河道生态护坡方法创新

(中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450001)

1 工程概况

航空港经济综合实验区南区梅河干流河道生态治理工程起点为南水北调干渠，终点至炎黄大道，河道全长11.62km。河道周边地质多为粉土细沙，易流失；边坡坡比大，水土保持困难，新区建设方要求快速形成景观效果。为满足建设方的施工要求，决定用易于施工、可快速呈现景观效果的方法来解决生态边坡防护问题，需创新一种河道生态护坡施工方法，保证边坡完整率≥95%的条件下，满足进行植物培植后≤20d呈现绿化效果。

2 确定最佳方案

2.1 河道生态护坡施工方案

2.1.1 六棱框格植草防护

将坡面土方夯实，再按图纸对坡脚进行施工放样，浅挖护脚基坑并夯实，按照图纸规范将土工布铺满于沟槽底部并按图纸浇筑混凝土，待混凝土达到设计强度后开始由下往上铺筑事先预制好的混凝土六棱框格，混凝土六棱框格安装应线条顺直、清晰，表面平顺，保证块与块之间间距符合规范及设计要求。铺设完成后即可进行六棱方格内碎石回填，然后撒播草籽形成护坡。施工大样见图1。

图1 混凝土六角框格防护平面图(单位：mm)

2.1.2 采用格宾护垫植草防护

将坡面土方夯实，在坡面上铺设一层10cm厚的中粗砂，按照设计图纸对格宾护垫位置进行放线后，完成格宾护垫的安装和绑扎工作，然后将石料装填至格宾护垫之中，最后利用绞合钢丝将盖板与边板、端板、隔板连成一个整体，铺设完成后即可回填种植土50cm，种植土土质应符合设计要求，种植土夯实后铺设草皮形成护坡。格宾护垫植草防护断面见图2。

图2 格宾护垫植草防护断面设计图

2.1.3 加筋麦克垫植草防护

将坡面土方夯实，在坡面上铺设一层40cm厚的种植土并进行压实，按照设计图纸对加筋麦克垫进行铺设及固定，铺设完成后即可回填10cm种植土，种植土土质应符合设计要求，种植土夯实后铺设草皮形成护坡。加筋麦克垫植草防护断面见图3。

图3 加筋麦克垫植草防护断面设计图 (单位：cm)

2.2 方案确定

根据以上3种护坡设计方案，分别从技术可行性、经济性、施工及呈现效果3方面对以上方案进行分析。

a.方案一采用六棱框格植草防护。ⓐ从技术可行性方面分析：坡面夯实后，土工布防护解决了原土自身抗剪作用差的问题，六棱框格图案统一、美观，同时固化碎石，兼有防冲刷效果，碎石中播撒草籽，后期可起到绿化的效果；ⓑ从经济方面分析：人工费、材料费、机械费共计57.21元/m2；ⓒ从施工及呈现效果方面分析：该方案所需施工时间短，但是因面层为碎石的影响，植物后期生长缓慢，成坪效果较差。

b.方案二采用格宾护垫植草防护。ⓐ从技术可行性方面分析：坡面夯实后，用格宾网箱防护束缚无组织的砂砾石、鹅卵石，形成统一整体，可以起到边坡稳定防冲刷作用，格宾护垫内设砂砾石存在空隙有利于植物根系伸展，但是空隙较小对植物生长不利；ⓑ从经济方面分析：人工费、材料费、机械费共计61.92元/m2；ⓒ从施工及呈现效果方面分析：该方案施工工序较为繁琐，施工时间长，同时鹅卵石护底使后期不利于灌木植物生长，效果较差。

c.方案三采用加筋麦克垫植草防护。ⓐ从技术可行性方面分析：夯实坡面后采用加筋麦克垫铺设防护，聚丙烯降解材料与稀土合金低碳钢丝配合形成密实的网状结构，防止水土流失，起到抗冲刷作用，后期聚丙烯融于土壤形成植物所需的微量元素有利于植物生长且生态环保；ⓑ从经济方面分析：人工费、材料费、机械费共计3.98+30.73+4.37=38.7元/m2；ⓒ从施工及呈现效果方面分析：该方案施工工序少，施工方法简单、操作便捷，同时由于存在聚丙烯的三维设计有利于植物根系伸展，成坪速度快。

