生態(tài)護(hù)坡技術(shù)在河道治理中的應(yīng)用研究

曹喜翰CAO Xi-han

（中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，廊坊 065000）

1 生態(tài)護(hù)坡較傳統(tǒng)護(hù)坡的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的護(hù)坡工程造價(jià)偏高，施工及養(yǎng)護(hù)難度大，僅考慮了岸坡安全及防洪功能，而忽略了生態(tài)環(huán)境。生態(tài)護(hù)坡借助活體植物或配合一些非生命體的植物材料緩解坡面的不穩(wěn)定性及外界侵蝕，主要借助植被能夠涵水、固土的性能提高巖土邊坡的穩(wěn)定性，并對(duì)其進(jìn)行美化，是一種綜合性工程手段，涉及到巖土工程基礎(chǔ)知識(shí)、環(huán)保學(xué)知識(shí)、園林學(xué)知識(shí)等，較傳統(tǒng)護(hù)坡的優(yōu)勢(shì)如下。

1.1 改善水質(zhì)，提升水體自凈能力

本身較為光潔、硬度比較高的傳統(tǒng)護(hù)坡工程并未配備植物屏障，易使垃圾和徑流污染物進(jìn)入到水體中，加快水體惡化速度。生態(tài)護(hù)坡能夠有效滯納雜質(zhì)和垃圾，并適當(dāng)過(guò)濾污染物，對(duì)水體具有保護(hù)作用。此外，生態(tài)護(hù)坡應(yīng)用的多為環(huán)保材料，透水性及透氣性較好，有利于水體、土壤及生物之間的能量和物質(zhì)循環(huán)，從而提升水體自凈能力[1]。

1.2 調(diào)節(jié)水溫，維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)的平衡

傳統(tǒng)護(hù)坡下水體溫度變化幅度大，不利于溫敏生物的生存及魚(yú)群產(chǎn)卵，還會(huì)滋生一些致病菌。被植被或灌木覆蓋的生態(tài)護(hù)坡能夠調(diào)節(jié)光照，避免水溫異常變化。因此，生態(tài)護(hù)坡對(duì)水文生態(tài)具有積極影響。

1.3 保護(hù)河道生態(tài)系統(tǒng)的多樣性

砂礫和混凝土修葺的護(hù)坡會(huì)加速水體流動(dòng)，使水流沖刷作用明顯加大，部分微小生物會(huì)被直接沖進(jìn)下游，導(dǎo)致生物種類減少，直接影響周邊生態(tài)環(huán)境的持續(xù)發(fā)展。一般來(lái)說(shuō)，河道襯砌完畢之后，沿河生物類型會(huì)縮減至原來(lái)的33%左右，水生生物類型會(huì)縮減至原來(lái)的50%左右。生態(tài)護(hù)坡透水性能好，有助于維護(hù)各類生物的生存環(huán)境。

1.4 有助于恢復(fù)河岸綠色景觀

生態(tài)護(hù)坡應(yīng)用了環(huán)保材料及節(jié)能技術(shù)，是對(duì)傳統(tǒng)護(hù)坡的改進(jìn)，融入了特色文化景觀等內(nèi)容，有利于實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧共處，不僅能夠滿足防洪排澇需求，還能實(shí)現(xiàn)和周邊環(huán)境的物質(zhì)交換，構(gòu)成開(kāi)放、平衡的生態(tài)系統(tǒng)。

2 生態(tài)護(hù)坡的類型

常見(jiàn)的生態(tài)護(hù)坡根據(jù)使用材料可分為自然材料生態(tài)護(hù)坡、金屬材料生態(tài)護(hù)坡、混凝土材料生態(tài)護(hù)坡、土工材料生態(tài)護(hù)坡。另外，提出了“新的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)”的分類以方便了解生態(tài)護(hù)坡近年來(lái)的發(fā)展。

2.1 自然材料生態(tài)護(hù)坡

①植草護(hù)坡。植草護(hù)坡是一種利用植被根系的加筋提高護(hù)坡土壤和坡面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的防護(hù)手段，也和其他材料相結(jié)合，如植被與土工材料相結(jié)合的護(hù)坡結(jié)構(gòu)，常見(jiàn)的有結(jié)合直立矮墻、混凝土方格植草等技術(shù)。在土工材料保護(hù)邊坡穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，植物的根系能夠提高坡面的抗沖刷能力。

