雷諾護墊技術在河道護坡工程中的應用及其生態意義

劉 瓊 張晨曦

（長沙理工大學河海學院 長沙市 410076）

天然河道水流流速較大，流態較為復雜，行船引起大浪以及河道邊坡地質情況差異等，河道防護工程一直是護岸工程的棘手問題。傳統的水下拋石護根、干砌石、漿砌石和混凝土預制塊護坡等剛性護砌方法，對基床土壤不均勻沉陷適應性差，而且阻斷水循環，隔絕生態，對環境造成了破壞。

國外在生態護坡方面的研究比我國早。日本最早提出“親水”觀念，并在生態護坡技術方面進行了實踐，推出了植被型生態混凝土護坡技術；法國要求城市河道建設時地面工程盡量建成透水的草地，城市較低的地區或河道兩岸灘地，開辟成公園、綠地球場、道路等，平時作為交通、公共娛樂場所，當洪水位較高時作為臨時調蓄洪水設施；德國萊茵河的堤防工程建設與環境保護和治理緊密結合。為不影響城市景觀，城市附近的堤防采用了活動式堤防。平時河邊沒有堤防，人們可以盡情地與河水接觸，增加人們的親水性。當預報有洪水時，及時安裝活動式堤防。我國生態護坡技術近年也有長足發展，應用植被草、水力噴播植草技術、土工材料綠化網、植被型生態混凝土、水泥生態種植基、土壤固化劑等形式多樣的生態護坡技術，形成了水與綠結合的濱水環境[1～2]。

雷諾護墊作為一種生態護坡技術，是人們對水環境要求越來越高、追求與自然和諧相處的背景下逐步發展起來的。這一技術在1894年最先由馬克菲爾公司開發并在意大利雷諾河的河道整治工程中應用，其結構具有整體性、柔性、經濟性及施工便捷等諸多優點，相關理論研究與設計方法亦已日趨成熟。主要應用于堤坡、岸坡坡面防沖刷護砌和河（渠）床底、坡腳等淘刷防護。本文通過闡述雷諾護墊的技術原理和在水利工程中的實際應用，歸納其應用價值，論述其生態環境效應。

1 護坡雷諾護墊的技術原理

1.1 技術原理

雷諾護墊（RENOMATRESS）是以經鍍覆表面防腐處理的低碳鋼絲，采用六邊形雙絞合工藝，用機器編織而成的鋼絲網面制成的墊狀工程防護構件（附圖）。墊中填以合乎要求的石塊，共同構成岸坡護砌結構。其結構具有整體性、柔性、經濟性及施工便捷等諸多優點，主要應用于堤坡、岸坡坡面防沖刷護砌和河（渠）床底、坡腳等淘刷防護[3～4]。

附圖 雷諾護墊（RENOMATTRESS）的結構

1.2 技術特點

高強度、高柔韌性、抗腐蝕性、整體性、優良的壓載性能、良好的透水性和促淤性、施工便捷、經濟、環保。

2 采用雷諾護墊技術進行護坡的應用案例

2.1 工程概況

合豐垸瀏陽河大堤防洪綜合整治二期工程主要項目為兩段堤防整治，即上游段為從眠羊山渡口沿瀏陽河左岸合豐垸老堤防至湘府東路1.41km，下游段為從勞動東路開始沿瀏陽河左岸合豐垸老堤防至花橋圭塘河口5.92 km，分別與已建或在建堤防相接，全長7.34km。工程方案為：按防洪標準及設計規范進行大堤的加高、加固、培厚，堤基防滲，外坡防護處理，并進行綠化、美化，同時，改造穿堤建筑物和建設配套設施。

2.2 護岸工程護坡型式

設計枯水位以上的護岸工程，主要防御風浪和水流沖刷岸坡，一般有漿砌塊石護坡、混凝土預制塊護坡和草皮護坡等形式。合豐垸瀏陽河大堤外平臺以下至腳槽，對部分堤段設計采用雷諾護墊護坡，對外河護坡采用優凝舒布洛克護墊護坡。外坡在外平臺以下5.0m高程設混凝土腳槽，腳槽設800mm×800mm混凝土結構，腳槽以下采用拋石護腳，頂寬2.0m，外坡1∶2。

2.3 護坡工程結構設計

（1）雷諾護墊厚度計算。

根據K.W.Pilarczyk的《護岸的設計》，壩體的裹護體的所需厚度在水的流速可知的情況下，可以采用下式進行計算：

式中 △——裹護體的相對密度；

D——雷諾護墊的厚度(m)；

ucr——平均流速；

Φ——穩定參數，對于雷諾護墊取為0.75；

C*——臨界防護參數，對于雷諾護墊取為0.07；

KT——紊流系數，取1.0；

Kh——深度系數，取1.0；

KS——邊坡系數，，

θ——丁壩護坡的坡腳，當邊坡為1∶2時為26.6°；

Φ——雷諾護墊內填石的內摩擦角，采用41°。

根據式（1），當水流流速為3m/s時，如果采用雷諾護墊，厚度達到0.239m即可。依照雷諾護墊的規格，選用0.30m厚的雷諾護墊。

（2）雷諾護墊的穩定計算。

穩定計算包括：雷諾護墊的抗漂浮校核、雷諾護墊抗邊緣掀動校核、雷諾護墊抗順坡下滑校核。

① 雷諾護墊的抗漂浮校核：堤防出險往往是在風雨交加的惡劣天氣條件下發生的，因此，先要進行風浪作用下的穩定性計算。根據《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》（SL/T225-98），按照連鎖壓載考慮，要求的穩定系數SN＜5.7：

