生态护坡技术在南运河治理工程中的应用

付全晟

我国生态护坡技术最近几年有了长足的发展。各地正在尝试在不同条件下应用植被草、水力喷播植草技术、土工材料绿化网、植被型生态混凝土、水泥生态种植基、土壤固化剂等形式多样的生态护坡技术。经济较发达的城市在进行城市河道整治过程中，充分考虑河道做为城市的灵气所在，两岸都进行了精心的规划和设计，形成了水与绿结合的滨水环境。

一、生态护坡技术介绍

生态护坡指的是利用植物或者植物与土木工程相结合，对河道坡面进行防护的一种新型护坡型式。生态护坡集防洪效应、生态效应、景观效应和自净效应于一体，代表着护岸技术的发展方向，越来越受到人们的关注。当采用传统的方法进行堤坡防护时，河道大量地被衬砌化、硬质化，这固然对防洪起到了一定的积极作用，但同时对整个生态系统的破坏也是显而易见的，传统型式的护坡将水、土体及其他生物隔离了开来，阻止了河道与河畔植被的水气循环。相反，生态护坡却可以把水、河道与堤防、河畔植被连成一体，构成一个完整的河流生态系统。生态护岸的坡面植被可以带来流速的变化，为鱼类等水生动物和两栖类动物提高了觅食、栖息和避难的场所，对保持生物多样性也具有一定的积极意义。

国内近些年来进行了城市河道生态护坡技术的研究与应用。如吉林省水利科学研究所的石笼植物复式网格护坡技术综合了石笼网格、土工草网垫、土工织物隔离层、草皮植被的工作原理，将工程防护与植物保护综合成一体，构成了新的复合型护坡。吉林省水土保持科学研究所的江河堤防植物护坡技术研究，对48种护坡植物进行了抗旱、耐淹实验，选出了8种优良护坡植物。吉林省水利实业公司研究开发的环保型绿化混凝土初步实现了在混凝土上长草。吉林省水利科学研究院、吉林省水土保持科学研究所和吉林省水利实业公司正在联合攻关“绿色混凝土在护坡中应用”项目。

二、南运河基本情况及主要问题

南运河市区段治理前上口宽度约在10～40m，河底高程约在0.6～2.5m（大沽），两岸现状地面高程约为3.2～66m（大沽），河道两侧河坡大部分为土坡，路堤残破。部分河段被岸边居民侵占建房，甚至部分河段淤废，河道功能丧失。

由于沿途或支流大量的工业废水和生活污水的排入，河道污染严重，河水呈黑色，蚊蝇滋生，河边杂草丛生，垃圾成堆，卫生条件极其恶劣，有着历史文明的南运河已经名副其实的成了臭水沟。

市区南运河外环线至三元村泵站，治理前主要问题归纳如下：

1、河道淤积严重，断面减小，影响排水

由于缺乏定期的维护，河道管理不善，淤积严重，水草丛生，因河道断面减小，过流能力锐减，甚至部分河段淤废，不能满足排放水量的要求。多年来该段几乎没有进行过清淤工作，而且很多地方河堤下沉、损坏严重，此外一些岸边居民甚至直接把平房盖到河道内，严重影响了河道正常排水功能的发挥。

2、污染严重、水质恶化

该段河面布满生活垃圾，河水呈深黑色或深褐色，带有明显的臭味，在夏季高温时侯几十米外都能闻到令人恶心的臭味。对沿途的小区及村庄造成很大的危害，有着悠久历史文明的南运河已经名符其实地变成了一条臭水沟。造成这种情况的原因，主要有如下几个方面：

⑴由于河道的淤积，使原来河道的设计坡度基本上都以破坏，河水在河道中基本处于停滞状态，严重污染的河水在河道中停留的时间太久，水质进一步恶化。

⑵该河段位于城乡结合部，两岸多为农村、乡镇，人口比较密集，而且外来人口聚集，长期以来两岸居民的乱泼乱倒现象严重，私接乱设的排水口随处可见，同时乱倒的垃圾加剧了河道的污染和雍堵。

⑶沿途或支流大量的工业废水排入，加重了南运河污染的程度。其支流东场引河携带大量沿岸工业废水，如：市毛巾厂、化工厂、造纸网厂、自行车零件厂等，致使南运河水污染程度加剧。

3、沿河构筑物破损较重

本段南运河上共有闸涵、桥梁、泵站二十处，由于年久失修，部分已经损坏严重，也成为制约南运河排水能力以及水质要求的瓶颈。

总之，当时南运河（外环线至三元村泵站段）水质污染和排水不畅问题相当严重，治理本段南运河是天津综合治理水环境污染，恢复市区排水能力，塑造现代化国际港口城市形象的重要工程。

