三维柔性排水生态边坡在闽江上游防洪工程的应用

2012-10-18陈能乡

水利技术监督 2012年1期

陈能乡

（福建省尤溪县水利局，福建尤溪 365100）

国家对水利、交通、城市等基础设施投入的增加，使得各项基础建设项目如雨后春笋般兴起，为国民经济的发展做出了极大的贡献。但是随之而来的是建设项目对周围环境的破坏日益严重，生态环境日益恶化，生态修复相当困难。防洪工程因具有防冲、固岸、防洪等功能，边坡生态化问题一直困扰着广大水利建设者。随着国家对生态环境保护的重视，作为新兴科学的防洪堤生态化技术也逐步得到了更为广泛的应用。

1 工程概况

福建省闽江上游尤溪流域防洪(一期)工程，位于闽江上游尤溪支流，包括尤溪和大田两县城区堤段，建设总长18.564km的防洪堤和6座排涝站。总投资18086万元。项目保护总人口17万人，保护社会总产值55亿元。工程永久占地18.34 hm2，其中尤溪县14 hm2。是福建省利用中央资金建设的重要水利工程之一。工程设计防洪标准为 20年一遇，相应流量1370～5320m3/s，水面落差6～10m，设计流速2.7～3.45 m3/s。

根据工程沿线地形地质条件、建设规划和施工材料的选取而采取不同的建设方案。尤溪县的西城堤段、沙洲堤段8.222km防洪堤，除了月亮桥119m等和桥梁连接段少量堤段采用传统的砌石堤外，其它7462m堤段全部利用生态复式断面。特别是宝塔和西城2768m堤段采用三维柔性排水生态边坡建设，解决了拆迁难，造型美、生态好、投资省的问题。

2 三维柔性排水生态边坡的含义

三维柔性排水生态防洪边坡不是一些新型材料的堆砌，而是在同一力学、数学模型下进行的，兼顾了环境特点和施工特点，由三部分组成，系统结构、功能材料、植被方式。柔性生态边坡是利用植被涵水固土的原理，对堤坝及山体的边坡进行稳固的防护技术，柔性生态边坡包括岩土工程、修复工程、植物学、土壤肥料学及土工材料等多方面的一项综合技术。

生态袋具有材料力学、水力学、生物学的特征，其几何尺寸、透水性能都能满足植物生长的等效孔径，无毒、不易燃，不降解可回收，做到了零污染。另外生态袋透水不透土，具有很强的过滤功能，其内部的填充混合物不易流失，而且用于防洪堤边坡的防护可以保证植物生长所需水分，保证植物穿过袋皮旺盛发育，植物的根系扎入基础泥土中，起到了固定的作用，而且随着时间的延长其稳固能力越强，这种技术减少了维护费有。具有结构稳定，施工期短，抗冲能力、植被效果好，少占地、节省投资等优点。

3 三维柔性排水生态边坡技术的优势

3.1 环保的优势

消音美观，可以和基础及周围生态环境完美融合，实现城市建设生态环保的目标。而且不会产生任何施工垃圾。植被的选择更为广阔，对于生态系统的快速恢复起到了积极的作用。

3.2 结构设计合理

生态边坡采用的是三角内摩擦紧锁结构，系统整体受力，稳定性强，抗冲击能力，对于水流有吸能急缓冲的作用。边坡的结构面广泛生长各种植被，其植被的根系发达，直接扎进基础泥土中，与自然合而为一，不会是整体结构出现分离等现象，日益强壮的植物根系，相当于无数的铆钉形成具有生命力的免维护的永久生态防洪系统。

图1 三维柔性边坡结构示意图

3.3 施工方便简捷

可在技术人员的指导下，无需任何施工经验的劳动力均可完成施工任务，对堤坝基础要求低，处理方便，可以适应不同的沉降条件，没有温度产生也就无需预留温度缝，不需要大型机械设备，搬运方便。生态袋和排水链结扣的特殊功能设计，防止了渗水，对基础堤坝不会形成压力，可以按需填充土壤中的养料，保证植被的生长力。

