生態護坡技術在河道治理工程中的應用

朱云倉

(北控水務建設發展有限公司，河南 鄭州 450000)

傳統的城市河道治理過程中，主要考慮的是保證河道的行洪排澇，河道斷面型式過于單一化，河道坡面一般為漿砌石護坡、現澆或預制混凝土護坡。硬質化護坡形式雖然可以保證河道的順利行洪，并具有較好的水土保持功能；但河道斷面規則化隔斷了水體與土壤之間的聯系，降低了河道本身的水體自凈能力。同時，單一化的建設改變了河流生態環境的多樣性，切斷了水、岸之間的交互作用，破壞了河道原有的生態功能。城市河道治理不僅應保證防洪排澇的功能，同時也需要構建美麗的水生態景觀。隨著社會經濟的不斷發展，以及人們對環境、生態需求的多樣化，在河道整治過程中，傳統的護坡形式已經不能滿足人們多樣性的需要。生態護坡技術兼具功能性和景觀性，在城市河道治理工程中得到了越來越多的應用。

生態護坡功能有兩個：?護坡功能，植被的淺根有加筋的作用、深根有錨固的作用；能降低坡體空隙水壓力、截留雨水、弱化濺蝕、控制水土流失；?改善環境功能，植被能改善被破壞的生態環境，降低城市噪聲，減少光污染，促進有機污染物的降解，凈化城市空氣，調節小氣候。

1 生態護坡技術的應用原則

1.1 水力穩定性原則

護坡的設計首先應滿足岸坡穩定的要求。影響岸坡水力穩定性的因素主要有三個方面：?因岸坡面不斷沖刷引起的水力失穩；?因表層土滑動破壞引起的水力失穩；?因深層土滑動引起的水力失穩。因此，應對影響岸坡穩定性的水力參數和土工技術參數進行研究，從而實現對護坡的水力穩定性設計。

1.2 生態原則

生態護坡設計應與生態過程相協調，盡量使其對環境的破壞影響降到最低。這種協調意味著設計應以尊重物種多樣性，減少對資源的剝奪，保持營養和水循環，維持植物生存環境和動物棲息地的質量，有助于改善人居環境及生態系統的健康為總體原則。主要包含以下兩個方面。

1.2.1 當地原則

設計應因地制宜，通過詳細了解當地的自然環境及人文信息，進行與當地自然環境及文化相和諧的設計。主要包括：?適應場所自然過程，設計時要將帶有當地特征的自然因素考慮進去，從而維護場所的健康發展；?根據當地實際情況，盡可能選用當地苗木、石材以及其他材料，使生態護坡與當地自然條件更加融合。

1.2.2 保護與節約自然資源原則

對于自然生態系統的物流和能流，生態設計強調的解決辦法主要有以下四個方面：?重點保護不可再生資源；?盡量減少對能源、水、土地和生物資源的使用；?利用原有材料，包括植被、石材、土壤等服務于新的功能，這樣可最大程度上降低對資源和能源的損耗；?盡可能地讓護坡處于良性循環中，從而使生態環境保持可持續發展。

2 工程實例應用

2.1 工程概況

衡水市主城區水系生態修復PPP項目班曹店排干渠工程位于河北省衡水市桃城區，主要包括水安全、水生態、水景觀、機電與金結工程。通過本次工程建設，將主城區水系生態系統融入城市生態網絡，構建完善水生態環境。其主要任務是疏浚、開卡及規整河道斷面，調整、恢復兩岸河口，提高城區河段整體防洪排澇能力，并結合景觀工程利用河槽蓄水，恢復河流水系生態環境。

2.2 護坡施工工藝介紹

本工程河道邊坡護坡包括蜂巢格室約束系統護坡和生態墻壁磚護坡兩種形式。工程選用的蜂巢格室采用在高分子材料基礎上改良而成的環保型高分子聚乙烯合成材料，經過超聲波焊接形成三維網狀物。蜂巢格室約束系統護坡施工現場見圖1，護坡效果見圖2。

