幾種常用河道生態護坡及其適用性分析

馬繼俠，徐海波，滑 磊 (.浙江省天正設計工程有限公司，浙江杭州300;.浙江省水利河口研究院，浙江杭州3000)

傳統的河道護坡在河床、護岸穩定方面效果很好，但卻忽視了環境保護和生物生存的需要。隨著人們環保意識的增強和生態環境保護的要求，傳統的硬質護坡已經不能滿足人類社會發展的需要［1］。因此，生態護坡的出現，順應了人與自然和諧持續發展的需求，不僅是河道護坡工程建設的一大進步，也將成為今后護坡工程建設的主流［2］。生態護坡在國內的應用逐漸增多，但對不同類型的生態護坡進行系統的分析研究很少。該文例舉了較常用的幾種生態護坡，并對其適用性進行了分析，為以后河道治理工程生態護坡的選擇具有一定的指導作用。

1 生態護坡的定義

生態護坡是綜合考慮“水安全、水環境、水資源、水景觀”的協調，在滿足防洪、排澇、航運等工程需求的同時，充分考慮生態效應，把河堤由過去的混凝土建筑物改造成適合生物生長的，水、土、生物相互涵養的仿自然狀態的護坡［3］。生態護坡包含2個層面的含義。首先是護坡，需要具備河道護坡的功能，在滿足行洪排澇要求的基礎上，保證岸坡的穩定，防止水土流失，其要點是構建能透水、透氣、調節水文過程、緩沖洪水、控制侵蝕、生長植物、截留降解污染物的生態防護平臺。其次是生態功能，河道護坡要滿足邊坡生態平衡的要求，即要建立良性的河坡生態系統，形成由高大喬木、低矮灌木、花草、魚巢、水草、動物沿灘地、迎水邊坡、坡腳及近岸水體組成有機的河坡生態系統［4］。(在這一完整生態系統中，不僅包括植物，還有動物及微生物，系統內部之間以及與相鄰系統(如河流生態系統、陸地生態系統)間均發生著物質、能量和信息的交換，具有很強的動態性;這一物質、信息和能量的循環體系的良性循環使得該生態系統能進行自組織和自我修復，增強了系統的穩定性和可持續性［5］。與傳統的漿砌或干砌塊石、現澆混凝土和預制混凝土塊體護坡相比，生態護坡不僅具有造價低，施工簡便，運行維護成本低的優勢，對環境和生態的干擾也比傳統護岸小得多，還能起到降雨截流、徑流延滯、提供生物棲息地的作用，體現了尊重自然，人水和諧的思想。

表1 傳統護岸與生態護岸的對比

2 生態護坡的分類

近年來，針對河道區域、功能、水文條件的不同，開發了多種生態護坡材料與方法。我國較常用的生態護坡型式有植物型護坡、土工材料復合種植基護坡、網石籠結構生態護坡、植被型生態混凝土護坡、多孔質結構護坡、水泥生態種植基護坡等。

2.1 植物型護坡 這種護坡型式是通過在岸坡種植植被(喬木、灌木、草皮等)，利用植物發達根系的力學效應(深根錨固和淺根加筋)和水文效應(降低孔壓、削弱濺蝕和控制徑流)進行護坡固土、防止水土流失，在滿足生態環境的需要的同時還可進行景觀造景。主要應用于水流條件平緩的中小河流和湖泊港灣處，在城市親水景觀設計中也有采用。固土植物選擇一般應考慮如對土質要求、適應氣候條件狀況、耐酸堿性、耐高溫干旱能力、生長能力等因素，同時應具有根系發達，、生長快、綠期長、生根性強、成活率高、價格低廉、管理粗放、抗病蟲害、與雜草競爭力強的特點［3］。目前，我國植物護坡工程中常用的植物分為冷季型和暖季型。冷季型的植物主要有:多年生黑麥草、細弱剪股穎、高羊茅、草地早熟禾白三葉、無芒雀麥、紅三葉、白脈根等;暖季型植物主要有:馬尼拉、狗牙根、假儉草、野牛草等。植物型護坡的缺點在于抗水流、風浪沖刷能力有限，對水流條件要求較高，且初期易早雨水沖刷形成深溝，影響護坡效果。

2.2 土工材料復合種植基護坡 此類護坡可以分為土工網墊固土種植基護坡、土工單元固土種植基護坡、土工格柵固土種植基護坡［6］，具體如下:

