生态护坡在宁夏小河流域治理工程中的应用

黄鹏之 黄顺利 孙 彬

(1.北方工业大学土木工程学院，北京 100144； 2.淄川区水资源服务中心，山东 淄博 255100)

0 引言

2016年国家第2批海绵城市试点城市推行时，固原市成为宁夏首个海绵城市试点城市。清水河作为流经市区的母亲河，河道整治面临许多问题，河道生态新系统较差，基本无纳污自净能力；河道年久失修，多年处于污染状态；清水河上游工业园区在非雨季时排口处水体浑浊，明显有偷排现象更加剧了清水河生态污染；河岸两侧均是混凝土灰色护岸，多有剥落，影响对河岸的防护及美观，且不利于河道生态环境的恢复和构建；它的综合治理是固原海绵城市建设的重要一环。

河岸的生态建设在当代水利建设中有重要的一席，为了维护河岸稳定性，建立良好循环功能的水利生态系统，必须加强水利工程基础建设，完善灌溉、行洪、排涝等水利体系。而岸边区对于河道来说又是关键一环，保护岸边区有重要意义，生态护坡具有高效率、低成本、绿色发展的优势，是一种可靠的护坡措施[1]。但是生态护坡相比传统护坡在稳定性方面有一定的欠缺，因此应结合地形地貌和水文地质条件，因地制宜选择合适的护坡方式。本文结合固原清水河治理工程的实际应用，重点介绍三维土工网格在护坡工程中的应用，包括作用机理和施工工艺；将三维土工网格植被护坡并与传统护坡形式对比，突出生态护坡绿色环保的优势，在生态护坡与传统护坡的选用方面提出了些许建议。

1 河道生态护坡相关概念分析

1.1 生态护坡的定义

生态护坡是综合工程力学、土壤学、生态学和植物学等学科的基本知识对斜坡或边坡进行支护，形成由植物或工程和植物组成的综合护坡系统的护坡技术。边坡开挖后，通过种植植物，利用植物根系与岩、土体的相互作用对边坡表层进行防护，一方面能增强土体的抗滑移能力、稳定性，另一方面能起到生态修复的作用，是一种高效、环保的防护手段[2]。

1.2 生态护坡的优缺点

尽管传统灰色护坡(砲片石护坡、三合土抹面、喷混凝土和错喷网护坡)稳定性较强，可防止坡面侵蚀、维持边坡稳定，但密实的坡面防护阻碍了水土之间交流，不仅使地下水难以得到补充，而且破坏了河道生态系统，使动植物微生物的生存空间减少，最终使水体失去自净能力。混凝土历经长时间的风吹日晒，容易风化脱落、钢筋锈蚀，护坡效果无法保证，植被恢复差，无法形成一个和谐的自然生态系统。

生态护坡恰好能将稳定性与植被相结合，使护坡在保障稳定性的前提下，考虑生态环境、可持续发展，生态护坡有以下几个优点：1)改善水质，加强水体的自净能力；2)调节水温变化，维持生态平衡；3)维护河道生态系统的多样性；4)恢复河岸边坡的绿色景观，改善了人的居住环境；5)施工效率高，适应性好[3]。

当然，在使用生态护坡时，也要考虑“硬化与绿化”的关系，根据当地河流的水文地质条件和降雨条件合理选用护坡形式。

1.3 生态护坡的选用注意事项

根据GB 50707—2011河道整治规范中内容提出,生态护坡在不同的河段宜采用不同的护坡结构。由于河流与河床的相互作用，河岸分为凹岸凸岸，在凹岸水流对冲段，护坡设计宜采用喷射混凝土、浆砌片石护岸等工程措施以满足防冲要求；凸岸及其他防冲要求较低的区段，宜选择植物措施或者植物—工程相结合的措施如生态土工网垫、植生土工袋、生态混凝土、连锁空心砖等防护。

