土工合成材料在上海市生態護岸應用的調研

張琳琳，董文凱，沈小立，石永超，施玉青

(上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092)

1 概述

黨的十九大報告指出，生態文明建設功在當代、利在千秋。我們要牢固樹立社會主義生態文明觀，推動形成人與自然和諧發展現代化建設新格局，為保護生態環境作出我們這代人的努力。作為生態環境的重要組成部分，生態型河道建設近年在全國受到了高度重視，今年上海市委、市政府在大調研中反復強調要求進一步加強河道生態護岸的建設。

生態護岸一般指在滿足結構安全及自身穩定前提下，采用水土保持功能良好的植生土坡及生態材料建設的護坡或擋墻。生態護岸應可防止水流侵襲淘刷，還應具備使河水與土壤相互滲透，可實現水陸雙向連通，可為水生動植物提供良好生境條件等功能；增強河道自凈能力，是一種“會呼吸的護岸”。

2018年5月～6月，上海市水務局牽頭組織了相關管理單位和設計單位，先后赴松江區、嘉定區、閔行區、浦東新區和崇明區，開展生態護岸的調研工作，工作目的旨在調研上海市生態護岸的建設現狀，分析經驗與不足，對今后上海市生態護岸的建設、運維等工作提供技術指導。調研過程中，調研團隊按照材料類型將生態護岸區分為四類：純植物類、傳統護坡材料類、土工合成材料類和新型生長基質類，本文旨在介紹土工合成材料類在上海市生態護岸應用的調研成果。

2 土工合成材料的應用情況調研

土工合成材料在土木、水利、交通、鐵道和環境工程中得到廣泛的應用，發揮排水反濾、防滲、加筋、隔離、防護和減載等作用[1]。土工合成材料品種繁多，可以由不同的聚合物原材料生產，根據《土工合成材料應用技術規范》（GB/T 50290—2014）[2]，土工合成材料定義為工程建設中應用的與土、巖石或其他材料接觸的聚合物（含天然）的總稱，包括土工織物、土工膜、土工復合材料、土工特種材料等。表1為本次調研中土工合成材料類生態護岸河道名錄。通過調研發現，上海市目前生態護岸建設中得到應用較多的土工合成材料主要是生態袋和水土保護毯兩種。

表1 土工合成材料類生態護岸調研河道名錄

2.1 生態袋特性及應用情況

生態袋是指由聚丙烯（PP）或者聚酯纖維（PET）為原材料加工成的雙面熨燙針刺無紡布加工而成的袋子。在充分考慮材料力學、水力學、生物學、植物學等諸多學科要求的前提下，對抗紫外生態袋的厚度、單位質量、物理力學性能、外形、纖維類型、受力方式、方向、幾何尺寸和透水性能及滿足植物生長的等效孔徑等指標進行了嚴格的篩選，具有抗紫外（UV），抗老化、無毒，不助燃，裂口不延伸的特點，真正實現了零污染[3]。

生態袋護坡是指利用生態袋建造的柔性生態護坡，生態袋內填充基質材料，可為植物提供扎根場所，較傳統的硬質護坡更為環保、經濟及生態。以臨港新城中橫河、縱二河為例，該兩條河道于2017年在臨港新城海綿城市改造中完成了河道生態化和海綿化改造，河道護岸采用斜坡式，生態袋護坡設置在1.5～3.5 m范圍，并在標高1.5 m處設置基礎層，整個生態袋范圍種植綠化，結構斷面見圖1，現場調研照片見圖2。

圖1 臨港新城中橫河、縱二河生態袋護坡斷面圖（單位：mm）

圖2 生態袋護坡現場照片（左：中橫河；右：縱二河）

通過調研發現，目前生態袋在上海市生態護岸的應用主要集中在坡度不大于50°的緩坡型生態護岸，布置在水位變動區及其以上，起到固坡防沖刷的作用，并為植物提供生長基床。調研案例中，生態袋護坡普遍達到了生態效果，具有較好的綠化率和透水率，且岸坡穩定性較好，未發現局部坍塌或滑坡的現象。調研發現的主要問題是水位變動區的植物生長不理想以及生態袋局部袋體破損等問題。

2.2 水土保護毯特性及應用情況

水土保護毯是Enkamat柔性生態水土保護毯的簡稱，這是一款以聚酰胺（PA6，俗稱尼龍）為原材料，采用國際上較為先進的干拉成型工藝（即纖維長絲在擠出之后，一次性制成三維空間結構，不經過中間步驟，不過水冷卻）加工而成，呈倒金字塔狀的彈性均勻構形，孔隙率大于95%的土工合成材料，該產品已被列為水利部先進實用技術產品和建設部海綿城市河道護坡材料的指定推薦產品。同時，目前國家標準《土工合成材料塑料三維土工網墊》（GB/T 18744—2002）[4]的主要技術指標也參考了該產品的產品規范《ENKAMAT土工墊產品規范》。

水土保護毯通過鋪設在坡岸表面并種植植被來實現土壤表層加筋，試驗表明最高可抵御5.57 m/s的流速沖刷，達到對河道的各類干濕性邊坡的侵蝕保護效果，防止水土流失[5]。以崇明區港沿鎮增產河為例，該河道建成于2017年，護岸設計斷面為河底高程1.0 m，河底至高程2.3 m采用1∶2.5自然土坡，在2.30 m高程設C30鋼筋混凝土導梁，導梁上密排DN 150 mm仿木柱，樁頂高程2.8 m，樁后坡比1∶2.0，鋪設水土保護毯護坡至堤頂高程4.20 m，同時進行綠化種植，見圖3。