三、南运河治理方案

根据天津市河湖水系规划，南运河定位为打造一条贴近生活、融入生活、丰富生活的景观河道。其功能只排沥不行洪，兼有景观和通航功能。河道规划流量为30～40m3/s，河道上口宽度30～36m，设计正常水位2.00m，设计最高水位为2.70m，河底高程（外环线～三元村泵站）为0.18～-0.30m，河底纵坡为0.08‰，沿河道路断面宽度为20～25m。

1.南运河采用生态护岸设计，是天津市第一条生态河道。

南运河河道设计断面为梯形断面，为避免景观的生硬、呆板，护岸自常水位2.0m以下0.2m开始修筑，高程1.8m以下采用混凝土菱形骨架或装配梁型式护岸，高程1.8m以上根据景观的要求及地形地质等条件的不同，采用植草护坡或亲水平台型式。该护岸型式在考虑护坡具有一定强度、安全性和耐久性的同时，充分考虑生态效果，把河岸由过去传统的整体混凝土或浆砌石护坡改为混凝土镂空护坡，能使水体和土体、水体和植物或生物相互涵养，适合生物生长的近自然状态的护坡。同时由于采用预制混凝土拼装施工，大大缩短了施工时间。南运河护岸作为生态护岸，可以增强水体的自净功能，改善河流水质。当污染物排入河流后，首先被细菌和真菌作为营养物而摄取，并将有机污染物分解为无机物。而细菌、真菌又被原生动物吞噬，其所产生的无机物如氮、磷等作为营养盐类又被水中的浮游生物、鱼、虾等所食，发挥了水体的自净作用，即按食物链的方式降低污染物浓度。

2、采用水系循环设计，改善水体水质

南运河与周边的子牙河、海河、津河、外环河形成水系循环系统，通过水体置换来降低水体营养物质浓度，有效地避免了水体的富营养化，同时增加水体的流动性，实现了水体的循环和补氧，有利于河道水质的保持。

根据《天津市中心城区河湖水系沟通与循环规划》，市区南运河涉及到两个循环圈：①子牙河—外环河—南运河—海河为一个循环圈：即从子牙河提水入外环河，外环河水沿逆时针方向经南运河流到海河。子牙河、外环河、南运河、海河组成环状水体，形成水体循环圈。②南运河—津河—海河为一个循环圈：从海河提水入南运河，经南运河、津河入海河。南运河、津河、海河组成环状水体，形成水体循环圈。

四、生态护坡技术在南运河治理工程中的应用

经论证，南运河市区段河道护岸工程中河道生态护坡采用格构梁式护坡，河道边坡坡比1:2.5。格构梁式护坡最终采用菱形骨架及装配梁两种护坡型式。

考虑到自然条件及地质条件等因素，同时为加快施工速度，菱形骨架及装配梁两种护坡型式均采用预制钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为C30，抗冻等级F150。

菱形骨架护坡是由三种对称L型预制钢筋混制凝土梁拼装组成，单个L型预制梁结构尺寸分别为1123mm×200mm×250mm(长×宽×高)、1370mm×200mm×250mm及1323mm×200mm×250mm.拼装完成后，坡上自河底至压顶呈三个菱形分布，单个菱形平均净尺寸为1170mm×1170mm。每隔15.5m护坡分缝，缝内填充20mm厚沥青木板。菱形骨架护坡用于直线段河道。装配梁式护坡是由两种预制钢筋混凝土梁榫接组成，主梁尺寸为5331mm×300mm×250mm(长×宽×高)，次梁尺寸为1660mm×150mm×250mm。主梁两侧共设置榫接口5个，接口尺寸为180mm×100mm (宽×深)，次梁与主梁相互搭接，通过搭接长度的调整平均曲线段河道的上下口长度差异。拼装完成后，坡上自河底至压顶成三个矩形分布，单个矩形平均净尺寸为1500mm×1597mm (宽×高)。每隔16.5m护坡分缝，缝内填充20mm厚沥青木板。装配梁式护坡用于曲线段河道。

预制格构梁式护坡施工顺序为先开槽，然后摆放混凝土预制梁，然后回填夯实。对于格室内土体避免扰动，如出现超挖状况，均采用级配碎石回填。格室内土体的压实系数不得小于0.95。

大胆的将格构梁结构运用到河道护岸中，实施证明，此次尝试是正确的，在保证岸坡结构稳定的基础上大大改善了河道水质。

按照2007年10月价格水平，南运河河道格构式生态护坡与传统浆砌石护坡的综合延米造价比较如下表，格构式生态护坡比传统浆砌石护坡造价低110元，达到了6﹪.

护坡型式 浆砌石护坡 格构梁护坡

综合延米造价（元） 1780 1670

五、总结

南运河市区段通过河道综合治理，尤其是生态护岸技术的应用，提高了南运河水质标准，恢复了南运河的排沥功能，改善了河道两岸区域水环境，促进了沿河两岸城市面貌的改观，进而提升了沿河两岸的土地价值。