②木樁植被復(fù)合護(hù)岸。該技術(shù)利用柱形的擾流消渦作用，在沿岸依次打入木樁以達(dá)到對(duì)護(hù)坡的抗沖刷保護(hù)作用，在上部土坡種植被?？蓽p少地表徑流，減緩河水對(duì)岸坡的侵蝕作用，岸邊的柵欄與植物還可以形成景觀，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性、生態(tài)性、景觀性的統(tǒng)一。

③厚層基材噴薄技術(shù)。該技術(shù)按比例將不同材料配置成類土壤結(jié)構(gòu)，將種子、肥料，保護(hù)劑混入其中，均勻噴涂于岸面，為綠植生長(zhǎng)營(yíng)造良好的環(huán)境，植物具有良好的護(hù)坡和綠化作用。該技術(shù)可修復(fù)環(huán)境和提高護(hù)坡的穩(wěn)定性，對(duì)護(hù)坡的保護(hù)具有促進(jìn)作用[2]。

2.2 金屬材料生態(tài)護(hù)坡

①生態(tài)石籠網(wǎng)結(jié)構(gòu)護(hù)岸。該技術(shù)利用鐵絲網(wǎng)籠將碎石、土塊及肥料混合構(gòu)成種植基，通過(guò)種植基構(gòu)成土墻或臺(tái)階式護(hù)坡，通常坡面種綠植以起到綠化和抗沖刷作用，常用于流速較大河段。根據(jù)不同力學(xué)特點(diǎn)分為重力式擋土墻防護(hù)結(jié)構(gòu)、半重力式擋土墻防護(hù)結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定路基結(jié)構(gòu)、加筋錨固防護(hù)結(jié)構(gòu)。

②金屬絲網(wǎng)箱護(hù)岸。該技術(shù)在通常將五層或六層金屬絲網(wǎng)箱疊在一起，并用石料對(duì)網(wǎng)箱內(nèi)部進(jìn)行填充，對(duì)網(wǎng)箱的鋼絲進(jìn)行防腐處理以提高耐久性。網(wǎng)箱內(nèi)填充材料的孔隙有助于護(hù)岸內(nèi)空氣、水分的自由交換和水生動(dòng)植物的生存生長(zhǎng)，還能夠起到保持水土和消聲斂光的作用。

2.3 混凝土材料生態(tài)護(hù)坡

①預(yù)制混凝土連鎖塊體結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)一般由混凝土材料構(gòu)成，采用一組幾何形狀、大小、重量都相同的小型結(jié)構(gòu)拼接而成，結(jié)構(gòu)的空隙處可種植綠植提高坡體的穩(wěn)定性，適用于侵蝕作用較大的河岸。近年來(lái)我國(guó)學(xué)者在研究該技術(shù)的過(guò)程中，對(duì)原有的二維結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，研究出三維結(jié)構(gòu)的混凝土連鎖結(jié)構(gòu)塊體，大幅度提升了抗沖刷、抗滑和生態(tài)性能。

②水泥生態(tài)種植基技術(shù)。該種植基由固、液、氣三相構(gòu)成，具備一定強(qiáng)度的多孔材料，固體物質(zhì)主要由土壤、低堿水泥及有機(jī)肥料構(gòu)成，液體物質(zhì)主要由水和填充的保水劑構(gòu)成，由秸稈等物質(zhì)形成的空隙為氣體部分提供了和外界交換的條件，還可在表面種植綠植起到綠化和抗沖刷作用[3]。

③植被型生態(tài)混凝土護(hù)坡。該技術(shù)因其生產(chǎn)效率高、機(jī)械化程度高以及可全坡面噴植的特點(diǎn)，在河道護(hù)坡方面被廣泛采用。為減少生態(tài)磚之間的滑動(dòng)，可采用連鎖式砌塊技術(shù)固定生態(tài)磚。該護(hù)坡可強(qiáng)化生態(tài)磚和坡面之間的穩(wěn)固性，加強(qiáng)坡面的生態(tài)性和抗沖擊能力，避免水土流失。