圖3 崇明區增產河河道護岸（上：斷面圖；下：現場照片）（單位：mm）

通過調研發現，目前水土保護毯在上海市生態護岸的應用主要集中在坡度不大于1∶2的緩坡型生態護岸，毯體布置在整個斜坡范圍，植被生長后形成的“植被—水土保護毯—土壤”防護體系既能滿足護岸穩定性要求，又具有極強的固坡防沖刷功能。調研案例中，水土保護毯護坡上草皮生長茂盛，水位變動區種植挺水植物，總體生態效果較好，且管理單位表示水土保護毯護坡的養護較為方便且成本較低，坡面綠化植物只需在冬季進行適當修剪即可。調研發現的主要問題是植物選擇栽種不當、采購質量把關不嚴、施工管控不到位、后期養護不及時等原因造成生態效果不理想。

3 生態護岸建設中生態袋和水土保護毯應用的關鍵問題分析

3.1 生態袋和水土保護毯應用于生態護岸的主要技術要點

通過本次生態護岸調研，本文總結提出生態護岸建設中生態袋和水土保護毯應用的主要技術要點如下：

（1）生態袋護坡的主要技術要點

a.適用邊坡范圍：坡度不大于50°、高度H不大于3 m。

b.基礎層：根據地質條件設置礫石或素混凝土基礎層，基礎厚度應不小于200 mm。

c.基質材料應充分調研后選用宜于植物生長的材料，并填裝入生態袋內、壓實后妥善封口。

d.地下水位較高時，可在部分生態袋填充中粗砂以利排水。

e.將生態袋結構扣水平放置兩個袋子之間，靠近袋子邊緣1/3的位置，以便每個標準結構扣橫跨兩個生態袋。

f.生態袋表皮植被可通過混播（將單子葉植物種子預先放在生態袋內的方法）、插播、鋪草皮及噴播等方法實現，在生態袋施工后3個月內均要求植被覆蓋率不小于99%。

（2）水土保護毯護坡的主要技術要點

a.坡面整平，坡比應達到設計要求，不宜陡于1∶2。

b.在河岸堤肩以及堤腳處，各開一條溝槽，深度、寬度均不小于30 cm。將水土保護毯放入溝中并用專用鋼釘固定，其余坡面位置在正常坡度情況下每2～3 m2固定一根錨釘。

c.順水流方向搭接（上游壓下游），搭接寬度約為10～15 cm，搭接處同樣用鋼釘進行固定，鋼釘間距為1 m。

d.回填土。采用干土施工法進行回填土，把粘性土、復合肥或漚制肥充分攪拌均勻，并分2～3次人工拋灑在坡面上。

e.植被可通過混播或噴播等方法實現，但無論使用哪種方法，均要求植被覆蓋率在施工完畢后3個月內符合：常水位以上不小于99%；常水位以下300 mm及挺水植被種植區不小于50%。

3.2 生態袋和水土保護毯應用于生態護岸的適用條件和限制條件

通過本次生態護岸調研，本文總結提出生態護岸建設中生態袋和水土保護毯應用的適用條件和限制條件，具體見表2。

表2 生態袋和水土保護毯應用的適用條件和限制條件

3.3 生態袋和水土保護毯應用的常見問題及對策分析

針對本次生態護岸調研中，上海市生態護岸建設中生態袋和水土保護毯應用的常見問題，本文提出相應的對策措施如下：

（1）生態袋應用存在的常見問題及對策分析

問題1：水位變動區存在綠化種植效果差的問題

對策：在綠化設計時應選擇工程區域適宜的植物，尤其是著重考慮水位變動區的植物選種，建議以挺水植物為主；綠化施工應采用有序和科學的方式，考慮到在袋內土中拌合草籽的操作困難、成活率低的問題，推薦采用噴播種籽、播種槍開孔種植、栽植灌木等方式，種植后應注意撒水養護，確保生態袋護坡的生態效果。

問題2：部分岸段存在袋體損壞的問題

對策：提高施工隊伍素質，抓好施工質量控制。做好材料采購的把關，袋體材料的性能指標應滿足設計的要求。必要時可由供貨廠家提供現場施工指導，避免施工單位為了自身利益，以次充好。

（2）水土保護毯應用存在的問題及對策分析

問題1：部分岸段綠化種植效果不理想的問題

對策：做好材料采購、檢驗的把關，避免施工單位以次充好；做好對施工單位的監督、指導，在水土保護毯鋪筑過程中，還需對溝槽的開挖尺寸、錨釘的密度、水土保護毯的搭接、邊緣錨固部位、覆土質量等方面進行重點監督，參建各方對鋪設成果進行檢驗，不符合設計要求應當返工重做，直至滿足設計要求為止，必要時請廠家提供技術支持；做好水工專業施工與綠化專業施工的銜接，時間間隔不宜過長；選擇合適的植物搭配、合適的播種方式，做好后期的養護工作。

問題2：后期管養不到位的問題

對策：盡量避免對已成形護岸的綠化進行頻繁翻種，變更種植品種，避免對水土保護毯的整體性的影響；提高管養隊伍的業務能力，做好日常的河道保潔，必要時對管養隊伍進行定期培訓。

4 結 語

本文根據上海市水務局組織的生態護岸調研成果，系統總結了土工合成材料類材料在上海市生態護岸建設中的應用情況。針對主要使用的兩類土工合成材料：生態袋和水土保護毯的若干關鍵問題進行了分析，總結得出了兩類材料應用的技術要求、適用條件、限制條件以及常見問題的對策措施，為今后上海市生態護岸建設中土工合成材料的實際應用提供了有益的技術指導。