2.2.1 土工網墊固土種植基護坡。這種護坡主要由網墊、種植土和草籽3部分組成。土工網的品種很多，常用的三維土工網是以熱塑性樹脂為原料，采用科學配方，經擠出、拉伸等工序精制而成，其底層為一個高模量基層，采用雙向拉伸技術，其強度高，足以防止植被網變形，并能有效降低雨滴的沖擊能量，增強土體表面的抗沖刷能力，有效控制面源污染的入河量。其化學性質穩定，對大氣、土壤、微生物呈惰性。三維土工植被網的表層為一個起泡層，膨松的網包以便填入土壤和草籽，網墊質地柔韌、疏松，使得植物的根系可以自由穿過，網墊具有一定的保溫功能，為種子發芽提供適宜的溫度條件。在草皮長成后，網墊、草皮和土壤表層牢固結合，提高岸坡的穩定性，有效防止水土流失。土工網墊固土種植基護坡優點有:①固土效果顯著。坡腳為45°時，平面網的下滑率為33%，三維網下滑率為0;坡腳為60°時，平面網下滑率為100%，三維網下滑率為16%);②抗沖刷能力強。當植物生長茂盛時能抵抗沖刷的徑流流速達6 m/s，為一般草皮的2倍多;③經濟環保。網墊采用可降解材料，無污染;與混凝土護岸相比，該護岸更為經濟。但是，該種護坡形式抗暴雨沖刷能力仍然較弱，取決于植物的生長情況，同時，在水位線附近及以下不適用該技術。

2.2.2 土工單元固土種植基護坡。土工單元種植基，是利用聚丙烯等片狀材料經熱熔粘連成蜂窩狀的網片，在蜂窩狀單元中填土植草，起到固土護坡作用。這種土工格室具有材料輕、耐磨損、抗老化、化學性質穩定、適用溫度范圍寬、韌性好、抗沖擊力強、不易變形、運輸方便的特點。施工連接簡單，施工方法方便，能大大提高施工效率，并可多次利用。但其適用的河道坡度不能太陡，水流不能太急，水位變動不宜過大，否則會加大上部格室的壓力，岸坡土壤也易被水流沖刷帶出。

2.2.3 土工格柵固土種植基護坡。格柵是由聚丙烯、聚錄乙烯等高分子聚合物經熱塑或模壓而成的二維網格狀或具有一定高度的三維立體網格屏柵，在土木工程中被稱為土工格柵。土工格柵分為塑料土工格柵、鋼塑土工格柵、玻璃土工格柵和玻纖聚酯土工格柵4大類。土工格柵原用作加筋結構的筋才或符合材料的筋材，現在也用于河道坡岸的加固等。此類護岸有如下優點:①具有較強抗沖刷能力，能有效防止河岸垮塌;②造價較低，運輸方便，施工簡單，工期短;土工格柵耐老化，抗高低溫。其缺點在于，當土工格柵裸露時，經太陽暴曬會縮短其使用壽命;部分聚丙烯材料的土工格柵遇火能燃燒。

2.3 生態石籠護坡 石籠網是由高抗腐蝕、高強度、有一定延展性的低碳鋼絲包裹上PVC材料后使用機械編織而成的箱型結構。在河道護坡中，一般選用耐繡蝕的噴塑鐵絲網籠。在石籠網里填充大小不一的石塊后，以一定的方式組合并固定于河岸處使之成為網石籠結構護坡。根據材質外形可分為格賓護坡、雷諾護坡、合金網兜等。

生態石籠護坡不僅具有較強的整體性、透水性、抗沖刷性、生態適宜性，而且應用面廣，柔性結構能適應地基的變化，比剛性結構具備更好的安全穩定性，起到良好的維護岸坡穩定，維持河道生態功能的作用。同時，其網籠結構的透水性對地下水的自然作用及過濾作用具有較強的包容性，使水中的懸移物和淤泥得以沉積于石塊縫隙中，有利于自然植物的生長，使岸坡環境得到改善。此外，生態石籠具有造價低、經濟實惠，運輸方便的優勢。

由于該護坡主體以石塊填充為主，需要大量的石材，因此在平原地區的適用性不強;在局部互岸破損后需要及時補救，以免內部石材泄露，影響岸坡的穩定性。

2.4 植被型生態混凝土護坡 生態混凝土是一種性能介于普通混凝土和耕植土之間的新型材料，由多孔混凝土、保水材料、緩釋肥料和表層土組成［1］。多孔混凝土是植被型生態混凝土的骨架，由粗骨料、水泥、適量的細摻和料組成。保水材料以有機質保水劑為主，輔以摻入無機保水劑，為植物提供必要的水分。表層土鋪設于多孔混凝土表面以減少土壤水分的蒸發，為植物發芽期提供養分。

