水利工程岸坡生态防护新技术的应用与展望

姚 璐，朱震东，王 璐

(1.南京市长江河道管理处，江苏 南京 210001；2. 南京市三汊河河口闸管理处，江苏 南京 210036)

随着人们对生态和环境的要求越来越高，水利工程中河流岸坡防护设计除应考虑结构安全、稳定和耐久性等技术要求，还要兼顾改善河流周边生态环境和城市景观的需求。传统的护坡形式如浆砌石、现浇混凝土、预制砼板等，违背了生态环保和可持续发展的理念，因此需引入一些新的生态护坡结构形式。

生态护坡主要包括植被防护及植被与工程措施相结合的边坡防护措施，在流速较小、岸坡冲刷不严重的平原圩区河道中，可仅采用植被防护。但在流速较大的山丘区河道中，需采取植被与工程措施相结合，以避免岸坡冲刷严重导致崩塌。文章选取了近年来在国内水利工程中应用较多的三种新型护坡形式(植被+工程措施)，包括三维土工网垫、底柱表孔型现浇绿化混凝土和生态袋柔性护坡技术，主要介绍了其应用情况和适应环境，并对三种护坡形式进行综合比较、分析及应用展望。

1 三维土工网垫

三维土工网垫(3D-geonet)又被称作三维植被网垫，是一种新型土工合成材料，采用高分子聚乙烯加工而成的复合网包结构，如图1所示，其内部可充填土壤、沙砾和细石，保证植物生长。三维土工网垫植草防护技术，近几年已在国内外公路、铁路 、水利(水库、堤坝)、农业(植草、种花)、环保(绿化)、体育场等工程中得到广泛应用。

图1 三维土工网垫

三维土工网垫护坡作用机理可分为两个阶段：网垫铺设完成后，在植物幼苗期，土壤基本上处于裸露状态，植物的护坡作用几乎可以忽略，此时的护坡系统主要由铆钉、网垫、填充网垫的客土以及偶尔的降雨径流组成，护坡系统中网垫以及客土受外力作用的情况如图2所示。在植物长成后，植物的根系与网垫网包交错缠绕，深入地表以下，网垫、植被和泥土三者形成复杂的加筋体系，牢固地贴合在土质边坡上，抵抗河道水流冲刷和雨水侵袭，可有效地防止水土流失。试验表明，在基于三维土工网垫的植草护坡情况下，水土流失量仅为纯草皮护坡的 1/5，为裸地的1/30。

图2 三维土工网垫受力分析示意图

2 底柱表孔型现浇绿化混凝土

普通现浇混凝土护坡在河道工程中被广泛应用，但其结构特性，不利于植物生长，不具有绿化功能，同时也阻断了生物交换。绿化混凝土是一种由粗骨料、胶凝材料(水泥)以及各种添加剂按一定比例混合制作而成的特殊混凝土。它具有孔隙率高、透水透气性好等特点，可以满足植物生长的水土条件。文章介绍了近几年在上海及江苏地区应用较多的一种新型绿化混凝土产品——底柱表孔型现浇绿化混凝土(如图3所示)，该产品在上海市宝山区美兰湖水系河道、江苏启东滨海园区江枫河和南京秦淮新河岸坡改造等一系列河道治理工程中，都取得了良好的绿化和防护效果。

图3 底柱表孔型现浇绿化混凝土

底柱表孔型现浇绿化混凝土技术的原理是由碎石、水泥、水与特殊添加剂配伍，并采用特殊的设备制作而成，它的孔隙率高达 25%～35%。其底部采用特殊的方法，产生分布均匀的小柱子像钉子一样牢牢扎入土中，使护坡更牢固。根据其材料特性，随着孔隙率的增大，混凝土抗压强度下降，能够适应的抗冲能力也会随之降低。目前该产品主要有LH1～LH5五种不同强度的型号，以适用于不同工程的土质条件和河道流速，无论哪种型号的产品，后期植被覆盖率都可以达到90%以上。

3 生态袋柔性护坡技术

生态袋是由聚丙烯(PP)或者聚酯纤维(PET)为原材料制成的双面熨烫针刺无纺布加工而成的袋子。生态袋护坡技术原理主要是根据“土力学”“植物学”等基础原理以及土工格栅的加筋耐久作用，在生态袋内加入营养土，构建稳定的护坡挡土结构，并在坡面种植草本、灌木等植物，实现治理环境和美化环境的目的。

生态袋于2004年引进中国，2005年在中国开始进行大规模推广，主要运用于建造柔性生态边坡，现已成为河岸护坡、人工湿地、矿山复绿、高速公路边坡绿化等工程领域重要的施工方法之一。通过植物根系和土工格栅的作用，袋体与岸坡土体紧紧联系在一起，与常规的植被防护技术相比，能抵御较大的流速，并起到护脚和增加岸坡稳定性的作用。生态袋袋体柔软，具有较高的挠曲性，可适应坡面的局部变形，在实际应用中可根据地形条件堆叠成阶梯坡状或直立挡墙状(如图4所示)，因而特别适合岸坡较陡和坡度不均匀的区域。

图4 生态袋柔性护坡典型断面图

4 生态护坡综合比较与分析

生态护坡材料需要较好地为河道生态的连续性提供基础条件，满足不同工程的适应性要求，综合比较与分析这三种生态护坡形式，结果见表1。

表1 三种新型生态护坡形式比较

由表1可以看出，这三种新型的生态护坡形式均有各自的优点和应用局限，三维土工网垫工程单价最低，经济性好，施工及维护简单，但网垫抗老化能力较差，在工程完成5～10年后难以保持良好的治理效果。底柱表孔型现浇绿化混凝土和生态袋柔性护坡虽然工程造价高，但材料的耐久性更好，其中绿化混凝土可以抵抗水流流速≥3m/s，对于岸坡冲刷严重的河道，能够最大程度地减少水土流失。但绿化混凝土的胶凝材料普遍采用普通硅酸盐水泥，水泥水化反应释放碱性物质使孔隙液的pH很高，植被无法正常生长，需进行降碱处理。

因此，实际应用中应根据不同工程类型、地质条件和施工条件选取适合的技术形式，同时考虑工程的经济性和生态性。

结合已完成的工程经验，新型生态护坡目前在国内发展的关键问题是：

(1)在护坡原材料方面，产品结构单一，存在更多的创新和优化空间，如更环保、更耐久、更经济的土工材料的应用。

(2)由于各地域的气候、环境和水土条件各不相同，所以要因地制宜地选择合适的草种，并尽可能地种植多品种植被，以保证生态多样性。

(3)施工完成后，需定期对植被进行养护及管理，目前国内很多工程后期养护成本投入不够，管理职责不明，导致难以达到预期的效果。

5 结论与展望

岸坡生态防护技术弥补了传统护坡技术的不足，该技术在实现岸坡安全稳定及耐久目标的同时，为生物创造了良好的生存环境。植被+工程措施型的生态护坡形式是水利工程岸坡生态防护发展的必然趋势，国内目前在技术和管理上还存在一些需要改进的地方，因此要加大对新型生态护坡技术的分析和研究，使其在不同工程领域得到更广泛的应用。