航道整治中生態護岸的設計及應用

藍忠義

（南寧航道養護中心，廣西 南寧）

河流護岸工程所處的河岸帶是水陸交錯的過渡地帶，在水陸生態循環系統之間跨越了一道溝渠，對兩者間的能流、物流、生物流充分發揮著過濾器、廊道和天然屏障的性能[1]。在解決水污染、控制水土流失、增加動植物種類、加固岸堤、提高生態系統循環力、調節微氣候指標和美化環境建設等方面都有很大的功能。河流護岸是河水與洪泛濕地進行物質與能量交換最集中、最頻繁的場所，營養富集、生物資源豐富、具有多樣的生境特征，在河流生態系統中扮演著重要的角色[2]。以西江航運干線南寧牛灣至貴港航道整治工程為例，研究生態護岸的設計和應用，對類似工程項目具有參考意義。

1 工程概況

西江航運干線南寧牛灣至貴港3000 t 級航道工程，起點位于南寧港中心港區牛灣作業區，終點位于貴港航運樞紐，全長約228 km。按內河Ⅰ級航道標準建設，通航3000 t 級內河船舶，兼顧平陸運河5000 噸級單船，主要工程內容包括疏浚、炸礁、航標、信息化及配套工程、跨河線纜拆建、航道綠色生態工程。其中生態護岸工程沿線長度24.3 km，由位于西津庫區的覃寨村護岸工程、巒城北護岸工程、高村護岸工程和位于貴港庫區的那陽護岸工程組成。

工程河段大多為石質或卵石與石質混合河床淺灘，以灘上水淺為主要礙航特征，河床總體穩定。本工程是以在實施Ⅱ級航道的基礎上進行的航道整治工程，西津樞紐、貴港樞紐建成后，渠化了河段航道，大部分灘險被淹沒，使得工程河段成為優良的庫區航道。

2 航道設計

2.1 航道水深

航道水深由單船（貨船）吃水深度，按下式計算

式中，T- 船舶設計吃水深度，取為5.0 m；?H- 富裕水深，取0.4～0.5 m，按照規范，I 級航道富裕水深0.5 m，另外卵石和巖石質河床富余水深值另加0.1～0.2 m 以及I 級航道設計船型為5000t 級及以上富裕水深值應另增加0.1～0.2 m。牛灣至西津樞紐段設計水深取為5.9 m，與平陸運河通航相匹配。西津樞紐至貴港樞紐設計水深取為5.4 m，與西津及貴港樞紐二線船閘引航道設計水深相同。

2.2 航道寬度

根據運輸要求和航道條件，航道采用雙線航道，寬度按下式計算

式中，Bsd為下行船舶或船隊寬度，m；Bsu為上行船舶或船隊寬度，m；Ld為下行頂推船隊或貨船長度，m；Lu為上行頂推船隊或貨船長度，m；d1為下行船舶或船隊外舷至航道邊緣的安全距離，m；d2為上行船舶或船隊外舷至航道邊緣的安全距離，m；C 為船舶或船隊會船時的安全距離，m；β 為航行漂角，取3°。

按照表1 的參數，根據公式（2）可計算出航道寬度為90 m，這是設計護岸結構的重要參數。

表1 航道寬度計算

3 生態護岸結構設計

生態護岸設計是將綠色生態的理念引入到航道護岸設計中，在保證航道工程滿足航運功能的前提下，最大限度保護沿岸生態環境、營造適宜生物棲息、居民駐足停留的水岸環境，促進內河水運綠色可持續發展[3]。生態護岸的設計不僅包括傳統的平面布置、高程設計和結構選型設計、還包括水陸過渡帶生物生境設計，以及生態型材料選擇、生態構件形式設計等方面，生態護岸結構型式見圖1。

圖1 生態護岸結構型式

3.1 護岸工程結構形式設計

護岸結構有直立式、斜坡式和混合式3 種[4]，通常以枯水位以上斷面的類型進行劃分，枯水位以上斷面垂直地面的為直立式護岸，斷面為斜坡式的為斜坡式護岸，既有斜坡式又有直立式的為混合護岸。

本河段屬于庫區航道，岸坡破壞多以水庫退水所引起的崩岸為主，且崩岸立面連續高大、水下坡度較陡。河段整治工程中護岸主要采用斜坡式平順護岸，這種護岸形式優點是貼合河岸形態，整體結構穩定可靠，施工便利，維護方便，對水流的干擾小，同時其寬闊的水陸過渡帶增加了水域淹沒面積，容易形成適宜生物生存的近岸淺水生境。同時斜坡式護岸上的漲落水過渡相對緩和，生物生境連續性較好。

3.2 陸上護坡結構設計

內河航道水流速度較大，船行波較高，并且面臨船舶撞擊的風險，其選用的生態型陸上護坡在具有較好生態效果的同時，還應具有較高的強度、較好的抗沖擊能力。常用的生態型結構形式包括鋼絲網墊、三維植生墊、生態袋、綠化混凝土和連鎖塊植草磚等[4]。不同陸上護坡結構的特性見表2。

表2 不同陸上護坡結構對比

從不同陸上護坡結構的整體性、生態性、美觀性、抗沖性和經濟性方面進行綜合比較，并結合工程河段河岸土質、水位變幅、水流強度、風浪、船行波、破壞形式、自然與社會環境要求以及材料來源等方面因素，覃寨村、巒城北、高村和那陽護岸區均位于河道型庫區內，水位變幅不大流速較緩，近壩河段水面展寬風浪較大，船行波作用強且頻繁，岸坡多以水庫退水崩岸為主，陸上以農田耕地景觀為主。為適應水位變動與水流沖刷，抵御風浪與船行波淘刷，阻止岸坡崩塌，同時保持與陸上環境相協調，覃寨村護岸工程、巒城北護岸工程高村護岸工程和位于貴港庫區的那陽護岸工程采用三維植生墊護坡結構。