④土壤固化劑技術(shù)。該技術(shù)以水泥和土壤為主體，加入固化劑促進(jìn)土壤之間的物理化學(xué)反應(yīng)，改善土壤顆粒間的連接結(jié)構(gòu)和接觸關(guān)系，提高了土壤的抗壓、抗?jié)B等性能，為綠植提供生長(zhǎng)環(huán)境。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于水利工程、道路交通等方面。

2.4 土工材料生態(tài)護(hù)坡

①生態(tài)袋護(hù)岸。在生態(tài)袋中加入土壤、碎石和肥料等物質(zhì)，根據(jù)生態(tài)袋的柔性特點(diǎn)形成了能夠良好適應(yīng)坡面角度變化的柔性護(hù)坡。可利用生態(tài)袋、石籠網(wǎng)等材料，改良出了新型生態(tài)擋墻，利用石籠網(wǎng)及錨桿進(jìn)行加固的同時(shí)結(jié)合生態(tài)袋的透水、柔性等特點(diǎn)，相較于傳統(tǒng)的硬質(zhì)護(hù)坡具有生態(tài)環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

②土工格室生態(tài)護(hù)岸。該技術(shù)因可就地取材的便利性和普適性被廣泛應(yīng)用于河道防護(hù)中。通過(guò)在需要保護(hù)的坡面鋪設(shè)土工格室，在格室空隙中填充碎石、土壤等物質(zhì)，在表面種植綠植保持水土。實(shí)驗(yàn)證明土工格室抗侵蝕性能良好，對(duì)紅壤土邊坡的降雨沖刷防護(hù)效果明顯，值得推廣。

③三維植被網(wǎng)護(hù)坡技術(shù)。該技術(shù)包括植被護(hù)坡和土工網(wǎng)護(hù)坡兩種技術(shù)，利用土工網(wǎng)為坡面提供強(qiáng)度，也可利用綠植來(lái)保持水土。該技術(shù)需要在坡面覆蓋土工材料，為植被生長(zhǎng)留夠空間；坡面通過(guò)植物根系對(duì)土壤進(jìn)行加固以提高坡面穩(wěn)定性；若選用根系發(fā)達(dá)、生命力頑強(qiáng)的植物可以對(duì)該技術(shù)起到良好的促進(jìn)效果。

2.5 生態(tài)護(hù)坡新技術(shù)

①特拉錨墊生態(tài)修復(fù)。采用特拉錨墊固定土壤以減少土壤表面的水分蒸發(fā)和地表徑流對(duì)土壤的侵蝕作用，為綠植提供了生長(zhǎng)基質(zhì)，并對(duì)其生長(zhǎng)起到保護(hù)作用。技術(shù)由兩個(gè)結(jié)構(gòu)組成，反濾層保證透水不淤堵；草皮增強(qiáng)墊保護(hù)植物根莖以及抗沖刷。

②蜂巢格室約束系統(tǒng)生態(tài)護(hù)坡。應(yīng)用蜂巢約束技術(shù)實(shí)現(xiàn)邊坡填充材料約束和穩(wěn)定，通過(guò)三維柔性蜂巢網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的蜂巢格室及填料、土工布和植被構(gòu)建復(fù)合覆蓋保護(hù)層，具有安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、生態(tài)環(huán)保、穩(wěn)定耐久的特點(diǎn)[4]。

③“雷諾護(hù)墊+高性能基材層”護(hù)坡。由雷諾護(hù)墊和高性能生態(tài)基材層兩部分組成，是一種剛?cè)峤Y(jié)合型護(hù)岸技術(shù)。剛性部分采用雷諾護(hù)墊代替塊石，柔性部分在護(hù)墊表層覆蓋一層高性能生態(tài)基材。該護(hù)岸抗沖性能較好，能夠穩(wěn)固邊坡，為實(shí)際工程設(shè)計(jì)提供了一定的參考。技術(shù)優(yōu)勢(shì)：1）柔性覆蓋，可適應(yīng)多種不同坡度的邊坡；2）緊密貼合，生態(tài)基材具有柔性，可適應(yīng)坡度起伏的邊坡；3）加速生長(zhǎng)，同時(shí)具有保護(hù)作用。