植被型生態混凝土護坡主要利用自身重力、構件間的錨固以及植物根系力學和水文作用來維持岸坡的安全與穩定。該護坡可為植物生長提供基質，作為河流生態系統和陸地生態系統進行物質、信息、能量交換的紐帶，為河岸帶動、植物、微生物提供棲息繁衍的生境。

植被型生態混凝土護坡抗沖刷性能好，表層覆草具有緩沖功能，固土作用顯著，有較強的抵御洪水的能力。護坡孔隙率高，保證了土壤、水體、大氣的連通，有效地降低了孔隙水壓力，不僅能為植物根系生長提供空間，而且也會成為動物及微生物的繁殖場所。材料的高透氣性在很大程度上保證了被保護土與空氣間的濕熱交換能力。

這種護坡型式的缺點在于:①降堿處理問題，降堿問題若處理不好，會影響植物的生長，而降堿處理后護坡強度有待進一步考證;②強度及耐久性，在經過冷熱交替和凍融交替后材料的強度有待驗證;③植被型生態混凝土的可再播種性需進一步驗證;④相比于其他護岸類型，該類型的護岸價格偏高，但比混凝土護岸要低。

2.5 生態袋護坡 生態袋是采用專用機械設備，依據特定的生產工藝，把肥料、草種和保水劑按一定密度定植在可自然降解的無紡布或其他材料上，并經機器的滾壓和針刺等工序而形成的產品。生態袋共分5層，最外層和最內層為尼龍纖維網，次外層為加厚的無紡布，中層為植物種子、有機基質、保水劑、長效肥等混合料，次內層是在短期內自動分解的無紡棉纖維布［7］。

生態袋護岸具有以下優點:①生態袋應用三角內摩擦緊縮結構，整體受力，具有科學的穩定性;②生態袋具有透水不透土的過濾功能，既能防止填充物(土壤和營養成分混合物)流失，又能實現水分在土壤中的正常交流;③生態袋使植物種子分布更加均勻，且不受人為因素和水流沖刷的擾動，此外，生態袋還節約了種子的播種時間，使植物的選擇更加豐富多樣，有利于生態系統的快速恢復;④施工簡單快捷，無需大型機械，而且不產生噪聲和垃圾。

在實際運行過程中，生態袋護岸存在著易老化，生態袋內植物種子再生問題。生態袋孔隙過大袋狀物易在水流沖刷下帶出袋體，造成沉降，影響岸坡穩定;而孔隙過小對植物根系延伸造成阻礙，影響柔性邊坡的結構穩定，透水性能降低。

2.6 多孔結構護坡 多孔結構護坡是利用多孔磚進行植草的一類護坡，常見的多孔磚有八字磚、六棱護坡網格磚等。這種具有連續貫穿的多孔結構，為動植物提供了良好的生存空間和棲息場所，可在水陸之間進行能量交換，是一種具有“呼吸功能的護岸。同時，異株植物根系的盤根交織與坡體有機融為一體，形成了對基礎坡體的錨固作用，也起到了透氣、透水、保土、固坡的效果。

多孔結構護坡具有如下優點:①形式多樣，可以根據不同的需求選擇不同外形的多孔磚，風格更加豐富，滿足多種需求;②多孔磚的孔隙既可以用來種草，水下部分還可以作為魚蝦的棲息地;③具有較強的水循環能力和抗沖刷能力。

這類護坡也存在著如下缺點:①河堤坡度不能過大，否則多孔磚易滑落至河道;②河堤必須堅固，土需壓實、壓緊，否則經河水不斷沖刷易形成凹陷地帶，造成薄層多孔磚的松動而被沖走;③成本較高，施工難度不大，但施工工作量較大;4)不適合砂質土層，不適合河岸彎曲較多的河道。

2.7 自嵌式擋土墻護坡 自嵌式擋土墻的核心材料為自嵌塊。這種護坡型式是一種重力結構，主要依靠自嵌塊塊體的自重來抵抗動靜荷載，使岸坡穩固;同時該種擋土墻無需砂漿砌筑，主要依靠帶有后緣的自嵌塊的鎖定功能和自身重量來防止滑動傾覆;另外，在墻體較高、地基土質較差或有活載的情況下，可通過增加玻璃纖維土工格柵的方法來提高整個墻體的穩定性。該類護岸孔隙間可以人工種植一些植物，增加其美感。

