多种生态护坡技术在丽水市瓯江堤防工程中的应用研究

2015-12-31高礼洪

浙江水利科技 2015年1期

宋睿，高礼洪，邱辉，李敏

(中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，浙江杭州 310014)

1 问题的提出

长期以来，我国河道采用的传统的硬质护坡，人为改变了河道附近动物、植物的生长环境，破坏了流域内原有的生物食物链，不利于滨水区的景观环境和生态平衡的发展。随着人们对生态环境认识的进一步提高，逐渐意识到传统护岸措施应用到水利工程中，将造成较大的负面影响。针对上述问题，丽水市水利局在对瓯江堤防的整治中，会同中国水电顾问集团华东勘测设计研究院在对国内外先进的生态护坡形式进行充分调研的基础上，结合瓯江水生态保护与修复工程对瓯江生态护坡的构建进行了探索和研究。《瓯江干流水生态系统保护与修复总体规划 (2006—2020)》被国家水利部列为全国水生态保护与修复工作的5个试点项目之一，丽水瓯江水生态系统保护与修复工程是瓯江生态岸线建设工程的重要组成部分，对全流域水生态保护与修复工作的开展起到举足轻重的作用。本文针对丽水瓯江大中型山溪性河流所具有的独特的水文特征，寻找能够在该地区推广应用的生态护岸形式，并为相似河流护坡的生态治理恢复工程提供借鉴。

2 工程概况

瓯江干流水力资源丰富，洪水多发生于五、六月梅雨季节和八、九月台风季节，属山溪性河流，蓄渗能力较强，产流时间快，汇流迅速集中，暴涨暴落时间短。本工程区段处于瓯江干流中游区域水阁开发区内，位于丽水市莲都区53省道西侧，总长1608m。工程的主要任务是建设与完善瓯江干流水阁区段的生态防洪工程，保护与修复河流自然岸线与生态系统。该工程根据瓯江山溪性河流特性，选择三维植物网为主要护坡材料，并将绿化混凝土护坡、连锁水工砌块护坡、椰网植生带护坡、三维排水柔性生态袋护坡各50m作为示范段进行建设，用于研究各种护坡结构抗冲刷性能，以及植物的生长情况，寻找能够在该地区推广应用的生态护坡形式。

3 生态护坡概述

生态护坡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形式。生态护坡集防洪、生态、景观、自净效应于一体，代表着护坡技术发展的方向。生态护坡综合考虑“水安全、水环境、水资源、水景观”的协调，在满足抗洪、排涝、航运等工程需求的同时，充分考虑生态效应，把河堤由过去硬化护坡结构改造成为适合生物生长的水体和土体、水体和植物或生物相互涵养的仿自然护坡形态。

4 生态护坡工程技术

经过对国内外先进生态护坡的研究考察，本工程最后选用以三维植物网护坡为主，绿化混凝土护坡、连锁水工砌块护坡、椰网植生带护坡、三维排水柔性生态袋护坡作为示范段进行建设，各种护坡特点分述如下:

4.1 三维植物网护坡

三维植物网是植草固土用的一种三维结构的似丝瓜网络样的网垫，质地疏松、柔韧，留有90%的空间可充填土壤、沙砾、细石和草种，植物根系可以穿过其间整齐、均衡的生长，长成后的草皮使网垫、草皮、坡面土壤牢固地结合在一起，植物根系可深入地表下30～40cm。由三维植物网形成的绿色复合保护层，可有效地防止坡面被暴雨或水流冲刷破坏。研究表明，三维植物网可经受高水位、大流速的冲刷，对历时2d的水流，也能经受3～4m/s流速，短期可以抵御5～6m/s流速［1］。三维植物网表面粗糙，在有水流条件下，植被起良好的消能作用，使流速显著降低，可促进落淤。

三维植物网在我国生态河道治理工程中的成功实例较多，具有固土护坡作用显著、经济合理、施工简单、技术成熟等优点。因此在丽水瓯江生态护岸工程中，总护坡的70%以上均采用此护坡措施，三维植物网护坡长约1300m，材料单价为19.46元/m2，与其他护坡材料相比，较经济。按照正常速度，3人一组可以铺设600～700m2/d的三维植物网，施工操作简单，铺设速度快，生产效率高，养护成本低。