综上所述，从技术可行性方面分析3种方案均可实施；从经济方面分析方案三采用加筋麦克垫植草防护为38.7元/m2，明显少于其他两者；从施工及呈现效果方面分析，方案三施工工序少，施工方法简单、成坪效果快，最终选定方案三采用加筋麦克垫植草防护为最佳方案。

3 子方案确定

为了加筋麦克垫植草防护方案的更有效的实施，对方案三进行优化，将从加筋麦克垫植草防护的坡顶锚固方式选定、坡面搭接及固定选择、护坡草皮种类选定3个分级子方案进行分析，并确定最终的实施子方案。

3.1 坡顶锚固方式选定

通过查阅相关资料和以往施工经验，坡顶锚固方式选定顶部沟槽成形后混凝土现浇封顶、顶部沟槽成形后M7.5浆砌块石封顶和顶部沟槽成形后素土夯实封顶3个子方案。

实施后对坡顶锚固方式的选定进行了现场试验调查，调查实施后各子方案的下滑情况和草皮生长情况，以上3种子方案分别抽查10处，结果显示都无下滑情况，但只有子方案顶部沟槽成形后素土夯实封顶在21d时植被依然生长良好、抽发新叶，而其他子方案在21d时植被已死亡。各子方案分析特点如下。

a.顶部沟槽成形后混凝土现浇封顶具有操作简单，混凝土容易成型，浇筑尺寸大小相对随意，成形效果好，自重较大锚固稳定，但上部培植草皮困难的特点。造价为447.3元/m2。

b.顶部沟槽成形后M7.5浆砌块石封顶具有可就地取材，相比混凝土封顶造价较低，砌筑相对费工费时，自重较大有益于锚固稳定的特点。造价为223元/m2。

c.顶部沟槽成形后素土夯实封顶具有可就地取材相对造价低，素土夯实后能起到压顶作用，对后期草皮种植不产生影响的特点。造价为9.28元/m2。

9.28元/m2的造价相对于其他两者较低，同时施工方便，素土自重可以满足锚固要求，最终确定顶部沟槽成形后素土夯实封顶作为坡顶锚固方式。

3.2 坡面搭接及固定形式选定

坡面搭接及固定形式选定搭接10cm铁丝梅花跳绑、搭接10cm“U”钢筋扦插固定和平接“U”钢筋扦插固定3个子方案。

实施后对坡面搭接及固定形式的选定进行了现场试验调查，随机抽取以上3种子方案的10处对实施后的偏移率和空鼓情况进行统计，结果显示搭接10cm铁丝梅花跳绑和搭接10cm“U”钢筋扦插固定未发现偏移现象，而平接“U”钢筋扦插固定发现3处偏移，偏移率为30%，3种子方案的空鼓率分别为13.70%、1.30%、4.40%。各子方案分析特点如下。

a.调查发现搭接10cm铁丝梅花跳绑具有操作简单，平整效果好，局部存在搭接凸起部分，铁丝绑扎固定满足了加筋麦克垫的纵向连接，但加筋麦克垫与坡面连接不够紧密，易出现中部空鼓现象的特点。造价为1.1元/m2。

b.搭接10cm“U”钢筋扦插固定具有操作简单，平整效果好，局部存在搭接凸起部分可通过局部减少1cm左右填土改善，“U”钢筋扦插固定既满足加筋麦克垫的纵向连接，又满足加筋麦克垫与坡面连接相对紧密，可避免搭接处松动偏斜现象，有利于坡面整体防护的特点。造价为2.45元/m2。

c.平接“U”钢筋扦插固定具有操作简单，平整效果好，不存在搭接凸起部分，但搭接处无交叉搭接容易产生松动偏斜现象，不利于坡面整体防护的特点。造价为1.74元/m2。

