黃岡城區(qū)堤防硬質(zhì)護坡生態(tài)復綠技術(shù)研究

趙 健，胡 鋼，高華斌，吳永妍，劉 巍，錢 萍

(長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責任公司，湖北 武漢 430010)

0 引 言

長江中下游干堤總長3 576 km，保護著中下游12.6萬km2的國土面積。自1998年大洪水后，國家在長江干流堤防建設(shè)了大量硬質(zhì)護坡，提高了堤防的防洪能力，有效保障流域內(nèi)經(jīng)濟社會發(fā)展和人民財產(chǎn)安全。通過長期運行實踐，硬護坡雖然可保護堤身不被水流沖刷，但也阻斷了水體與近岸陸地土壤之間的聯(lián)系，使得水生植物不能生長，水生動物也失去了棲息空間，導致河道岸坡的生態(tài)功能遭到破壞[1-2]。堤防已成為長江綠色生態(tài)廊道建設(shè)的短板，亟需對長江堤防進行生態(tài)復綠研究。

目前，越來越多的國家逐漸認識到河流岸線生態(tài)的重要性，通過一系列的生態(tài)化改造技術(shù)，逐步恢復河道岸線的生態(tài)功能[3]。當前，已有相關(guān)學者對城市河道硬質(zhì)護岸的生態(tài)修復進行了相關(guān)研究并取得了一定成果[4-5]，但堤防硬護坡生態(tài)修復領(lǐng)域的相關(guān)成果較少。

黃岡長江干堤位于長江中游左岸湖北省黃岡市境內(nèi)，全長108.57 km，其中位于黃岡城區(qū)的長江干堤是黃岡市歷年防洪的重點和關(guān)鍵，保護著黃州城區(qū)人民的生命財產(chǎn)安全。1998年大洪水過后，國家對長江堤防進行了整險加固，實施了大量的預制混凝土塊的硬質(zhì)護坡。經(jīng)多年運行后，受混凝土老化、破壞及水流沖刷等因素影響，硬質(zhì)護坡普遍出現(xiàn)表面風化、蜂窩馬面、坡面顏色加深變黑等現(xiàn)象，局部硬護坡出現(xiàn)塊體破損、丟失。

從硬護坡現(xiàn)狀可以看出，硬護坡阻斷了水體與近岸陸地土壤之間的聯(lián)系，同時傳統(tǒng)的預制混凝土塊護坡使得項目區(qū)堤防呈現(xiàn)“光禿禿、冷冰冰”的形象特征，硬護坡坡面呈現(xiàn)凹凸不平、顏色變深等外觀特征，硬護坡成為黃岡市黃州城區(qū)綠色生態(tài)廊道上的一道道“補丁”，破壞了黃岡城區(qū)綠色生態(tài)廊道的整體景觀效果，亟需對堤防硬護坡進行生態(tài)復綠。

本文以黃岡城區(qū)堤防硬護坡生態(tài)復綠為例，對聯(lián)鎖式生態(tài)護坡方案進行了研究，可為長江沿線的其他生態(tài)復綠工程具有典型示范作用。

1 常用生態(tài)復綠技術(shù)分析

目前，常見的河道護坡復綠結(jié)構(gòu)形式多樣，適用條件與范圍各不相同，需要根據(jù)擬研究區(qū)域的具體情況，科學選擇岸線復綠結(jié)構(gòu)型式。巖石或混凝土坡面的生態(tài)護坡方法主要有植被型混凝土護坡、現(xiàn)澆框格生態(tài)混凝土護坡、聯(lián)鎖式生態(tài)護坡、鉸接式生態(tài)護坡等。

