生態(tài)護岸技術在農(nóng)村水系治理工程中的應用

李鄭淼，王 爽，孫正天

（1.中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津 300222；2.河北水利建設集團有限公司，石家莊 050000）

農(nóng)村水系不僅是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎， 也是農(nóng)村水環(huán)境的重要載體和鄉(xiāng)村自然生態(tài)系統(tǒng)的核心組成部分。 水系連通及水美鄉(xiāng)村建設試點工作是一個以農(nóng)村水系綜合整治為主，提高農(nóng)村河流防洪標準，改善農(nóng)村河道與人居環(huán)境、 實施新農(nóng)村建設的綜合性項目，是加快推進鄉(xiāng)村振興、促進生態(tài)文明建設的一項重要舉措。

目前，我國農(nóng)村河道、堤防大部分采用硬質(zhì)護岸結(jié)構型式，優(yōu)點是堅固、耐久，但隨著經(jīng)濟社會發(fā)展和河道治理建設步伐的加快， 新時代背景下現(xiàn)代農(nóng)村發(fā)展對河道治理和保護提出了更高要求。 河道的功能已不僅是“泄洪、排澇、蓄水、引清、航運”，還包括“景觀、旅游、生態(tài)、對周邊環(huán)境的呼應”等［1］。相應的河道整治工程也不僅要保證防洪安全， 同時也要融入自然景觀、生態(tài)環(huán)境等內(nèi)容。當前在防洪與生態(tài)需求成為河道建設主要矛盾的背景下， 生態(tài)護岸技術日益得到人們的廣泛關注。

20 世紀50 年代德國提出近自然河道治理工程學， 成為早期生態(tài)護岸建設的主要理論基礎。 近年來， 我國也開始重視河流護岸施工對生態(tài)環(huán)境的影響，提出生態(tài)護岸是以河流生態(tài)系統(tǒng)為中心，以河流動力學為手段而修建的水利工程。 生態(tài)護岸技術在考慮具有一定強度、安全性和耐久性的同時，還要充分考慮生態(tài)效果， 即把河堤由過去的硬質(zhì)河道護岸改造成為水體和土體、 水體和生物相互涵養(yǎng)且適合生物生長的仿自然狀態(tài)的護岸［2］。

基于諸暨市現(xiàn)狀水系存在問題， 制定生態(tài)護岸治理方案，在保證防洪安全的同時，提升區(qū)域生態(tài)環(huán)境與人居環(huán)境，為農(nóng)村水系整治項目提供借鑒，逐步實現(xiàn)美麗河湖和標準化管理的農(nóng)村水系。

1 工程背景及現(xiàn)存問題

諸暨市地處浙江省中北部， 北鄰杭州， 南臨義烏， 是連接杭州都市區(qū)和金義都市區(qū)的重要節(jié)點城市。境內(nèi)主要水系為浦陽江，系錢塘江重要支流，素有浙江“小黃河”之稱，屬浙江省防汛重點河流之一。浦陽江自南向北貫穿市境，境內(nèi)主流長67.60 km，先后有大陳江、開化江、五泄江、楓橋江、凰桐江等5 條支流匯入，流域面積2183.9 km2，占諸暨市域面積的94.5%。另有壺源江流經(jīng)諸暨西部一角，占市域面積的4.95%；上蘆溪系東陽北江的一條支流，屬金華江水系，占市域面積的0.55%。

雖然近年來諸暨市圍繞水系做了大量工作，但由于治理措施單一，部分河段水系連通性、河流水動力條件仍然不足， 建設標準較低， 缺乏綠色生態(tài)理念，與長三角一體化示范區(qū)的高標準、高質(zhì)量發(fā)展目標存在差距。諸暨市現(xiàn)狀水系存在的主要問題：①局部水系溝通不暢，局部河段排澇能力不足；②存在防洪薄弱環(huán)節(jié)，局部有水害問題；③部分河道淤積，影響河道行洪能力； ④水生態(tài)保護與修復建設亟待加強；⑤水景觀打造、水文化挖掘潛力較大。

