聯(lián)鎖式生態(tài)護坡在漢江雅口航運樞紐工程中的應(yīng)用

◎ 郭玉濤 李潤杰

1.中國葛洲壩集團市政工程有限公司；2.湖南省水利水電勘測設(shè)計規(guī)劃研究總院有限公司

1.引言

傳統(tǒng)的水利工程護坡只是注重了河道邊坡及其周圍環(huán)境的安全，更多的是強調(diào)其強度功效，忽略了邊坡與周邊生態(tài)環(huán)境的交換過程，影響了邊坡周圍各種動、植、微生物的生存，破壞了原有的生態(tài)環(huán)境。生態(tài)型護坡在保證護坡滿足設(shè)計強度、安全性和耐久性的前提下，保護、創(chuàng)造生物良好的生存環(huán)境和自然景觀，兼顧工程的護坡效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)，以達到一種適合生物生長的仿自然狀態(tài)，有效的保護了原有的生態(tài)環(huán)境[1]。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，尤其是十九屆五中全會“堅持綠水青山就是金山銀山”理念的推廣，人民越來越意識到保護環(huán)境的重要性，生態(tài)型護坡是水利工程護坡后續(xù)發(fā)展的必然趨勢。

2.工程概況

雅口航運樞紐位于漢江中游丹江口～鐘祥河段、湖北省宜城市下游15.7km處，上距丹江口水利樞紐203km，下距河口446km，是漢江干流湖北省內(nèi)梯級開發(fā)中的第6級，其上下游分別與崔家營梯級和碾盤山梯級銜接，距上游崔家營梯級約52.67km，距下游碾盤山梯級約59.38km。樞紐正常蓄水位55.22m，相應(yīng)庫容3.37億m3，裝機容量75MW，航道等級為Ⅲ（2）級，設(shè)計通航船舶噸級為1000t。主要建筑物包括船閘、泄水閘、發(fā)電廠房、土石壩、壩頂交通橋、魚道等工程。工程開發(fā)任務(wù)以航運為主，結(jié)合發(fā)電，兼顧灌溉、旅游等綜合利用效益[2]。

3.聯(lián)鎖式生態(tài)護坡設(shè)計

聯(lián)鎖式生態(tài)護坡是一種集護坡、生態(tài)恢復、裝飾于一體的生態(tài)保護系統(tǒng)[3]。該系統(tǒng)主要由預(yù)制聯(lián)鎖式護坡磚相互鑲嵌嚙合聯(lián)接成一個整體，其中磚體的種植孔可實現(xiàn)快速綠化，起到生態(tài)修復作用，磚體底部墊層料的滲透性可保證河岸與河流水體之間的物質(zhì)交換，從而實現(xiàn)生態(tài)護坡的功能[4]。

3.1 護坡工程布置

本工程應(yīng)用聯(lián)鎖式生態(tài)護坡的部位主要有右岸土石壩、連接段土石壩、尾水防洪堤、廠區(qū)上下游隔流堤、左岸土石壩、魚道工程等部位，根據(jù)接觸河流沖刷的情況將其分為輕型、重型兩種護坡形式。其中廠區(qū)上下游隔流堤由于長期處于河水沖刷狀態(tài)采用重型護坡，單塊預(yù)制護坡磚尺寸為480mm×480mm×250mm，重約79kg，C30混凝土；其余部位主要接受雨水沖刷，屬于普通坡面防護，因此采用輕型護坡，單塊預(yù)制護坡磚尺寸為495mm×295mm×100mm，重約22kg，C20混凝土，具體型式如圖1所示。

圖1 預(yù)制護坡磚大樣圖

3.2 護坡結(jié)構(gòu)型式

重型護坡坡比1：3，主要是在原始回填料上分別鋪設(shè)土工布、卵石、土工網(wǎng)墊層，然后鋪設(shè)重型預(yù)制塊；輕型護坡坡比1：2.5，主要是在原始回填料上鋪設(shè)粗砂、卵石墊層，然后鋪設(shè)輕型預(yù)制塊。其中重型護坡設(shè)計考慮防止河水沖刷，相較輕型護坡，墊層方面增加了土工布、土工網(wǎng)來進行坡面加固，護腳設(shè)計為1m（高）×0.6m（寬），護肩為0.5m（高）×1m（寬）；輕型護坡護腳設(shè)計為0.8m（高）×0.4m（寬），護肩為0.4m（高）×0.5m（寬）。兩種護坡結(jié)構(gòu)型式詳見圖2。

