生態護坡技術在河道治理中的應用研究

曹喜翰CAO Xi-han

（中國石油天然氣管道工程有限公司，廊坊 065000）

1 生態護坡較傳統護坡的優勢

傳統的護坡工程造價偏高，施工及養護難度大，僅考慮了岸坡安全及防洪功能，而忽略了生態環境。生態護坡借助活體植物或配合一些非生命體的植物材料緩解坡面的不穩定性及外界侵蝕，主要借助植被能夠涵水、固土的性能提高巖土邊坡的穩定性，并對其進行美化，是一種綜合性工程手段，涉及到巖土工程基礎知識、環保學知識、園林學知識等，較傳統護坡的優勢如下。

1.1 改善水質，提升水體自凈能力

本身較為光潔、硬度比較高的傳統護坡工程并未配備植物屏障，易使垃圾和徑流污染物進入到水體中，加快水體惡化速度。生態護坡能夠有效滯納雜質和垃圾，并適當過濾污染物，對水體具有保護作用。此外，生態護坡應用的多為環保材料，透水性及透氣性較好，有利于水體、土壤及生物之間的能量和物質循環，從而提升水體自凈能力[1]。

1.2 調節水溫，維護生態系統的平衡

傳統護坡下水體溫度變化幅度大，不利于溫敏生物的生存及魚群產卵，還會滋生一些致病菌。被植被或灌木覆蓋的生態護坡能夠調節光照，避免水溫異常變化。因此，生態護坡對水文生態具有積極影響。

1.3 保護河道生態系統的多樣性

砂礫和混凝土修葺的護坡會加速水體流動，使水流沖刷作用明顯加大，部分微小生物會被直接沖進下游，導致生物種類減少，直接影響周邊生態環境的持續發展。一般來說，河道襯砌完畢之后，沿河生物類型會縮減至原來的33%左右，水生生物類型會縮減至原來的50%左右。生態護坡透水性能好，有助于維護各類生物的生存環境。

1.4 有助于恢復河岸綠色景觀

生態護坡應用了環保材料及節能技術，是對傳統護坡的改進，融入了特色文化景觀等內容，有利于實現人與自然的和諧共處，不僅能夠滿足防洪排澇需求，還能實現和周邊環境的物質交換，構成開放、平衡的生態系統。

2 生態護坡的類型

常見的生態護坡根據使用材料可分為自然材料生態護坡、金屬材料生態護坡、混凝土材料生態護坡、土工材料生態護坡。另外，提出了“新的生態護坡技術”的分類以方便了解生態護坡近年來的發展。

2.1 自然材料生態護坡

①植草護坡。植草護坡是一種利用植被根系的加筋提高護坡土壤和坡面結構穩定性的防護手段，也和其他材料相結合，如植被與土工材料相結合的護坡結構，常見的有結合直立矮墻、混凝土方格植草等技術。在土工材料保護邊坡穩定的基礎上，植物的根系能夠提高坡面的抗沖刷能力。

②木樁植被復合護岸。該技術利用柱形的擾流消渦作用，在沿岸依次打入木樁以達到對護坡的抗沖刷保護作用，在上部土坡種植被。可減少地表徑流，減緩河水對岸坡的侵蝕作用，岸邊的柵欄與植物還可以形成景觀，實現穩定性、生態性、景觀性的統一。

③厚層基材噴薄技術。該技術按比例將不同材料配置成類土壤結構，將種子、肥料，保護劑混入其中，均勻噴涂于岸面，為綠植生長營造良好的環境，植物具有良好的護坡和綠化作用。該技術可修復環境和提高護坡的穩定性，對護坡的保護具有促進作用[2]。

2.2 金屬材料生態護坡

①生態石籠網結構護岸。該技術利用鐵絲網籠將碎石、土塊及肥料混合構成種植基，通過種植基構成土墻或臺階式護坡，通常坡面種綠植以起到綠化和抗沖刷作用，常用于流速較大河段。根據不同力學特點分為重力式擋土墻防護結構、半重力式擋土墻防護結構、穩定路基結構、加筋錨固防護結構。

②金屬絲網箱護岸。該技術在通常將五層或六層金屬絲網箱疊在一起，并用石料對網箱內部進行填充，對網箱的鋼絲進行防腐處理以提高耐久性。網箱內填充材料的孔隙有助于護岸內空氣、水分的自由交換和水生動植物的生存生長，還能夠起到保持水土和消聲斂光的作用。

2.3 混凝土材料生態護坡

①預制混凝土連鎖塊體結構。該結構一般由混凝土材料構成，采用一組幾何形狀、大小、重量都相同的小型結構拼接而成，結構的空隙處可種植綠植提高坡體的穩定性，適用于侵蝕作用較大的河岸。近年來我國學者在研究該技術的過程中，對原有的二維結構進行改進，研究出三維結構的混凝土連鎖結構塊體，大幅度提升了抗沖刷、抗滑和生態性能。

