浅析堤防工程中生态护岸形式及其应用

黄建豪

（福建省建宁县水利局 三明市 354500）

所谓河道生态护岸，笔者认为应该是指以治河工程学为基础，融生物学、生态学、环境学、园林学和景观学等学科为一体的新型河道护岸技术。以下将重点分析堤防工程中生态护岸形式[1]。

1 天然河岸与人工河堤

1.1 天然河岸的净化作用

天然河岸上的植物和水中的水生植物，能直接从水中吸收无机盐类营养物，其舒展而庞大的根系还是大量微生物以生物膜形式附着的很好介质，有利于水质净化。植被也为鱼类、昆虫、鸟类等觅食、繁衍提供了空间，各种鱼巢造成的不同流速带极有利于鱼类等水生生物的生长，促进水质进一步净化。不规则河岸还形成紊流，有利于氧从空气传递入水中，增加水中溶解氧量，有利于好氧微生物、鱼类等的生长，河水会变得清澈、舒适.因此，天然河岸在促进多种生物共同生长的同时，各种生物相互依存、相互制约、形成有机统一体，增强了河流水域自然净化能力。

1.2 人工河堤的环境效益

为防止洪涝灾害，我国城市河流以往大多采用浆砌石料构建人工河堤，这种河堤隔断了河水与两岸土壤水和潜水的联系，使河流变成水巷，降低了河流的自净能力，造成诸多的负面环境效应。这些负面效应[2]包括：

（1）束缚河水，形成水巷；

（2）抬高水位，增大流速；

（3）水资源浪费和土地沙化；

（4）中断土地肥力培育过程；

（5）破坏土壤表层盐分溶洗；

（6）破坏河流生态环境功能等。

因此，人类的筑堤活动导致径流生存空间整体发生畸变，其结构和功能发生与原有的稳定状态或演化方向相反的位移，引起水环境质量下降，不利于人类的生存[2]。

2 生态护岸的特点及其工程技术

2.1 生态护岸的特点

生态护岸与传统护岸区别在于以下几点：

从设计理念上讲：传统护岸强调的是“兴利除害”，尤其是防洪安全这一基本功能；而生态型护岸，则除重点考虑堤岸安全性之外，还需重视人与自然和谐相处和生态环境建设，即还要考虑亲水、休闲、娱乐、景观和生态等其他功能。从河道形态讲：传统护岸规划的河道，岸线平行，岸坡硬化，断面形态规则，断面尺度沿程不变；而生态型护岸，岸线蜿蜒自如，岸坡近天然态，断面形态具有多样性、自然性和生态性。

从所用材料看：传统护岸工程主要采用抛石、砌石、混凝土块、现浇混凝土、铰链混凝土排及土工膜带等硬质材料；而生态型护岸，所用材料一般为天然石、木材、植物、多孔渗透性混凝土及土工材料等。从工程效果看：传统护岸工程完建后，生态环境往往变恶化，尤其在人口高密区，工程措施往往不能满足生态环境和景观的要求；而生态型护岸可使生态环境得以改善，与常规的抛石、混凝土等硬质护岸结构相比，外观更接近自然态，因而更能满足生态和景观的要求。综上看来，可以认为，生态型护岸是传统型护岸的改进，是治河工程学科发展到相对高级阶段的产物，是现代人渴求与自然和谐相处的需要。

2.2 生态护岸工程技术

常见的生态护岸工程技术包括无砂混凝土、三维土工网垫植草、格宾石笼、生态袋、生态砖等类型，其特点分述如下。

2.2.1 生态型无砂混凝土

无砂混凝土植被护坡是近年发展的新型护坡材料，它结合了混凝土护坡硬化安全和草能在上面生长的优点，解决了硬化和绿化不能统一的矛盾，大大美化了环境。具有较好的抗冲刷性能，上面的覆草具有缓冲性能，该护坡在广州市的多处河涌整治中已成功运用。目前无砂混凝土植被护坡分别有预制及现浇两种形式，其中预制形式是市场上新兴的产品，如棕榈石等，考虑本身抗冲需一定规格及人工施工（3人/块）等条件，规格多为1 m×1 m，如采用机械施工，也可视需要加大规格，达到最适用于护坡可连续施工的堤段；而现浇形式是最早开发的无砂混凝土护坡，经过众多工程的实践，证明其具有预制形式无法实现的优点，就是其现场适应性非常强，能根据现场实际情况调整其开孔位置，以及调整其分段和长度情况，甚至能对一些特殊构筑物或植物进行预留保护，同时抗人为破坏能力较强[3]。

2.2.2 格宾石笼

格宾石笼技术是指将抗腐耐磨高强的低碳高镀锌钢丝或铝锌合金钢丝（或同质包塑钢丝），编织成双绞、六边形网目的网片，根据工程设计要求组装成蜂巢网箱，并装入块石等填充料的一项工程技术，这种蜂巢型结构，最能符合力学的原理，是一个同性质的巨大块状结构体，具有承受张力的功能，并可吸收未知的压力。

这项技术能较好地实现工程结构与生态环境的有机结合，是保护河床，治理滑坡，防治泥石流灾害，防止落石兼顾环境保护的首选结构形式。石笼护坡护岸的特点及作用：

（1）较好的生态性。由于石笼的空隙较大，如果只单纯地使用石笼，很容易形成植物无法生长的干燥贫瘠环境。因此，为使植物能早日生长，要给石笼覆土或填塞缝隙，而不能被动地等待洪水带来的泥沙淤积。最好采用微生物及各种生物，在漫长岁月的作用下，形成松软且富含营养成分的表土，实现多年生草本植物自然循环的目标。