通过对比分析发现虽然搭接10cm“U”钢筋扦插固定2.45元/m2的造价较高于其他两者，但锚固效果好。最终确定使用搭接10cm“U”型钢筋扦插固定为坡面搭接及固定选择最佳方案。

3.3 护坡草皮种类选定

护坡草皮种类选定种植马尼拉草皮护坡且后期种植灌木、早熟禾草皮护坡且后期种植灌木和早熟禾、高羊茅及黑麦草混播草皮防护且后期种植灌木防护3个子方案。实施后对3种护坡草皮工程造价及景观效果进行了调查，结果如下。

两组患者的护理满意度对比，观察组在护理满意度上的评分占比与参照组比较，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

a.种植马尼拉草皮护坡且后期种植灌木：前期造价9元/m2，养护费用5.8元/m2·年，青绿期280～300d，地被根系长度为80mm，呈现景观效果为绿色。

b.早熟禾草皮护坡且后期种植灌木：前期造价9元/m2，养护费用6元/m2·年，青绿期270d，地被根系长度为110mm，呈现景观效果为浅绿色。

c.早熟禾、高羊茅及黑麦草混播草皮防护且后期种植灌木：前期造价11元/m2，养护费用5.5元/m2·年，青绿期320d，地被根系长度为150mm，呈现景观效果为墨绿色。

各子方案分析特点如下。

a.调查发现种植马尼拉草皮护坡且后期种植灌木价格相对较低，成坪效果好。暖季型草坪，耐践踏，耐修剪，耐寒，耐旱;节节生根，根系发达，是固土护坡的好材料。质地细腻，柔软，管理粗放;草的密度大，弹性好，护土性强。但常绿周期大约在280～300d左右。冬天枯黄，容易着火，且返青较慢。

b.早熟禾草皮护坡且后期种植灌木具有能耐寒的特点，在北方冬季严寒，无雪覆盖的情况下可以越冬。在12月，温度达-2～5℃时，开始进入枯萎期。约在3月中旬返青，12月枯萎，青绿期可达9个月左右。但早熟禾在水分不充足和温度较温暖的环境中，生长能力会受到很大的制约，长势能力变差，且夏季易发生病虫害。

c.早熟禾、高羊茅及黑麦草混播草皮防护且后期种植灌木中高羊茅耐高温，对土壤肥力的要求不高，可在偏酸性的土壤中生长，抗病能力强。黑麦草的耐寒耐旱能力强，植株较高，生长速度极快，叶片颜色浓绿。早熟禾草种耐低温，耐干旱，有着顽强的生命力。高羊茅可以耐高温，而黑麦草和早熟禾可以耐寒冷耐干旱，高羊茅植株较矮，生长旺盛，而黑麦草和早熟禾根系都比较发达，植株较高。在极端寒冷或者高温的地区，三者的混播可以起到很好的效果，形成紧密的草坪。

通过对比分析发现混播草皮虽前期造价高但后期养护费用低，同时混播草皮相比单一草皮种植优势较大。最终确定使用早熟禾、高羊茅及黑麦草混播草皮防护，后期种植灌木防护为护坡草皮种类选定的最佳方案。

3.4 子方案确定

通过前面的对比分析最终确定以顶部沟槽成形后素土夯实封顶，搭接10cm“U”型钢筋固定，种植早熟禾、高羊茅及黑麦草混播草皮防护，后期种植根系发达灌木群落为子方案实施。