3 河道治理工程生態(tài)護(hù)坡技術(shù)實(shí)例應(yīng)用

3.1 工程概況

某市主城區(qū)水系生態(tài)修復(fù)PPP 項(xiàng)目工程主要包括水安全、水生態(tài)、水景觀。通過(guò)本次工程建設(shè)，將主城區(qū)水系生態(tài)系統(tǒng)融入城市生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建完善水生態(tài)環(huán)境。其主要任務(wù)是疏浚、開(kāi)卡及規(guī)整河道斷面，調(diào)整、恢復(fù)兩岸河口，提高城區(qū)河段整體防洪排澇能力，并結(jié)合景觀工程利用河槽蓄水，恢復(fù)河流水系生態(tài)環(huán)境。

3.2 護(hù)坡施工工藝介紹

本工程河道邊坡護(hù)坡包括蜂巢格室約束系統(tǒng)護(hù)坡和生態(tài)墻壁磚護(hù)坡兩種形式。工程選用的蜂巢格室采用在高分子材料基礎(chǔ)上改良而成的環(huán)保型高分子聚乙烯合成材料，經(jīng)過(guò)超聲波焊接形成三維網(wǎng)狀物。蜂巢格室約束系統(tǒng)護(hù)坡效果見(jiàn)圖1。

圖1 蜂巢格室約束系統(tǒng)護(hù)坡效果

3.2.1 土工布鋪設(shè)

①蜂巢格室底部土工布。經(jīng)清表、修整后，將土工布鋪設(shè)在基面上，堤頂和河底位置需伸出蜂巢格室邊以外20～30cm，防止后期施工中因?yàn)閴毫Φ仍蚴雇凉げ伎s入蜂巢格室底部，導(dǎo)致土工布下鋪尺寸不足現(xiàn)象發(fā)生。

②生態(tài)墻壁磚底部土工布。經(jīng)清表、修整后，將土工布鋪設(shè)在基面上，由于生態(tài)墻壁磚碼放方式為自下而上逐步錯(cuò)臺(tái)形式，使得土工布實(shí)際使用尺寸大于邊坡平面尺寸，所以鋪設(shè)前需經(jīng)過(guò)計(jì)算得出土工布的有效使用長(zhǎng)度。

③土工布規(guī)格。土工布規(guī)格為350g/m2，每卷尺寸6m×50m。如遇特殊部位可將原材剪裁成合適形狀進(jìn)行鋪設(shè)。土工布間連接采用搭接方式，搭接寬度30～50cm，搭接部位使用手持縫紉機(jī)將相鄰兩塊土工布進(jìn)行縫合，每處搭接縫合線不少于2 道。

3.2.2 蜂巢格室鋪設(shè)

本工程蜂巢格室護(hù)坡工程采用“蜂巢格室約束系統(tǒng)”+填充種植土防護(hù)。“蜂巢格室約束系統(tǒng)”由蜂巢格室本體+連接材料、連鍵+錨固材料、錨桿+限位帽三部分構(gòu)成。蜂巢格室壁板有多孔和壓紋結(jié)構(gòu)，通過(guò)孔穴內(nèi)填充物，提供強(qiáng)大的剪切力、摩擦力和側(cè)向排水通道，把上部載荷均勻擴(kuò)散到地基，以提高地基的承載力，適應(yīng)地基的不均勻沉降，便于河道運(yùn)營(yíng)期的機(jī)械作業(yè)和日常養(yǎng)護(hù)工作，避免冬季的凍脹破壞。

坡面專用錨桿+限位帽間距1016～1425mm，為保證蜂巢隔室的整體穩(wěn)固性，頂排、底排及兩側(cè)邊端部采用專用錨桿和限位帽，逐孔釘牢。蜂巢格室施工單側(cè)橫斷面見(jiàn)圖2。

圖2 蜂巢格室施工單側(cè)橫斷面示意（單位：mm）

3.2.3 生態(tài)墻壁磚基礎(chǔ)澆筑

①生態(tài)墻壁磚基礎(chǔ)采用素混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土等級(jí)為C25F150W4，斷面型式為“L”形，用于保證磚體碼放的平整以及磚體防滑。

②基礎(chǔ)每隔10m 留置20mm 寬伸縮縫，防止因基礎(chǔ)承載力變化等原因產(chǎn)生不均勻沉降進(jìn)而導(dǎo)致基礎(chǔ)斷裂現(xiàn)象。伸縮縫采用L-600 型高壓聚乙烯閉孔泡沫板，表觀密度為0.12g/cm3。

