三維柔性排水生態邊坡在閩江上游防洪工程的應用

陳能鄉

（福建省尤溪縣水利局，福建尤溪 365100）

國家對水利、交通、城市等基礎設施投入的增加，使得各項基礎建設項目如雨后春筍般興起，為國民經濟的發展做出了極大的貢獻。但是隨之而來的是建設項目對周圍環境的破壞日益嚴重，生態環境日益惡化，生態修復相當困難。防洪工程因具有防沖、固岸、防洪等功能，邊坡生態化問題一直困擾著廣大水利建設者。隨著國家對生態環境保護的重視，作為新興科學的防洪堤生態化技術也逐步得到了更為廣泛的應用。

1 工程概況

福建省閩江上游尤溪流域防洪(一期)工程，位于閩江上游尤溪支流，包括尤溪和大田兩縣城區堤段，建設總長18.564km的防洪堤和6座排澇站。總投資18086萬元。項目保護總人口17萬人，保護社會總產值55億元。工程永久占地18.34 hm2，其中尤溪縣14 hm2。是福建省利用中央資金建設的重要水利工程之一。工程設計防洪標準為 20年一遇，相應流量1370～5320m3/s，水面落差6～10m，設計流速2.7～3.45 m3/s。

根據工程沿線地形地質條件、建設規劃和施工材料的選取而采取不同的建設方案。尤溪縣的西城堤段、沙洲堤段8.222km防洪堤，除了月亮橋119m等和橋梁連接段少量堤段采用傳統的砌石堤外，其它7462m堤段全部利用生態復式斷面。特別是寶塔和西城2768m堤段采用三維柔性排水生態邊坡建設，解決了拆遷難，造型美、生態好、投資省的問題。

2 三維柔性排水生態邊坡的含義

三維柔性排水生態防洪邊坡不是一些新型材料的堆砌，而是在同一力學、數學模型下進行的，兼顧了環境特點和施工特點，由三部分組成，系統結構、功能材料、植被方式。柔性生態邊坡是利用植被涵水固土的原理，對堤壩及山體的邊坡進行穩固的防護技術，柔性生態邊坡包括巖土工程、修復工程、植物學、土壤肥料學及土工材料等多方面的一項綜合技術。

生態袋具有材料力學、水力學、生物學的特征，其幾何尺寸、透水性能都能滿足植物生長的等效孔徑，無毒、不易燃，不降解可回收，做到了零污染。另外生態袋透水不透土，具有很強的過濾功能，其內部的填充混合物不易流失，而且用于防洪堤邊坡的防護可以保證植物生長所需水分，保證植物穿過袋皮旺盛發育，植物的根系扎入基礎泥土中，起到了固定的作用，而且隨著時間的延長其穩固能力越強，這種技術減少了維護費有。具有結構穩定，施工期短，抗沖能力、植被效果好，少占地、節省投資等優點。

3 三維柔性排水生態邊坡技術的優勢

3.1 環保的優勢

消音美觀，可以和基礎及周圍生態環境完美融合，實現城市建設生態環保的目標。而且不會產生任何施工垃圾。植被的選擇更為廣闊，對于生態系統的快速恢復起到了積極的作用。

3.2 結構設計合理

生態邊坡采用的是三角內摩擦緊鎖結構，系統整體受力，穩定性強，抗沖擊能力，對于水流有吸能急緩沖的作用。邊坡的結構面廣泛生長各種植被，其植被的根系發達，直接扎進基礎泥土中，與自然合而為一，不會是整體結構出現分離等現象，日益強壯的植物根系，相當于無數的鉚釘形成具有生命力的免維護的永久生態防洪系統。

圖1 三維柔性邊坡結構示意圖

3.3 施工方便簡捷

可在技術人員的指導下，無需任何施工經驗的勞動力均可完成施工任務，對堤壩基礎要求低，處理方便，可以適應不同的沉降條件，沒有溫度產生也就無需預留溫度縫，不需要大型機械設備，搬運方便。生態袋和排水鏈結扣的特殊功能設計，防止了滲水，對基礎堤壩不會形成壓力，可以按需填充土壤中的養料，保證植被的生長力。

3.4 適用范圍廣

可在 0°～90°角之間施工，構建邊坡，從而節約大量土地。結構穩定性強，保證了不發生水土流失。同時因為施工的特殊性，沒有施工安全的擔憂。

4 三維柔性排水生態邊坡的應用

閩江上游尤溪防洪（一期）工程尤溪縣部分防洪工程，包括西城堤段、沙洲堤段。沿途占用城東、寶塔、光林西城等城市用地和潘山、秀溪、大池塘等農用耕地，特別是隨著尤溪縣城市化水平的加快和尤溪縣地處戴云山脈土地供給矛盾不斷加劇。在城市和各種基礎設施建設過程中如果不采取措施，勢必對環境、人文、生態、城市綠地造成極大的損害，對環境、拆遷影響很大。

