城市河道整治中生態護坡設計分析

柯家偉 北京市門頭溝水利工程有限公司

傳統的硬質式護坡阻斷了水陸系統的信息交流以及對地下水的補給，改變了天然河流的自然屬性和水生物種原有棲息環境。同時，裁彎取直在一定程度上增加水流速度，增強水力沖刷河岸、河底的能力，因硬化裸露的岸坡使得各種污染物無法被過濾吸收而直接排入河流，并產生水體污染。目前，護坡護岸、堤防達標、河道疏浚等措施已普遍應用于中小河流治理工程，隨著人們對生態景觀、河流環境、水文化要求的提高，河道生態護坡逐漸成為今后的發展方向。

一般地，人工生態護坡與自然生態護坡為河道治理的兩種基本形式。前者主要解決水土流失、岸坡坍塌的問題，比較適用于有通航要求的鄉鎮和城市河道；后者保護生態和河堤的主要途徑為利用根系發達的植物，從而實現改善生態環境、防治水土流失和固土的目標。對此，要優先考慮自然生態護岸充分發揮植物吸收、分解污染物和固土的作用；對于兩岸間距較窄、泄洪排澇量較大且水流速度快的河道，宜選擇人工生態護岸，為減少剛性結構多使用自然材料，盡可能選擇生態方格或互嵌生態模塊，以此美化工程環境、防治水土流失和固土保沙。總體而言，如何兼顧河道生態環境與防洪安全，充分融合人水相親、自然生態的治水理念，優選出適用于不同河道的生態護坡型式非常重要。

一、生態護坡設計原則

（一）安全性

河道岸坡的安全穩定直接受到風浪、水流的沖蝕淘刷影響，減少河道受沖刷侵蝕作用以及保護岸坡土體為河道護坡的基本要求，故岸坡抗沖刷能力與安全穩定性應作為生態護坡設計的首要原則。

（二）生態性

河道生態護坡要為水生植物生長提供適宜的空間，護坡結構的選擇應符合孔隙率較大的要求，維持不阻斷地下水與河流之間的信息交流，充分利用岸坡植物維護河流生態系統平衡，切實提升河道自凈能力和岸坡整體穩定性，盡量不選擇生硬、視覺單調的護坡結構。

（三）地域性

不同河道的水文地質、地貌形態、河流走勢等環境條件存在明顯的地域性與差異性，應充分考慮地域場所特點及生態景觀要求，結合防洪治理規劃和自然岸線特點，在保證區域大環境與河道景觀協調性的情況下，因地制宜的設計河道岸坡，切忌完全照搬照抄其他河道治理方法。此外，生態護坡應符合減少資源消耗、節約成本、可就地取材的要求，充分利用可再生資源有效提高其利用率，并且工程材料選用時盡量選擇可再生資源。

（四）自然性

天然河道走向蜿蜒，為維持河流原有的空間環境和自然屬性，應堅持“遇彎則彎、易寬則寬”的原則隨層次、地形的變化而變化，盡量保持原有地貌，修復河流橫向和縱向連通性。河道治理工程措施的設計應盡量減少對河流生態的干擾，確保水系統的良性運行，一旦破壞河流的結構形態勢必會導致生態系統的失衡。

（五）資源節約

生態護坡工程要符合減少資源消耗、節約成本、可就地取材的要求，充分利用可再生資源切實提高其利用率，并且工程材料選用時盡量選擇可再生資源。

二、河道護岸工程設計

護岸工程方案比選：

（1）河道岸線總體布置

岸坡整治盡量保持河流的自然形態，充分利用現有護岸，現狀完好的予以保留，對護岸破損嚴重的予以修復，現狀無護岸的新建護岸，在部分地段栽種當地品種的植物進行護岸；河道兩岸增加植物措施。在適當的位置布置親水設施，方便群眾的生產、生活。各治理河段岸線應結合東汲河河道現狀進行布置。

（2）護岸型式選擇

常見的護岸形式主要有坡式護岸、壩式護岸、墻式護岸、樁式護岸、生物護岸等，結合實際情況，考慮沿岸景觀需求，選擇坡式護岸、親水平臺+斜坡式護岸，墻式護岸3種方案進行比選。

①方案1：斜坡式護岸

河底至設計洪水位鋪設1 : 3的聯鎖式生態砌塊護坡，設計洪水位以上至岸頂采用草皮護坡，壓頂、格埂坡頂設C20素混凝土。

②方案2：墻式護岸+斜坡式護岸

設置墻式護岸+斜坡式護岸，墻式護岸采用格賓石籠擋墻，墻頂至設計洪水位鋪設1 : 3的聯鎖式生態護坡，設計洪水位以上至岸頂采用草皮護坡，壓頂、格埂采用C20素混凝土。