4 制定对策

通过对最佳方案的综合分析，按照“5W1H”原则制定了如下实施对策。

4.1 对策一：顶部沟槽成形后素土夯实封顶

通过查阅相关规范将对策一的目标值定为：锚固沟槽尺寸误差≤2cm；“U”钢筋制作误差≤1cm;沟顶两侧加筋麦克垫锚固无空鼓面积≤95%；能够起到抵抗偏移作用。

具体实施措施如下：在坡顶位置开挖宽30cm、50cm，高30cm的倒梯形沟槽；设计并制作锚固“U”钢筋；将加筋麦克垫满铺与沟槽底部并上翻至坡面顶端，用“U”钢筋钉锚固；将30cm的回填土分两层碾压夯实与基槽中并检查锚固效果。

4.2 对策二：搭接10cm“U”钢筋扦插固定

通过查阅相关规范将对策二的目标值定为：加筋麦克垫搭接≥10cm；加筋麦克垫锚固无空鼓面积≤95%；能够起到抵抗偏移作用。

具体实施措施如下：绘制加筋麦克垫拼装图并考虑搭接宽度并绘制扦插方位图；组织人员按照拼装图及方位图现场实施；按照明确的护脚形式锚固到位方式偏斜。

4.3 对策三：种植早熟禾、高羊茅及黑麦草混播草皮防护，后期种植根系发达灌木群落

通过查阅相关规范将对策三的目标值定为：坡面覆种植土厚±2cm；混播草皮色泽一致，无病虫害；成坪覆盖率≥95%，单块裸露面积≤25cm2；草皮成活率≥95%，呈现景观效果≤20d。

具体实施措施如下：坡面回填10cm种植土适当碾压稳固并少量洒水固结；选择优质品种的混播草皮，并尽快运至施工现场；满铺草皮施工，浇定植水及时跟踪养护；待草皮生长良好坡面初步稳定，选择根系发达灌木进行栽植。

5 对策实施

5.1 坡顶锚固

在坡顶位置开挖下30cm、50cm、30cm的倒梯形沟槽，成槽后确认尺寸合格后用小型机具夯实，并根据相关技术规范加工“U”锚固钢筋，将加筋麦克垫满铺于沟槽底部，分别在倒梯形顶部及坡脚平台处每米1个扦插锚固“U”钢筋，然后将30cm的回填土分两层碾压夯实于基槽中。

5.2 坡面搭接及固定

技术人员设计坡面加筋麦克垫铺设方案，做好坡顶坡脚锚固预留，尽可能做到纵向整张摊铺避免不必要搭接，铺设加筋麦克垫时严格控制搭接宽度，按照“U”锚固钢筋扦插位置图进行施工，梅花形布置间距1m。

依据明确的坡脚防护形式，组织开挖坡脚浆砌石沟槽，基底夯实后铺设加筋麦克垫至浆砌石底部，砌筑0.5m×1m的浆砌石护脚，浆砌石周边进行砂砾石回填，完成后择机购置景观石摆放。

5.3 植物种植

进行坡面10cm种植土回填，用小型碾压机具碾压一遍后洒水沉降固结种植土，选择优质品种的混播草皮，提前一天傍晚进行草皮切割，第二天一早运抵施工现场进行草皮铺设；满铺草皮施工后，对草皮养护，严格控制单块裸露面积，成坪覆盖度，及时浇定植水确保浸湿土壤厚度≥10cm，及时跟踪养护；待草皮生长良好坡面初步稳定，选择根系发达灌木进行栽植。

6 效果检查

按照设计工程量，梅河干流生态治理工程铺设加筋麦克垫总面积为46012.28m2，相对于浆砌石护岸节约成本为(168-36.3)元/m2×46012.28m2=606万元。

加筋麦克垫是工厂化生产制作出半成品，施工现场则按设计图进行组装定型，操作简便，减轻了施工工人的劳动压力；加筋麦克垫护岸是生态护岸，是护岸建设新趋势，促进了河道护岸工程技术进步；加筋麦克垫采用聚丙烯的三维设计有利于植物根系伸展，成坪速度快，既能固定土壤，又能绿化环境。使河道和周边生态环境自然相融，减少了传统护岸对环境的破坏。