山區農村河（溝）道生態護岸技術淺析

夏元波 白慧 梁輝

摘 要：本文闡述了生態護岸的設計原則與目標，介紹了五種常用的適合山區農村河（溝）道的生態型護岸技術，可為類似工程設計、施工提供參考。

關鍵詞：山區農村河（溝）道;生態護岸;技術淺析

我國山區農村河（溝）道數量眾多、分布廣泛，具有行洪、排澇、灌溉、供水、生態等多重功能，是水生態環境的主要載體，對維持自然生態平衡和人類社會的發展具有重要作用。山區農村河（溝）道比降大、水流急、沖刷嚴重，河（溝）道兩岸需要采取必要的護岸防護措施。在山區農村河（溝）道的傳統治理中注重其護岸的結構安全和防洪排澇安全，多采用漿砌石、現澆混凝土等硬質護岸結構，河（溝）道被人工化、渠道化，破壞了原有河（溝）道的自然生態系統及其相應功能，導致河（溝）道中原有生物多樣性受到破壞，河（溝）道水流的天然自凈能力和保護功能持續降低。傳統的河（溝）道護岸技術已經無法滿足人們對自然、親水、凈水和生態景觀的需求。采用具有自然、“可滲透性”特點的生態護岸，能充分保證河（溝）岸與河（溝）道水體之間的水分交換和水量調節，集防洪功能、生態功能、自凈功能和景觀功能于一體，把水、河（溝）道與堤防、河（溝）畔植被連成一個整體，構成一個完整的河（溪）流生態系統，恢復河（溪）流活躍、多樣的生態結構，促進了人與自然的和諧相處。

1 山區農村河（溝）道生態護岸設計原則與目標

生態護岸設計堅持生態文明和人水和諧的理念，依照岸坡穩定、正常行洪、材質自然生態、內外透水，因地制宜，成本經濟等原則來進行。

生態護岸設計的目標是在滿足人類需求、不破壞原有生態系統、確保河（溝）道防洪安全的前提下，使工程結構對河（溪）流的生態系統（包括水流的流量、流速、沖淤平衡、動物棲息及植物生長所需要的多樣性生活空間、環境外觀等）影響最小，改善沿河（溝）兩岸生態景觀，充分保護河（溪）流的自然景觀和生態系統，創造人與自然相和諧、河（溪）流功能豐富的河（溪）流空間。

2 山區農村河（溝）道常用的生態護岸技術

目前常用的生態護岸型式主要有植物護岸、三維土工網墊植草護岸、生態袋護岸、石籠護岸、生態磚護岸結構等，相對傳統硬質結構護岸，具有良好的生態性，在山區農村生態河（溝）道護岸設計時可根據河（溝）道的特性因地制宜選擇使用。

2.1 植物護岸

植物護岸是在河（溝）道岸坡采用種植植被保護河（溝）岸、保持自然堤岸的護岸。主要利用喬灌草等適生植物舒展而發達的根系來穩固堤岸的防護模式，以增強其抵抗洪水、保護河（溝）堤的能力。

2.1.1 適用范圍

流速小于2m/s，河（溝）道縱坡較緩，岸坡坡度小于1：2的土石岸坡，特別適合于河（溝）道較緩、流速較小的山區農村河（溝）道的生態治理。

2.1.2 技術要點

河（溝）岸整理為自然穩定邊坡，必要時對岸坡進行土壤改良或換土;土體壓實控制在80%～85%時，基本能滿足岸坡穩定和植物生長發育的雙重要求。采用發育比較快、繁殖能力強、鄉土適生的灌草植物，也可適當引入觀賞植物和水質凈化功能強的植物，增強自然審美情趣，改善水質。

2.1.3 優缺點

優點：純天然無污染，工程造價低，取材方便，施工簡單易行，環境協調性好。缺點：抵抗較大流速洪水沖刷能力稍差，岸坡長期穩定主要依賴于在岸坡區域內靠自然恢復能力所逐漸形成的植物群落。在日常水位線以下種植植物難度較大，品種的選擇比較關鍵，否則很難保證植物的存活率。

2.2 三維土工網墊植草護岸

三維土工網墊植草護岸主要由聚丙烯、聚乙烯等高分子材料制成的網墊和種植土、草籽等組成。該網墊質地疏松、柔韌，有合適的高度和空間，可充填并存儲土壤和沙粒。植物的根系可以穿過網孔均衡生長，長成后的草皮可使網墊、草皮、泥土表層牢固地結合在一起，抗沖蝕能力較強。