黃岡城區(qū)堤防硬護坡復綠方案，對于景觀性和抗水流沖擊性能要求較高。植被混凝土生態(tài)護坡[6]施工工序多、難度大，施工較為不易，且抗水流沖擊能力還有待進一步驗證；鉸接式生態(tài)護坡[7]施工工序多，造價較貴；現(xiàn)澆框格混凝土護坡[8]需做降堿處理，如果降堿處理不好，對植物生長會造成不利影響；聯(lián)鎖式生態(tài)護坡[9]施工較為簡便，抗水流沖擊能力強，復綠效果較好。以上各復綠方案的優(yōu)缺點及適用范圍見表1。綜合各因素考慮，黃岡城區(qū)堤防硬護坡生態(tài)復綠選擇聯(lián)鎖式生態(tài)護坡方案。聯(lián)鎖式護坡結(jié)構(gòu)見圖1。

表1 各生態(tài)復綠方案優(yōu)缺點及適用范圍

注：① 大孔及相鄰兩塊聯(lián)鎖塊形成連接孔可作為植生孔使用，也可加入級配碎石起到消能的作用；② 坡度較陡時小孔插錨固棒，連接聯(lián)鎖塊與土體，使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固；③ 楔形榫槽增加聯(lián)鎖功能，防止護坡塊向不同方向發(fā)生位移；④ 周邊槽形可消散水流、波浪中的部分能量，滯留水體的雜質(zhì)顆粒，減少淤泥產(chǎn)生；⑤ 相鄰兩塊并排形成5°V型槽，適應坡面不均勻沉降，減少塊體損壞。圖1 聯(lián)鎖式護坡結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Schematic of interlocking slope protection structure

2 硬護坡生態(tài)復綠方案研究

2.1 修復原則

堤防硬護坡生態(tài)復綠建設(shè)方案需要綜合考慮堤防硬護坡材料、堤身防滲措施、堤防所在河段河勢特點、城區(qū)段綠化及景觀需求和適生植物的生態(tài)學特性等因素，在優(yōu)先確保堤防安全的前提下，建設(shè)自然生態(tài)型護坡。主要遵循以下原則。

(1) 以堤防安全為前提，確保河道行洪安全。硬護坡復綠方案要綜合考慮長江干流河段特點，設(shè)計方案應滿足設(shè)計洪水條件下堤防的防沖抗沖要求，以確保堤防自身安全及河道行洪安全。

(2) 維持原硬護坡完整性，不進行大范圍拆除。只拆除破損硬護坡，再進行生態(tài)復綠；對坡面硬護坡完整性較好的坡面，則直接在硬護坡上進行生態(tài)復綠。

(3) 生態(tài)功能優(yōu)先，為生物營造多樣性環(huán)境條件。遵循生態(tài)適應性，以耐旱、耐瘠、耐淹的鄉(xiāng)土植物為主，注重暖季型草與冷季型草結(jié)合，進行先鋒物種與主導物種的搭配，建立起具有改善水質(zhì)、保護原生物種種群的水生生物生態(tài)系統(tǒng)，將河道堤防建設(shè)成為水陸生態(tài)系統(tǒng)之間直接相互作用的載體。

2.2 方案分析

黃岡城區(qū)堤防位于長江干流，在汛期長期受水流沖刷，因此硬護坡生態(tài)復綠方案需具有較強的抗水流沖刷穩(wěn)定性；同時考慮到該區(qū)域位于黃岡主城區(qū)，需具有較好的生態(tài)復綠效果。經(jīng)過綜合比選，選擇聯(lián)鎖式生態(tài)護坡方案，具體方案如下。

(1) 為了不對原來堤防的防滲體系造成破壞，保留原有堤防的硬護坡結(jié)構(gòu)，并在堤防硬護坡的表面澆筑混凝土格構(gòu)。混凝土格構(gòu)厚35 cm，格構(gòu)梁間排距4 m×4 m。

(2) 為防止混凝土格構(gòu)發(fā)生滑動，在堤防硬護坡坡腳處澆筑混凝土腳槽。腳槽混凝土寬100 cm，高47 cm，混凝土標號C25。

(3) 在混凝土格構(gòu)內(nèi)攤鋪拌有草種的營養(yǎng)土，營養(yǎng)土厚35 cm，營養(yǎng)土外包土工布。

(4) 將10 cm厚的聯(lián)鎖式生態(tài)磚平鋪于土工布和格構(gòu)上，聯(lián)鎖式生態(tài)磚孔縫中充填外包土工布的營養(yǎng)土及草籽。