式中 H——浪高，取（1.1～1.5）m；

δm——雷諾護墊厚度，取0.3m；

γ′γ——雷諾護墊的浮相對容重；

γα、γω——雷諾護墊容重與水容重，取22kN/m3和10kN/m3；

求得：SN=4.167，滿足要求。

② 雷諾護墊抗邊緣掀動校核：根據SL/T225-98規定，當水下流速不大于按下式算得的臨界流速Vcr時，則雷諾護墊是穩定的。

式中 θ——系數，按規范要求取1.4；

g——重力加速度（9.8m/s2）；

求得：Vcr=2.63m/s，作用于河底的水流流速一般在（0.8～1.5）m/s之間，滿足要求。

③ 雷諾護墊抗順坡下滑校核：雷諾護墊的抗順坡下滑穩定性計算考慮極限狀態，即設計沖刷深度在15.0m的情況。

護面穩定性的極限狀態發生在石塊將要移動的臨界點，此時如果護坡上產生的剪應力小于臨界剪應力，則護坡為穩定狀態。即：τm≤τs

式中 τm——作用于坡面的剪應力；

τs——臨界狀態下坡面上的允許剪應力。

其中：

臨界狀態下坡面上允許剪應力的表達式為：

式中 KS——坡度參數；

θ——護坡的坡度，當邊坡為1∶2時為26.56°；

Φ——雷諾護墊內填石的內摩擦角，采用41°。

計算表明，在最大沖刷水深的條件下，坡面上的剪應力τm=0.0259kN/m2小于采用雷諾護墊時的允許剪應力τs=0.0768kN/m2，雷諾護墊護坡是穩定的。

2.4 應用效果評價

（1）雷諾護墊施工完畢即可投入使用，避免了水泥圬工結構需要一定時期養護，結構發揮效益需延時的問題。

（2）雷諾護墊作為整體性和柔軟性良好的結構，較好的適應了基床土壤的局部沉降，并且通過內部的小變形可釋放結構內的集中應力，不會產生結構性損傷。避免采用剛性砌體結構可能產生的不均勻沉降開裂、破壞點易迅速擴散的問題。

（3）雷諾護墊是一種生態性、透水性防護，保護了當地生態的原生性，利于環境的自然平衡。而剛性封閉式護砌，會硬性阻隔水與周邊地下水自然交換，切斷水中微生物遷徙途徑與破壞這些自然生態的敷衍生息的環境。

（4）該工程采用雷諾護墊技術，較傳統的漿砌石或混凝土預制塊方案，經粗略估算，工程造價節省了12%～20%。

3 護坡雷諾護墊技術的生態意義

（1）對于沖崩岸嚴重的岸坡護砌，傳統剛性結構難以適應。

雷諾護墊護砌具有柔性結構特征，可自適應被護砌岸坡基床土壤的局部變形；其鋼絲經防腐處理，具有很好的耐久性能；施工便捷、價格較低廉；結構本身可自然生長植物，美化環境。

（2）雷諾護墊技術避免使自然河流出現渠道化和非連續化的態勢，不會攔截天然徑流、可調節地表徑流、土壤水分與河水可以交換[5]。

對于生物群落至關重要的營養物質可保持輸移的連續性，隨著自然水文周期的豐枯變化以及洪水漫溢，進行交換、擴散、轉化、積累和釋放。沿河的水生與陸生生物隨之生存繁衍，能夠調動自然生態因子，與環境高度親和[6]。幫助和促進原生植物生長，這些植物的根系反過來又起到穩固岸坡的作用，若干年后甚至達到基本取代防護結構，成為自然平衡的主導因素。在國外，那些建成數十年、上百年的雷諾護墊護砌工程，很多已達到了這樣的效果。因此，雷諾護墊技術與環境高度融合，生態效果良好，值得推廣應用。

4 結 語

水利工程與環境的融合，越來越受到關注和重視。生態護坡是融現代水利工程學、生物科學、環境科學、生態學、美學等學科于一體的水利工程，有助于生物多樣性，河流水質的改善，以及提供給人們一個見水、近水、親水的美好環境，重現大自然的勃勃生機。因此，生態護坡是現代河流治理的發展趨勢，是水利建設發展到一種相對高級形態的必然結果[7]。雷諾護墊技術具有良好的性能，在水利護坡、水堰、丁壩、護岸、防波堤、渠道等工程中必將得到廣泛的應用[8～9]。

1 夏繼紅,嚴忠民.淺論城市河道的生態護坡[J].中國水土保持,2003 , (3 ):11 -16 .

2 楊宏偉,吳吉祥.淺談防洪工程的生態護坡 [J].黑龍江科技信息, 2008 ,(1 ):10 -15 .

3 劉新,黃倫超,張韜.雷諾護墊在海漫及防沖槽中的應用[J].水道港口,2009 (3 ):36 -44 .

4 羅楠.生態護坡在河道治污工程中的應用[J].中國水土保持,2006 , (4 ):2 -6 .

5 藺秋生,黃莉.水利工程對環境影響及其工程補償措施淺析[J].水利電力科技,2007 .33 (1 ):12 -19 .

6 董哲仁.筑壩河流的生態補償[J].中國工程科學,2006 .8 (1 ):5 -10 .

7 吳興亞,李永順,張艷秋.鋼筋網結構在水利工程中的應用[J].黑龍江水利科技,2001 ,(3 ):12 -15 .

8 邢玉卿,李旭東,張建輝.鋼筋焊接網在水利工程中的應用[J].海河水利,2002 ,(2 ):22 -25 .

9 王克強.鋼筋焊接網在水利工程中的應用[J].海河水利,2009 ,(10 ): 10 -11 .