②水泥生態種植基技術。該種植基由固、液、氣三相構成，具備一定強度的多孔材料，固體物質主要由土壤、低堿水泥及有機肥料構成，液體物質主要由水和填充的保水劑構成，由秸稈等物質形成的空隙為氣體部分提供了和外界交換的條件，還可在表面種植綠植起到綠化和抗沖刷作用[3]。

③植被型生態混凝土護坡。該技術因其生產效率高、機械化程度高以及可全坡面噴植的特點，在河道護坡方面被廣泛采用。為減少生態磚之間的滑動，可采用連鎖式砌塊技術固定生態磚。該護坡可強化生態磚和坡面之間的穩固性，加強坡面的生態性和抗沖擊能力，避免水土流失。

④土壤固化劑技術。該技術以水泥和土壤為主體，加入固化劑促進土壤之間的物理化學反應，改善土壤顆粒間的連接結構和接觸關系，提高了土壤的抗壓、抗滲等性能，為綠植提供生長環境。該技術廣泛應用于水利工程、道路交通等方面。

2.4 土工材料生態護坡

①生態袋護岸。在生態袋中加入土壤、碎石和肥料等物質，根據生態袋的柔性特點形成了能夠良好適應坡面角度變化的柔性護坡?？衫蒙鷳B袋、石籠網等材料，改良出了新型生態擋墻，利用石籠網及錨桿進行加固的同時結合生態袋的透水、柔性等特點，相較于傳統的硬質護坡具有生態環保、使用壽命長等特點。

②土工格室生態護岸。該技術因可就地取材的便利性和普適性被廣泛應用于河道防護中。通過在需要保護的坡面鋪設土工格室，在格室空隙中填充碎石、土壤等物質，在表面種植綠植保持水土。實驗證明土工格室抗侵蝕性能良好，對紅壤土邊坡的降雨沖刷防護效果明顯，值得推廣。

③三維植被網護坡技術。該技術包括植被護坡和土工網護坡兩種技術，利用土工網為坡面提供強度，也可利用綠植來保持水土。該技術需要在坡面覆蓋土工材料，為植被生長留夠空間；坡面通過植物根系對土壤進行加固以提高坡面穩定性；若選用根系發達、生命力頑強的植物可以對該技術起到良好的促進效果。

2.5 生態護坡新技術

①特拉錨墊生態修復。采用特拉錨墊固定土壤以減少土壤表面的水分蒸發和地表徑流對土壤的侵蝕作用，為綠植提供了生長基質，并對其生長起到保護作用。技術由兩個結構組成，反濾層保證透水不淤堵；草皮增強墊保護植物根莖以及抗沖刷。

②蜂巢格室約束系統生態護坡。應用蜂巢約束技術實現邊坡填充材料約束和穩定，通過三維柔性蜂巢網狀結構的蜂巢格室及填料、土工布和植被構建復合覆蓋保護層，具有安全可靠、經濟合理、生態環保、穩定耐久的特點[4]。

③“雷諾護墊+高性能基材層”護坡。由雷諾護墊和高性能生態基材層兩部分組成，是一種剛柔結合型護岸技術。剛性部分采用雷諾護墊代替塊石，柔性部分在護墊表層覆蓋一層高性能生態基材。該護岸抗沖性能較好，能夠穩固邊坡，為實際工程設計提供了一定的參考。技術優勢：1）柔性覆蓋，可適應多種不同坡度的邊坡；2）緊密貼合，生態基材具有柔性，可適應坡度起伏的邊坡；3）加速生長，同時具有保護作用。

3 河道治理工程生態護坡技術實例應用

3.1 工程概況

某市主城區水系生態修復PPP 項目工程主要包括水安全、水生態、水景觀。通過本次工程建設，將主城區水系生態系統融入城市生態網絡，構建完善水生態環境。其主要任務是疏浚、開卡及規整河道斷面，調整、恢復兩岸河口，提高城區河段整體防洪排澇能力，并結合景觀工程利用河槽蓄水，恢復河流水系生態環境。

3.2 護坡施工工藝介紹

本工程河道邊坡護坡包括蜂巢格室約束系統護坡和生態墻壁磚護坡兩種形式。工程選用的蜂巢格室采用在高分子材料基礎上改良而成的環保型高分子聚乙烯合成材料，經過超聲波焊接形成三維網狀物。蜂巢格室約束系統護坡效果見圖1。

圖1 蜂巢格室約束系統護坡效果

3.2.1 土工布鋪設

①蜂巢格室底部土工布。經清表、修整后，將土工布鋪設在基面上，堤頂和河底位置需伸出蜂巢格室邊以外20～30cm，防止后期施工中因為壓力等原因使土工布縮入蜂巢格室底部，導致土工布下鋪尺寸不足現象發生。

②生態墻壁磚底部土工布。經清表、修整后，將土工布鋪設在基面上，由于生態墻壁磚碼放方式為自下而上逐步錯臺形式，使得土工布實際使用尺寸大于邊坡平面尺寸，所以鋪設前需經過計算得出土工布的有效使用長度。