三維植生墊是一種為防止坡面侵蝕和恢復原有的生態環境，利用植被對航道邊坡進行生態坡面防護的土工合成材料[5]。其以獨特的坡表加筋錨固性和植被共同作用于邊坡，能有效控制坡面水土流失，減輕高水位時洪水對坡面的淘刷，并能美化岸坡環境，具有較好的生態效果，且其施工便捷，已在長江航道中被廣泛采用，工程中的三維植生墊見圖2。

圖2 三維植生墊

3.3 水下護底結構選型

水下護底在保持水上主體建筑物穩定的前提下，因其長期受到水流淘刷作用，還應保持河床基礎的完整與穩定[6]。傳統的排體結構透水性差，容易阻隔水體與土體的物質交換，且排面不利于底棲生物和魚類棲息附著。為增強水下護底的生態性，對于常年處于被淹沒的水下護底工程，生態設計應以滿足水生動物棲息繁殖為主，可利用護底結構開展生境營造[7]。可選用散拋塊石，或碎石、清礁棄渣、疏浚土等作為充填物的充填網（袋）和扭王字塊、魚巢磚等人工預制構件等多孔洞、具有空腔，便于魚類、底棲生物躲避棲息的結構類型。

考慮到工程河段有大量清礁棄渣可用，本著就地取材，資源綜合利用的原則，可將棄渣進行簡單的粒徑分選后，將滿足粒徑條件的渣石直接散拋于坡面，拋石體形成的不平整面層，塊石與塊石間的自然空隙均有利于水生動物躲避棲息。

4 生態護岸結構的應用

生態護岸設計為平順式斜坡護岸，護岸工程上、下游各設長20 m 的銜接段。斜坡護岸由枯水平臺、陸上護坡和水下護底3 部分組成。

4.1 陸上護坡

陸上護坡主要包括岸坡開挖、岸坡回填（棄渣回填、種植土回填）、三維植生墊鋪裝（鋼絲網墊）與植物噴播等工程。

西津庫區覃寨村、巒城北和高村護岸工程陸上護坡按1:2 控制，貴港庫區那陽護岸工程陸上護坡按1:1.5 控制。

（1） 岸坡開挖：當陸上岸坡陡于控制坡度時，按控制坡度進行削坡，形成平整坡面，便于后續三維植生墊鋪裝工程實施。

（2） 岸坡回填：當陸上岸坡緩于控制坡度時，護坡局部需要先回填，回填土應分層夯實，達到原狀土的密度。回填土除表層覆以50 cm 厚的種植土外，底層可以采用工程清礁棄渣作為回填土。

（3） 三維植生墊鋪裝：將坡面上雜石碎物清理干凈，低洼處回填夯實平整，確保坡面平順。將植生墊沿坡面由上至下鋪于坡面上，網墊與坡面之間保持平順結合，網墊邊緣搭接長度不小于2 cm。在坡頂位置延伸40～80 cm，埋于土中并壓實。將網墊自下而上用ф6 mm 以上的U 型鋼筋將三維網固定，U 型鋼筋長約15～30 cm，寬約8 mm，間距約1.5～2.5 m。

（4） 植物噴播：網墊鋪設完畢后，將種植土均勻覆蓋于植生墊上，確保網墊上泥土厚度不小于12 mm。將客土材料和植物種子加入客土噴播機，加水攪拌均勻即可進行噴播施工。

護坡的斷面見圖3。

圖3 護坡斷面

4.2 枯水平臺

枯水平臺為鋼絲網墊結構，網籠框架為長方體，長2.0 m，寬1.0 m，厚0.5 m，內部裝填清礁石渣，枯水平臺底部鋪設無紡布。陸上護坡三維植生墊上緣與枯水平臺上緣搭接平整，并保持枯水平臺被水下護底形成支撐。充填石渣空隙會隨水庫退水有泥沙落淤，形成利于植物生長的基質，最終植被將石籠覆蓋，并能為近岸水域魚類提供遮蔽。

4.3 水下護底

覃寨村、巒城北、高村和那陽4 處護岸工程水下護底均采用清礁棄渣拋石護底。當床面緩于1：3 時，直接在床面上散拋厚度0.8 m 的渣石，形成床面壓載，抵御水流沖蝕，并形成枯水平臺的水下支撐；

當床面陡于1：3 時，床面上散拋渣石，拋石按1：3成坡。拋石護底所形成的拋石體總體輪廓應保持平整，不至形成水下暗礁構成礙航，塊石與塊石間自然堆置，其間空隙利于魚類棲息。

生態護岸工程完工驗收后的實際效果見圖4，達到預期要求。

圖4 生態護岸工程應用效果

5 結論

以西江航運干線南寧牛灣至貴港3000 t 級航道工程為例，研究生態護岸的設計和應用，得到以下結論。

（1） 護岸結構有直立式、斜坡式和混合式3 種，航道護岸結構采用斜坡式結構較合理；

（2） 陸上護坡結構采用鋼絲網墊、三維植生墊能適應工程條件，并且與陸上環境相協調；

（3） 生態護岸的設計方案在工程中應用，取得了良好的效果，達到預期要求。