該類型護坡具有如下優點:①防洪能力強，自嵌式擋土墻結構為層層錯位碼放，無砂漿砌筑，水流可快速進出，減少了波浪對墻體的破壞;②具有層次感，孔隙間的植物長成后可覆蓋墻體，比混凝土墻增加了生態感，水面以下孔隙為魚蝦等動物提供良好的棲息地;③節約材料，自重較傳統混凝土擋墻較輕;④造型多變，主要為曲面型、直面型、景觀型和植生型，滿足不同河岸形態的需求;⑤對地基要求低，自嵌式結構為柔性結構，適用于產生不均勻沉降的地基;⑥抗震性能好，垂直方向錯位干碼，用錨固棒形成三位一體，水平方向土工格柵塊體、反濾層和回填土形成一體，非少數的幾個關鍵連接點，為地震力提供了附加的轉移受力路徑;⑦施工簡便，施工無噪音，后期拆除方便。

其不足之處在于:①墻體后面的泥土易被水流帶走，造成墻后中空，影響結構的穩定，在水流過急時容易導致墻體垮塌;②該類護岸主要適用于平直河道，彎度太大的河道不適用于此護岸;③彎道需要石材量大，且容易造成凸角，此處承受的水流沖擊較大，使用這類護岸有一定的風險。

3 生態護坡適用性分析

3.1 限制條件 生態護坡由于其形式多樣，功能特點各不相同，組合形式多樣，因此具有較強的適應能力，能滿足多種場合的需要，得到廣泛的應用。作為一種新型的生態護岸形式，生態護坡技術在一些經濟發達的省份頗受歡迎，但是在實際運行過程中也暴露出一些問題。

(1)大量占用土地。大部分的生態護坡坡度較緩，需要占用河邊大量土地，如植物型護坡、植被型生態混凝土護坡、土工材料復合種植基護坡等。在浙江省沿海經濟發達的地區，土地征用費用相對較高，相應的增加了成本。

(2)后期維護費用較高。生態護坡中的植被由于養護不足、自然生長周期枯萎、受人為因素破壞等因素的影響，需要2次播種、養護。此外，護岸材質也需要更新和維修，因此，與傳統護岸相比，后期維護管理費用更高。

(3)抗沖刷性能一般。生態護坡的抗沖刷性能不一，但普遍比硬質護岸要差。浙江省夏季降雨量大且頻繁，雨季持續時間長，地形特點決定其匯流時間較短，河道水位容易暴漲暴跌，水流速度快，沖刷力強，對生態護坡抗沖刷能力和耐久性產生較大考驗。

3.2 適用條件

(1)河道的功能要求。生態護坡技術一般適用于防洪要求不高，但對河道生態和景觀功能有所要求的城鎮內河或者農村河道。有通航要求的河道一般要求護岸堅固、防沖刷，不適合大面積的采用生態護坡。

(2)河岸的周邊狀況，包括土質、土地寬裕情況。生態護坡一般占用較多的岸邊土地，適合在土地較寬裕的地區使用。生態護坡的具體設計應因地制宜，若是周邊土質屬于沙質土或者泥土偏軟，則需采用工程技術進行加固。

(3)河流水力特性。生態護坡一般適用于流速較緩的河流，在山區河流流速快、沖刷力強的河段盡量采用生態石籠護坡或自嵌式擋土墻護坡，這樣既能就地取材，節約成本，也可滿足護岸穩定性、耐久性的要求。而在平原河道水流較為平緩，對河岸沖刷較小，可采用如植物型護坡與木樁護岸聯用、植被型生態混凝土護坡、生態袋護坡、土工材料復合種植基護坡等形式，注重河道景觀和生態功能的發揮。

4 結語

在河道整治過程中，生態護岸的應用越來越普遍，但大多生態護岸工程較少從河流所處地區特點出發，深入研究河流的生態系統問題，對適用于當地具體河道生態護岸的類型考慮甚少。因此，開展生態護坡的類型和適用性的分析，對于維持并提高河流生態系統的服務功能，保護河流生態系統的健康，具有十分重要的意義。

在對生態護坡概念進行分析的基礎上，總結分析了植物性護坡、土工材料復合種植基護坡、生態石籠護坡等7種常用的生態護坡，并分析這7種護坡技術的應用范圍和適用條件，為以后河道治理工程生態護坡的選擇具有一定的指導作用。

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