丽水瓯江工程中三维植物网护坡已经达到预期效果，图1为本工程三维植物网护坡断面图，图2为施工完成后4个月水阁段三维植物网现场照片，由照片及现场取样分析结果可知狗牙根、百喜草、多年生黑麦草、香根草等植物长势较好，护坡抗水流冲刷能力较强，结构安全可靠，能够达到建设生态护坡目标。

图1 三维植物网护坡断面图

图2 水阁段三维植物网护坡现场照片图

4.2 绿化混凝土护坡

绿化混凝土即生态混凝土，它是通过材料筛选、添加功能性添加剂、采用特殊工艺制造出来的具有特殊结构与功能，能减少环境负荷，提高与生态环境的相协调性，并能为环保做出贡献的混凝土［2］。

绿化混凝土作为能长草的混凝土，不但解决了工程安全与生态环境之间的矛盾，符合“人与自然和谐相处”的现代治水思想，同时还具有防护岸坡、保护与修复自然环境、改善生态条件3个功能。绿化混凝土护坡材料采用的无砂混凝土主要由水泥、粗骨料、减水剂和营养液等拌制而成［3］。由于缺少普通混凝土中的砂，胶凝材料不足以填充粗骨料的孔隙而形成蜂窝状结构、具有连续性多孔特点及良好的透水性和透气性，使绿色植物和水中生物能在其中正常生长。植草后的绿化混凝土护坡具有较好的抗冲性能，覆草对水流的缓冲作用同样可起到降低流速、增强落淤、净化水质、美化环境、改善生态的效果，对自然环境和生态平衡具有积极的保护作用。

目前，绿化混凝土护坡有预制和现浇2种形式，本工程采用的是现浇方式。现场浇筑具有现场适应性强的优点，能适合各种坡度斜面以及各种作业面的现浇施工，不需机械碾压设备。

在丽水瓯江生态护坡工程中，绿化混凝土护岸示范段长约50m，主要做法是将原坡面削整至1∶3的坡度，铺上反滤土工布后浇注2m×2m的C20混凝土框格梁，在框格梁内填上15cm厚已拌制狗牙根草种的无砂混凝土并振捣，最后在绿化混凝土表面上覆盖厚度3cm厚的客土即可。

本工程中绿化混凝土护坡材料单价为60.18元/m2，较其他护坡材料相比，价格较高，施工操作较为复杂，速度较慢，后期养护成本高。丽水瓯江工程中绿化混凝土护坡防洪安全能达到的设计要求，生态修复功能基本能够满足，但草类长势较其他几种护坡差。绿化混凝土护坡断面图和现场照片见图3、4。

图3 绿化混凝土护坡断面图

图4 水阁段绿化混凝土护坡现场照片图

4.3 连锁水工砌块护坡

连锁水工砌块是用干硬性细石混凝土经混凝土成型机振动加压制成，具有密实度好、强度高、抗冲击能力强、抗冻、抗腐蚀、持久耐用、可重复使用等优点。每块水工砌块与周围六块共同联锁啮合固定，形成相对稳定的组合体，有利于保证护坡整体稳定性［4］。连锁型水工砌块是一种柔性结构的生态水利护坡保护系统，制品的尺寸偏差必须严格控制，尺寸偏差过大时将无法施工铺设。

连锁水工砌块铺设在各种动、静水流条件下具有良好的整体稳定性，铺设于反滤土工布上能有效保护坡体不受水流冲刷和浸泡而腐蚀。高开孔率渗水型柔性结构铺面能够降低流速，减小流体压力和提高排水能力，开孔部分一方面起到渗水、排水的作用另一方面可以种植植被、美化环境。

连锁水工砌块施工方便快捷，不需要大型设备，维护方便、经济。植草后的水工连锁砌块护坡不影响水生动物和水生植物的生存，同时植物根系对铺面结构起到一定的加固作用。另外，连锁水工砌块可以根据工程现场实际情况，调整开孔率，满足周围环境的需要。

