生态护岸技术在北海仔河堤岸整治工程中的应用

段青梅，陈小丹

(1.东莞市水务技术中心，广东 东莞 523413；2.广东省水利水电科学研究院，广东 广州 510635)

1 概述

传统水利工程重点是解决河道的防洪排涝问题,河道治理时多将岸线直线化、断面化，岸坡多采用浆砌或干砌石护坡、现浇混凝土护坡等硬质材料护岸[1-2]，硬质护岸优点是抵御风浪冲击、防止雨水对坡面冲刷能力强，缺点是隔断了河道坡面内在物质和能量的交换与流动、隔绝了河道附近水域和陆域生态系统间的联系，丧失了天然河道的自然属性，水生植物、水生动物不能正常生长而消失[3]，影响了河流的生态多样性和功能多样性[4]。广东省提出要坚持“防灾减灾、岸固河畅、自然生态、安全经济、长效管护”的治理原则进行中小河流治理，人与自然和谐发展的生态理念在中小河流治理中得到广泛应用，生态护岸技术成为堤岸整治工程优选治理技术之一。

2 工程概况

北海仔河位于中堂镇潢新围，始于东江北干流的潢涌北闸，至豆豉洲水闸止，全长为10.5 km，流域面积约为25.09 km2，河道上游窄下游宽，河宽为10～70 m 不等，比降为0.15‰；北海仔河横穿潢新围北部，有众多支流从左右岸通过节制闸与其连通，可排可引，为中堂镇潢新围最大排水河涌。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252—2017)《堤防工程设计规范》(GB 50286—2013)，确定北海仔河设计洪水标准为20年一遇，主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别为5级。根据《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2015)，本工程场区地震动峰值加速度为 0.05g，地震基本烈度为6度。

北海仔河流域整治工程包括干流和支流河涌的治理，主要整治内容有堤岸整治、活水补水、内源治理、水系连通及景观提升，北海仔河干流堤岸整治工程是北海仔河流域综合整治工程项目之一[5]。 北海仔河干流部分河段现状建有挡墙或房屋沿河边建设，部分河段为天然状态，岸边多为农田、鱼塘、空地，岸顶高程不满足防洪排涝要求。

3 生态护岸布置原则

岸线布置遵循以下治理原则：

1) 堤线力求平顺，堤段连接平缓，尽量不改变现状河道走向，不采用折线或急弯，总体流态尽量顺畅。

2) 尽可能利用现有岸墙，减少征地，节省投资，方便防汛抢险和工程管理。

3) 充分考虑堤岸土地现状和用地规划，平面结合沿岸的景观环境布置，体现人与自然的和谐。

4) 尽量采用生态岸线，保持河道与地下水的联系，为河道生态修复创造良好条件。

5) 断面设计考虑兼顾洪水期的大流量和常年小流量两种水流情况[6]。

4 护岸材料及断面设计

4.1 护岸材料

生态护坡技术历史悠久，是综合利用工程力学、土壤学、生态学和植物学等学科知识对斜坡或边坡进行支护，是由植物或工程和植物组成的综合护坡技术。其优点是利用植物截留降雨、蓄积雨水、减少水土流失，提高水体的自净能力，减轻侵蚀及城市排涝压力， 为河道生物提供栖息环境、城镇河流生态系统起到净化、修复作用的同时，起到护坡、固坡的作用，兼顾了保护与环境两方面的作用，是一种既满足河道护坡，又有利于恢复河道护坡系统生态平衡的有效手段，其缺点是对深层滑坡防治方面存在一定的局限[7]。有记载的最早生态护坡应用出现在1591年的中国，20世纪60年代以后，生态护坡技术已推广到世界多个国家。为预防坡脚滑动，常在坡脚处采用挡墙形式进行支护，坡面和坡脚采用不同的护岸材料是河道整治中常见的护岸方式。

河道整治中常用的生态护岸形式有植物护岸、绿化混凝土护岸、格宾石笼挡墙护岸、生态浆砌石挡墙护岸、多孔预制混凝土块体护岸、生态砌块(植草式、鱼巢式)护岸、松木桩护岸等。

植物护岸技术是完全依靠植物进行河道岸坡保护的技术，是利用植物根系锚固加筋的力学效应和茎叶截留降雨、抑制地表径流的水文效应，消浪促淤、减小水土流失、固滩护岸。特点是生态环保效果好, 节省投资，造价低，适宜用于河道较缓、流速较小的堤岸。

绿化混凝土护岸是通过水泥浆体粘结粗骨料，依靠天然成孔或人工预留孔洞得到无砂大孔混凝土基体，在孔洞中填充种植土、种子缓释肥料等，创造适合植物生长的环境，形成植被的河道护岸技术。绿化混凝土设计强度等级应不低于C5，孔隙率不小于 25%、护岸厚度为100～150 mm。抗冲刷能力较强，适用于水流速度较快、堤岸较陡、防冲要求较高的河道堤岸。绿化混凝土示意见图1。

图1 绿化混凝土示意

格宾石笼挡墙护岸是由高强度、高防腐的钢丝编织成网片，再组合成网箱，在网箱内填充满足设计要求粒径的块体材料[8]，表面覆土绿化或植物插条而成的新型生态护岸技术。格宾石笼护岸以块石、卵石或废弃混凝土块作为主要填充材料，在块石和卵石料源丰富的地区更适用。适用于水流速度较高、冲蚀较严重的河道护岸工程，高度不宜高于2 m。缺点是石笼填充材料要求较高且复绿较慢，日常石笼网丝易挂垃圾[9]，石笼受损后较难修复，当表层金属网破损后，就成为一堆块石散体[10]。

