生態(tài)袋擋墻護岸結(jié)構(gòu)設(shè)計及其力學性能分析

陳柳杰 徐義樺 周宇翔

（蘇州市水利設(shè)計研究院有限公司 江蘇蘇州 215000）

1 生態(tài)袋擋墻護岸結(jié)構(gòu)概述

在有效保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性后，能夠促進植被的茁壯生長，以此來實現(xiàn)河流岸坡工程生態(tài)目標［1-2］。隨著研究的深入，生態(tài)柔性護岸結(jié)構(gòu)的形式愈發(fā)豐富，如岸坡防護與植被恢復(fù)相綜合的方案，具體包含生態(tài)袋、土工格室、三維植被網(wǎng)墊等。縱觀行業(yè)發(fā)展趨勢，柔性生態(tài)護坡袋較為主流，其以聚丙烯或聚酯纖維為原材料制作而成，袋內(nèi)充填含植被種子的營養(yǎng)土，兼具抗紫外線、抗老化、裂口不延伸等多重特點。柔性生態(tài)加筋擋墻技術(shù)在較陡岸坡的侵蝕防護中具有突出的應(yīng)用價值，相比于常規(guī)的灌木植被防護技術(shù)，其具備抵御較強流速的能力，從而有效穩(wěn)固護腳，保證岸坡的穩(wěn)定性。

2 生態(tài)袋擋墻護岸的設(shè)計

某通江河道，全長20.30km，考慮到沿岸居民的防洪安全要求，對A河區(qū)界1.71km河段做針對性的治理。于岸坡防護工程中，綜合應(yīng)用到草皮護坡、生態(tài)袋護坡的方法，具體如圖1所示。此外，在設(shè)置生態(tài)袋護坡結(jié)構(gòu)的同時，輔以金屬絲網(wǎng)箱擋墻等配套結(jié)構(gòu)，共同構(gòu)建完善的生態(tài)護岸結(jié)構(gòu)體系，達到增強岸坡穩(wěn)定性、提高生態(tài)效益的多重效果。

圖1 生態(tài)袋擋墻設(shè)計（單位：mm）

2.1 生態(tài)袋擋墻護坡的設(shè)計要點

生態(tài)袋袋體屬于生態(tài)護坡體系中不可或缺的一部分，生態(tài)岸坡的質(zhì)量在很大程度上取決于袋體的性能。

（1）生態(tài)袋：于本項目中，采用到兩種規(guī)格的生態(tài)袋，即質(zhì)量為152g/m2、110g/m2的生態(tài)袋，尺寸均為110.0cm×50.0cm，橫向拉伸強度分別為9kN/m、5.4kN/m，縱向拉伸強度分別為9.5kN/m、4.3kN/m，CBR頂破強度分別為1900N、1500N，等效孔徑分別為0.12mm、0.18mm。

（2）三維排水聯(lián)結(jié)扣：對單個生態(tài)袋做聯(lián)結(jié)處理，構(gòu)成完整的、穩(wěn)定可靠的三角內(nèi)摩擦緊鎖結(jié)構(gòu)，其受力條件良好。

（3）扎口帶：單向自鎖結(jié)構(gòu)，具有較強的抗紫外線能力。

（4）生態(tài)袋填充物：以岸坡巖土特性、植被品種為參考，合理選配。為保證施工的科學性，由專業(yè)技術(shù)單位提供施工方案。袋體充填飽和度是重點控制指標，以72%～78%為宜。

（5）排水管：PVC50型，用200g/m2反濾土工布包裹管端，呈梅花狀布置，間距按2m予以控制。

（6）雙向土工格柵：斷裂強力為關(guān)鍵控制指標，要求經(jīng)向和緯向的該值均≥50kN/m。為實現(xiàn)對生態(tài)袋和墻后土體的連接處理，面層間設(shè)加筋格柵。

2.2 植被種植技術(shù)及其應(yīng)用效果

以植被防護、工程結(jié)構(gòu)相綜合為基本思路，組織生態(tài)護岸建設(shè)工作。因此，在生態(tài)護岸技術(shù)的應(yīng)用中，植被種植及生長情況是需重點考慮的對象?，F(xiàn)階段，生態(tài)護岸中常見的植被種植技術(shù)有如下幾點。