③土工布規格。土工布規格為350g/m2，每卷尺寸6m×50m。如遇特殊部位可將原材剪裁成合適形狀進行鋪設。土工布間連接采用搭接方式，搭接寬度30～50cm，搭接部位使用手持縫紉機將相鄰兩塊土工布進行縫合，每處搭接縫合線不少于2 道。

3.2.2 蜂巢格室鋪設

本工程蜂巢格室護坡工程采用“蜂巢格室約束系統”+填充種植土防護?！胺涑哺袷壹s束系統”由蜂巢格室本體+連接材料、連鍵+錨固材料、錨桿+限位帽三部分構成。蜂巢格室壁板有多孔和壓紋結構，通過孔穴內填充物，提供強大的剪切力、摩擦力和側向排水通道，把上部載荷均勻擴散到地基，以提高地基的承載力，適應地基的不均勻沉降，便于河道運營期的機械作業和日常養護工作，避免冬季的凍脹破壞。

坡面專用錨桿+限位帽間距1016～1425mm，為保證蜂巢隔室的整體穩固性，頂排、底排及兩側邊端部采用專用錨桿和限位帽，逐孔釘牢。蜂巢格室施工單側橫斷面見圖2。

圖2 蜂巢格室施工單側橫斷面示意（單位：mm）

3.2.3 生態墻壁磚基礎澆筑

①生態墻壁磚基礎采用素混凝土結構，混凝土等級為C25F150W4，斷面型式為“L”形，用于保證磚體碼放的平整以及磚體防滑。

②基礎每隔10m 留置20mm 寬伸縮縫，防止因基礎承載力變化等原因產生不均勻沉降進而導致基礎斷裂現象。伸縮縫采用L-600 型高壓聚乙烯閉孔泡沫板，表觀密度為0.12g/cm3。

③生態墻壁磚基礎無墊層，無配筋，為素混凝土結構，模板底部采用原基或回填土土模，邊側立模采用木模板與定型鋼模板配合形式。由于內部無鋼筋，所以在模板內架設1.1m 長木方進行支撐，立模底部使用鋼筋打入基礎土體內作為底部限位裝置，模板外側使用鋼管進行頂撐，外側頂撐頂點為模板上口及模板底部雙層布置。

3.3 護坡技術指標參數及施工要點

3.3.1 蜂巢格室約束系統生態護坡施工要點

①土工布鋪設在堤頂和河底位置，需伸出蜂巢格室邊以外20～30cm，防止縮入情況。

②土工布間連接采用搭接方式，搭接寬度30～50cm，搭接部位使用手持縫紉機將相鄰兩塊土工布進行縫合，每處搭接縫合線不少于2 道。

③放置的格室尺寸達到設計要求后，用錨桿進行錨固后，再進行種植土回填施工。

④設計要求蜂巢格室內填充種植土，填充采用機械倒運土料、人工填充方式，嚴禁使用機械將土料直接傾倒在已鋪設完成的蜂巢格室上，防止變形。

⑤蜂巢格室鋪設與其內部種植土填充工序互相配合，在施工作業前，根據現場實際情況選擇種植土導料方向，盡量保證每鋪設一組蜂巢格室后馬上進行種植土填充作業，不得將整片施工區域蜂巢格室全部鋪設完成后再行進行填充作業，防止人力及運力浪費情況發生[5]。

3.3.2 生態墻壁磚技術指標參數本工程生態墻壁磚具體技術參數見表1。

表1 生態墻壁磚技術參數

3.3.3 生態墻壁磚護坡施工要點

①由于生態墻壁磚碼放作業為自下而上逐步錯臺方式，故在施工過程中應先沿邊坡鋪設土工布，而后每碼放一層生態塊在其后側與邊坡形成夾角位置回填原狀土，回填高度與本層生態塊表面平齊即可，寬度為200mm，再進行下一層生態塊碼放施工。

②修坡完成、土工布鋪設完畢后進行生態塊碼放施工，碼放時應先施工最底部一層，使最下層生態塊緊密貼合至基礎固角處，生態塊同層順水流方向相鄰兩塊間應緊密貼合，盡量不留空隙。

③上一層碼放時應與下層生態塊前后方向和左右方向錯開，其中前后方向向河道外側后退200mm，左右方向與下層生態塊錯開250mm，保證邊坡位置生態墻壁磚形成整體，以利于運營期維護作業。

4 結語

總而言之，河道治理工程中硬質護坡存在較大的局限性，已不能滿足現階段生態治理的要求，生態護坡作為水環境修復的“生命體”，可有效改善水環境和水生態，對實現河道治理預期目標具有重要作用。通過全面分析周邊環境與護坡工程的協調關系，合理選擇適用于不同河道的生態護岸技術，在保證河道行洪安全和岸坡穩定的基礎上實現水環境的修復。