生態袋擋墻護岸結構設計及其力學性能分析

陳柳杰 徐義樺 周宇翔

（蘇州市水利設計研究院有限公司 江蘇蘇州 215000）

1 生態袋擋墻護岸結構概述

在有效保證結構穩定性后，能夠促進植被的茁壯生長，以此來實現河流岸坡工程生態目標［1-2］。隨著研究的深入，生態柔性護岸結構的形式愈發豐富，如岸坡防護與植被恢復相綜合的方案，具體包含生態袋、土工格室、三維植被網墊等。縱觀行業發展趨勢，柔性生態護坡袋較為主流，其以聚丙烯或聚酯纖維為原材料制作而成，袋內充填含植被種子的營養土，兼具抗紫外線、抗老化、裂口不延伸等多重特點。柔性生態加筋擋墻技術在較陡岸坡的侵蝕防護中具有突出的應用價值，相比于常規的灌木植被防護技術，其具備抵御較強流速的能力，從而有效穩固護腳，保證岸坡的穩定性。

2 生態袋擋墻護岸的設計

某通江河道，全長20.30km，考慮到沿岸居民的防洪安全要求，對A河區界1.71km河段做針對性的治理。于岸坡防護工程中，綜合應用到草皮護坡、生態袋護坡的方法，具體如圖1所示。此外，在設置生態袋護坡結構的同時，輔以金屬絲網箱擋墻等配套結構，共同構建完善的生態護岸結構體系，達到增強岸坡穩定性、提高生態效益的多重效果。

圖1 生態袋擋墻設計（單位：mm）

2.1 生態袋擋墻護坡的設計要點

生態袋袋體屬于生態護坡體系中不可或缺的一部分，生態岸坡的質量在很大程度上取決于袋體的性能。

（1）生態袋：于本項目中，采用到兩種規格的生態袋，即質量為152g/m2、110g/m2的生態袋，尺寸均為110.0cm×50.0cm，橫向拉伸強度分別為9kN/m、5.4kN/m，縱向拉伸強度分別為9.5kN/m、4.3kN/m，CBR頂破強度分別為1900N、1500N，等效孔徑分別為0.12mm、0.18mm。

（2）三維排水聯結扣：對單個生態袋做聯結處理，構成完整的、穩定可靠的三角內摩擦緊鎖結構，其受力條件良好。

（3）扎口帶：單向自鎖結構，具有較強的抗紫外線能力。

（4）生態袋填充物：以岸坡巖土特性、植被品種為參考，合理選配。為保證施工的科學性，由專業技術單位提供施工方案。袋體充填飽和度是重點控制指標，以72%～78%為宜。

（5）排水管：PVC50型，用200g/m2反濾土工布包裹管端，呈梅花狀布置，間距按2m予以控制。

（6）雙向土工格柵：斷裂強力為關鍵控制指標，要求經向和緯向的該值均≥50kN/m。為實現對生態袋和墻后土體的連接處理，面層間設加筋格柵。

2.2 植被種植技術及其應用效果

以植被防護、工程結構相綜合為基本思路，組織生態護岸建設工作。因此，在生態護岸技術的應用中，植被種植及生長情況是需重點考慮的對象。現階段，生態護岸中常見的植被種植技術有如下幾點。

（1）活枝插播種植技術。于生態袋內順坡向、沿坡向按0.5m的間隔依次插入植物（可考慮活柳條、迎春花等），頂端略微出露.此項技術主要用于喬、灌、花類植物的種植中，可根據需求靈活搭配，植物層次豐富，可以形成具有觀賞價值的圖案。

（2）袋內夾層種植技術。通過兩層木漿紙將植物種子附著在生態袋的內側，袋內裝入營養土，以滿足植物的生長要求，封口后，采取堆砌措施，后期做好灑水和養護工作，保證植被的有效生長。生態袋種植如圖2所示。

圖2 生態袋種植

（3）表面抹草籽種植技術。以草籽、花籽為主要的種植物，按比例摻入粘合劑、細粒填土，做充分混合，均勻涂抹在生態袋表面，再于該處覆蓋無紡布，根據現場環境適當灑水，使其保持濕潤的狀態，表面抹草籽種植技術的優勢在于草籽發芽率高，可取得較好的生態效果。

3 生態袋護岸的性能分析

3.1 生態袋的力學性能

生態袋必須具有足夠的力學性能，例如：縱橫向撕破強度≥220N/m，縱橫向斷裂強度≥8kN/m。岸坡較陡時，注重生態袋布的標稱強度，經計算后，確定合適的控制標準，確保生態袋構筑的擋墻結構具有足夠的穩定性。

3.2 生態袋的植生性能

袋表面植被根系扎入袋內、袋內植被從袋中長出是檢驗生態袋中植被生長狀況的關鍵標準。袋體應具有透水、不透土的特點，及時給袋內植物補充水分，同時，避免袋內填充物流失的問題，此時，水分在袋體間、袋體與岸坡間保持高效流通的狀態［3］。