（1）活枝插播種植技術(shù)。于生態(tài)袋內(nèi)順坡向、沿坡向按0.5m的間隔依次插入植物（可考慮活柳條、迎春花等），頂端略微出露.此項技術(shù)主要用于喬、灌、花類植物的種植中，可根據(jù)需求靈活搭配，植物層次豐富，可以形成具有觀賞價值的圖案。

（2）袋內(nèi)夾層種植技術(shù)。通過兩層木漿紙將植物種子附著在生態(tài)袋的內(nèi)側(cè)，袋內(nèi)裝入營養(yǎng)土，以滿足植物的生長要求，封口后，采取堆砌措施，后期做好灑水和養(yǎng)護工作，保證植被的有效生長。生態(tài)袋種植如圖2所示。

圖2 生態(tài)袋種植

（3）表面抹草籽種植技術(shù)。以草籽、花籽為主要的種植物，按比例摻入粘合劑、細粒填土，做充分混合，均勻涂抹在生態(tài)袋表面，再于該處覆蓋無紡布，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境適當灑水，使其保持濕潤的狀態(tài)，表面抹草籽種植技術(shù)的優(yōu)勢在于草籽發(fā)芽率高，可取得較好的生態(tài)效果。

3 生態(tài)袋護岸的性能分析

3.1 生態(tài)袋的力學性能

生態(tài)袋必須具有足夠的力學性能，例如：縱橫向撕破強度≥220N/m，縱橫向斷裂強度≥8kN/m。岸坡較陡時，注重生態(tài)袋布的標稱強度，經(jīng)計算后，確定合適的控制標準，確保生態(tài)袋構(gòu)筑的擋墻結(jié)構(gòu)具有足夠的穩(wěn)定性。

3.2 生態(tài)袋的植生性能

袋表面植被根系扎入袋內(nèi)、袋內(nèi)植被從袋中長出是檢驗生態(tài)袋中植被生長狀況的關(guān)鍵標準。袋體應(yīng)具有透水、不透土的特點，及時給袋內(nèi)植物補充水分，同時，避免袋內(nèi)填充物流失的問題，此時，水分在袋體間、袋體與岸坡間保持高效流通的狀態(tài)［3］。

（1）生態(tài)袋的等效孔徑和透水性。等效孔徑是檢驗生態(tài)袋綠化效果的關(guān)鍵指標，其指的是土工織物的最大表觀孔徑。根據(jù)規(guī)律，等效孔徑與袋單位面積質(zhì)量具有正比關(guān)系。透水性則是評價生態(tài)袋質(zhì)量的關(guān)鍵指標［4-5］。若袋體材料偏薄、孔徑偏大，袋內(nèi)的填充物將逐步流失，且遇強降雨侵蝕時體現(xiàn)得更為明顯，導致袋體的單位重量在短時間內(nèi)減小，以生態(tài)袋為基礎(chǔ)元素構(gòu)成的護岸結(jié)構(gòu)缺乏足夠的力學性能，可能有坍塌現(xiàn)象。反之，若袋體厚度過大、孔徑過小，將削弱袋體的透水性能，且隨著外部水分逐步向袋體內(nèi)的滲透，袋體單位重量增加，此變化將促使岸坡靜水壓力加大，外力對岸坡的影響較為明顯，有變形或垮塌問題。并且，孔徑偏小時不利于根系的延伸，影響到植株的生長狀態(tài)?？梢?，合理設(shè)定袋體等效孔徑的范圍至關(guān)重要，現(xiàn)階段，該區(qū)間通常為0.07～0.20mm。并且，在生態(tài)袋等效孔徑O95具有“0.15mm≤O95≤0.20mm”且垂直滲透系數(shù)Kv≥0.12cm/s時，能夠有效維持生態(tài)袋內(nèi)填充物的穩(wěn)定性，無明顯的流出現(xiàn)象，而袋體內(nèi)外的水分可高效流通，邊坡內(nèi)的積水于短時間內(nèi)快速排出，護岸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到保證。

（2）植被覆蓋率。以物種多樣性的基本思路選取生態(tài)袋表皮植物，通?？刹扇〔萜?、花卉、矮灌木等多種植物相搭配的方法。以混播、插播、鋪草皮等方法完成生態(tài)袋表皮植被的種植工作，但無論選取何種方法，均要考慮到植被覆蓋率符合常水位以上≥99%的要求（以生態(tài)袋施工后3個月內(nèi)為例），而此時常水位以下300mm需滿足≥50%的要求。

