生態護坡技術在城市河道整治中的應用

王凱浩 張靜文

生態護坡,就是綜合考慮 “水安全、水環境、水資源、水景觀”各方面的協調,在滿足防洪、排澇等需求的同時,充分考慮生態效應,將河堤由過去的混凝土構筑物改造成適合生物生長的水體、土體、植物(或生物)相互涵養的仿自然狀態的護坡[1]。

在科學技術飛速發展的今天,新型材料和新技術必將應用到河道護坡和護岸結構改造。在國內和國外相繼出現了一批用于生態方面的材料和技術,如植被草、水力噴播植草技術、土工材料綠化網,植被型生態混凝土等等。

1 工程現狀

滏陽河為子牙河流域兩大支流之一,發源于河北省磁縣。滏陽河歷史上水量豐沛,曾是重要的行洪和航運河道。20世紀中葉,上游支流先后修建多座大中型水庫工程,下游開挖了滏陽新河和子牙新河,洪水有了獨立入海通道,流域防洪能力得到很大提高。但隨之入滏陽河下游的水量急劇減少,特別是20世紀80年代以來,海河流域出現連續枯水年,滹滏地區產流量減小,河道航運功能隨之喪失,兩岸堤防破損嚴重,特別是衡水市附近,受城區建設的影響,堤防已經支離破碎,部分河段灘地被嚴重侵占,河道過水能力減小。

2009年3月,滏陽河綜合整治工程開始啟動,該工程是衡水市政府提出的 “大衡水”計劃的核心內容之一。所謂 “大衡水”計劃,即全力打造 “一湖、一州、一城”,形成以衡水湖休閑度假區為主體,以冀州歷史文化古城、滏陽河現代都市娛樂為兩翼的城市發展格局。滏陽河綜合整治工程為 “一城”的核心內容,河道整治后將從根本上改善河道兩岸的城區環境,有利于沿河兩岸土地資源的整合及有序開發,促進城市建設及經濟發展。

本次滏陽河河道治理位于衡水市區內,治理長度13.75km,治理目標為滿足排瀝要求的景觀河道,因此堤岸防護方案設計應與景觀設計相結合,應以人與自然的和諧為目標,在確保防洪安全的同時,形成改善水環境、營造水景觀、修復水生態的治水理念,充分利用河道水系的資源功能、環境功能、生態功能,使堤岸及河道整治達到 “堤固、水清、岸綠、景美、游暢”的要求。

針對以上要求,選取了以下3種護坡類型:框格混凝土植草護坡(人字框格護坡、菱形框格護坡、拱形框格護坡)和連鎖塊護坡、生態磚(六角空心形)護坡,各段防護型式也可根據現場施工情況做相應的調整。

2 護坡類型

2.1 框格混凝土植草護坡

框格混凝土植草護坡是指將預制的形狀不同的混凝土砌塊鋪設于坡面形成框格,在框格內回填客土,然后在框格內植草而形成的一種護坡與綠化相結合的技術[2]。其植草措施可以改善周邊生態環境,恢復已破壞的植被,降低噪聲和光污染,凈化大氣,促進有機污染物降解,增強景觀效應。與傳統混凝土板相比,施工現場條件要求低,砌塊面積小,維修更換簡單,易于適應堤身沉陷和坡度變化;與砌石相比,貨源穩定,規格統一,外形美觀,對石料缺乏地區是一種先進的替代工藝技術[3]。

在構思和設計護坡的平面形狀時,基本上以徐緩曲折的形狀為主,這一點十分關鍵[4]。在滏陽河綜合整治工程中共采用以下3種框格護坡類型。

2.1.1 人字框格護坡

本型式護坡每2m一聯。一聯中設計了 A、B、C、D共4種預制混凝土構件。A構件一塊寬40cm,長171cm,坡內厚10cm,兩側高出土坡6cm,形成凈寬24cm小排水簸。B構件一塊寬30cm,坡內厚10cm,坡下側高出土坡6cm,一聯中兩塊B構件形成人字形骨架,把植草土坡上沒滲完的雨水沿人字形小坎入 A構件的小排水簸中順坡而下。C構件一塊寬8cm,長160cm,高16cm,其中高出混凝土護肩6cm。起緩沖沿坡肩的雨水流速,保護植草的土坡,把坡肩雨水分向兩側的A構件的小溝中。D構件一塊寬40cm,坡內厚10cm,兩側高出土坡6cm,長度不一,形式基本同A構件,詳見圖1。

圖1 人字框格護坡(單位:cm)

該類型護坡的優點:施工簡便,外形美觀,而且混凝土構件形成骨架防護了土坡,又把較大的雨水及時排除而不至于沖壞坡身。單組體量較大,在綠化中對植物的種植要求和植物品種選擇都可以放寬,骨架內可植草、花及低矮的灌木等,起到生態防護及美化環境的效果。

