汾河太原段综合治理三期工程堤岸防护型式比选

2017-04-07刘春艳

山西水利 2017年4期

关键词：抗冲石笼汾河

刘春艳，郭涛

（太原市水利勘测设计院，山西太原 030002）

汾河太原段综合治理三期工程堤岸防护型式比选

刘春艳，郭涛

（太原市水利勘测设计院，山西太原 030002）

汾河三期工程的堤岸防护以生态防护为原则，对草皮护坡、格网石笼、抗冲生物毯、纤维防护垫、生态混凝土、混凝土格网等护岸型式进行了比较分析，确定采用多种型式优劣互补的防护措施，以实现工程实际运行条件要求达到景观坡度的效果。

综合治理；堤岸防护；方案比选；汾河

1 综述

汾河太原段综合治理三期工程北起祥云桥南500 m，南至晋祠迎宾路南2 km，治理长度12 km。工程任务为防洪、蓄水、通航以及为两岸景观建设搭设平台。设计防洪标准为100年一遇，大堤按Ⅰ级堤防设计。

治理段河道的堤岸包括主槽岸墙和河道堤防。主槽岸墙受水流冲刷，为给两岸滩地提供景观绿化的平台，需进行固槽，汾河最大流速为2.5～3 m/s，大于土堤抗冲流速，需进行岸坡防护。结合汾河一、二期工程的运行经验，为防治雨水侵蚀大堤而造成堤坡沟槽纵横，大堤坡面也需要进行防护。汾河三期工程的堤岸防护以生态防护为原则，工程措施和生物措施相结合，新建大堤用砂性土料填筑，采用柔性材料防护，迎水坡采用抗冲生物毯防护，背水侧采用纤维防护垫防护；现状大堤进行加固后，临水侧堤坡采用刚性材料防护，为混凝土网格护坡，背水侧采用草皮防护；为营造亲水、生态水岸，汾河三期工程蓄水池岸墙按照生态景观需要，以土堤为主，采用生态护岸，上部为生态混凝土、格网石笼防护，下部为台阶式斜坡护岸，中间为15 m宽的安全平台。

2 堤岸防护型式比选

2.1 草皮护坡

草皮护坡是在堤坡上撒草籽绿化实现生物护坡，采用当地草种，易生长，无需养护。草皮护坡具有生态性好、施工工艺简单，施工速度快、投资较小的优点。但也有耐冲流速小，一般为1～2 m/s；后期养护影响较大的缺点，坡面易受洪水冲刷或雨水侵蚀。

2.2 格网石笼

格网石笼是采用高强度镀层钢丝网材拼装，内填石料而成的抗腐蚀、多孔隙、柔性好的网箱结构。在太原汾河二期工程中格网石笼被大量采用，生态效果较好。汾河内水质具有腐蚀性，二期工程经过多年运行，已经多处生锈，镀锌网材在腐蚀性水环境中抗腐蚀性较差，因此三期工程设计采用锌-5%铝镀层钢丝以提高抗腐蚀性能。

其优点有：柔性结构，对地基的适应性强，地基处理费用低；专业厂家可根据设计要求加工制作网材，供应成品，质量有保证；施工工艺简单，不受天气及气温限制，施工速度快；孔隙大，排水条件好，抗冻涨性能好，可减小波浪爬高，具有消浪作用；空洞结构，有利于微生物繁殖，有利于鱼、蛙等水生动物产卵及越冬，淤泥沉积在孔隙内，给水生植物创造了生长环境，因此格网石笼属于生态型结构。

其缺点是：填充石料需要通过开山获得，对自然生态有一定的破坏性；格网石笼0.3 m厚护坡单价约100～120元/m2，工程造价相对较高；坡面覆土在植被种植初期，容易被风浪淘刷和雨水侵蚀。

2.3 抗冲生物毯

抗冲生物毯是一种复合纤维织物与多样化草种等配套养护材料一体化的新型生态护坡、水土保持材料。一般铺设于河道堤岸的边坡上，在控制水力侵蚀、防止土壤流失的同时，可达到保护岸坡稳定、生态修复及景观绿化的功能。