蜂巢格室約束系統護坡施工流程為：邊坡整理→土工布鋪設→蜂巢約束系統鋪設→覆土→綠化→養護。

生態墻壁磚護坡施工流程為：邊坡整理→土工布鋪設→生態墻壁磚基礎澆筑→生態墻壁磚碼放安置→覆土→綠化→養護。

2.2.1 土工布鋪設

a.蜂巢格室底部土工布。經清表、修整后，將土工布鋪設在基面上，堤頂和河底位置需伸出蜂巢格室邊以外20～30cm，防止后期施工中因為壓力等原因使土工布縮入蜂巢格室底部，導致土工布下鋪尺寸不足現象發生。

b.生態墻壁磚底部土工布。經清表、修整后，將土工布鋪設在基面上，由于生態墻壁磚碼放方式為自下而上逐步錯臺形式，使得土工布實際使用尺寸大于邊坡平面尺寸，所以鋪設前需經過計算得出土工布的有效使用長度。

圖1 施工現場土工布與蜂巢格室約束系統鋪設

圖2 蜂巢格室約束系統護坡效果

c.土工布規格。土工布規格為350g/m2，每卷尺寸6m×50m。如遇特殊部位可將原材剪裁成合適形狀進行鋪設。土工布間連接采用搭接方式，搭接寬度30～50cm，搭接部位使用手持縫紉機將相鄰兩塊土工布進行縫合，每處搭接縫合線不少于2道。

2.2.2 蜂巢格室鋪設

本工程蜂巢格室護坡工程采用“蜂巢格室約束系統”+填充種植土防護。“蜂巢格室約束系統”由蜂巢格室本體+連接材料、連鍵+錨固材料、錨桿+限位帽三部分構成。蜂巢格室壁板有多孔和壓紋結構，通過孔穴內填充物，提供強大的剪切力、摩擦力和側向排水通道，把上部載荷均勻擴散到地基，以提高地基的承載力，適應地基的不均勻沉降，便于河道運營期的機械作業和日常養護工作，避免冬季的凍脹破壞。

坡面專用錨桿+限位帽間距1016～1425mm，為保證蜂巢隔室的整體穩固性，頂排、底排及兩側邊端部采用專用錨桿和限位帽，逐孔釘牢。蜂巢格室施工單側橫斷面見圖3。

2.2.3 生態墻壁磚基礎澆筑

a.生態墻壁磚基礎采用素混凝土結構，混凝土等級為C25F150W4，斷面型式為“L”形，用于保證磚體碼放的平整以及磚體防滑。

b.基礎每隔10m留置20mm寬伸縮縫，防止因基礎承載力變化等原因產生不均勻沉降進而導致基礎斷裂現象。伸縮縫采用L-600型高壓聚乙烯閉孔泡沫板，表觀密度為0.12g/cm3。

c.生態墻壁磚基礎無墊層，無配筋，為素混凝土結構，模板底部采用原基或回填土土模，邊側立模采用木模板與定型鋼模板配合形式。由于內部無鋼筋，所以在模板內架設1.1m長木方進行支撐，立模底部使用鋼筋打入基礎土體內作為底部限位裝置，模板外側使用鋼管進行頂撐，外側頂撐頂點為模板上口及模板底部雙層布置。生態墻壁磚施工單側橫斷面見圖4。

圖3 蜂巢格室施工單側橫斷面示意 (單位：mm)

圖4 生態墻壁磚施工單側橫斷面示意 (單位：mm)

2.3 護坡技術指標參數及施工要點

2.3.1 蜂巢格室約束系統生態護坡具體指標參數

本工程蜂巢格室具體指標參數見表1。

2.3.2 蜂巢格室約束系統生態護坡施工要點

a.土工布鋪設在堤頂和河底位置，需伸出蜂巢格室邊以外20～30cm，防止縮入情況。

b.土工布間連接采用搭接方式，搭接寬度30～50cm，搭接部位使用手持縫紉機將相鄰兩塊土工布進行縫合，每處搭接縫合線不少于2道。

c.放置的格室尺寸達到設計要求后，用錨桿進行錨固后，再進行種植土回填施工。

d.設計要求蜂巢格室內填充種植土，填充采用機械倒運土料、人工填充方式，嚴禁使用機械將土料直接傾倒在已鋪設完成的蜂巢格室上，防止變形。

e.蜂巢格室鋪設與其內部種植土填充工序互相配合，在施工作業前，根據現場實際情況選擇種植土導料方向，盡量保證每鋪設一組蜂巢格室后馬上進行種植土填充作業，不得將整片施工區域蜂巢格室全部鋪設完成后再行進行填充作業，防止人力及運力浪費情況發生。