圖2 護坡結(jié)構(gòu)型式典型斷面圖

4.聯(lián)鎖式生態(tài)護坡施工方法

4.1 聯(lián)鎖式生態(tài)護坡施工程序

重型護坡與輕型護坡雖然防護效果不同，但是施工工藝基本相同，具體施工流程見圖3。

圖3 聯(lián)鎖式生態(tài)護坡施工程序

4.2 聯(lián)鎖式生態(tài)護坡主要施工步驟

4.2.1 生態(tài)磚提前預(yù)制

1）由于本工程需要的生態(tài)磚工程量較大，因此采用自加工方式進行預(yù)制。在拌合站附近修建一個5000m2的預(yù)制聯(lián)鎖式護坡磚加工廠，遵循布局緊湊的原則，主要由預(yù)制場、成品堆放場、道路及配套設(shè)施組成。考慮材料的運輸、后期護坡磚的轉(zhuǎn)運和出廠，場地地坪采用振動碾碾壓密實，然后自下而上分別鋪設(shè)10cm的水泥碎石穩(wěn)定層和10cm的C20混凝土。

2）根據(jù)聯(lián)鎖式護坡磚的結(jié)構(gòu)型式、尺寸以及加工的方便性，采用QTY5-15型制磚機進行重型護坡磚的制作，采用定制模具進行輕型護坡磚的制作；兩種生態(tài)磚均提前進行預(yù)制施工，待護坡工作面出來后即可及時進行護坡施工。

4.2.2 施工準備

基于光伏與空調(diào)負荷協(xié)調(diào)優(yōu)化的有源配電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)壓策略//王琦,方昊宸,竇曉波,陸斌,胡敏強,包宇慶//(24):36

1）根據(jù)控制網(wǎng)定出坡腳的位置并按設(shè)計尺寸完成護腳混凝土的澆筑，使其具備一定的強度。

2）根據(jù)墊層料的厚度、坡頂高程等，在坡面上按10m網(wǎng)格進行放樣，設(shè)置樣樁，在樣樁上劃出各級墊層料在坡面的高程，用油漆標出明顯標志，并妥善保護好樣樁。

4.2.3 坡面修整

建基面根據(jù)設(shè)計高程進行控制，對超挖或欠挖部位修整到設(shè)計高程，使其滿足設(shè)計要求。坡面修整前利用樣樁縱橫拉線對坡面平整度進行檢測，對超高部位進行人工削坡，對欠高部位進行人工回填至設(shè)計高程。另外，對坡面松軟部位進行挖除，用人工置換合格土料進行回填至設(shè)計高程；對坡面土方密實度不合格部位重新進行人工夯實至設(shè)計要求。

4.2.4 墊層鋪筑

1）粗砂、卵石墊層鋪筑：采用自卸車將粗砂、卵石運輸至施工現(xiàn)場，利用樣樁縱橫拉線控制鋪填厚度，按照施工順序自坡底向上分層鋪筑；施工過程中采用挖掘機下料，人工配合攤鋪，鋪筑完成后采用平板振搗器與人工夯實相結(jié)合的方法進行墊層料的壓實。

2）土工布、土工網(wǎng)鋪設(shè)：土工布、土工網(wǎng)在墊層料驗收合格后按照施工順序進行鋪設(shè)，采用人工滾鋪，布面平整，并適當留有變形余量以保證土工布、土工網(wǎng)鋪設(shè)后不影響護坡的斷面尺寸，搭接長度及搭接方式依據(jù)設(shè)計規(guī)范要求執(zhí)行。土工布采用縫合方式進行連接，縫合采用專用縫紉機進行縫合連接，土工網(wǎng)之間采用塑料扎帶人工綁扎搭接，最后將鋪設(shè)后的土工布、土工網(wǎng)每隔1.5～2m用U型釘固定于地面，防止預(yù)制塊砌筑過程中土工布、土工網(wǎng)滑動變形。

4.2.5 聯(lián)鎖式護坡磚鋪裝

2）根據(jù)分段施工長度計算出每個工作段護坡磚的工程量，然后用自卸車將護坡磚延坡頂?shù)缆愤\送至相應(yīng)工作段。

3）在同一工作段內(nèi)，護坡磚的鋪筑從左（或右）下角開始沿水平方向逐行進行，以減小累計誤差，影響鋪筑質(zhì)量。施工時用鋼制滑道將護坡磚坡頂滑至坡腳，在坡腳用橡膠墊圈緩沖接住，然后采用人工鑲嵌嚙合的方式自下而上依次鋪裝護坡磚至坡頂設(shè)計位置，同時應(yīng)注意不得擾動反濾層，重復上述步驟直至完成整個施工段護坡磚的鋪裝。