2 生態(tài)護岸型式選取與應用

2.1 生態(tài)護岸型式比較

生態(tài)河道整治工程是一項綜合性工程， 既要滿足實際使用需求，如防洪、灌溉、供水、航運等，也要兼顧生態(tài)系統(tǒng)健康和可持續(xù)發(fā)展的要求。 作為河道整治工程的重要措施， 護岸工程的建設不僅要滿足基本的水安全保障要求，即符合工程設計原理，而且要融合生態(tài)科學、環(huán)境科學和美學等學科［3］，同時生態(tài)護岸建設還必須考慮其經(jīng)濟合理性［4］。

一般河道護岸型式按照護砌的差異性， 可分為砌石護岸、現(xiàn)澆混凝土護岸、植草框格護岸、混凝土連鎖塊護岸、 自然草木護岸等型式。 根據(jù)本工程特點， 基于生態(tài)水利理念， 綜合考慮沖刷深度計算成果、地質(zhì)條件、景觀要求、施工難易程度、經(jīng)濟適用等，初定以下4 種生態(tài)護岸型式進行比較。

2.1.1 漿砌塊石+三維土工網(wǎng)護岸（方案一）水面采用M10 漿砌塊石護岸，砌石厚度為30 cm，下設10 cm 厚碎石墊層；漿砌石護以上為生態(tài)護岸，結(jié)構為10 cm 厚種植土+Em3三維土工網(wǎng)(凹凸泡面狀)，并噴播草籽（野牛草或當?shù)夭葑眩?，如圖1。

圖1 三維土工網(wǎng)護岸

2.1.2 格賓石籠網(wǎng)墊護岸（方案二）

迎水面采用格賓石籠網(wǎng)墊護岸， 網(wǎng)墊厚35 cm，下設厚10 cm 的碎石墊層，墊層底鋪設4000 g/m2土工布。在網(wǎng)墊上部鋪設15 cm 厚種植土，種植土上滿鋪馬尼拉草皮，如圖2。

圖2 格賓石籠網(wǎng)墊護岸

2.1.3 混凝土預制連鎖塊體護岸（方案三）

迎水坡面均采用混凝土預制連鎖塊體護岸，塊體厚15 cm，下設10 cm 厚碎石墊層和400 g/m2反濾土工布， 塊體內(nèi)種植水生植物， 護岸每隔5 m 設置0.25 m×0.25 m 的C25 混凝土隔梁，如圖3。

圖3 混凝土預制連鎖塊體護岸

2.1.4 平鋪箱型砌塊+草皮護岸（方案四）

迎水坡坡面平整后， 間隔平鋪30cm 厚箱型砌塊，箱型砌塊尺寸為1.08 m×1.08 m（長×寬），砌塊內(nèi)鋪設30 cm 厚種植土，種植土上滿鋪馬尼拉草皮，如圖4。

圖4 平鋪箱型砌塊護岸

綜上分析，從工程造價來看，方案三最省，方案一最大；從施工條件來看，4 個方案均較常規(guī)，施工難度均不大， 但方案三和方案四的預制塊組裝式施工，施工工期短，對于水利工程的季節(jié)性施工特點，有較大優(yōu)勢；從抗沖刷性來看，方案一、方案二較好，方案三和方案四次之；從生態(tài)景觀來看，方案一、方案三一般，方案二和方案四生態(tài)性較好。