（2）较强的透水性。用块石笼叠砌成的挡土墙，由于网箱内的填充料为松散体，存在较多的孔隙，可以充分保证河岸与河流水体之间的水分交换和调节功能，滞洪补枯、调节水位，增强水体的自净能力，有利于砌体后土壤中孔隙水的排出，从而减少墙体后的地下水压力。同时，地表水一旦入渗墙后土中，则可以通过砌体较快地排出，有效降低地下水位。

（3）较好的抗冲性。六角网石笼用作护坡或挡墙工程，结构整体性好。据有关试验证明，六角网石笼防护工程的防冲系数是一般抛石防护工程防冲系数的2倍，且抛石护岸受水流冲击时，石头受压后，一旦产生初始移动，岸坡土壤被冲走，从而导致整个防护工程损坏。而石笼网垫防护工程中的块石即使产生位移，此时变形后的护垫结构将调整，达到新的平衡，而整体不会遭到破坏，从而有效保护岸坡土壤不遭破坏。

（4）较好的防浪性。由于笼内填块石存在一定空隙，风浪、浪峰上拍时，浪花被粉碎，减小了浪压的冲击力，风浪、浪峰退下时，因箱笼有空隙，破坏了风浪的真空吸力，又减小了对防护工程的破坏力度，加之整体结构可在风浪力作用时进行微调，避免了墙身出现裂缝的缺点。

（5）较好的柔韧性。石笼网片的原材料可采用涂膜热镀锌低碳钢丝，构成网格的钢丝有一定的强度，不易被拉断，箱笼整体强度较高。低碳钢丝承受适度的变形特点，可以将全部工程连成整体，不需分缝，即使由于某种原因使结构中断裂一根网丝，也不会影响结构的整体性[4]。特别在受地基土沉陷或墙后土有小的变形影响时，结构能进行自身适应性的微调，不会因不均匀沉陷而产生沉陷缝等，整体结构不会遭到破坏。

3 应用分析

下面以某工程实例说明生态护岸技术的应用。护岸形式应根据实际的地形地质条件，因地制宜，在用地范围许可的情况下选用各种生态型断面，河道两侧设人行道、绿化带、亲水平台等，实行路堤结合，美化环境。方案的设计充分融入了“自然、亲水、生态、文化”的现代水利理念，恢复和体现逐渐离我们远去的自然、生态景观风貌。

3.1 亲水型断面

亲水型断面特点如下：

（1）挡墙前条石砌成的花槽种植水生植物起到了绿色幔帐的景观效果，即使在水位较低时摇曳生姿的水生植物也能彰显河道的生命力。

（2）亲水平台一侧设置的小挡墙不仅可以增强景观效果，更可以让行人小憩、驻足游览河道的美景，体现了人性化的设计。

（3）青花岗岩条石的应用，可以尽量保留古村的固有特色。

（4）采用透水砖路面，具有良好的透水、透气性能，可吸收水分和热量，减轻城市排水和防洪压力，雨后不积水，有利于雨洪利用。

3.2 自然型断面

该类型断面应用于周边用地宽裕的堤段。方案采用双排混凝土方桩支护堤脚，桩间距为1.5 m的正方形布置，桩间填充石块，在临水侧方桩内侧设置1道混凝土挡板，方桩前采用抛石护脚。方桩顶部安放密排的混凝土仿木桩，临水侧仿木桩桩顶高程为（0.5～0.8）m。 护脚以上采用 1∶2～1∶3 缓坡与堤顶衔接，坡面种植绿化植物。在局部区域设置宽1.2 m的亲水步道，亲水步道两侧均采用混凝土仿木桩支护。堤顶路宽为3 m，采用透水砖路面。自然型断面特点如下：

（1）仿木桩为钢筋混凝土结构，表面做仿木处理，桩之间有足够的空隙形成鱼巢。仿木桩的参差不齐、错落有致生动了河道，为河涌增添了自然的气息。

（2）局部地段设置的亲水平台不仅增加了亲水性，并打破了断面形式的单一性，为河涌增加亮点。

（3）采用透水砖路面，具有良好的透水、透气性能，可吸收水分和热量，减轻城市排水和防洪压力，雨后不积水，有利于雨洪利用。

（4）方桩及仿木桩施工快捷简单，造价低廉。

3.3 生态型断面

该类型断面应用于河道基本上无堤岸防护、两岸大多数为农田及果林且房屋建筑比较少的堤段。通常在高程0.5 m以下采用格宾石笼垒成的护脚结构，格宾石笼下采用500 mm厚抛石基础，石笼后面铺设1层反滤土工布并回填中粗砂。高程0.5 m平台的宽度约为2 m，随意摆放一些鹅卵石，护脚以上采用1∶1.5～1∶2斜坡与堤顶路面衔接，水位变动区的坡面上设置200 mm厚无砂混凝土护坡，面覆土厚为100 mm。

1 董哲仁.生态水工学的理论框架[J].水力学报，2003，(1)：1-6.

2 董哲仁.河流形态多样性与生物群落多样性 [J].水利学报，2003，(11)：1-7.

3 Odum,H.T.1989.Ecological engineering and self-organization[D].In：W.J.Mitsch and S.E.Jorgensen,eds.,Ecological Engineering：An Introduction to Ecotechnology.Wiley,New York：79-101.

4 ASCE River Restoration Subcommittee on Urban Stream Restoration,Urban stream Restoration[J].Journal of Hydraulic Engineering ASCE,2003,(7)：491-493.