4.1 利用生態護坡技術實現節約投資。

防洪堤利用三維柔性排水生態邊坡，可以提高坡度，減少占用土地。在尤溪防洪工程設計中，我們考慮到沿線的行洪能力及工程施工帶來的生態環境的影響，決定在月亮橋、潘山橋等堤段采用傳統漿砌石結構。在供地條件比較寬松的水東大儒名城、秀溪段采用生態復式土堤結構。

在拆遷困難又有城市景觀要求的寶塔、團結、光林三堤段采用三維柔性排水生態邊坡。采用三維柔性排水生態邊坡，可以把坡度做高，減少堤岸的占地面積，從而實現節約征地進而減少資金支出的目的。

寶塔段，把按傳統方法復式土堤應該做成的1:1.75～1:2的邊坡做成 1:0.35～1:0.5。高 12m的防洪堤，僅此一項使工程的兩側節約土地18m寬，731m的防洪堤減少拆遷房屋面積1668m2。光林782m防洪堤兩側節約1.6hm2，減少拆遷一樓車庫80個。僅此一項節約資金約 1200萬元以上。而三維柔性排水生態邊坡的利用，減少征遷農田 2.9 hm2，每畝土地的征遷費用在9萬元，節省征遷資金387萬元，同時也保留了 2.9 hm2的土地，增加了城市用地容量，其意義重大。

4.2 利用生態護坡技術保證堤壩的抗沖刷能力

三維土工網對于覆蓋于網上的客土和植被種子有固定作用，可以避免雨水的沖刷和侵蝕。同時柔性植被及網包的存在，令水流及風在邊坡表面產生無數的小漩渦，從而起到了抗沖擊作用。

三維植被網的基礎層和網格間的經緯線縱橫交錯，與植被的覆蓋形成一個不可分割的整體，增加了抗沖擊能力。這對于閩江尤溪流域一帶的氣候特征尤其適應，可以防止雨水的沖刷和洪水的沖擊。同時植被的根系對邊坡的客土起到了加固的作用，交錯雜生的根系仿佛一個個錨定，與基礎融為一體，增加了邊坡的穩定性。

尤溪防洪河道工程設計為 20年一遇洪水，流速在2.7～3.45m/s，防洪堤表面用三維柔性排水生態邊坡抗沖能力可以滿足 4m/s流速，邊坡的抗沖擊力在設計范圍內。可以減少防洪堤表面透水磚護坡或漿砌石護坡建設。因此施工中可以不用砌護坡，節約了建設資金。據不完全計算，在尤溪縣段建設2768m三維柔性排水生態邊坡，每米可節約防洪堤護面投資392元，節約工程投資110萬元，同時增加綠地2.2hm2。

4.3 利用生態護坡技術節約了回填土

在護坡表面采用土工網這種三維立體網，可以起到加固邊坡的作用，減少了防洪堤的建設斷面，從而節約了回填土。

尤溪縣三維柔性排水生態邊坡建設堤段2768m；西城段長2097 m，高5m平均減少建設斷面32.5m3；寶塔段長 671m，高 12 m平均減少建設斷面 90m3，節約了回填土 13萬m3，節省工程投資約195萬元。

4.4 利用生態護坡技術的施工便捷及耐用

三維生態護坡技術施工方便，三層生態袋一層土工網，這種三維立體網沒有太高的技術要求，節約機械設備和勞動力。由于三維柔性排水生態邊坡屬柔性防洪堤，河卵石或粉質沙粘土的尤溪縣防洪堤段基礎可以滿足其基礎變形條件，客土材料可以用當地土回填，節約了大量的資金。同時生態邊坡的耐久性和無需維護性，可以達到 50年的使用期限，非常適合閩江上游尤溪防洪工程。

5 結 語

三維柔性排水生態邊坡在閩江上游尤溪防洪工程的應用，節省了工程建設資金、減少了土地占用、節約了施工砌筑成本，同時還美化了城市環境、增加了綠地，效果明顯。是一項可以大力推廣的柔性邊坡防護技術。

[1]龐崇安,張云蓮,沈鎮偉.生態護坡在防洪工程中的應用[J].中國水利.2011,(16)

[2]劉海軍,張曉翠.生態護坡在莊河市河道治理中的應用[J].吉林水利.2006，(S1)

[3]李樂,孫珂,吳庚.生物膜袋護坡在梅溪河示范段的應用[J].河南水利與南水北調.2011,(13)