在丽水瓯江水生态系统保护与修复工程中，连锁水工砌块护岸由连锁水工砌块面层、10cm厚碎石垫层、土工布铺设而成。本工程的连锁水工砌块护坡材料单价为32.80元/m2，与其他护坡材料相比，价格适中，在岸边预制好砌块后铺设施工操作简单、方便快捷，后期养护成本较低，但因为其连锁结构的需要，其开孔率有一定限制，对植物的选择稍有影响。本工程中连锁水工砌块护坡上多年生黑麦草、狗牙根等长势较好，其防洪安全和生态修复均达到预期要求，连锁水工砌块护坡断面图和现场照片见图5、6。

图5 连锁水工砌块护坡断面图

图6 水阁段连锁水工砌块护坡现场照片图

4.4 三维排水柔性生态袋护坡

三维排水柔性生态袋以聚丙烯为主要原料，采用无纺针刺工艺经单面烧结而成，具有抗紫外线、抗老化、抗酸碱盐、抗微生物侵蚀、透水不透土等特点。袋体材料耐腐蚀性强、不容于污染液体、不降解、不含对环境有危害性影响的联苯胺等物质［5］。生态袋透水不透土的过滤功能，既能防止填充物 (土壤和营养成分混合物)流失，又能实现水分在土壤中的正常交流，使得植物生长所需的水分得到有效的保持和及时的补充。袋体的孔径大小最好根据选取得植物类型确定，以确保植物根茎能自由穿透袋体生长，一旦植物根系进入坡体土壤中，就如无数根锚杆完成了袋体与土体间的再次稳固，时间越长越稳固，因而降低了工程日后维护费用。生态袋护坡具有生态环保、地形适应性强、抗震性能好、施工快捷等优点。

丽水生态护岸采用的三维排水柔性生态袋是将选好的黑麦草、狗牙根等混合种子、保水剂、微生物肥料等材料，通过机器设备均匀的复合在2层可降解的无纺布中间，并覆上1层抗老化绿网，然后将复合好的材料按一定的规格缝制成袋状。将制成的生态袋按照施工要求平整地铺放在整理好的坡面上，生态袋的铺设是通过三维排水联结扣将生态袋单体联结成整体，形成稳定的三角内摩擦紧锁结构，使护坡形成安全稳固的柔性边坡。本工程生态袋护坡单价为89.41元/m2，较其他护坡材料相比，价格较高，但其施工简单，速度较快，生产效率较高，护坡植物长势喜人，能到达到设计要求的防洪安全和生态修复功能，生态袋护坡断面图和现场照片见图7、8。

图7 三维排水柔性生态袋护坡断面图

图8 水阁段三维排水柔性生态袋护坡现场照片

4.5 椰网植生带护坡

三维网植生带是采用专用机械设备，依据特定的生产工艺，把草种、肥料、保水剂等按一定的密度定植在可自然降解的无纺布或其它材料上，并经过机器的滚压和针刺的复合定位工序，形成植生带护坡材料。丽水瓯江生态护岸工程采用的椰网植生带是三维网植生袋中最常用的一种，是天然可降解的椰纤维制成的紧密网状、毯状的水保材料，在完成侵蚀防治功能3～5a后会逐渐分解，具有很强的吸水储水和过滤能力，不仅可以提供一个安全且自然的植物根部支撑系统，还能起到过滤泥沙、保持水土、景观绿化和环境保护的作用［6］。

椰网植生带护坡具有施工操作简便、铺设速度快、生产效率高、养护成本低等优点。丽水瓯江生态护岸工程立体网状纤维结构吸收了雨水冲击的能量，减小了雨水对坡面土壤的冲刷力;另外，植生带使植物种子分布更加均匀，且不受人为因素和水流冲刷的扰动，保持稳定状态，改善了绿化效果，也节约了种子的播种量。

在丽水瓯江生态护岸工程施工顺序中，椰网植生带护坡施工顺序如下:先将黑麦草与麦冬等草种的混合物播散在符合工程处理要求的边坡表面，再在其上铺设椰网植生带并用竹签固定完成护坡铺设，之后便可进行养护。本工程椰网植生带护坡单价为16.77元/m2，建设示范段长度为50m，施工速度同三维植物网相当，施工操作简单，铺设速度快，生产效率高，养护成本低，护坡植物长势较好，达到设计要求的防洪安全和生态修复功能，施工断面和现场照片见图9、10。