2.2.1 適用范圍

適用于行洪流速大于3m/s、小于6m/s的河（溝）道，常水位以上的岸坡為礫石，岸坡坡比范圍為1：1.25～1：1.5。

2.2.2 技術要點

主要施工工序：平整坡面、開挖溝槽→鋪網、固定→覆土→噴播→覆蓋無紡布→養護。平整坡面固土網墊一般可由人工鋪設，植物種植一般采用草籽加水力噴草技術完成。整坡后在岸坡表面自上而下鋪設一層三維網墊，利用上下各一道錨固溝及“U”形鉚釘固定，其上覆蓋一層厚約5cm的耕植土，并噴播當地適生草籽，植物生根后便可與三維網墊共同作用形成固土綠化系統。三維土工網的固定措施能有效避免早期草皮在汛期起浮現象的發生，植被根系與三維網共同作用，起到了岸坡面層防護與淺層加筋的作用。覆蓋無紡布可防止雨水沖刷，保溫保濕，保護和促進草籽的發芽生長。

2.2.3 優缺點

優點：工程造價低、施工簡單、綜合防護效果好、便于維護。缺點：植物生長初期較為脆弱、抗沖流速小，且不宜用于常水位以下。為了防止洪水沖擊淘刷坡腳導致岸坡失穩，常水位以下通常需要采取石籠或漿砌石或混凝土等結構的護腳措施。

2.3 生態袋護岸

生態袋護岸是指采用生態袋進行水岸護腳和坡面修復的防護模式。生態袋具有透水不透土的過濾功能，既能防止填充物（土壤與營養成分混合物）流失，又能實現水分在土壤中的正常交流，植物生長必需的水分得到了有效保持和及時補充。同時，植物可以穿透生態袋體自由生長。

2.3.1 適用范圍

適用于流速5m/s以下水流岸坡防護，外邊坡坡腳坡率小于80°，河道岸坡為礫石，無法自然恢復植被，景觀要求較高的邊坡。

2.3.2 技術要點

生態袋內填充土壤、肥料和草種等混合物，按一定比例配置，生態袋填充后尺寸一般為55cm×30cm×20cm。生態袋內預置的植物可選取當地適生的灌木、草和藤本等，以加快和增強坡面綠化恢復效果。也可在植生袋表面噴播草種、直接鋪種草皮、壓種枝條或灌木等進行綠化。主配件有三維排水聯結扣、扎口帶、生態錨桿、加筋格柵。

生態袋可以和傳統結構相結合，河（溝）道基礎采用格賓石籠結構或漿砌石擋墻結構，或在剛性結構的框格內（鋼筋石籠、混凝土格框等）護砌邊坡。生態袋之間可以利用連接扣、土工格柵、鋼筋籠等聯結成一個整體，形成整體受力系統，有利于結構的穩定和抵抗破壞。

施工前需平整坡面，施工時生態袋“品”字形碼放，由三維排水聯結扣相互緊鎖，可根據坡面穩定及實際情況，使用生態錨桿和加肋。高度2.5m以下的水岸邊坡，可以不要加筋格柵，采用重力式生態等效擋土墻加厚結構即可，再進行植被覆蓋。施工后灑水灌溉，并保持坡面濕潤直至種子發芽。在植被完全復蓋前，結合澆水適當施肥。

2.3.3 優缺點

優點：施工簡單，不對邊坡結構產生反滲水壓力;材料搬運輕便;節省土地，適合陡坡;對外界沖擊力有吸能緩沖作用，從而保證邊坡穩定;使結構穩定和生態植被同步實現;可以和傳統的土木工程結合使用，有良好的匹配性和組合性：就地填充土料，植物生長快速，景觀效果好;植被不易退化，養護管理成本低廉;袋內可預置植物種子和營養基質，可確保出苗整齊;植被的發達植物與坡體結合成一個同質整體，使其形成自然的、有生命的生態工程。缺點：相比硬質類護坡而言，穩固性和抗沖刷性相對較差，植物穿透性及耐用性受袋子材料和質量的影響較大;袋子內土壤養分流失后不容易補充，造成土壤板結、植物生長緩慢等問題。

2.4 石籠護岸

石籠護岸是指由專業機械將鍍高爾凡的低碳鋼絲編制成六邊形雙絞合金屬網面，按設計要求裁剪、組裝成蜂巢格網箱體、格網網墊結構，箱體（或網墊）內填滿塊石、卵石等填充材料后用作河（溝）岸區的護措施。石籠護岸分為：格賓石籠擋墻和格賓石籠網墊（護墊）兩種型式。