表1 蜂巢格室性能檢測指標

2.3.3 生態墻壁磚技術指標參數

本工程生態墻壁磚具體技術參數見表2。

表2 生態墻壁磚技術參數

2.3.4 生態墻壁磚護坡施工要點

a.由于生態墻壁磚碼放作業為自下而上逐步錯臺方式，故在施工過程中應先沿邊坡鋪設土工布，而后每碼放一層生態塊在其后側與邊坡形成夾角位置回填原狀土，回填高度與本層生態塊表面平齊即可，寬度為200mm，再進行下一層生態塊碼放施工。

b.修坡完成、土工布鋪設完畢后進行生態塊碼放施工，碼放時應先施工最底部一層，使最下層生態塊緊密貼合至基礎固角處，生態塊同層順水流方向相鄰兩塊間應緊密貼合，盡量不留空隙。

c.上一層碼放時應與下層生態塊前后方向和左右方向錯開，其中前后方向向河道外側后退200mm，左右方向與下層生態塊錯開250mm，保證邊坡位置生態墻壁磚形成整體，以利于運營期維護作業。生態墻壁磚碼放形式見圖5。

圖5 生態墻壁磚碼放平面圖 (單位：mm)

d.每個生態塊均有三個通孔，碼放時使用尼龍棒(L=300mm)伸入下層中間孔位，以固定上層生態塊位置，防止后期因降水或凍融等原因導致生態塊位移現象發生。

e.每層生態塊碼放完成后即可在其中部孔洞內填入種植土，種植土填裝施工采用機械運料、人工回填方式，使用機械將現場已存種植土倒運至護坡邊坡頂角附近，再由人工將土料移至作業面進行填裝施工，嚴禁使用機械將土料直接倒入生態塊孔洞中。

2.4 質量控制與檢查

為保障護坡施工質量，在施工過程中對主控項目和一般項目嚴格管控，根據檢查記錄施工質量合格。蜂巢格室約束系統生態護坡和生態墻壁磚護坡質量檢查記錄見表3、表4。

3 結 語

本工程選用的蜂巢格室采用在高分子材料基礎上改良而成的環保型高分子聚乙烯合成材料，經過超聲波焊接形成三維網狀物。通過在格室中填充砂石、泥土等，形成具有較大側向限制和剛度的結構，對河道邊坡進行固結及修復。主要具有以下特點：

表3 蜂巢格室約束系統生態護坡質量檢查

表4 生態墻壁磚質量檢查

a.良好的耐腐蝕性能。高分子聚乙烯材質的蜂巢格室受周圍土壤濕度、空氣環境的影響較小，化學性能穩定，耐酸堿腐蝕性能良好，可以適應不同類型的土壤環境。

b.較高的耐熱老化性能。通過熱氧化試驗處理后，在70℃高溫條件下其拉伸屈服強度僅降低30%，使用時間達到50年以上。

c.節能環保。一般在格室中填充沙石、泥土等作為格室填料，很少使用混凝土作為填料，達到了既節能又環保的目的。

d.蜂巢格室約束系統具有施工工序少、施工效率高、所需工人及工種較少，施工過程較為安全環保，耐久性好，不易破損，施工成本低、效率高等特點。可以用于穩固軟土地基、支撐管道、駁岸修復以及生態擋墻等工程。

生態墻壁磚護坡施工包括支模、澆筑混凝土、拆模、碼放等多種工藝，所需人力及工種較多，施工質量好、結構耐久性及荷載承受能力較好，鋪設穩定可靠，能夠滿足城市河道治理中水利疏浚防洪工程的整治要求。生態墻壁磚塊內孔隙率能夠滿足植物生長需要，生態護坡能夠起到緩釋肥料并且保留水分的效果，使植物良好生長。

將上述生態護坡技術應用于城市河道治理工程中，不僅能夠發揮防洪排澇的基礎功能，同時還可強化護坡的穩定性、安全性、美觀性和協調性。通過生態護坡技術的應用，不僅可使城市河道水文生態系統協調有序，還美化了市民的生活環境。