淺析堤防工程中生態護岸形式及其應用

黃建豪

（福建省建寧縣水利局 三明市 354500）

所謂河道生態護岸，筆者認為應該是指以治河工程學為基礎，融生物學、生態學、環境學、園林學和景觀學等學科為一體的新型河道護岸技術。以下將重點分析堤防工程中生態護岸形式[1]。

1 天然河岸與人工河堤

1.1 天然河岸的凈化作用

天然河岸上的植物和水中的水生植物，能直接從水中吸收無機鹽類營養物，其舒展而龐大的根系還是大量微生物以生物膜形式附著的很好介質，有利于水質凈化。植被也為魚類、昆蟲、鳥類等覓食、繁衍提供了空間，各種魚巢造成的不同流速帶極有利于魚類等水生生物的生長，促進水質進一步凈化。不規則河岸還形成紊流，有利于氧從空氣傳遞入水中，增加水中溶解氧量，有利于好氧微生物、魚類等的生長，河水會變得清澈、舒適.因此，天然河岸在促進多種生物共同生長的同時，各種生物相互依存、相互制約、形成有機統一體，增強了河流水域自然凈化能力。

1.2 人工河堤的環境效益

為防止洪澇災害，我國城市河流以往大多采用漿砌石料構建人工河堤，這種河堤隔斷了河水與兩岸土壤水和潛水的聯系，使河流變成水巷，降低了河流的自凈能力，造成諸多的負面環境效應。這些負面效應[2]包括：

（1）束縛河水，形成水巷；

（2）抬高水位，增大流速；

（3）水資源浪費和土地沙化；

（4）中斷土地肥力培育過程；

（5）破壞土壤表層鹽分溶洗；

（6）破壞河流生態環境功能等。

因此，人類的筑堤活動導致徑流生存空間整體發生畸變，其結構和功能發生與原有的穩定狀態或演化方向相反的位移，引起水環境質量下降，不利于人類的生存[2]。

2 生態護岸的特點及其工程技術

2.1 生態護岸的特點

生態護岸與傳統護岸區別在于以下幾點：

從設計理念上講：傳統護岸強調的是“興利除害”，尤其是防洪安全這一基本功能；而生態型護岸，則除重點考慮堤岸安全性之外，還需重視人與自然和諧相處和生態環境建設，即還要考慮親水、休閑、娛樂、景觀和生態等其他功能。從河道形態講：傳統護岸規劃的河道，岸線平行，岸坡硬化，斷面形態規則，斷面尺度沿程不變；而生態型護岸，岸線蜿蜒自如，岸坡近天然態，斷面形態具有多樣性、自然性和生態性。

從所用材料看：傳統護岸工程主要采用拋石、砌石、混凝土塊、現澆混凝土、鉸鏈混凝土排及土工膜帶等硬質材料；而生態型護岸，所用材料一般為天然石、木材、植物、多孔滲透性混凝土及土工材料等。從工程效果看：傳統護岸工程完建后，生態環境往往變惡化，尤其在人口高密區，工程措施往往不能滿足生態環境和景觀的要求；而生態型護岸可使生態環境得以改善，與常規的拋石、混凝土等硬質護岸結構相比，外觀更接近自然態，因而更能滿足生態和景觀的要求。綜上看來，可以認為，生態型護岸是傳統型護岸的改進，是治河工程學科發展到相對高級階段的產物，是現代人渴求與自然和諧相處的需要。

2.2 生態護岸工程技術

常見的生態護岸工程技術包括無砂混凝土、三維土工網墊植草、格賓石籠、生態袋、生態磚等類型，其特點分述如下。

2.2.1 生態型無砂混凝土

無砂混凝土植被護坡是近年發展的新型護坡材料，它結合了混凝土護坡硬化安全和草能在上面生長的優點，解決了硬化和綠化不能統一的矛盾，大大美化了環境。具有較好的抗沖刷性能，上面的覆草具有緩沖性能，該護坡在廣州市的多處河涌整治中已成功運用。目前無砂混凝土植被護坡分別有預制及現澆兩種形式，其中預制形式是市場上新興的產品，如棕櫚石等，考慮本身抗沖需一定規格及人工施工（3人/塊）等條件，規格多為1 m×1 m，如采用機械施工，也可視需要加大規格，達到最適用于護坡可連續施工的堤段；而現澆形式是最早開發的無砂混凝土護坡，經過眾多工程的實踐，證明其具有預制形式無法實現的優點，就是其現場適應性非常強，能根據現場實際情況調整其開孔位置，以及調整其分段和長度情況，甚至能對一些特殊構筑物或植物進行預留保護，同時抗人為破壞能力較強[3]。

2.2.2 格賓石籠

格賓石籠技術是指將抗腐耐磨高強的低碳高鍍鋅鋼絲或鋁鋅合金鋼絲（或同質包塑鋼絲），編織成雙絞、六邊形網目的網片，根據工程設計要求組裝成蜂巢網箱，并裝入塊石等填充料的一項工程技術，這種蜂巢型結構，最能符合力學的原理，是一個同性質的巨大塊狀結構體，具有承受張力的功能，并可吸收未知的壓力。

這項技術能較好地實現工程結構與生態環境的有機結合，是保護河床，治理滑坡，防治泥石流災害，防止落石兼顧環境保護的首選結構形式。石籠護坡護岸的特點及作用：

（1）較好的生態性。由于石籠的空隙較大，如果只單純地使用石籠，很容易形成植物無法生長的干燥貧瘠環境。因此，為使植物能早日生長，要給石籠覆土或填塞縫隙，而不能被動地等待洪水帶來的泥沙淤積。最好采用微生物及各種生物，在漫長歲月的作用下，形成松軟且富含營養成分的表土，實現多年生草本植物自然循環的目標。

