淺析上海市幾種常用生態護岸型式的設計思路

(上海宏波工程咨詢管理有限公司，上海 201707)

城市的發展步伐逐漸加快，但是城市河道的水體質量卻在逐漸下降。為了更好地完成對城市環境的治理，上海市近年來積極開展城市河道整治項目，在提升河道水質、優化水體環境的同時，著力改善城市景觀，美化城市環境，做好防洪除澇工作。

1 生態河岸的建設意義

長期以來，傳統的河道護岸工程設計往往局限于滿足防洪、排澇、水資源調度和通航等基本功能。尤其在城市河道護岸工程設計中，主要使用漿砌塊石、混凝土等材料，較少考慮河道的生態、景觀、休閑、娛樂等其他功能。護岸結構硬質化、同質化嚴重，既使得原始河岸面目全非，割裂土體與水體間聯系，隔斷水域生物、微生物與陸域的接觸，河流基本失去了其原生態功能；也很難根據城市的不同功能分區進行差異化設計，不能建立景觀特色，創造生態、旅游價值。

生態河岸的建設既可以提升護岸的穩定性，提升水質，建立水體自然景觀，更能針對城市不同功能區域的劃分情況進行針對性、差異性設計，可達到“生物與岸墻共存，綠化與周邊交融，水景與陸域一體”的提升效果。

2 生態護岸的設計思路

2.1 設計原則

生態護岸的斷面和結構材料選用應力求做到“安全、生態、景觀、協調”，既要能夠滿足河道周邊防洪除澇等水資源調度的基本要求，又要適應生態環境，和周圍現狀協調一致，適應地區發展的需要。具體設計原則如下。

2.1.1 滿足河道邊坡安全的要求

生態護岸設計首先應滿足河道水安全，因此河道護岸材料均應保證河道邊坡的穩定和抗沖刷功能。

2.1.2 滿足岸坡水土交換的功能

河道水體的生態性體現在水生生態系統和陸生生態系統間的連接及微生物間的交換，因此，生態護岸設計應保持兩者的充分聯系。

2.1.3 滿足水生動、植物棲息、生長的功能

水生植物和水生動物是水生態系統中重要的組成部分，生態護岸型式應能夠提供水生植物和水生動物的棲息條件和場所。

2.1.4 滿足自然景觀的功能

生態河道的設計還應體現河道的自然景觀功能，在滿足河道資源功能、生態功能的基礎上，打造出人與自然和諧一體的水體環境，為人類生活提供自然、水趣的生活場所。

2.2 設計斷面與材料

2.2.1 設計斷面

傳統的護岸斷面設計一般有直立式和斜坡式兩種，其中直立式斷面一般采用剛性結構護坡，過流量大、防沖能力較強、安全可靠、護岸占地面積較小。但對于城市河道而言，直立式岸墻一般墻身較高，景觀性、生態性較差，且軟土地區的基礎處理工藝復雜；斜坡式斷面一般采用草皮等護坡材料，生態性、親水性較好，但此類斷面往往應用于河道較寬、占地面積較大的河道，在城市河道中難以實施。

為兼具過水面積以及生態景觀性要求，城市河道一般設計為復合式斷面，采用土坡與一級或多級小擋墻相結合，擋墻設置在水位變動區，采用生態砌塊、木樁、漿砌塊石等材料砌筑，既可增大河道過水斷面，防止岸坡受水流侵蝕、沖刷，又能保證水生動植物的繁衍、生息。擋墻頂基本上控制在正常水位處，上部設綠化土坡，使水面以上的岸坡呈現自然、生態的濱水景觀。

2.2.2 建筑材料選擇2.2.2.1 生態型直立式擋墻材料

目前應用廣泛的生態型直立式擋墻材料主要有混凝土預制箱型砌塊擋墻、預制混凝土砌塊加筋土擋墻、密排木樁、塑鋼插板樁、直接打入式仿木樁等。分別介紹如下：

a.混凝土預制箱型砌塊擋墻選用的混凝土預制箱型砌塊在廠家預制，塊體質量容易得到保證，運至現場進行安裝，施工速度較快，塊體之間采用插槽，孔內設置插銷連接，箱體內填充碎石等透水材料，頂部可填充種植土種植綠化，生態性較好，見圖1。

圖1 混凝土預制箱型砌塊擋墻

b.混凝土預制嵌塊加筋土擋墻所用的混凝土預制嵌塊在廠家預制，塊體質量較易保證，運至現場砌筑，施工速度較快，塊體之間的連接可采用凹凸縫及錯縫銜接，高標號水泥砂漿砌筑，墻體后采用分層加筋帶抗滑，缺點是人工痕跡明顯，見圖2。

圖2 混凝土預制嵌塊加筋土擋墻

c.利用密排木樁或木樁與插板結合結構，既能擋土，又能清除風浪，可達到防護的目的。樁與樁間有縫隙，具有透氣、透水的優點。木樁護岸能與周邊景觀相協調。但木樁耐久性差，維護費用較高，見圖3。

圖3 密排木樁

d.塑鋼插板樁結構屬于板樁結構型式的一種，由板樁結構衍生而來，在原板樁結構樁基密排布置的基礎上加以改進，增大樁基間的距離，用預制高分子塑鋼擋土板填補，取代了原間隔內的樁基，不僅達到擋土、護坡的效果，還大大降低了工程造價，效果見圖4。由于其生態效果好、護土效果明顯、對施工場地要求低以及工程造價成本低等優勢，在河道工程中得以普遍應用。在靠近道路和居民房屋的河段，能對岸坡起到一定的保護作用。

