浅析上海市几种常用生态护岸型式的设计思路

(上海宏波工程咨询管理有限公司，上海 201707)

城市的发展步伐逐渐加快，但是城市河道的水体质量却在逐渐下降。为了更好地完成对城市环境的治理，上海市近年来积极开展城市河道整治项目，在提升河道水质、优化水体环境的同时，着力改善城市景观，美化城市环境，做好防洪除涝工作。

1 生态河岸的建设意义

长期以来，传统的河道护岸工程设计往往局限于满足防洪、排涝、水资源调度和通航等基本功能。尤其在城市河道护岸工程设计中，主要使用浆砌块石、混凝土等材料，较少考虑河道的生态、景观、休闲、娱乐等其他功能。护岸结构硬质化、同质化严重，既使得原始河岸面目全非，割裂土体与水体间联系，隔断水域生物、微生物与陆域的接触，河流基本失去了其原生态功能；也很难根据城市的不同功能分区进行差异化设计，不能建立景观特色，创造生态、旅游价值。

生态河岸的建设既可以提升护岸的稳定性，提升水质，建立水体自然景观，更能针对城市不同功能区域的划分情况进行针对性、差异性设计，可达到“生物与岸墙共存，绿化与周边交融，水景与陆域一体”的提升效果。

2 生态护岸的设计思路

2.1 设计原则

生态护岸的断面和结构材料选用应力求做到“安全、生态、景观、协调”，既要能够满足河道周边防洪除涝等水资源调度的基本要求，又要适应生态环境，和周围现状协调一致，适应地区发展的需要。具体设计原则如下。

2.1.1 满足河道边坡安全的要求

生态护岸设计首先应满足河道水安全，因此河道护岸材料均应保证河道边坡的稳定和抗冲刷功能。

2.1.2 满足岸坡水土交换的功能

河道水体的生态性体现在水生生态系统和陆生生态系统间的连接及微生物间的交换，因此，生态护岸设计应保持两者的充分联系。

2.1.3 满足水生动、植物栖息、生长的功能

水生植物和水生动物是水生态系统中重要的组成部分，生态护岸型式应能够提供水生植物和水生动物的栖息条件和场所。

2.1.4 满足自然景观的功能

生态河道的设计还应体现河道的自然景观功能，在满足河道资源功能、生态功能的基础上，打造出人与自然和谐一体的水体环境，为人类生活提供自然、水趣的生活场所。

2.2 设计断面与材料

2.2.1 设计断面

传统的护岸断面设计一般有直立式和斜坡式两种，其中直立式断面一般采用刚性结构护坡，过流量大、防冲能力较强、安全可靠、护岸占地面积较小。但对于城市河道而言，直立式岸墙一般墙身较高，景观性、生态性较差，且软土地区的基础处理工艺复杂；斜坡式断面一般采用草皮等护坡材料，生态性、亲水性较好，但此类断面往往应用于河道较宽、占地面积较大的河道，在城市河道中难以实施。

为兼具过水面积以及生态景观性要求，城市河道一般设计为复合式断面，采用土坡与一级或多级小挡墙相结合，挡墙设置在水位变动区，采用生态砌块、木桩、浆砌块石等材料砌筑，既可增大河道过水断面，防止岸坡受水流侵蚀、冲刷，又能保证水生动植物的繁衍、生息。挡墙顶基本上控制在正常水位处，上部设绿化土坡，使水面以上的岸坡呈现自然、生态的滨水景观。

2.2.2 建筑材料选择2.2.2.1 生态型直立式挡墙材料

目前应用广泛的生态型直立式挡墙材料主要有混凝土预制箱型砌块挡墙、预制混凝土砌块加筋土挡墙、密排木桩、塑钢插板桩、直接打入式仿木桩等。分别介绍如下：

a.混凝土预制箱型砌块挡墙选用的混凝土预制箱型砌块在厂家预制，块体质量容易得到保证，运至现场进行安装，施工速度较快，块体之间采用插槽，孔内设置插销连接，箱体内填充碎石等透水材料，顶部可填充种植土种植绿化，生态性较好，见图1。

图1 混凝土预制箱型砌块挡墙

b.混凝土预制嵌块加筋土挡墙所用的混凝土预制嵌块在厂家预制，块体质量较易保证，运至现场砌筑，施工速度较快，块体之间的连接可采用凹凸缝及错缝衔接，高标号水泥砂浆砌筑，墙体后采用分层加筋带抗滑，缺点是人工痕迹明显，见图2。

图2 混凝土预制嵌块加筋土挡墙

c.利用密排木桩或木桩与插板结合结构，既能挡土，又能清除风浪，可达到防护的目的。桩与桩间有缝隙，具有透气、透水的优点。木桩护岸能与周边景观相协调。但木桩耐久性差，维护费用较高，见图3。

图3 密排木桩

d.塑钢插板桩结构属于板桩结构型式的一种，由板桩结构衍生而来，在原板桩结构桩基密排布置的基础上加以改进，增大桩基间的距离，用预制高分子塑钢挡土板填补，取代了原间隔内的桩基，不仅达到挡土、护坡的效果，还大大降低了工程造价，效果见图4。由于其生态效果好、护土效果明显、对施工场地要求低以及工程造价成本低等优势，在河道工程中得以普遍应用。在靠近道路和居民房屋的河段，能对岸坡起到一定的保护作用。

