生态袋挡墙护岸结构设计及其力学性能分析

陈柳杰 徐义桦 周宇翔

（苏州市水利设计研究院有限公司 江苏苏州 215000）

1 生态袋挡墙护岸结构概述

在有效保证结构稳定性后，能够促进植被的茁壮生长，以此来实现河流岸坡工程生态目标［1-2］。随着研究的深入，生态柔性护岸结构的形式愈发丰富，如岸坡防护与植被恢复相综合的方案，具体包含生态袋、土工格室、三维植被网垫等。纵观行业发展趋势，柔性生态护坡袋较为主流，其以聚丙烯或聚酯纤维为原材料制作而成，袋内充填含植被种子的营养土，兼具抗紫外线、抗老化、裂口不延伸等多重特点。柔性生态加筋挡墙技术在较陡岸坡的侵蚀防护中具有突出的应用价值，相比于常规的灌木植被防护技术，其具备抵御较强流速的能力，从而有效稳固护脚，保证岸坡的稳定性。

2 生态袋挡墙护岸的设计

某通江河道，全长20.30km，考虑到沿岸居民的防洪安全要求，对A河区界1.71km河段做针对性的治理。于岸坡防护工程中，综合应用到草皮护坡、生态袋护坡的方法，具体如图1所示。此外，在设置生态袋护坡结构的同时，辅以金属丝网箱挡墙等配套结构，共同构建完善的生态护岸结构体系，达到增强岸坡稳定性、提高生态效益的多重效果。

图1 生态袋挡墙设计（单位：mm）

2.1 生态袋挡墙护坡的设计要点

生态袋袋体属于生态护坡体系中不可或缺的一部分，生态岸坡的质量在很大程度上取决于袋体的性能。

（1）生态袋：于本项目中，采用到两种规格的生态袋，即质量为152g/m2、110g/m2的生态袋，尺寸均为110.0cm×50.0cm，横向拉伸强度分别为9kN/m、5.4kN/m，纵向拉伸强度分别为9.5kN/m、4.3kN/m，CBR顶破强度分别为1900N、1500N，等效孔径分别为0.12mm、0.18mm。

（2）三维排水联结扣：对单个生态袋做联结处理，构成完整的、稳定可靠的三角内摩擦紧锁结构，其受力条件良好。

（3）扎口带：单向自锁结构，具有较强的抗紫外线能力。

（4）生态袋填充物：以岸坡岩土特性、植被品种为参考，合理选配。为保证施工的科学性，由专业技术单位提供施工方案。袋体充填饱和度是重点控制指标，以72%～78%为宜。

（5）排水管：PVC50型，用200g/m2反滤土工布包裹管端，呈梅花状布置，间距按2m予以控制。

（6）双向土工格栅：断裂强力为关键控制指标，要求经向和纬向的该值均≥50kN/m。为实现对生态袋和墙后土体的连接处理，面层间设加筋格栅。

2.2 植被种植技术及其应用效果

以植被防护、工程结构相综合为基本思路，组织生态护岸建设工作。因此，在生态护岸技术的应用中，植被种植及生长情况是需重点考虑的对象。现阶段，生态护岸中常见的植被种植技术有如下几点。

（1）活枝插播种植技术。于生态袋内顺坡向、沿坡向按0.5m的间隔依次插入植物（可考虑活柳条、迎春花等），顶端略微出露.此项技术主要用于乔、灌、花类植物的种植中，可根据需求灵活搭配，植物层次丰富，可以形成具有观赏价值的图案。

（2）袋内夹层种植技术。通过两层木浆纸将植物种子附着在生态袋的内侧，袋内装入营养土，以满足植物的生长要求，封口后，采取堆砌措施，后期做好洒水和养护工作，保证植被的有效生长。生态袋种植如图2所示。

图2 生态袋种植

（3）表面抹草籽种植技术。以草籽、花籽为主要的种植物，按比例掺入粘合剂、细粒填土，做充分混合，均匀涂抹在生态袋表面，再于该处覆盖无纺布，根据现场环境适当洒水，使其保持湿润的状态，表面抹草籽种植技术的优势在于草籽发芽率高，可取得较好的生态效果。

3 生态袋护岸的性能分析

3.1 生态袋的力学性能

生态袋必须具有足够的力学性能，例如：纵横向撕破强度≥220N/m，纵横向断裂强度≥8kN/m。岸坡较陡时，注重生态袋布的标称强度，经计算后，确定合适的控制标准，确保生态袋构筑的挡墙结构具有足够的稳定性。

3.2 生态袋的植生性能

袋表面植被根系扎入袋内、袋内植被从袋中长出是检验生态袋中植被生长状况的关键标准。袋体应具有透水、不透土的特点，及时给袋内植物补充水分，同时，避免袋内填充物流失的问题，此时，水分在袋体间、袋体与岸坡间保持高效流通的状态［3］。