圖4 塑鋼插板樁

e.直接打入式仿木樁結構與樁基密排型仿木樁結構類似，均為仿木制品，兩者特性、生態效果一致，區別在于：直接打入式仿木樁無須分步施工，利用打樁機械即可一步到位。其上部經過處理為原木樁樣式，外觀與原木樁更加相似，見圖5。

圖5 直接打入式仿木樁

2.2.2.2 生態型護坡材料

依據護面型式和制作材料的不同，目前上海市較常用的生態型護坡材料有土工格室、生態袋護坡、水土保護毯和三維土工網。

a.土工格室護坡一般是由高強度的HDPE片狀材料經超聲波針式焊接而成的三圍網狀格室結構。其伸縮自如，并且材質輕、耐磨損、化學性能穩定、耐光氧老化、耐酸堿，適用于不同土壤條件。施工時可張拉成網狀，網間空隙填入泥土、碎石、混凝土等松散材料，組成既具有大剛度，又利于植物生長、滿足水土交換功能的生態護岸,護坡效果見圖6。

圖6 土工格室護坡

b.生態袋又稱植生袋，是一種由高強抗紫外線、抗凍融、耐酸堿的高分子合成聚合物材料加工而成的生態袋。生態袋內填充基質材料，可為植物提供扎根場所。生態袋護坡利用生態袋建造的柔性生態護岸，一方面可以固土護坡，另一方面有利于植被生長，綠化岸坡，效果見圖7。

圖7 生態袋護坡

c.水土保護毯是由聚酰胺纖維構成的形似絲瓜瓤狀的土工網墊， 絲與絲間相互纏繞，質地蓬松，孔隙率在 90%以上。孔隙中填入土料和草種，種植草穿過網墊生長，其根系深入土中，植物、網墊、根系與土合為一體，形成牢固密貼于坡面的表皮，該護坡結構耐久性極高，視覺上與天然植被護坡無異，具有固土性能優良、消能作用明顯、網絡加筋突出、保溫功能良好的特點，可有效地防止坡土被暴雨徑流或水流沖刷破壞，其效果見圖8。

圖8 水土保護毯

d.三維土工網墊是一種新型土木工程材料，屬于國家高新技術產品目錄中新型材料技術領域各種材料中的增強體材料[2]。其形似絲瓜網，質地疏松、柔韌，網中有90%的空間，可充填土壤、沙礫和細石以供植物生長。草皮植生后，與網墊、泥土牢固結合，形成一層堅固的綠色復合保護層。三維土工網墊草皮護坡具有成本低廉、施工方便、恢復植被和美化環境等優點，效果見圖9。

圖9 三維土工網

2.3 各型式護岸特點分析

上海市常用的生態護岸型式主要有混凝土預制箱型砌塊擋墻護岸、預制嵌塊加筋土擋墻護岸、密排木樁護岸、塑鋼插板樁護岸、打入式仿木樁護岸、生態袋護岸、土工格室護岸、水土保護毯護岸以及三維土工網護岸等。分別從其安全性、生態性、景觀性、經濟性、施工周期等因素進行分析對比，具體對比見表1。

表1 不同類型生態護岸特性對比

由表1可知，直立和復合式斷面護岸可設計為箱型砌塊、預制嵌塊、密排木樁、塑鋼插板樁、打入式仿木樁等護岸型式，其中箱型砌塊、預制嵌塊護岸具有較強的抗沖刷能力，塊體間空隙較大，可充分滿足水體交換和綠植生長，安全性、生態性、景觀性俱佳，但也存在結構開挖、回填面較大，施工周期長且開挖時須考慮邊坡安全等限制因素；而密排木樁、塑鋼插板樁、打入式仿木樁等僅可通過樁間(樁身)縫隙進行水體交換，生態景觀性相較前者偏弱，但其為直接打入式結構，不需圍堰，施工時不需要開挖、抽水，施工快捷方便，具有一定的支護能力。斜坡式斷面護岸常用為生態袋、土工格室、水土保護毯和三維土工網等護岸型式，其中生態袋質量與袋體材料等參數影響很大，目前多處于試驗階段；土工格室護岸造價低廉，綠化效果好，但要求邊坡坡度較緩，易受人畜破壞和生物影響，抗沖刷能力較弱；而水土保護毯護岸和三維土工網護岸抗沖刷能力強，適應地表變形能力強，材料耐久性好，在綠化效果和工程造價上各具優勢。

3 結 語

在生態護岸方案選擇中，城市河道一般設計為復合斷面，宜在水位變動區設置擋墻，斜坡段應根據河道流速、水土交換條件及岸后綠化配置酌情選擇如土工格室、水土保護毯和三維土工網等不同的護岸類型；非城市河道一般設計為斜坡式斷面，以加大水土交換面積，為貼近自然，護岸類型一般選擇密排木樁、仿木樁和生態袋等，如遇節約用地需求，亦可采用插板樁護岸。近年來，因相比于傳統插板樁具有更強的生態景觀性能，在保證安全的前提下，塑鋼插板樁護岸亦被嘗試用于城市河道。

生態護岸設計期間，首先要詳細了解河道現狀情況，如河道流速、水位變幅、當地水體環境、岸坡土體與周邊地塊特征等條件。在了解環境綜合治理要求的基礎上，結合河道的使用特點，確立綜合整治標準；在滿足護岸安全性等要求的前提下，因地制宜地選擇不同類型的生態護岸型式，重新連接被隔離的水土聯系，建立人與自然相融一體、親水和諧的自然環境。