图4 塑钢插板桩

e.直接打入式仿木桩结构与桩基密排型仿木桩结构类似，均为仿木制品，两者特性、生态效果一致，区别在于：直接打入式仿木桩无须分步施工，利用打桩机械即可一步到位。其上部经过处理为原木桩样式，外观与原木桩更加相似，见图5。

图5 直接打入式仿木桩

2.2.2.2 生态型护坡材料

依据护面型式和制作材料的不同，目前上海市较常用的生态型护坡材料有土工格室、生态袋护坡、水土保护毯和三维土工网。

a.土工格室护坡一般是由高强度的HDPE片状材料经超声波针式焊接而成的三围网状格室结构。其伸缩自如，并且材质轻、耐磨损、化学性能稳定、耐光氧老化、耐酸碱，适用于不同土壤条件。施工时可张拉成网状，网间空隙填入泥土、碎石、混凝土等松散材料，组成既具有大刚度，又利于植物生长、满足水土交换功能的生态护岸,护坡效果见图6。

图6 土工格室护坡

b.生态袋又称植生袋，是一种由高强抗紫外线、抗冻融、耐酸碱的高分子合成聚合物材料加工而成的生态袋。生态袋内填充基质材料，可为植物提供扎根场所。生态袋护坡利用生态袋建造的柔性生态护岸，一方面可以固土护坡，另一方面有利于植被生长，绿化岸坡，效果见图7。

图7 生态袋护坡

c.水土保护毯是由聚酰胺纤维构成的形似丝瓜瓤状的土工网垫， 丝与丝间相互缠绕，质地蓬松，孔隙率在 90%以上。孔隙中填入土料和草种，种植草穿过网垫生长，其根系深入土中，植物、网垫、根系与土合为一体，形成牢固密贴于坡面的表皮，该护坡结构耐久性极高，视觉上与天然植被护坡无异，具有固土性能优良、消能作用明显、网络加筋突出、保温功能良好的特点，可有效地防止坡土被暴雨径流或水流冲刷破坏，其效果见图8。

图8 水土保护毯

d.三维土工网垫是一种新型土木工程材料，属于国家高新技术产品目录中新型材料技术领域各种材料中的增强体材料[2]。其形似丝瓜网，质地疏松、柔韧，网中有90%的空间，可充填土壤、沙砾和细石以供植物生长。草皮植生后，与网垫、泥土牢固结合，形成一层坚固的绿色复合保护层。三维土工网垫草皮护坡具有成本低廉、施工方便、恢复植被和美化环境等优点，效果见图9。

图9 三维土工网

2.3 各型式护岸特点分析

上海市常用的生态护岸型式主要有混凝土预制箱型砌块挡墙护岸、预制嵌块加筋土挡墙护岸、密排木桩护岸、塑钢插板桩护岸、打入式仿木桩护岸、生态袋护岸、土工格室护岸、水土保护毯护岸以及三维土工网护岸等。分别从其安全性、生态性、景观性、经济性、施工周期等因素进行分析对比，具体对比见表1。

表1 不同类型生态护岸特性对比

由表1可知，直立和复合式断面护岸可设计为箱型砌块、预制嵌块、密排木桩、塑钢插板桩、打入式仿木桩等护岸型式，其中箱型砌块、预制嵌块护岸具有较强的抗冲刷能力，块体间空隙较大，可充分满足水体交换和绿植生长，安全性、生态性、景观性俱佳，但也存在结构开挖、回填面较大，施工周期长且开挖时须考虑边坡安全等限制因素；而密排木桩、塑钢插板桩、打入式仿木桩等仅可通过桩间(桩身)缝隙进行水体交换，生态景观性相较前者偏弱，但其为直接打入式结构，不需围堰，施工时不需要开挖、抽水，施工快捷方便，具有一定的支护能力。斜坡式断面护岸常用为生态袋、土工格室、水土保护毯和三维土工网等护岸型式，其中生态袋质量与袋体材料等参数影响很大，目前多处于试验阶段；土工格室护岸造价低廉，绿化效果好，但要求边坡坡度较缓，易受人畜破坏和生物影响，抗冲刷能力较弱；而水土保护毯护岸和三维土工网护岸抗冲刷能力强，适应地表变形能力强，材料耐久性好，在绿化效果和工程造价上各具优势。

3 结 语

在生态护岸方案选择中，城市河道一般设计为复合断面，宜在水位变动区设置挡墙，斜坡段应根据河道流速、水土交换条件及岸后绿化配置酌情选择如土工格室、水土保护毯和三维土工网等不同的护岸类型；非城市河道一般设计为斜坡式断面，以加大水土交换面积，为贴近自然，护岸类型一般选择密排木桩、仿木桩和生态袋等，如遇节约用地需求，亦可采用插板桩护岸。近年来，因相比于传统插板桩具有更强的生态景观性能，在保证安全的前提下，塑钢插板桩护岸亦被尝试用于城市河道。

生态护岸设计期间，首先要详细了解河道现状情况，如河道流速、水位变幅、当地水体环境、岸坡土体与周边地块特征等条件。在了解环境综合治理要求的基础上，结合河道的使用特点，确立综合整治标准；在满足护岸安全性等要求的前提下，因地制宜地选择不同类型的生态护岸型式，重新连接被隔离的水土联系，建立人与自然相融一体、亲水和谐的自然环境。