③方案3：直立式擋墻護岸

河底至地面采用直立式擋墻，墻頂設0.5×0.2m（寬×高）的C20素混凝土壓頂，墻身為M10漿砌石，背水側坡度為1 : 0.5，底部為厚0.5m的C20素混凝土底板，墻趾寬0.5m，墻踵寬0.5m，擋墻底板下做0.1m厚的碎石墊層。

（3）護坡材料選擇

常見的護坡材料有草皮、砌石、現澆混凝土、混凝土預制塊等。綜合考慮選取聯鎖式生態砌塊護坡。

連鎖式生態砌塊護坡具有以下優點：

①結構性能好

聯鎖式生態砌塊本身強度高、密實度高，塊與塊之間的連鎖形成剛性表面柔性基礎的整體鋪面，對水流沖擊和基礎變形有很高的適應性。

②生態效果佳

聯鎖式生態砌塊通常采用開孔型護坡磚，有助于種植植被。

③施工便捷

聯鎖式生態砌塊生產形狀規則、尺寸統一，質量穩定，受天氣影響小，施工效率高，保證了工程的施工質量。

④造價低

工業化生產的聯鎖式生態砌塊成本較低，較薄的生態砌塊能夠代替傳統很厚的漿砌石或獨立塊鋪面，從而大大節約了工程材料成本，便捷的施工工藝使得施工效率高、人工費用節省。

綜上所述，聯鎖生態砌塊工程造價一般，強度高，抗沖刷能力強，可開孔植草綠化，生態效果較好能機械化施工，穩定性、安全性較高，有利土方平衡。根據河道現狀，護岸以抗沖刷、防止水土流失為主要功能，結合本工程實際情況，設計擬采用的護坡結構型式主要為聯鎖式生態砌塊護坡。

聯鎖式生態砌塊護坡主要用于河道迎流頂沖段，混凝土預制塊厚度120mm，混凝土強度等級為C20，壓頂、鎮腳混凝土強度等級為C20，護砌頂部高程平20a一遇設計洪水位。

三、典型的生態護坡方法

（一）三維植被網草皮護坡

植草護坡屬于一種普遍適用且最經濟的技術措施，可利用相互交織的植被根系發揮固結土體的作用，以此固結邊坡土體，植被能夠明顯減少波浪爬高以及降雨入滲量，增強邊坡穩定性和土地抗剪強度，蒸騰作用有利于減少土壤含水量與孔隙水壓力。

三維植被網草皮護坡是一種綜合利用三維網墊、植物、面層植草共同消浪和護岸的護坡型式，通過將網墊錨固于邊坡以形成基底。從材料類型上高分子材料聚丙烯、聚乙烯等構成了三維網墊層，而完整的復合種植基還有種植型土壤播撒草籽和碎石等組成。從結構形式上，利用平行于土壤方向的可雙向拉伸的平面網與垂直于土壤方向無法拉伸的多層網組成三維網墊層，為使得土壤垂直方向上的多層網狀空間更加穩定，還可利用熱熔焊接法連接網層間的節點。土壤層、土工網墊層、植草層待草皮完全生長后牢固的結合一起，從而生成一個牢固穩定的整體，這種網狀結構具有更加寬松的空間，在為砂粒與土壤的填充提供足夠的網空間的同時，也給草皮生長提供較好的生存環境。

施工方法：整坡后將1層三維網墊自上而下沿岸坡表面鋪設，利用“L”型鉚釘及上下各1道錨固溝固定，并把適于野菊花、狗牙根等鄉土草生長的耕植土覆蓋至坡面，厚約5cm，撒播草種待其成長，三維網墊與生根后的植物相互交織形成綠化固土系統。

將草皮種植加固土層安置于每個土工格內，由此即可生產固土種植基，而高分子材料聚丙烯、聚乙烯等經過加工處理可以形成土工格結構，土工格的設立可以提高護坡的摩擦阻力，加之草皮的種植，能夠可以提高護坡的承受能力以及土壤層的穩定性。此外，對于汛期早期草皮出現起浮的現象三維網的固定措施可以有效避免，三維網與植被根系共同發揮加緊淺層、防護岸坡面層的作用。

（二）天然鵝卵石散鋪護坡

上游山區型河道存在洪水暴漲暴落、源短流急的典型特征，總體概括為“一短、兩快、四大”的特點，即歷時短，洪水快漲快落，含沙量、水流速度、破壞力、沖刷力大。

山澗河谷型河道易受洪水沖刷，造成河床淤積加劇、河岸崩塌陡立，漫灘堆積、河道寬窄不一，岸線不穩、泄洪能力差，沿岸鄉鎮安全受到潛在威脅。

雖然傳統的護坡型式或混凝土擋墻能夠達到抗滑穩定、防洪安全等要求，但硬質式護岸的生態景觀效果較差。根據工程實踐經驗和類似項目設計方案，遵循就地取材、因地制宜的原則，充分考慮自然生態與防洪排澇最終選擇鵝卵石散鋪護岸，以充分發揮其生態效益效果和體現河道自然風貌。