3.3 生態(tài)袋的抗老化性能

覆蓋度良好時，生態(tài)袋具有抵抗紫外線侵蝕的作用，避免質(zhì)變或腐爛的問題，還兼具抗老化、無毒、抗酸堿侵蝕等多重特性，給植物的生長創(chuàng)設(shè)了良好的條件。生態(tài)袋護坡工藝的適用范圍廣，在河道護坡、山體修復(fù)等工程場景中均見其身影，若施工得當，護坡的耐久性較好，后續(xù)無需頻繁翻修。為了充分提升生態(tài)袋護坡的耐久性，需切實提高袋體的抗老化性能，而這也正是生態(tài)袋護坡工藝的重難點內(nèi)容。

在生態(tài)袋護坡的日常使用中，紫外線照射是加速生態(tài)袋老化的關(guān)鍵因素，若施工完成后未及時采取植被覆蓋措施，生態(tài)袋將直接遭陽光直射，加速生態(tài)袋的老化，嚴重削弱生態(tài)袋的耐久性。

4 生態(tài)袋力學性能變化分析

4.1 取樣方法

從護岸的不同岸坡位置取樣，具體考慮擋墻向陽面、背陰面的頂、底兩處，分別在此類區(qū)域選取1個袋體。對于不同植被覆蓋度的區(qū)域，則著重考慮植被茂盛和稀疏的部位，分別取1個袋體。每組試驗取樣5塊，試樣尺寸10cm×20cm、20cm×20cm。

4.2 測試內(nèi)容及結(jié)果分析

（1）力學性能測試。準備實驗組和參照組，用萬能材料試驗機監(jiān)測，測定試樣的拉伸性能和撕裂強度。為了檢驗生態(tài)袋經(jīng)一段時間使用后的力學性能，取經(jīng)過1.5年使用時間的生態(tài)袋，對其進行檢驗。結(jié)果顯示，植被覆蓋良好的區(qū)域表層袋體外側(cè)植被生長條件較佳，可見，該區(qū)域植株的多數(shù)根系均得到有效的延伸，相繼進入袋體內(nèi)側(cè)。實際操作中，取樣倒土頗費勁，表明多數(shù)根系扎入袋內(nèi)土體中并具有穩(wěn)定性。

（2）測試結(jié)果及分析。從取樣過程及結(jié)果來看，經(jīng)1.5年的使用后，無論在向陽面還是背陰面，無論是否有植被生長，袋體均具有較好的完整性，幾乎不存在風化現(xiàn)象，袋體延展性良好，相比于新使用的袋體，其力學性能保持率較好，實測結(jié)果顯示平均強度超85%，表明生態(tài)袋具有足夠的耐久性。

袋內(nèi)土體具有較高的密實度，表層植被根系向周邊延伸，進入生態(tài)袋土體內(nèi)，由于根系的良好生長，可實現(xiàn)對袋體與土體間加筋的效果，建成的生態(tài)袋護岸總體完整性、穩(wěn)定性均較好，滿足預(yù)期要求，且得益于生態(tài)護岸綜合性能突出的優(yōu)勢［6］，后續(xù)維護工作量減少，成本降低，有良好的生態(tài)效益和經(jīng)濟效益。并且，從長遠的角度來看，隨著時間的推移，即便生態(tài)袋有老化現(xiàn)象，在根系對土體的加筋作用下，仍能夠有效保證岸坡的穩(wěn)定性，外部環(huán)境因素對岸坡的侵蝕作用微弱。

5 結(jié)語

綜上所述，生態(tài)袋擋墻護岸的方法在現(xiàn)代護坡施工中取得廣泛的應(yīng)用，兼具穩(wěn)定可靠、耐久等多重特點。在工程實踐中，參與人員充分考慮到現(xiàn)場降雨量、紫外線照射強度等關(guān)鍵的因素，預(yù)測其對生態(tài)袋護岸的影響，確定控制指標，富有針對性地組織設(shè)計，根據(jù)設(shè)計方案規(guī)范施工。生態(tài)袋護岸建設(shè)成型后，注重后期的監(jiān)測與分析，根據(jù)實測力學性能參數(shù)判斷生態(tài)護岸的狀態(tài)，評價其是否滿足要求，以此來加強質(zhì)量控制，充分發(fā)揮出生態(tài)袋護岸在維持岸坡穩(wěn)定性、提高綠化水平等方面的優(yōu)勢。