抗冲生物毯从上到下的结构共有4层，分别为4种不同材料。第1层是复合纤维织物，其材质为高强度涤纶包覆PVC即我们常说的聚酯纤维，自身很难降解，但在自然状态下对环境不会产生不利的影响，涂层为树脂，不会分解，对环境没有影响。第2层反滤层，主要成分为麻纤维，属于植物纤维，其自身对环境没有污染，该层主要在草种长出之前起反滤的作用，在自然环境下会慢慢降解。第3层草种、肥料层。第4层复合纤维织物，材质为木浆纤维，该层在遇水时很容易降解，不会长期滞留在土壤中对环境产生影响，同时降解的木纤维可以增加土壤的肥力。抗冲生物毯本身的材料对环境不仅不会造成破坏，相反还能改善土壤结构，增加土壤肥力。

经过对抗冲生物毯进行流速与抗冲刷性的实验，其结果表明抗冲生物毯的抗冲刷能力强，当流速在1 m/s～7 m/s之间时，抗冲生物毯未发生冲刷、吸出及翻卷等破坏。工程应用推荐最大流速为4m/s。

其优点有：根据本地生长条件及景观要求，生物毯内已搭配3～5种草种，具有生态性、景观性的特点；材料轻便，施工简单、方便，铺设速度快，建设周期短，不受季节、气温影响；抗冲流速可达3～4 m/s，防冲能力较强；护坡单价约80～90元/m2，工程投资较小；生物毯覆在表面，减少了雨水对表层覆土的侵蚀；不需要大量石料，具有更好的生态性。

其缺点是：因抗冲生物毯材料质轻，在坡顶、坡脚常采用格网石笼等硬质材料进行压固、保护，所以不能单独使用；汾河三期工程在设计洪水时的流速为2～3 m/s，抗冲生物毯内植物未生长的抗冲流速仅为1～2 m/s，因此放蓄水需结合植物生长期进行合理调控；草种发芽需要适宜的温度，要预留2个月的时间使草在涨水前发芽成活，且生长初期不能被水淹没，因此工程运行初期的养护、维护任务相对较重。

2.4 纤维防护垫

纤维防护垫厚度约1 cm，是由三层结构组成的毯状结构：顶层为复合纤维织物，材质为聚酯纤维，为防冲层；中间为蓬松状纤维层，为保土和滞留草种层；最下一层为无纺布。

优点有：材料轻便，工艺简单、施工方便、铺设速度快，不受季节、气温影响，建设周期短；防护垫可植草或灌木，可产生较好的生态效果；工程投资小，护坡单价约50～60/m2；防护垫覆在表面，可有效防止雨水侵蚀表层覆土。

其缺点是：抗冲流速较小，仅为1～2 m/s；材料轻，坡脚、坡顶需格网石笼等硬质材料压固、保护。

2.5 生态混凝土

生态混凝土是可进行植被作业的混凝土及其制品，植被根系可贯穿混凝土，是一种用于水利工程边坡治理和保护。

生态混凝土结构中相互贯通的孔洞，能适合植物根系生长。在孔洞内填充复合盐碱改良材料从而改造盐碱性水环境，即在不破坏维持水泥混凝土稳定性、耐久性的碱性环境的前提下，将混凝土析出的盐碱性物质转化为植物可吸收营养盐，避免对植物造成盐碱中毒现象，并借助混凝土析出物质，促使盐碱改良材料缓慢形成植物可吸收的营养元素，充分保证植物生长所需的营养供给。

生态混凝土常用在护坡上，以预制混凝土高强度外框架为基础，内部填充生态混凝土构成复合式护坡结构，其下铺营养反滤土工布，表铺2 cm厚种植土，播散当地草种，养护2年。

生态混凝土的优点是：植被根系穿透混凝土的空隙生长至土体中，将混凝土和土体很好地锚固在一起，增加了岸坡的稳定性，植物直接生长在混凝土上，减缓了波浪对堤岸的冲刷和雨水侵蚀；生态混凝土中的连续空隙，可以使水、空气自由渗透，给生物生存和生长营造良好的环境，从而提高水体的自然净化能力，具有良好的生态性；混凝土上生长水生植物和陆生植物，景观效果非常显著；不需要开采石料而破坏生态。

其缺点是：植物生长初期不能被水淹没，放蓄水需结合植物生长期进行合理调控；生态护坡单价约150～200元/m2（护坡厚度及高度不同，价格差异较大），较之其他类型护坡，工程造价相对高。

2.6 混凝土格网

混凝土格网护坡是堤坡布置混凝土格网框架，框架内填土播散草种。

混凝土格网护坡的优点是：生态性较好；施工工艺简单；投资较省，护坡单价120～140元/m2。

其缺点是：框格较大，耐冲流速较小；混凝土施工受天气影响较大，施工工期较长；植物生长初期不能被水淹没，放蓄水需结合植物生长期进行合理调控。