2.4.1 適用范圍

格賓石籠擋墻常用于河（溝）寬較窄、正常水位較高、河（溝）岸崩岸、塌岸、流速大、迎流頂沖、沖刷嚴重等河（溝）段岸坡防護。格賓石籠網墊護岸結構型式常用于流速大、岸坡陡的河岸生態防護，適用于岸坡坡比一般不超過1：1.25，坡比超過1：1時慎用，每級坡面高度不超過10m。

2.4.2 技術要點

（1）格賓石籠擋墻。

格賓網型號一般為2.0（4）m（長）×1.0m（寬）×0.5（1.0）m（高），格賓內隔板間距1m，網孔型號為80mm×100mm，鋼絲采用鍍高爾凡（5%鋁-鋅合金+稀土元素）防腐處理，在工業（一般污染）環境下設計壽命可達到50～60年。鋼絲直徑為網絲?2.7mm、邊絲?3.4mm、絞合鋼絲?2.2mm;抗拉強度不低于350～500MPa，編織前延伸率不小于10%;最小鍍層量：網絲?2.7mm不小于245g/m2，邊絲?3.4mm不小于265g/m2，絞絲?2.2mm不小于230g/m2。格網網面抗拉強度值為50kN/m。填充物采用卵石、片石或塊石，格賓要求石料粒徑D100～300mm為宜，空隙率不超過30%，要求石料質地堅硬，強度等級MU30，遇水不易崩解和水解，抗風化。石籠擋墻采用臺階型擋墻型式，其斷面結構尺寸按重力式擋墻進行整體穩定、抗滑及抗傾覆等計算確定。

主要施工工序為：導流、排水→基礎開挖→格賓網箱組裝→格賓網箱擺放、鏈接→石料裝填→封閉籠蓋。

在施工區導流排干河（溝）水，坡腳處開挖基槽，碼放石籠，根據石籠尺寸設置相鄰石籠間距，使石籠呈“品”字型排列，埋深根據沖刷深度確定。石籠碼砌高度不宜超過10m。每層石籠采用縱橫向布置，上層石籠沿邊坡線向內伸入50cm，與下層石籠錯開50cm并與下層交錯布置。每層石籠籠體之間最好采用格網網箱四周石塊采取人工砌筑，以避免鼓包，箱體與箱體直接采取鋼絲絞邊，從而使整個擋墻形成一柔性整體。格賓擋墻后在填筑土方前要在擋墻背水側布設土工布（300g/m2）作為反濾層。

（2）格賓石籠網墊（護墊）。

格賓網墊系指由機編雙絞合六邊形金屬網片，按照一定的結構制成的網墊結構，在構件中填石構成主要用于沖刷防護的結構。格賓網墊為一次成型產品，隔板為雙隔板，除蓋板外，邊板、端板、隔板及底板由一張連續不裁斷的網面組成。石籠網墊規格為（長×寬×厚）：4.0（6.0）m（長）×2m（寬）×0.3（0.5）m（高），隔板間距1m，網目尺寸為60mm×80mm。鋼絲采用抗腐蝕性很強 的高爾凡 （5%鋁一鋅合金+稀土元素）鍍層。網面鋼絲直徑為2.0mm，邊緣鋼絲直徑為2.7mm，絞合鋼絲為2.2mm。抗拉強度不低于350～500MPa，編織前延伸率不小于10%;最小鍍層量：網絲?2mm不小于215g/m2，邊絲?2.7mm不小于245g/m2，絞絲?2.2mm不小于230g/m2。格賓護墊網面抗拉強度值為35kN/m，填充的卵石粒徑為7～15cm，，空隙率不超過35%。

主要施工工序為：導流、降水→格賓護腳基礎開挖→格賓網箱擺放、鏈接→石料裝填→網箱封蓋并絞扣→格賓護墊邊坡技術處理→土工布鋪設→格賓護墊安裝→格賓石籠與格賓護墊絞扣連接→填充卵石→護墊封蓋絞扣。

河（溝）坡腳正常水位以下通常設置格賓石籠墻護腳，護腳埋深根據沖刷深度確定;正常水位以上采用格賓石籠網墊護岸。在格賓石籠墻護腳施工完成后，再根據設計坡比進行河（溝）岸邊坡基礎處理，先清理雜草、樹根等，坡面孔洞、淤泥、凹陷處填土夯實，使邊坡表面平整。格賓網墊下面設反濾層，通常采用30cm碎石或土工布。順著坡面自下而上進行格賓網墊施工，其厚度通常為20-40cm，上面可插種活的植物枝條，也可覆土撒播草種。

