加劇、河岸崩塌陡立，漫灘堆積、河道寬窄不一，岸線不穩(wěn)、泄洪能力差，沿岸鄉(xiāng)鎮(zhèn)安全受到潛在威脅。

雖然傳統(tǒng)的護(hù)坡型式或混凝土擋墻能夠達(dá)到抗滑穩(wěn)定、防洪安全等要求，但硬質(zhì)式護(hù)岸的生態(tài)景觀效果較差。根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和類似項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案，遵循就地取材、因地制宜的原則，充分考慮自然生態(tài)與防洪排澇最終選擇鵝卵石散鋪?zhàn)o(hù)岸，以充分發(fā)揮其生態(tài)效益效果和體現(xiàn)河道自然風(fēng)貌。

施工方法：天然鵝卵石散鋪?zhàn)o(hù)坡比較適用于具有較緩比降的寬淺灘處，通過造灘、護(hù)坎創(chuàng)設(shè)奇異的河流風(fēng)貌，通常這生態(tài)護(hù)岸建于急流或彎道處的常水位以下。工程商要求卵石粒徑搭配合理、坡面自然、擺砌整齊，河槽底、頂厚1.2m和0.8m。河道護(hù)坡為細(xì)石級(jí)配，生態(tài)護(hù)岸厚約0.4m，基底深1.5-2.0m、寬1.0-1.2cm，可以適當(dāng)加大彎曲和易沖刷河段的基座。

（三）新型預(yù)制混凝土塊護(hù)坡

平原型河道治理工程普遍存在石料采購(gòu)困難、難以保證施工質(zhì)量的問題，河道整治存在較高的環(huán)境要求，并且大多數(shù)為城區(qū)治理河段，將孔隙率較高的混凝土預(yù)制護(hù)坡用于河道治理中的迎水側(cè)護(hù)坡。

預(yù)制塊護(hù)坡存在管護(hù)方便、便于維修、工期短、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、可機(jī)械化施工和工廠化預(yù)制等特點(diǎn)，較高的孔隙率有利于發(fā)揮其良好的消浪功能，具有良好的堤坡變形適應(yīng)性，鄉(xiāng)土草種能夠生長(zhǎng)于孔隙內(nèi)，成本投資適中且護(hù)坡生態(tài)性較好。新型預(yù)制混凝土塊護(hù)坡既有保持水土、加固土壤、美化城市形象的功能，又能符合生態(tài)環(huán)境及現(xiàn)代人們生活需求，這種護(hù)坡結(jié)構(gòu)型式多樣，其適用范圍也存在一定差異，自鎖式、連鎖式和新型大三角式預(yù)制塊生態(tài)護(hù)坡比較常見。

近年來，在河道生態(tài)治理工程中新型大三角預(yù)制混凝土砌塊生態(tài)護(hù)坡得到越來越廣泛的應(yīng)用，并且其環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益較好。從工程實(shí)踐出發(fā)，因受到船行波、風(fēng)浪、暴雨及船閘泄水水流沖刷等因素作用，通航河道淤積、岸坡崩塌等問題突出，而這種護(hù)岸型式能夠有效解決以上問題。

將4塊呈三角形的單個(gè)塊體拼接在一起可形成新型大三角預(yù)制混凝土砌塊生態(tài)護(hù)坡的基本單元，每個(gè)單元呈正方形，其尺寸為1.2m×1.2m，護(hù)坡厚120mm，這種鉸接連鎖構(gòu)造的生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)能增強(qiáng)岸坡的抗沖能力，預(yù)制塊設(shè)置于迎水側(cè)時(shí)宜用鋼絞線連接穩(wěn)固，并且水下施工的基本條件為鉸鏈成排，從下而上依次鋪設(shè)1層土工布、厚100mm的碎石墊層。為更好的突出護(hù)岸的生態(tài)效果，可以將三葉草、貓尾草、紫苜蓿等矮草播種至水面以上預(yù)制塊開孔之間，草皮種植前將厚40-100mm的腐殖土鋪筑于坡面上，合理養(yǎng)護(hù)草皮以提高其成活率。

（四）現(xiàn)澆植草型生態(tài)混凝土護(hù)坡

現(xiàn)澆植草型生態(tài)混凝土護(hù)坡主要由隨機(jī)復(fù)合而成的多孔型混凝土組成，其中少量的細(xì)料、混有硅灰與爐渣的水泥、粗制骨料為制作多孔型混凝土的主要原料，這種護(hù)坡型式一般包括保持水土的原料、肥料、多孔混凝土材料和種植型土壤等。工程中，磚石或碎石粒徑應(yīng)符合植物生長(zhǎng)要求，以植物根系附著于生長(zhǎng)空間實(shí)現(xiàn)混凝土構(gòu)件的綠化，有效融合環(huán)境保護(hù)與工程建設(shè)的目標(biāo)。

從上而下現(xiàn)澆植草型生態(tài)混凝土護(hù)坡的結(jié)構(gòu)層為70mm厚客土種子、100mm厚生態(tài)混凝土和30m粗砂，孔隙率要求25%-30%，抗壓強(qiáng)度最低≥7MPa。施工過程中先將C20混凝土澆筑至坡面上，框格尺寸2m×2m，框格梁寬0.12m、深0.25m，相鄰縫隙之間距離16m，將閉孔板（厚10mm）填至封內(nèi)。將適于植草的生態(tài)混凝土澆筑至框格內(nèi)，植草自然搭配且不少于2種類型，綠化率要求超過95%。

這種護(hù)坡一般適用于邊坡較高的河段，其具有良好的生態(tài)效果，但投資成本較高，對(duì)骨料級(jí)配和施工工藝的要求嚴(yán)格，因此多用于景觀要求較高的城區(qū)河道治理工程。

四、結(jié)語

防洪安全為河道整治工程的基本要求，如何有機(jī)結(jié)合生態(tài)建設(shè)與防洪減災(zāi)，實(shí)現(xiàn)“生態(tài)、自然、水清、岸綠”的治理目標(biāo)逐漸成為河道治理的發(fā)展方向。生態(tài)護(hù)岸設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持利于維護(hù)、經(jīng)濟(jì)合理、生態(tài)優(yōu)先、安全適用、節(jié)約資源的原則，注重新設(shè)備、新技術(shù)、新材料在河道治理中的使用，在選擇護(hù)岸、護(hù)坡結(jié)構(gòu)型式時(shí)盡可能避開傳統(tǒng)的硬質(zhì)式措施，防止出現(xiàn)視覺上的污染。在保證防洪安全的情況下，將河道治理呈人水和諧、水質(zhì)清澈、綠色環(huán)繞的“生態(tài)廊道”，已成為現(xiàn)代水利和水生態(tài)文明的必然要求。