生态浆砌石挡墙护岸是一种临河表面干砌内部浆砌块(卵)石，依靠砌筑的块(卵) 石交错咬合的摩檫力和内部砂浆的粘结作用保持整体稳定性、抵抗水土压力的新型生态护岸技术。既具有传统浆砌石抗冲耐磨、整体稳固的护岸能力，又外观自然，存在连通孔洞，可为水生生物提供栖息、繁衍的场所，生态适应性强等优点，但施工难度较大、质量控制和检测较难[11]，造价较高。生态浆砌石砌筑砂浆强度等级应不小于 M7.5，石料应大面朝下，采用座浆法分层卧砌，上下错缝，内外搭砌，稳定牢固，严禁出现通缝、叠砌和浮塞。

多孔预制混凝土块体护岸是一种采用混凝土预制块体干砌，依靠块体之间相互的嵌入自锁或自重咬合等方式形成多孔洞的整体性结构，孔洞中可填土种植或自然生长形成植被的新型生态护岸技术。多孔预制混凝土块体设计强度等级应不小于C20。适用于水流速度较大、抗冲要求较高、生态和景观要求较高的河道。多孔预制混凝土块体示意见图2。

图2 多孔预制混凝土块体示意

生态砌块(植草式、鱼巢式)是一种采用混凝土预制块体干砌，块体之间相互嵌入形成自锁，依靠墙体重力保持稳定，墙体与墙后填土之间设置土工格栅提高墙体的稳定性，结构预留孔洞，孔洞中种植或自然生长形成绿化植被的新型生态护岸技术。生态砌块(植草式、鱼巢式)为柔性护岸，适应地基变形能力较好，便于植物生长，外观自然，生态和视觉效果较好，采用装配式施工，速度是传统方式的几倍[12-13]。较传统混凝土挡墙，可在直墙条件下，实现水土交换及植被生长，自嵌式预制混凝土块体设计强度等级应不小于C20，墙后应设置土工布反滤。适用于生态和景观要求较高、水流速度较小的河道，造价较高。

松木桩护岸是采用松木制作的木桩加固河岸水下地基，主要依靠桩体的支撑作用和桩间土的挤密作用提高地基承载力，属于复合地基，适应地基变形能力好，取材容易，造价较低，施工简便，不宜用于水体具有较强腐蚀性的河道。由于大量采伐松木会造成生态破坏，目前已不建议使用。

4.2 断面设计

北海仔河干流长约10 km，河道现状两岸建设情况有所不同，因此，左右岸和不同河段护岸形式布置上有所变化。

工况1：现状已建浆砌石挡墙护岸，墙顶高程未达标。

断面形式1：在现状未达标浆砌石挡墙顶增设防浪墙兼做花槽，此类护岸总长为4 767 m，标准断面示意见图3(85高程)，花槽示意见图4。

图3 断面形式1标准断面示意(尺寸:mm，高程:m)

图4 花槽示意(单位：mm)

工况2：现状无护岸且场地较为开阔，具备开挖条件。

断面形式2：单侧或双侧堤脚采用鱼巢式砌块，生态挡墙到常水位，常水位以上至堤顶采用1:2 植草护坡，不设花槽和护栏。墙脚采用C25 砼基础，基础顶高程为-0.7 m，上砌筑鱼巢式砌块至常水位高程为1.10 m，墙顶设1 m 宽平台，填土厚200 mm 种植水生植物，墙背每隔480 mm 高度铺设土工格栅加强筋，堤顶设混凝土防浪墙高0.5 m，基础采用Φ600 水泥搅拌桩或高压旋喷桩，此类护岸长为8 220 m。标准断面如图5所示，护岸实景见图6；北海仔河左岸护岸现状情况及设计断面形式见表1，北海仔河右岸现状护岸及设计断面形式见表2。

图5 断面形式2标准断面示意(尺寸：mm，高程:m)

图6 整治前后护岸实景示意

表1 北海仔河左岸护岸现状情况及设计断面形式

表2 北海仔河右岸现状护岸及设计断面形式

5 护岸设计计算

5.1 基础处理方案

工程区主要分布第三系(N)及第四系(Q)地层，出露主要地层有第四系人工填土层(Q4ml)、第四系全新统冲积层Q4al)及第三系上统砂岩。根据地质勘查资料堤基土上部主要由填土、淤泥、淤泥质粉砂及粉细砂组成，抗滑移及抗冲刷能力均较弱，结合不同地段现场查勘情况，北海仔河生态护岸基础采用Φ600水泥搅拌桩和Φ600高压旋喷桩两种地基处理方案。

5.2 计算工况及方法

正常运用情况的计算工况选取最不利的水位降落工况：临水侧水位从设计高水位降落至常水位；非正常运用情况的计算工况选取最不利的施工工况：施工期临水侧无水，背水侧常水位。

根据《堤防工程设计规范》的要求，岸坡稳定采用简化毕肖普法，正常运用条件下，土堤堤坡抗滑稳定最小安全系数不小于1.25；非常运用条件1下，土堤堤坡抗滑稳定最小安全系数不小于1.15。

5.3 计算结果

本工程新建堤防经水泥搅拌桩或高喷桩加固处理后，抗滑稳定安全系数均能满足规范要求(见表3)。

表3 各典型断面不同工况下的抗滑稳定安全系数计算结果

6 结语

北海仔河干流综合整治工程于2020年3月开工建设，各项整治工程预计2021年6月底完工。其中堤岸整治工程结合北海仔河两岸功能要求和地形地质条件，采用了生态护岸技术既满足了堤岸稳定、达到防洪要求，又兼具了生态理念和景观营造，利于水土交换及植物生长，一定程度上改善了河道水环境和景观，为其他整治工程打造人与自然和谐相处、落实生态文明和可持续发展的生态河道提供了示范。