2.4.3 優缺點

優點：格賓石籠屬于高透水、通氣材料，植物根系通過有效孔徑完全穿透格賓結構，實現河（溝）道水流和結構后土體的自由水交換，增強水體的自我凈化能力，改善水質，也為各類水生動物提供生存空間，維持生態系統平衡，能產生較好的生態效果;柔性結構能很好地適應地基不均勻沉降，很大程度節省工期;具有很好的適應變形能力、透水性、耐久性;石籠具有高滲透性，允許自由排水，可顯著增強邊坡的穩定性;填充物可就地取材，施工簡單易行，對環境影響小，后期植被恢復效果好，可大大減少后期的養護管理工作。缺點：石籠表面植物較難生長，相對植物護坡而言，生態效果稍差。

2.5 魚巢生態磚護岸

魚巢生態磚護岸是指在修整好的水岸邊坡坡面上拼鋪魚巢生態磚，連接固定后，在磚框內填充種植土進行植被恢復的邊坡防護模式。

2.5.1 適用范圍

適用于河（溝）道流速小于4m/s，土質或石質穩定邊坡，坡比范圍1：0.75～1：3。

2.5.2 技術要點

生態磚采用混凝土或其他材質的預制塊。植物選配可根據實施工程所在項目區氣候、土壤、周邊植物等情況確定，可選用適生的鄉土草種、灌木、攀緣植物等。設計將坡面進行削坡，達到穩定坡比，坡下部采用魚巢生態磚（350mm×260mm×200mm）進行防護，防護高度可大于4m。

在河（溝）底沿長度方向開挖寬70cm、深度為120cm的基槽，底部夯實并澆筑厚度為70cm的C15埋石混凝土基礎，流速大時（≥4.0m/s）水平方向可以加1-2米寬的石籠、拋石等保護措施。在基礎上攤鋪一道塑性混凝土，并在混凝土上碼放第一層砌塊。利用塑性混凝土將砌塊底部墊實，并調整砌塊的角度，達到1：0.75～1：1。當塑性混凝土硬化后，在砌塊背后回填級配碎石，并夯實。清理表面積料、并開始碼放第二層砌塊，錯縫長度不少于砌塊長度的1/4，同樣向砌塊背后回填級配碎石并夯實。重復第四步，逐層碼放直至達到設計標高，頂層碼放砌塊不留縫隙。在生態磚內填充種植土，土層表面略低于磚體表面。鋪填種植土后在生態磚內種植草本、灌木或攀緣植物。

2.5.3 優缺點

優點：該技術適合不同坡度的高陡邊坡防護，生態磚可以現場預制，磚體下部或側邊與所護坡面坡度相匹配，加阻滑結構穩定性好;磚內或磚孔隙可種植恢復護坡植物，植物以當地適宜的灌草或攀緣植物為主，并可配置部分小喬木;該項技術屬于植物工程措施復合護坡技術，操作簡單，外觀整齊，造型美觀大方，施工效率高、適應性好，具有穩定邊坡與綠化美化的雙重效果。缺點：相比植物護坡而言，生態效應稍差，植物覆蓋面積有限。

3 結語

近年來，黨中央做出了建設生態文明社會的重大戰略部署，把生態文明建設提到了前所未有的高度，山區農村河（溝）道生態問題逐步得到重視關注，在今后的山區農村河（溝）道整治，也將越來越重視與生態環境治理相結合，采用生態護岸型式是恢復河道生態的重要基礎，生態護岸以其與自然環境良好適應性及結構穩定性的雙重優點，在今后河（溝）道治理的邊坡型式中將會得到廣泛應用，生態型護岸順應了人與自然共生的要求， 不僅是護岸工程建設的一大進步， 也將成為今后護岸工程建設的發展方向。

參考文獻

[1]許士國，高永敏，劉盈斐.現代河道規劃設計與治理[M].北京：中國水利水電出版社，2006.

[2]中國水土保持學會水土保持規劃設計專業委員會.生產建設項目水土保持設計指南[M].北京：中國水利水電出版社，2011.

作者簡介

夏元波（1978-），男，陜西寧強縣人，工程師，主要從事水利水保工程規劃設計、工程建設管理工作。