不同生態(tài)護岸型式的抗沖能力、 造價及優(yōu)缺點如表1。

表1 不同生態(tài)護岸型式綜合比較

2.2 生態(tài)護岸型式的選用原則

鑒于受地形條件和錢塘江頂托影響， 諸暨市河道易發(fā)生洪水和內(nèi)澇，在2021 年的“6·10”洪水和臺風煙花的影響下，河流堤岸等防護工程損毀嚴重。另外，考慮諸暨市區(qū)位優(yōu)勢突出，生態(tài)基質(zhì)優(yōu)良，文化遺產(chǎn)豐富。因此，確定其生態(tài)護岸選用原則：①具有較強的抗沖刷性，即河道護岸工程必須在設計標準規(guī)定的范圍內(nèi)，能承受洪水、侵蝕、波浪等自然力荷載，確保工程設施安全、穩(wěn)定和耐久性； ②具有較好的生態(tài)整體性，即城鎮(zhèn)生態(tài)河道建設宜結(jié)合諸暨市具體自然景觀、人文景觀，考慮河道生態(tài)風景的整體效果［5］，且避免發(fā)生水土流失；③施工速度快，工期較短，投資相對較少；④同一河道生態(tài)護岸選型不宜太多，以便于工程施工和建設管理。

2.3 生態(tài)護岸設計型式

基于上述生態(tài)護岸選用原則和綜合比較， 為保證河道堤防的抗沖刷能力及生態(tài)景觀效果， 經(jīng)反復優(yōu)化和關鍵技術論證， 本工程采用以下兩種典型河道生態(tài)護岸型式，結(jié)合實際進行詳細設計。

2.3.1 漿砌塊石+三維土工網(wǎng)護岸

經(jīng)設計優(yōu)化論證，堤防迎水側(cè)堤坡采用M10 漿砌石防護，防護厚度0.3 m，下設0.1 m 碎石墊層。下部防護頂高程按照5 年一遇水位加波浪爬高確定。 護岸底部設M10 漿砌石齒墻， 深1.5 m， 下設0.1 m 厚碎石墊層。漿砌石護砌以上為生態(tài)護岸，結(jié)構為10 cm 厚種植土+噴播草籽（野牛草或當?shù)夭葑眩?Em3三維土工網(wǎng)(凹凸泡面狀)。 迎水坡坡面每隔50 m 沿坡面設置一道C30混凝土梁，尺寸30 cm×40 cm(寬×高）。背水側(cè)堤坡設置種植土+噴播草籽護岸，坡比1∶2.0。生態(tài)護岸典型設計結(jié)構如圖5。

圖5 生態(tài)護岸典型設計結(jié)構

該典型設計型式具有較高的耐沖刷性能和穩(wěn)定性，且具有一定的生態(tài)效果。主要適用于水流較為湍急、流速大、彎道多、縱坡大的河段，在本工程中約占河道治理總長度的55%。

2.3.2 平鋪箱型砌塊+草皮護岸

本工程河道治理中，經(jīng)優(yōu)化論證，部分河段迎水側(cè)堤坡采用平鋪箱型砌塊+植草防護。迎水坡坡面平整后，間隔平鋪30 cm 厚箱型砌塊，箱型砌塊尺寸為1.08 m×1.08 m （長×寬）， 砌塊內(nèi)鋪設30 cm 厚種植土，種植土上滿鋪馬尼拉草皮。防護頂高程按照10年一遇防洪水位確定。護岸底部設格賓石籠齒墻，深1.5 m，下設0.1 m 厚砂礫石墊層。背水側(cè)堤坡設置種植土+噴播草籽護岸，坡比1∶2.0。生態(tài)護岸典型設計結(jié)構如圖6。

圖6 生態(tài)護岸典型設計結(jié)構

該典型設計型式具有較好的生態(tài)效果， 且具有一定的耐沖刷能力。主要適用于水流較為平緩、縱坡小，河道相對平直或生態(tài)風景要求高的河段，在本工程中約占河道治理總長度的45%。

2.4 生態(tài)護岸穩(wěn)定性分析及地基處理

生態(tài)護岸穩(wěn)定性分析及地基處理是河道治理的關鍵技術內(nèi)容。經(jīng)反復論證，河道生態(tài)護岸穩(wěn)定采用有限元數(shù)值分析方法計算， 應用河海大學工程力學研究所研制 《水工結(jié)構有限元分析系統(tǒng)》 程序AutoBank7.7 進行計算分析。以具有代表性的凰桐江段為例， 說明生態(tài)護岸穩(wěn)定分析及地基處理的措施和效果。