（1）生態袋的等效孔徑和透水性。等效孔徑是檢驗生態袋綠化效果的關鍵指標，其指的是土工織物的最大表觀孔徑。根據規律，等效孔徑與袋單位面積質量具有正比關系。透水性則是評價生態袋質量的關鍵指標［4-5］。若袋體材料偏薄、孔徑偏大，袋內的填充物將逐步流失，且遇強降雨侵蝕時體現得更為明顯，導致袋體的單位重量在短時間內減小，以生態袋為基礎元素構成的護岸結構缺乏足夠的力學性能，可能有坍塌現象。反之，若袋體厚度過大、孔徑過小，將削弱袋體的透水性能，且隨著外部水分逐步向袋體內的滲透，袋體單位重量增加，此變化將促使岸坡靜水壓力加大，外力對岸坡的影響較為明顯，有變形或垮塌問題。并且，孔徑偏小時不利于根系的延伸，影響到植株的生長狀態。可見，合理設定袋體等效孔徑的范圍至關重要，現階段，該區間通常為0.07～0.20mm。并且，在生態袋等效孔徑O95具有“0.15mm≤O95≤0.20mm”且垂直滲透系數Kv≥0.12cm/s時，能夠有效維持生態袋內填充物的穩定性，無明顯的流出現象，而袋體內外的水分可高效流通，邊坡內的積水于短時間內快速排出，護岸結構的穩定性得到保證。

（2）植被覆蓋率。以物種多樣性的基本思路選取生態袋表皮植物，通常可采取草皮、花卉、矮灌木等多種植物相搭配的方法。以混播、插播、鋪草皮等方法完成生態袋表皮植被的種植工作，但無論選取何種方法，均要考慮到植被覆蓋率符合常水位以上≥99%的要求（以生態袋施工后3個月內為例），而此時常水位以下300mm需滿足≥50%的要求。

3.3 生態袋的抗老化性能

覆蓋度良好時，生態袋具有抵抗紫外線侵蝕的作用，避免質變或腐爛的問題，還兼具抗老化、無毒、抗酸堿侵蝕等多重特性，給植物的生長創設了良好的條件。生態袋護坡工藝的適用范圍廣，在河道護坡、山體修復等工程場景中均見其身影，若施工得當，護坡的耐久性較好，后續無需頻繁翻修。為了充分提升生態袋護坡的耐久性，需切實提高袋體的抗老化性能，而這也正是生態袋護坡工藝的重難點內容。

在生態袋護坡的日常使用中，紫外線照射是加速生態袋老化的關鍵因素，若施工完成后未及時采取植被覆蓋措施，生態袋將直接遭陽光直射，加速生態袋的老化，嚴重削弱生態袋的耐久性。

4 生態袋力學性能變化分析

4.1 取樣方法

從護岸的不同岸坡位置取樣，具體考慮擋墻向陽面、背陰面的頂、底兩處，分別在此類區域選取1個袋體。對于不同植被覆蓋度的區域，則著重考慮植被茂盛和稀疏的部位，分別取1個袋體。每組試驗取樣5塊，試樣尺寸10cm×20cm、20cm×20cm。

4.2 測試內容及結果分析

（1）力學性能測試。準備實驗組和參照組，用萬能材料試驗機監測，測定試樣的拉伸性能和撕裂強度。為了檢驗生態袋經一段時間使用后的力學性能，取經過1.5年使用時間的生態袋，對其進行檢驗。結果顯示，植被覆蓋良好的區域表層袋體外側植被生長條件較佳，可見，該區域植株的多數根系均得到有效的延伸，相繼進入袋體內側。實際操作中，取樣倒土頗費勁，表明多數根系扎入袋內土體中并具有穩定性。

（2）測試結果及分析。從取樣過程及結果來看，經1.5年的使用后，無論在向陽面還是背陰面，無論是否有植被生長，袋體均具有較好的完整性，幾乎不存在風化現象，袋體延展性良好，相比于新使用的袋體，其力學性能保持率較好，實測結果顯示平均強度超85%，表明生態袋具有足夠的耐久性。

袋內土體具有較高的密實度，表層植被根系向周邊延伸，進入生態袋土體內，由于根系的良好生長，可實現對袋體與土體間加筋的效果，建成的生態袋護岸總體完整性、穩定性均較好，滿足預期要求，且得益于生態護岸綜合性能突出的優勢［6］，后續維護工作量減少，成本降低，有良好的生態效益和經濟效益。并且，從長遠的角度來看，隨著時間的推移，即便生態袋有老化現象，在根系對土體的加筋作用下，仍能夠有效保證岸坡的穩定性，外部環境因素對岸坡的侵蝕作用微弱。

5 結語

綜上所述，生態袋擋墻護岸的方法在現代護坡施工中取得廣泛的應用，兼具穩定可靠、耐久等多重特點。在工程實踐中，參與人員充分考慮到現場降雨量、紫外線照射強度等關鍵的因素，預測其對生態袋護岸的影響，確定控制指標，富有針對性地組織設計，根據設計方案規范施工。生態袋護岸建設成型后，注重后期的監測與分析，根據實測力學性能參數判斷生態護岸的狀態，評價其是否滿足要求，以此來加強質量控制，充分發揮出生態袋護岸在維持岸坡穩定性、提高綠化水平等方面的優勢。