考虑到河流的设计流速对防护措施选用的影响[4]，简单区分如表1所示。

表1 设计流速对防护措施选用影响

2 清水河治理工程中三维土工网格生态护坡的应用

清水河固原市区段从上游二十里铺桥到下游沈家河水库库尾共17.97 km，结合海绵城市清水河治理项目，分上、中、下三段进行治理。其中，上段于2013年完成河道整治工程，浆砌石护岸3.3 km(双边)，格宾石笼生态护岸10.4 km(双边)；中段(银平公路桥至火车站桥段)已实施防洪工程建设，河岸已全部砌护，均为直立式堤岸；下游段目前正在实施整治。现对下游段马饮河段中三维土工网格植被护坡进行介绍。

2.1 三维土工网格植被护坡作用机理

格构室网材料抗拉强度高、化学稳定性好、耐磨、耐寒、耐酸碱；侧壁上可选择是否开设孔洞，便于储水及水分渗流；多用于软土地基处理、边坡加固、河道治理、防风固沙等领域，三维土工网格如图1所示。

三维土工网格与植被协同作用，三维土工网格的立体结构可以将种植土固定于边坡上,为植物生长提供所必需的土壤和养分,形成绿化边坡,进而植被茎叶阻挡降雨直接冲刷坡面,降低雨滴的冲击能,而且发达的植物根系还可以起到固土护坡的作用。

保证三维土工网格正常工作的注意事项:

1)格构室充分张开，充分伸展的格构壁一旦受力便会立即发挥作用，为受压后欲向四周溃散的格室内松散体提供侧向约束力，并通过三维格构网同时把力传递给邻近格室，以便若干格室共同受力协同工作；若格构室壁处于未充分展开状态，则会使相应格室的侧向约束作用及力的传递程度均大打折扣。

2)保证所有格构室填充密实并整体压实是施工技术中的关键之二，对单个格构室来说，只有格室内填充饱满密实，受压时才能充分挤压格构式壁，格构式壁才能及时提供反向约束力；对整个复合基层来说，只有所有格室均填充密实，才有利于整体均匀受力和保持稳定。

2.2 三维土工网格施工工艺

2019年7月，利用三维土工网格在清水河两岸进行现场施工，现总结具体施工工艺方法如下：

1)石笼网固脚。石笼网内装入块石，将其放在坡脚底部的土工布上，用铁丝网搭接固定相邻的石笼网。

2)削坡及整坡。进行坡面平整，保证坡面土质均匀无大石块与树枝等杂物，若坡面基层土不够密实，需用小型振动夯或铁板将表面土压实。 3)铺三维土工网格。将三维土工网格自上而下充分张开，如图2所示，用U型钉呈梅花状布置进行固定。

4)填土。挖机覆土可能会损坏格室，采用人工覆土层层压实，挖机配合运料，土料落下的高度不宜超过格室顶面20 cm。

5)播种。将有机肥按100 g/m2进行均匀散播，然后散播草种。选用适合当地土质的生态护坡草种，按10 g/m2，用种植土搅拌均匀散播在格子内。

6)铺设遮盖物。坡面上覆盖一层土工布遮挡降雨及避免阳光直射，土工布应用木条或砖块压住，待草种发芽后揭开。

3 结语

在海绵城市如火如荼建设过程中，固原海绵城市建设不断运用新技术，贯彻低影响度开发理念，力图将固原打造模范海绵城市试点城市，清水河治理工程是其中的重要环节，生态护坡河道治理工程中得到了大力的推广。

本文对生态护坡与传统护坡形式进行比较，可以看出传统灰色护坡形式尽管有很强的稳定性，但对自然生态环境造成了不小的损害，从侧面突出了生态护坡形式绿色可持续的防护优势，当然在实际工程中应根据现场情况选择合理的护坡形式，不能从一而论。另外，通过论述三维土工网格植被护坡在当前固原市中小河流治理工程中的应用，介绍了作用机理及施工工艺，其形成的土壤—根系—格室体系有利于边坡稳定。

考虑到当前生态护坡存在的弱点，今后的研究应集中在生态护坡新材料、生态护坡服务功能、生态护坡设计等几个方面，相信未来生态护坡的应用将会越来越多，为国家的水利事业添砖加瓦。