4.2.6 坡腳坡頂處理

1）坡腳位置鋪設(shè)的土工布、土工網(wǎng)翻折到護腳頂部的高程，用鋪筑的護坡磚作為壓頂，同時在護腳與的第一排護坡磚的凹嵌處填充素混凝土加以保護。

2）坡頂位置鋪設(shè)的土工布、土工網(wǎng)延伸到護肩底部，坡頂處的護坡磚由于坡面斷面長度造成的誤差直接澆入護肩或者在護肩與護坡磚中間澆筑一條素混凝土帶以保證坡面的整體性及美觀性。

4.2.7 種植生態(tài)植物

聯(lián)鎖式護坡磚鋪裝完畢后，在孔洞內(nèi)敷土，并根據(jù)當?shù)氐臍夂颉⑼寥拉h(huán)境選擇合適的生態(tài)植物進行種植，其中重型護坡上為耐水性植物，輕型護坡上為觀賞性植物。

5.實際應(yīng)用效果

雅口航運樞紐工程于2022年1月份開始蓄水，從實際效果看所有聯(lián)鎖式生態(tài)護坡表面整齊、規(guī)則，未發(fā)現(xiàn)沉降、變形等情況，護坡工程運行情況良好。種植的生態(tài)植物從護坡空隙中長出，坡面郁郁蔥蔥，與周邊環(huán)境融為一體，整體景觀效果好。

6.聯(lián)鎖式生態(tài)護坡工藝特點

（1）施工工藝簡單、效率高。根據(jù)聯(lián)鎖式護坡磚型式及工程量的不同，可以提前預(yù)定或者自建加工廠內(nèi)提前進預(yù)制，在護坡工程具備施工條件后即可立即進行施工；同時，聯(lián)鎖式護坡磚的施工只是簡單的鑲嵌嚙合，簡單方便。這種提前預(yù)制、簡單鋪裝的施工方式，普通工人經(jīng)簡單的培訓就能作業(yè)，還可以多個工作面同時施工，加快了施工進度，縮短了工期，對工作面較長的水利工程建設(shè)而言，非常有利。

（2）結(jié)構(gòu)性能好、抗沖刷能力強。聯(lián)鎖式護坡磚采用獨特的聯(lián)鎖設(shè)計，每塊磚與周圍6塊磚互相鑲嵌嚙合形成超強聯(lián)鎖[4]，增強了水平向的相互作用，使得護坡系統(tǒng)具有良好的整體穩(wěn)定性，從而加強了其抗沖刷能力，具體結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 超強聯(lián)鎖的結(jié)構(gòu)設(shè)計

（3）適應(yīng)變形能力強。聯(lián)鎖式護坡磚是磚體單元互相鑲嵌嚙合形成超強聯(lián)鎖，整個坡面為柔性體，避免了出現(xiàn)類似于混凝土現(xiàn)澆板施工中的變形、裂縫等問題。 一旦坡面出現(xiàn)沉陷、變形等問題，只需將相應(yīng)部位揭開重新補填墊層料，整平壓實后更換損壞的護坡磚即可，修補起來方便快捷。

（4）具有一定的景觀效應(yīng)。生態(tài)護坡可以根據(jù)護坡位置的不同種植不同的植物，從而很好的與周邊環(huán)境融為一體，這樣水利工程將不再是單調(diào)的水泥灰，而是可以根據(jù)水利工程不同部位的功效營造不同的生物景觀，對于提高水利工程外觀形象、營造山水一色的水文化、打造特色的水利風景有著突出的作用[5]。

（5）具有生態(tài)環(huán)保功能。聯(lián)鎖式護坡磚因其特有的鑲嵌嚙合結(jié)構(gòu)及種植孔造就了生態(tài)護坡具有較強的透水、透氣性，使河水可以滲入岸坡，保證地下水的正常補給和岸坡水的排出。護坡上種植的草本植物對防止岸坡頂上的水土流失、垃圾及有害水體在地表徑流作用下直接進入河道、溪溝，起到一定的阻礙與凈化作用，減少對河水的污染，有效的保護了當?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)。同時，植物的根系深入土層對坡面結(jié)構(gòu)也起到一定的加固作用[3]。

7.結(jié)語

水利工程建設(shè)與生態(tài)環(huán)境的融合是現(xiàn)代化水利建設(shè)的一個發(fā)展方向，生態(tài)護坡是堤防工程發(fā)展的新趨勢。聯(lián)鎖式生態(tài)護坡是一種新型的生態(tài)護坡技術(shù)，其不僅繼承了傳統(tǒng)護坡物理學意義上的穩(wěn)定，而且發(fā)展了生態(tài)環(huán)保功能，符合保護生態(tài)環(huán)境發(fā)展的趨勢，在水利工程建設(shè)中必將得到廣泛的應(yīng)用。