施工方法：天然鵝卵石散鋪護坡比較適用于具有較緩比降的寬淺灘處，通過造灘、護坎創設奇異的河流風貌，通常這生態護岸建于急流或彎道處的常水位以下。工程商要求卵石粒徑搭配合理、坡面自然、擺砌整齊，河槽底、頂厚1.2m和0.8m。河道護坡為細石級配，生態護岸厚約0.4m，基底深1.5-2.0m、寬1.0-1.2cm，可以適當加大彎曲和易沖刷河段的基座。

（三）新型預制混凝土塊護坡

平原型河道治理工程普遍存在石料采購困難、難以保證施工質量的問題，河道整治存在較高的環境要求，并且大多數為城區治理河段，將孔隙率較高的混凝土預制護坡用于河道治理中的迎水側護坡。

預制塊護坡存在管護方便、便于維修、工期短、強度高、穩定性好、可機械化施工和工廠化預制等特點，較高的孔隙率有利于發揮其良好的消浪功能，具有良好的堤坡變形適應性，鄉土草種能夠生長于孔隙內，成本投資適中且護坡生態性較好。新型預制混凝土塊護坡既有保持水土、加固土壤、美化城市形象的功能，又能符合生態環境及現代人們生活需求，這種護坡結構型式多樣，其適用范圍也存在一定差異，自鎖式、連鎖式和新型大三角式預制塊生態護坡比較常見。

近年來，在河道生態治理工程中新型大三角預制混凝土砌塊生態護坡得到越來越廣泛的應用，并且其環境、經濟效益較好。從工程實踐出發，因受到船行波、風浪、暴雨及船閘泄水水流沖刷等因素作用，通航河道淤積、岸坡崩塌等問題突出，而這種護岸型式能夠有效解決以上問題。

將4塊呈三角形的單個塊體拼接在一起可形成新型大三角預制混凝土砌塊生態護坡的基本單元，每個單元呈正方形，其尺寸為1.2m×1.2m，護坡厚120mm，這種鉸接連鎖構造的生態護坡結構能增強岸坡的抗沖能力，預制塊設置于迎水側時宜用鋼絞線連接穩固，并且水下施工的基本條件為鉸鏈成排，從下而上依次鋪設1層土工布、厚100mm的碎石墊層。為更好的突出護岸的生態效果，可以將三葉草、貓尾草、紫苜蓿等矮草播種至水面以上預制塊開孔之間，草皮種植前將厚40-100mm的腐殖土鋪筑于坡面上，合理養護草皮以提高其成活率。

（四）現澆植草型生態混凝土護坡

現澆植草型生態混凝土護坡主要由隨機復合而成的多孔型混凝土組成，其中少量的細料、混有硅灰與爐渣的水泥、粗制骨料為制作多孔型混凝土的主要原料，這種護坡型式一般包括保持水土的原料、肥料、多孔混凝土材料和種植型土壤等。工程中，磚石或碎石粒徑應符合植物生長要求，以植物根系附著于生長空間實現混凝土構件的綠化，有效融合環境保護與工程建設的目標。

從上而下現澆植草型生態混凝土護坡的結構層為70mm厚客土種子、100mm厚生態混凝土和30m粗砂，孔隙率要求25%-30%，抗壓強度最低≥7MPa。施工過程中先將C20混凝土澆筑至坡面上，框格尺寸2m×2m，框格梁寬0.12m、深0.25m，相鄰縫隙之間距離16m，將閉孔板（厚10mm）填至封內。將適于植草的生態混凝土澆筑至框格內，植草自然搭配且不少于2種類型，綠化率要求超過95%。

這種護坡一般適用于邊坡較高的河段，其具有良好的生態效果，但投資成本較高，對骨料級配和施工工藝的要求嚴格，因此多用于景觀要求較高的城區河道治理工程。

四、結語

防洪安全為河道整治工程的基本要求，如何有機結合生態建設與防洪減災，實現“生態、自然、水清、岸綠”的治理目標逐漸成為河道治理的發展方向。生態護岸設計應堅持利于維護、經濟合理、生態優先、安全適用、節約資源的原則，注重新設備、新技術、新材料在河道治理中的使用，在選擇護岸、護坡結構型式時盡可能避開傳統的硬質式措施，防止出現視覺上的污染。在保證防洪安全的情況下，將河道治理呈人水和諧、水質清澈、綠色環繞的“生態廊道”，已成為現代水利和水生態文明的必然要求。