（2）較強的透水性。用塊石籠疊砌成的擋土墻，由于網箱內的填充料為松散體，存在較多的孔隙，可以充分保證河岸與河流水體之間的水分交換和調節功能，滯洪補枯、調節水位，增強水體的自凈能力，有利于砌體后土壤中孔隙水的排出，從而減少墻體后的地下水壓力。同時，地表水一旦入滲墻后土中，則可以通過砌體較快地排出，有效降低地下水位。

（3）較好的抗沖性。六角網石籠用作護坡或擋墻工程，結構整體性好。據有關試驗證明，六角網石籠防護工程的防沖系數是一般拋石防護工程防沖系數的2倍，且拋石護岸受水流沖擊時，石頭受壓后，一旦產生初始移動，岸坡土壤被沖走，從而導致整個防護工程損壞。而石籠網墊防護工程中的塊石即使產生位移，此時變形后的護墊結構將調整，達到新的平衡，而整體不會遭到破壞，從而有效保護岸坡土壤不遭破壞。

（4）較好的防浪性。由于籠內填塊石存在一定空隙，風浪、浪峰上拍時，浪花被粉碎，減小了浪壓的沖擊力，風浪、浪峰退下時，因箱籠有空隙，破壞了風浪的真空吸力，又減小了對防護工程的破壞力度，加之整體結構可在風浪力作用時進行微調，避免了墻身出現裂縫的缺點。

（5）較好的柔韌性。石籠網片的原材料可采用涂膜熱鍍鋅低碳鋼絲，構成網格的鋼絲有一定的強度，不易被拉斷，箱籠整體強度較高。低碳鋼絲承受適度的變形特點，可以將全部工程連成整體，不需分縫，即使由于某種原因使結構中斷裂一根網絲，也不會影響結構的整體性[4]。特別在受地基土沉陷或墻后土有小的變形影響時，結構能進行自身適應性的微調，不會因不均勻沉陷而產生沉陷縫等，整體結構不會遭到破壞。

3 應用分析

下面以某工程實例說明生態護岸技術的應用。護岸形式應根據實際的地形地質條件，因地制宜，在用地范圍許可的情況下選用各種生態型斷面，河道兩側設人行道、綠化帶、親水平臺等，實行路堤結合，美化環境。方案的設計充分融入了“自然、親水、生態、文化”的現代水利理念，恢復和體現逐漸離我們遠去的自然、生態景觀風貌。

3.1 親水型斷面

親水型斷面特點如下：

（1）擋墻前條石砌成的花槽種植水生植物起到了綠色幔帳的景觀效果，即使在水位較低時搖曳生姿的水生植物也能彰顯河道的生命力。

（2）親水平臺一側設置的小擋墻不僅可以增強景觀效果，更可以讓行人小憩、駐足游覽河道的美景，體現了人性化的設計。

（3）青花崗巖條石的應用，可以盡量保留古村的固有特色。

（4）采用透水磚路面，具有良好的透水、透氣性能，可吸收水分和熱量，減輕城市排水和防洪壓力，雨后不積水，有利于雨洪利用。

3.2 自然型斷面

該類型斷面應用于周邊用地寬裕的堤段。方案采用雙排混凝土方樁支護堤腳，樁間距為1.5 m的正方形布置，樁間填充石塊，在臨水側方樁內側設置1道混凝土擋板，方樁前采用拋石護腳。方樁頂部安放密排的混凝土仿木樁，臨水側仿木樁樁頂高程為（0.5～0.8）m。 護腳以上采用 1∶2～1∶3 緩坡與堤頂銜接，坡面種植綠化植物。在局部區域設置寬1.2 m的親水步道，親水步道兩側均采用混凝土仿木樁支護。堤頂路寬為3 m，采用透水磚路面。自然型斷面特點如下：

（1）仿木樁為鋼筋混凝土結構，表面做仿木處理，樁之間有足夠的空隙形成魚巢。仿木樁的參差不齊、錯落有致生動了河道，為河涌增添了自然的氣息。

（2）局部地段設置的親水平臺不僅增加了親水性，并打破了斷面形式的單一性，為河涌增加亮點。

（3）采用透水磚路面，具有良好的透水、透氣性能，可吸收水分和熱量，減輕城市排水和防洪壓力，雨后不積水，有利于雨洪利用。

（4）方樁及仿木樁施工快捷簡單，造價低廉。

3.3 生態型斷面

該類型斷面應用于河道基本上無堤岸防護、兩岸大多數為農田及果林且房屋建筑比較少的堤段。通常在高程0.5 m以下采用格賓石籠壘成的護腳結構，格賓石籠下采用500 mm厚拋石基礎，石籠后面鋪設1層反濾土工布并回填中粗砂。高程0.5 m平臺的寬度約為2 m，隨意擺放一些鵝卵石，護腳以上采用1∶1.5～1∶2斜坡與堤頂路面銜接，水位變動區的坡面上設置200 mm厚無砂混凝土護坡，面覆土厚為100 mm。

1 董哲仁.生態水工學的理論框架[J].水力學報，2003，(1)：1-6.

2 董哲仁.河流形態多樣性與生物群落多樣性 [J].水利學報，2003，(11)：1-7.

3 Odum,H.T.1989.Ecological engineering and self-organization[D].In：W.J.Mitsch and S.E.Jorgensen,eds.,Ecological Engineering：An Introduction to Ecotechnology.Wiley,New York：79-101.

4 ASCE River Restoration Subcommittee on Urban Stream Restoration,Urban stream Restoration[J].Journal of Hydraulic Engineering ASCE,2003,(7)：491-493.