(5) 狗牙根和高羊茅抗旱性能良好且耐淹性能好，能適應黃岡地區(qū)夏季高溫干旱及洪水淹沒的特點。同時選擇黑麥草作為先鋒物種，將先鋒草種和后期草種進行搭配，高羊茅、狗牙根和黑麥草的播種比例控制為7∶2∶1。堤防硬護坡生態(tài)復綠結(jié)構(gòu)見圖2，構(gòu)造示意見圖3。

圖2 堤防硬護坡生態(tài)復綠結(jié)構(gòu)示意Fig.2 Schematic of ecological restoration of the hard slope protection of embankment

圖3 復綠結(jié)構(gòu)構(gòu)造示意(尺寸單位：cm)Fig.3 Detail drawing of ecological restoration structure

2.3 方案施工

硬護坡生態(tài)復綠的主要施工內(nèi)容包括坡面清理、破損硬護坡拆除及修復、基礎(chǔ)及格構(gòu)混凝土澆筑、水泥砂漿勾縫、營養(yǎng)土攤鋪、土工布鋪設(shè)和連鎖式生態(tài)磚鋪設(shè)[10]。以上施工內(nèi)容均為常規(guī)施工內(nèi)容，施工難度較小，施工技術(shù)較為成熟。

2.4 效果分析

本文研究的硬護坡生態(tài)復綠技術(shù)已經(jīng)成功應用于黃岡城區(qū)堤防硬護坡生態(tài)復綠。堤防硬護坡生態(tài)修復前，受到風化及水流侵蝕的影響，坡面蜂窩馬面及混凝土顏色加深的現(xiàn)象非常嚴重，景觀性較差，見圖4(a)。采用硬護坡生態(tài)復綠技術(shù)后，堤防硬護坡表面實現(xiàn)了植草復綠，堤防恢復了原有的生態(tài)屬性，見圖4(b)。

圖4 硬質(zhì)護坡生態(tài)化改造前后對比Fig.4 Comparison chart before and after ecological restoration of hard slope protection

根據(jù)測算，黃岡城區(qū)堤防硬護坡復綠新增了60 874 m2的坡面綠地面積，擴大了生態(tài)容量，促進了黃州城區(qū)長江岸線生態(tài)資源恢復和功能改善，增強了生態(tài)系統(tǒng)的水土保持等功能；復綠形成的坡面植草能起到吸收有害氣體、吸附粉塵的作用，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境；硬護坡復綠后的堤防還可將河流生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)系起來，有利于維持和形成多種多樣的生境組合，為生物的生長、昆蟲和鳥類的棲息、魚類的繁殖提供了有利的水邊環(huán)境，保護了河道系統(tǒng)的生物多樣。

黃岡城區(qū)堤防硬護坡的生態(tài)復綠，將原來僅具防洪功能的灘岸空間打造成為具有良好景觀風貌的城市濱江生態(tài)空間。黃岡長江岸線作為黃岡市新的城市名片，將極大提升黃岡市的整體形象。

3 結(jié) 語

針對長江堤防硬護坡亟需進行生態(tài)復綠的問題，本文以黃岡城區(qū)堤防硬護坡生態(tài)復綠為例，對聯(lián)鎖式生態(tài)護坡技術(shù)進行了分析。該復綠技術(shù)能夠有效抵抗水流沖刷，復綠草種搭配合理，堤防生態(tài)復綠效果好。同時該生態(tài)復綠技術(shù)的施工方案和施工技術(shù)較成熟，施工難度較小。聯(lián)鎖式生態(tài)護坡技術(shù)能夠極大提高堤防硬護坡生態(tài)復綠水平，是針對堤防硬護坡復綠的合理、高效、可行的生態(tài)修復方案。