③生態(tài)墻壁磚基礎(chǔ)無(wú)墊層，無(wú)配筋，為素混凝土結(jié)構(gòu)，模板底部采用原基或回填土土模，邊側(cè)立模采用木模板與定型鋼模板配合形式。由于內(nèi)部無(wú)鋼筋，所以在模板內(nèi)架設(shè)1.1m 長(zhǎng)木方進(jìn)行支撐，立模底部使用鋼筋打入基礎(chǔ)土體內(nèi)作為底部限位裝置，模板外側(cè)使用鋼管進(jìn)行頂撐，外側(cè)頂撐頂點(diǎn)為模板上口及模板底部雙層布置。

3.3 護(hù)坡技術(shù)指標(biāo)參數(shù)及施工要點(diǎn)

3.3.1 蜂巢格室約束系統(tǒng)生態(tài)護(hù)坡施工要點(diǎn)

①土工布鋪設(shè)在堤頂和河底位置，需伸出蜂巢格室邊以外20～30cm，防止縮入情況。

②土工布間連接采用搭接方式，搭接寬度30～50cm，搭接部位使用手持縫紉機(jī)將相鄰兩塊土工布進(jìn)行縫合，每處搭接縫合線不少于2 道。

③放置的格室尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，用錨桿進(jìn)行錨固后，再進(jìn)行種植土回填施工。

④設(shè)計(jì)要求蜂巢格室內(nèi)填充種植土，填充采用機(jī)械倒運(yùn)土料、人工填充方式，嚴(yán)禁使用機(jī)械將土料直接傾倒在已鋪設(shè)完成的蜂巢格室上，防止變形。

⑤蜂巢格室鋪設(shè)與其內(nèi)部種植土填充工序互相配合，在施工作業(yè)前，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇種植土導(dǎo)料方向，盡量保證每鋪設(shè)一組蜂巢格室后馬上進(jìn)行種植土填充作業(yè)，不得將整片施工區(qū)域蜂巢格室全部鋪設(shè)完成后再行進(jìn)行填充作業(yè)，防止人力及運(yùn)力浪費(fèi)情況發(fā)生[5]。

3.3.2 生態(tài)墻壁磚技術(shù)指標(biāo)參數(shù)本工程生態(tài)墻壁磚具體技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 生態(tài)墻壁磚技術(shù)參數(shù)

3.3.3 生態(tài)墻壁磚護(hù)坡施工要點(diǎn)

①由于生態(tài)墻壁磚碼放作業(yè)為自下而上逐步錯(cuò)臺(tái)方式，故在施工過(guò)程中應(yīng)先沿邊坡鋪設(shè)土工布，而后每碼放一層生態(tài)塊在其后側(cè)與邊坡形成夾角位置回填原狀土，回填高度與本層生態(tài)塊表面平齊即可，寬度為200mm，再進(jìn)行下一層生態(tài)塊碼放施工。

②修坡完成、土工布鋪設(shè)完畢后進(jìn)行生態(tài)塊碼放施工，碼放時(shí)應(yīng)先施工最底部一層，使最下層生態(tài)塊緊密貼合至基礎(chǔ)固角處，生態(tài)塊同層順?biāo)鞣较蛳噜弮蓧K間應(yīng)緊密貼合，盡量不留空隙。

③上一層碼放時(shí)應(yīng)與下層生態(tài)塊前后方向和左右方向錯(cuò)開(kāi)，其中前后方向向河道外側(cè)后退200mm，左右方向與下層生態(tài)塊錯(cuò)開(kāi)250mm，保證邊坡位置生態(tài)墻壁磚形成整體，以利于運(yùn)營(yíng)期維護(hù)作業(yè)。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，河道治理工程中硬質(zhì)護(hù)坡存在較大的局限性，已不能滿足現(xiàn)階段生態(tài)治理的要求，生態(tài)護(hù)坡作為水環(huán)境修復(fù)的“生命體”，可有效改善水環(huán)境和水生態(tài)，對(duì)實(shí)現(xiàn)河道治理預(yù)期目標(biāo)具有重要作用。通過(guò)全面分析周邊環(huán)境與護(hù)坡工程的協(xié)調(diào)關(guān)系，合理選擇適用于不同河道的生態(tài)護(hù)岸技術(shù)，在保證河道行洪安全和岸坡穩(wěn)定的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)水環(huán)境的修復(fù)。