水利工程岸坡生態防護新技術的應用與展望

姚 璐，朱震東，王 璐

(1.南京市長江河道管理處，江蘇 南京 210001；2. 南京市三汊河河口閘管理處，江蘇 南京 210036)

隨著人們對生態和環境的要求越來越高，水利工程中河流岸坡防護設計除應考慮結構安全、穩定和耐久性等技術要求，還要兼顧改善河流周邊生態環境和城市景觀的需求。傳統的護坡形式如漿砌石、現澆混凝土、預制砼板等，違背了生態環保和可持續發展的理念，因此需引入一些新的生態護坡結構形式。

生態護坡主要包括植被防護及植被與工程措施相結合的邊坡防護措施，在流速較小、岸坡沖刷不嚴重的平原圩區河道中，可僅采用植被防護。但在流速較大的山丘區河道中，需采取植被與工程措施相結合，以避免岸坡沖刷嚴重導致崩塌。文章選取了近年來在國內水利工程中應用較多的三種新型護坡形式(植被+工程措施)，包括三維土工網墊、底柱表孔型現澆綠化混凝土和生態袋柔性護坡技術，主要介紹了其應用情況和適應環境，并對三種護坡形式進行綜合比較、分析及應用展望。

1 三維土工網墊

三維土工網墊(3D-geonet)又被稱作三維植被網墊，是一種新型土工合成材料，采用高分子聚乙烯加工而成的復合網包結構，如圖1所示，其內部可充填土壤、沙礫和細石，保證植物生長。三維土工網墊植草防護技術，近幾年已在國內外公路、鐵路 、水利(水庫、堤壩)、農業(植草、種花)、環保(綠化)、體育場等工程中得到廣泛應用。

圖1 三維土工網墊

三維土工網墊護坡作用機理可分為兩個階段：網墊鋪設完成后，在植物幼苗期，土壤基本上處于裸露狀態，植物的護坡作用幾乎可以忽略，此時的護坡系統主要由鉚釘、網墊、填充網墊的客土以及偶爾的降雨徑流組成，護坡系統中網墊以及客土受外力作用的情況如圖2所示。在植物長成后，植物的根系與網墊網包交錯纏繞，深入地表以下，網墊、植被和泥土三者形成復雜的加筋體系，牢固地貼合在土質邊坡上，抵抗河道水流沖刷和雨水侵襲，可有效地防止水土流失。試驗表明，在基于三維土工網墊的植草護坡情況下，水土流失量僅為純草皮護坡的 1/5，為裸地的1/30。

圖2 三維土工網墊受力分析示意圖

2 底柱表孔型現澆綠化混凝土

普通現澆混凝土護坡在河道工程中被廣泛應用，但其結構特性，不利于植物生長，不具有綠化功能，同時也阻斷了生物交換。綠化混凝土是一種由粗骨料、膠凝材料(水泥)以及各種添加劑按一定比例混合制作而成的特殊混凝土。它具有孔隙率高、透水透氣性好等特點，可以滿足植物生長的水土條件。文章介紹了近幾年在上海及江蘇地區應用較多的一種新型綠化混凝土產品——底柱表孔型現澆綠化混凝土(如圖3所示)，該產品在上海市寶山區美蘭湖水系河道、江蘇啟東濱海園區江楓河和南京秦淮新河岸坡改造等一系列河道治理工程中，都取得了良好的綠化和防護效果。

圖3 底柱表孔型現澆綠化混凝土

底柱表孔型現澆綠化混凝土技術的原理是由碎石、水泥、水與特殊添加劑配伍，并采用特殊的設備制作而成，它的孔隙率高達 25%～35%。其底部采用特殊的方法，產生分布均勻的小柱子像釘子一樣牢牢扎入土中，使護坡更牢固。根據其材料特性，隨著孔隙率的增大，混凝土抗壓強度下降，能夠適應的抗沖能力也會隨之降低。目前該產品主要有LH1～LH5五種不同強度的型號，以適用于不同工程的土質條件和河道流速，無論哪種型號的產品，后期植被覆蓋率都可以達到90%以上。

3 生態袋柔性護坡技術

生態袋是由聚丙烯(PP)或者聚酯纖維(PET)為原材料制成的雙面熨燙針刺無紡布加工而成的袋子。生態袋護坡技術原理主要是根據“土力學”“植物學”等基礎原理以及土工格柵的加筋耐久作用，在生態袋內加入營養土，構建穩定的護坡擋土結構，并在坡面種植草本、灌木等植物，實現治理環境和美化環境的目的。

生態袋于2004年引進中國，2005年在中國開始進行大規模推廣，主要運用于建造柔性生態邊坡，現已成為河岸護坡、人工濕地、礦山復綠、高速公路邊坡綠化等工程領域重要的施工方法之一。通過植物根系和土工格柵的作用，袋體與岸坡土體緊緊聯系在一起，與常規的植被防護技術相比，能抵御較大的流速，并起到護腳和增加岸坡穩定性的作用。生態袋袋體柔軟，具有較高的撓曲性，可適應坡面的局部變形，在實際應用中可根據地形條件堆疊成階梯坡狀或直立擋墻狀(如圖4所示)，因而特別適合岸坡較陡和坡度不均勻的區域。

圖4 生態袋柔性護坡典型斷面圖

4 生態護坡綜合比較與分析

生態護坡材料需要較好地為河道生態的連續性提供基礎條件，滿足不同工程的適應性要求，綜合比較與分析這三種生態護坡形式，結果見表1。

表1 三種新型生態護坡形式比較

由表1可以看出，這三種新型的生態護坡形式均有各自的優點和應用局限，三維土工網墊工程單價最低，經濟性好，施工及維護簡單，但網墊抗老化能力較差，在工程完成5～10年后難以保持良好的治理效果。底柱表孔型現澆綠化混凝土和生態袋柔性護坡雖然工程造價高，但材料的耐久性更好，其中綠化混凝土可以抵抗水流流速≥3m/s，對于岸坡沖刷嚴重的河道，能夠最大程度地減少水土流失。但綠化混凝土的膠凝材料普遍采用普通硅酸鹽水泥，水泥水化反應釋放堿性物質使孔隙液的pH很高，植被無法正常生長，需進行降堿處理。

因此，實際應用中應根據不同工程類型、地質條件和施工條件選取適合的技術形式，同時考慮工程的經濟性和生態性。

結合已完成的工程經驗，新型生態護坡目前在國內發展的關鍵問題是：

(1)在護坡原材料方面，產品結構單一，存在更多的創新和優化空間，如更環保、更耐久、更經濟的土工材料的應用。

(2)由于各地域的氣候、環境和水土條件各不相同，所以要因地制宜地選擇合適的草種，并盡可能地種植多品種植被，以保證生態多樣性。

(3)施工完成后，需定期對植被進行養護及管理，目前國內很多工程后期養護成本投入不夠，管理職責不明，導致難以達到預期的效果。

5 結論與展望

岸坡生態防護技術彌補了傳統護坡技術的不足，該技術在實現岸坡安全穩定及耐久目標的同時，為生物創造了良好的生存環境。植被+工程措施型的生態護坡形式是水利工程岸坡生態防護發展的必然趨勢，國內目前在技術和管理上還存在一些需要改進的地方，因此要加大對新型生態護坡技術的分析和研究，使其在不同工程領域得到更廣泛的應用。