（1）生态袋的等效孔径和透水性。等效孔径是检验生态袋绿化效果的关键指标，其指的是土工织物的最大表观孔径。根据规律，等效孔径与袋单位面积质量具有正比关系。透水性则是评价生态袋质量的关键指标［4-5］。若袋体材料偏薄、孔径偏大，袋内的填充物将逐步流失，且遇强降雨侵蚀时体现得更为明显，导致袋体的单位重量在短时间内减小，以生态袋为基础元素构成的护岸结构缺乏足够的力学性能，可能有坍塌现象。反之，若袋体厚度过大、孔径过小，将削弱袋体的透水性能，且随着外部水分逐步向袋体内的渗透，袋体单位重量增加，此变化将促使岸坡静水压力加大，外力对岸坡的影响较为明显，有变形或垮塌问题。并且，孔径偏小时不利于根系的延伸，影响到植株的生长状态。可见，合理设定袋体等效孔径的范围至关重要，现阶段，该区间通常为0.07～0.20mm。并且，在生态袋等效孔径O95具有“0.15mm≤O95≤0.20mm”且垂直渗透系数Kv≥0.12cm/s时，能够有效维持生态袋内填充物的稳定性，无明显的流出现象，而袋体内外的水分可高效流通，边坡内的积水于短时间内快速排出，护岸结构的稳定性得到保证。

（2）植被覆盖率。以物种多样性的基本思路选取生态袋表皮植物，通常可采取草皮、花卉、矮灌木等多种植物相搭配的方法。以混播、插播、铺草皮等方法完成生态袋表皮植被的种植工作，但无论选取何种方法，均要考虑到植被覆盖率符合常水位以上≥99%的要求（以生态袋施工后3个月内为例），而此时常水位以下300mm需满足≥50%的要求。

3.3 生态袋的抗老化性能

覆盖度良好时，生态袋具有抵抗紫外线侵蚀的作用，避免质变或腐烂的问题，还兼具抗老化、无毒、抗酸碱侵蚀等多重特性，给植物的生长创设了良好的条件。生态袋护坡工艺的适用范围广，在河道护坡、山体修复等工程场景中均见其身影，若施工得当，护坡的耐久性较好，后续无需频繁翻修。为了充分提升生态袋护坡的耐久性，需切实提高袋体的抗老化性能，而这也正是生态袋护坡工艺的重难点内容。

在生态袋护坡的日常使用中，紫外线照射是加速生态袋老化的关键因素，若施工完成后未及时采取植被覆盖措施，生态袋将直接遭阳光直射，加速生态袋的老化，严重削弱生态袋的耐久性。

4 生态袋力学性能变化分析

4.1 取样方法

从护岸的不同岸坡位置取样，具体考虑挡墙向阳面、背阴面的顶、底两处，分别在此类区域选取1个袋体。对于不同植被覆盖度的区域，则着重考虑植被茂盛和稀疏的部位，分别取1个袋体。每组试验取样5块，试样尺寸10cm×20cm、20cm×20cm。

4.2 测试内容及结果分析

（1）力学性能测试。准备实验组和参照组，用万能材料试验机监测，测定试样的拉伸性能和撕裂强度。为了检验生态袋经一段时间使用后的力学性能，取经过1.5年使用时间的生态袋，对其进行检验。结果显示，植被覆盖良好的区域表层袋体外侧植被生长条件较佳，可见，该区域植株的多数根系均得到有效的延伸，相继进入袋体内侧。实际操作中，取样倒土颇费劲，表明多数根系扎入袋内土体中并具有稳定性。

（2）测试结果及分析。从取样过程及结果来看，经1.5年的使用后，无论在向阳面还是背阴面，无论是否有植被生长，袋体均具有较好的完整性，几乎不存在风化现象，袋体延展性良好，相比于新使用的袋体，其力学性能保持率较好，实测结果显示平均强度超85%，表明生态袋具有足够的耐久性。

袋内土体具有较高的密实度，表层植被根系向周边延伸，进入生态袋土体内，由于根系的良好生长，可实现对袋体与土体间加筋的效果，建成的生态袋护岸总体完整性、稳定性均较好，满足预期要求，且得益于生态护岸综合性能突出的优势［6］，后续维护工作量减少，成本降低，有良好的生态效益和经济效益。并且，从长远的角度来看，随着时间的推移，即便生态袋有老化现象，在根系对土体的加筋作用下，仍能够有效保证岸坡的稳定性，外部环境因素对岸坡的侵蚀作用微弱。

5 结语

综上所述，生态袋挡墙护岸的方法在现代护坡施工中取得广泛的应用，兼具稳定可靠、耐久等多重特点。在工程实践中，参与人员充分考虑到现场降雨量、紫外线照射强度等关键的因素，预测其对生态袋护岸的影响，确定控制指标，富有针对性地组织设计，根据设计方案规范施工。生态袋护岸建设成型后，注重后期的监测与分析，根据实测力学性能参数判断生态护岸的状态，评价其是否满足要求，以此来加强质量控制，充分发挥出生态袋护岸在维持岸坡稳定性、提高绿化水平等方面的优势。