依據(jù)地質(zhì)勘察成果，凰桐江段現(xiàn)狀堤身以Ⅰ1層含碎石粉質(zhì)黏土及Ⅱ1層粉質(zhì)黏土為主組成。根據(jù)計算結(jié)果， 設計復堤后部分堤段堤防出逸比降不滿足要求，需要對堤基進行處理。另外，由于在“煙花”臺風過境期間，凰桐江段部分堤防出現(xiàn)了潰壩、管涌及流土險情，對薄弱段采取防滲加固處理措施。

由于凰桐江段堤基含有粉砂、 細砂和粉細砂的部位埋置深度較大， 換填的處理措施不能滿足工程建設要求，經(jīng)研究論證擬采用防滲效果好，棄土量小的水泥攪拌樁防滲措施。 該防滲技術是運用特制的單頭或多頭小直徑深層攪拌樁機， 把水泥漿噴入土體并攪拌成水泥土，待固化后形成完整的水泥土防滲墻。主要適用于粉土、壤土、砂土，以及含礫直徑小于50 mm 的砂礫層和淤泥， 甚至有土體架空洞穴，也可以施工。其成墻厚度為100～400 mm，成墻深度受機械自身能力的限制， 目前最大深度可達15～18 m。

采取堤基加固措施后， 滲流穩(wěn)定計算結(jié)果滿足規(guī)范要求，如表2。可見，采取水泥攪拌樁防滲地基處理措施，能明顯改善邊坡穩(wěn)定性，對其他類似工程具有可借鑒作用。

表2 堤基加固后穩(wěn)定滲流成果

3 生態(tài)護岸工程實施效果評估

目前， 浙江省諸暨市生態(tài)護岸治理工程已完成并取得了良好效果。①通過河道整治，提高了行洪、排澇能力，保證了護岸在防洪、排澇等主體功能作用的充分發(fā)揮； ②采用三維土工網(wǎng)和平鋪箱型砌塊結(jié)構型式有利于植物根系生長， 濱岸帶生物種群數(shù)量明顯增多，河道沿線植被覆蓋率高且層次豐富，水生態(tài)保護與修復功能明顯增強； ③采取水泥攪拌樁防滲地基處理措施，保證了護岸穩(wěn)定，對其他類似工程提供了可借鑒經(jīng)驗； ④生態(tài)護岸作為水系綠廊與水美鄉(xiāng)村建設相輔相成， 水景觀與水文化潛力得以充分挖掘， 河道沿岸已經(jīng)成為周邊居民觀景休憩的場所，呈現(xiàn)出原有的自然田園風光。

4 結(jié)語

本文深入剖析了浙江省諸暨市現(xiàn)狀水系存在的問題，基于水安全和水生態(tài)，開展了生態(tài)護岸型式比較，結(jié)合實際研究提出了生態(tài)護岸選用原則，經(jīng)反復優(yōu)化論證，提出了適合當?shù)氐臐{砌塊石+三維土工網(wǎng)護岸、平鋪箱型砌塊+草皮護岸等兩種典型河道生態(tài)護岸型式。 對生態(tài)護岸穩(wěn)定性分析及地基處理的關鍵技術進行了探索， 提出了水泥攪拌樁防滲地基處理措施。該工程實施后取得了良好效果，對其他類似地區(qū)具有可借鑒的作用。實踐證明，在保證防洪安全的基礎上， 農(nóng)村水系中河道生態(tài)護岸建設可有效保護河灘地天然植被和沿河兩岸生產(chǎn)、生活空間，恢復河流生態(tài)廊道生物棲息地生境和生物群落結(jié)構，讓水系廊道串聯(lián)起鄉(xiāng)村地區(qū)的自然生態(tài)、 田園風光及人文景觀， 為村鎮(zhèn)居民提供舒適優(yōu)美的濱水活動空間，助推美麗鄉(xiāng)村建設，助力鄉(xiāng)村振興。