3.4 适用范围广

可在 0°～90°角之间施工，构建边坡，从而节约大量土地。结构稳定性强，保证了不发生水土流失。同时因为施工的特殊性，没有施工安全的担忧。

4 三维柔性排水生态边坡的应用

闽江上游尤溪防洪（一期）工程尤溪县部分防洪工程，包括西城堤段、沙洲堤段。沿途占用城东、宝塔、光林西城等城市用地和潘山、秀溪、大池塘等农用耕地，特别是随着尤溪县城市化水平的加快和尤溪县地处戴云山脉土地供给矛盾不断加剧。在城市和各种基础设施建设过程中如果不采取措施，势必对环境、人文、生态、城市绿地造成极大的损害，对环境、拆迁影响很大。

4.1 利用生态护坡技术实现节约投资。

防洪堤利用三维柔性排水生态边坡，可以提高坡度，减少占用土地。在尤溪防洪工程设计中，我们考虑到沿线的行洪能力及工程施工带来的生态环境的影响，决定在月亮桥、潘山桥等堤段采用传统浆砌石结构。在供地条件比较宽松的水东大儒名城、秀溪段采用生态复式土堤结构。

在拆迁困难又有城市景观要求的宝塔、团结、光林三堤段采用三维柔性排水生态边坡。采用三维柔性排水生态边坡，可以把坡度做高，减少堤岸的占地面积，从而实现节约征地进而减少资金支出的目的。

宝塔段，把按传统方法复式土堤应该做成的1:1.75～1:2的边坡做成 1:0.35～1:0.5。高 12m的防洪堤，仅此一项使工程的两侧节约土地18m宽，731m的防洪堤减少拆迁房屋面积1668m2。光林782m防洪堤两侧节约1.6hm2，减少拆迁一楼车库80个。仅此一项节约资金约 1200万元以上。而三维柔性排水生态边坡的利用，减少征迁农田 2.9 hm2，每亩土地的征迁费用在9万元，节省征迁资金387万元，同时也保留了 2.9 hm2的土地，增加了城市用地容量，其意义重大。

4.2 利用生态护坡技术保证堤坝的抗冲刷能力

三维土工网对于覆盖于网上的客土和植被种子有固定作用，可以避免雨水的冲刷和侵蚀。同时柔性植被及网包的存在，令水流及风在边坡表面产生无数的小漩涡，从而起到了抗冲击作用。

三维植被网的基础层和网格间的经纬线纵横交错，与植被的覆盖形成一个不可分割的整体，增加了抗冲击能力。这对于闽江尤溪流域一带的气候特征尤其适应，可以防止雨水的冲刷和洪水的冲击。同时植被的根系对边坡的客土起到了加固的作用，交错杂生的根系仿佛一个个锚定，与基础融为一体，增加了边坡的稳定性。

尤溪防洪河道工程设计为 20年一遇洪水，流速在2.7～3.45m/s，防洪堤表面用三维柔性排水生态边坡抗冲能力可以满足 4m/s流速，边坡的抗冲击力在设计范围内。可以减少防洪堤表面透水砖护坡或浆砌石护坡建设。因此施工中可以不用砌护坡，节约了建设资金。据不完全计算，在尤溪县段建设2768m三维柔性排水生态边坡，每米可节约防洪堤护面投资392元，节约工程投资110万元，同时增加绿地2.2hm2。

4.3 利用生态护坡技术节约了回填土

在护坡表面采用土工网这种三维立体网，可以起到加固边坡的作用，减少了防洪堤的建设断面，从而节约了回填土。

尤溪县三维柔性排水生态边坡建设堤段2768m；西城段长2097 m，高5m平均减少建设断面32.5m3；宝塔段长 671m，高 12 m平均减少建设断面 90m3，节约了回填土 13万m3，节省工程投资约195万元。

4.4 利用生态护坡技术的施工便捷及耐用

三维生态护坡技术施工方便，三层生态袋一层土工网，这种三维立体网没有太高的技术要求，节约机械设备和劳动力。由于三维柔性排水生态边坡属柔性防洪堤，河卵石或粉质沙粘土的尤溪县防洪堤段基础可以满足其基础变形条件，客土材料可以用当地土回填，节约了大量的资金。同时生态边坡的耐久性和无需维护性，可以达到 50年的使用期限，非常适合闽江上游尤溪防洪工程。