2.1.2 拱形框格護坡

本型式護坡每1.5m一聯,一聯中設計了A、B、C、D共4種預制混凝土構件。A構件一塊寬40cm,長162cm,坡內厚10cm,兩側高出土坡6cm,形成凈寬24cm的小排水簸。B構件一塊寬8cm,長110cm,高16cm,其中高出混凝土護肩6cm,起緩沖沿坡肩的雨水流速,保護植草的土坡,把坡肩雨水分向兩側的A構件的小溝中。C構件為一塊圓拱結構,寬30cm,坡內厚10cm,坡下側高出土坡6cm,把植草土坡上沒滲完的雨水沿拱形小坎入A構件的小排水簸中順坡而下。D構件一塊寬40cm,坡內厚10cm,兩側高出土坡6cm,長度不一,形式基本同 A構件。該護坡的防護原理及優點同人字框護坡,只是型式有所變化,詳見圖2。

2.1.3 菱形框格護坡

圖2 拱形框架護坡(單位:cm)

本型式護坡設計了A、B共兩種預制混凝土構件。A構件為正十字型混凝土塊,邊長均為50cm,90°垂直交叉,寬8cm,坡內厚9cm,兩側高出土坡1cm。B構件一塊寬8cm,長44.1～36.1cm,高10cm,其中高出邊坡1cm,保護植草的土坡。該護坡類型形成網狀分布,對護坡的防護效果較好,只是單組尺寸較小,對植物材料的品種選擇和種植要求受到一定的限制,詳見圖3。

圖3 菱形框架護坡

2.2 連鎖塊護坡[5]

本型式護坡應用于險工段,它獨特的自鎖性設計保證了每一塊的位置準確并避免發生側向移動。采用這種獨特的聯鎖設計,鋪面在水流作用下具有良好的整體穩定性;高開孔率滲水型柔性結構鋪面能夠降低流速,減少流體壓力和提高排水能力,開孔部分一方面起到滲水、排水的作用,另一方面起到增加植被面積,美化環境的作用;按照國際通用的生態混凝土設計,在混凝土中添加了醋酸纖維等高分子物質,使混凝土自鎖塊在強度不變的情況下更有利于水生植物生根和水生動物繁衍,詳見圖4。

圖4 連鎖塊護坡

2.3 生態磚(六角形空心磚)護坡[6]

生態磚為六角形,對邊距為350mm,厚度100mm。該生態磚是由混凝土中加入了用高新技術進行特殊制造并進行染整處理的合成纖維制成的,使混凝土的各項強度與耐久性都有不同程度的改善,提高了承受荷載能力;用于黏合廢磚石骨料的水泥漿采用納米級聚合物進行改性,增加了黏合強度;用新型的混凝土構件成型機制成六角形混凝土板塊,鋪設穩定性較好,滿足水利堤防工程的特殊要求,同時,板塊空隙率適合植物生長的需要。

由于它能使肥料緩釋、水分保留、高堿性水環境條件的改善得到有效解決。植物能在這種混凝土板塊上較好地生長。同時,它的顏色可以根據周圍環境進行搭配和選擇,也可以拼成各種各樣的圖案,改變了混凝土材料灰黑的舊面孔,使堤防在夏天綠草如茵,冬季五彩繽紛,成為河道一道亮麗的風景線。它實現了在混凝土上長草的愿望,較好地解決了堤防安全護砌與保護自然環境的矛盾,詳見圖5。

圖5 生態磚護坡

3 在實際應用中應注意的問題

(1)衡水地區冬季寒冷干燥,全年溫差較大,水位變化也大,所以水位變化區應用生態護坡材料應慎重,必須保證生態護坡材料的耐久性滿足運行使用要求,適應衡水的氣候特點。

(2)國產綠化混凝土構件的內芯無砂混凝土強度較低,易破損。在施工過程中應注意保護,精心施工,對于出現破損的構件一律不得使用。

(3)河道治理工程在確定使用生態護坡材料前,應充分考慮當地水源能否滿足綠化的需要,草坡的維護、養護在經濟上是否可行。在低投入、低養護或無養護情況下,邊坡草坪處于自生自養狀態,要防止草坡退化問題。若草坡退化得不到解決,不僅造成重復建設、資金浪費,而且起不到邊坡綠化防護效果,最終可能會引起水土流失、坡面坍塌等許多不良后果。

4 結 語

該工程建成后,通過補水恢復河道蓄水功能,同時通過對河道兩側堤坡護岸、堤防、灘地的設計,建成沿堤景觀生態走廊。并充分利用廣闊的水面開發旅游項目,在河堤和水面之間,著眼于季相變化,科學性和藝術性相統一,喬、灌、花、草等植物合理配置,花掩河湖,綠映堤岸,使滏陽河成為一條健康、魅力和靈性的綠色生態帶。既美化了城市環境,又提高了生態效益。

[1] 趙廣琦,崔心紅,奉樹成,等.植物護坡及其生態效應研究[J].水土保持學報,2007(12):61-63.

[2] 顏成國,張思平.“人”字形框格混凝土植草護坡施工技術在城區防洪工程建設中的應用[J].吉林水利,2009(5):52-53.

[3] 胡時友.新型框格護坡的設計與實踐[J].地質災害與環境保護,2000(6):117-119.

[4] 河川治理中心編.護坡設計[M].北京:中國建筑工業出版社,2004.

[5] 宋向寧,陳曙光.聯鎖式生態護坡砌塊的在水利工程中的推廣與應用[J].湖南水利水電,2005(4):21-22.

[6] 段曉明,苗增健,劉連新,等.生態護坡應用及護坡植物群落的選擇[J].安徽農業科學,2009,37(31):15327-15329.