坡改平生態護坡技術在柳河彰武段堤坡中的應用

盧 敬

(興城市水利事務服務中心，遼寧 興城 125100)

堤坡的土質和保水能力較低，植被難以生存，削弱了堤壩的生態效應，堤壩的空曠地帶容易出現灰塵，嚴重影響了該地區的環境質量。經過長時間的風蝕和雨水侵蝕，堤壩遍布全身，嚴重威脅堤防的安全運行。生物護坡載體不適合建設在細沙堤護坡在干旱地區，當前生態護坡類型包括生態聯鎖磚、生態混凝土等，生態聯鎖磚由于其具有一般的生態效果、抗侵蝕和水土保持功能，在后期處于中等層次的運營和維護管理，從工程實例的早期應用來看，后期難以有效保證生態聯鎖的運營、維護和建設周期，項目實施效率不高。盡管生態混凝土具有良好的生態效果，但其施工周期長，早期維護成本高，與堤防內部土壤質量的相關性低。內部保水很難進行土壤補給，需要人工澆水，導致后期維護成本高。

坡改平生態護坡技術是水土保持科學研究成果近年來完成的，該技術是解決公路基礎設施常見土壤侵蝕問題的一種新的生態邊坡防護技術，然而，它在河道中的使用仍然有限。該技術的特殊結構使其特別適用于需要大規模現場控制的建筑項目，如道路和河流工程。它可以完全依靠天然植被恢復綠色邊坡。自然恢復的雜草具有較強的抗旱性，能承受貧瘠的條件，能抵抗沙塵暴和干旱地區，有效地減少了景觀設計、未來維護費用和項目成本[1-3]。

1 堤防堤坡破壞機理

1.1 氣候

在風沙干旱地區，降雨量少，壩坡的土壤水分不足，植物難以生存，如遼寧柳河彰武段，氣候屬于半濕潤的大陸性季風氣候，太陽輻射充足，晝夜溫差變化較大，春風強而頻繁，冬季較長，年平均氣溫7.2℃，最高氣溫37.1℃，最低氣溫-30.3℃，平均風速3.6m/s，最大風速37m/s，柳河兩岸的堤壩長期暴露在自然環境中，普遍裸露在外，損壞嚴重。

1.2 土壤特征

細沙材料的抗剪強度低，土壤和水的保持力差，而且抗侵蝕性差等問題，導致細砂路堤的邊坡受到嚴重的土壤侵蝕。土質較差，堤壩易受雨水侵蝕，形成雨水溝，嚴重威脅堤壩的安全運行。柳河是泥沙含量較大的一條河流，上游鬧德海水庫植被稀疏，水土流失較為嚴重。侵蝕系數超過2000t/km2，河沙含量超過40kg/m3，是遼河流域的采砂最高的區域。路堤填充物主要由河流兩岸的細沙和粉質土組成，黃色至黃褐色，疏松至微密狀態，細砂顆粒與基礎之間沒有內聚力，內摩擦角小，抗剪強度低，平均粒徑小，導致細沙對雨水侵蝕的抵抗力較弱。堤身土顆分試驗成果詳見表1。

表1 堤身土顆分試驗成果統計表

1.3 植被覆蓋

植被覆蓋和枯枝落葉能有效減少雨滴侵蝕，有效攔截部分降雨，減少降雨量，保水性，有效地控制水土流失。植被還增加了土壤空隙的比例和結構，有利于水滲入土壤，減少徑流的數量和速度，有效防止水對土壤顆粒的沖刷作用，形成自然的徑流調節效果。較細的植被還可以增加土壤壓實度，防止斜坡侵蝕，提供有效的斜坡護坡及護坡工程，并加強流域的沙土涵養能力。考慮到當氣候條件基本不變，堤土沿著線應該放棄，應該采用方便和廉價的細沙，購買土材料的項目成本高和經濟合理性差。為解決風沙干旱帶細砂堤防邊坡破壞問題，為解決植被覆蓋率低問題的生態化考慮采用生態護坡是解決植被覆蓋率低問題的合理可行的途徑。

2 粉細砂堤防護坡型式

鑒于生太護坡介質不適合在風沙干旱地區的侵蝕控制壩建設，生態加固最好采用其他護坡方法，論文對河道治理工程中常用的兩種生態護坡方法的結構進行了分析。并研究了一種適用于風沙干旱地區粉細砂建設的新型生態護坡方法。

2.1 生態聯鎖磚

生態聯鎖磚是不同規格型號的預制混凝土砌塊的總稱，厚度為100mm，長度為400～500mm，寬度約為300mm。中間的一個或多個洞用來填土和種植作物。由于其特殊的抗沖擊性和在斜坡上植被生長的空間，它通常被稱為生態聯鎖磚，以區別于傳統的實心聯鎖磚。生態聯鎖磚適用于小流域的堤防施工，以控制水土流失。聯鎖磚具有特有的聯鎖功能，有效地減少了磚在水中的整體穩定性[4-5]。柔性開孔滲透性降低了沖擊水的速度，降低了水壓，改善了排水性能。由于有了開口，滲流和排水效果得到了增強；還可以增加植被覆蓋率，具有顯著的生態效應。

2.2 生態混凝土

生態關注的是生物體和其直接環境之間的關系；混凝土由膠凝材料、水基材料和骨料按一定比例形成的，有一定養護和固化的人工材料，并具有一定生態效應的混凝土，稱為生態混凝土[6-8]。與傳統混凝土相比，它的水泥用量明顯減少，具有良好的滲透性和水處理性能，具有生物兼容性[9-10]，它對生態的影響主要是附著生物，對生物的生長影響不大。

2.3 新護坡型式

生態聯鎖磚由于抗水土流失能力和生態效果一般，前期和后期維護管理成本相對較高，后期維護難以保證，導致工程保證率低；然而，生態混凝土的建造需要很長時間，初期維護成本較高，后期維護成本更高。由于大部分需水量來自降水，也需要人工澆水，內部土壤用水量相對較少。因此，有必要探索一種新型的生態護坡在某些領域需要高耐水土流失和生態效應。經調查，發現坡改平生態堤壩的坡度滿足上述條件。

這是一種新型的生態護坡技術，旨在解決土壤侵蝕的問題，從20%～80%的土壤流失的六邊形空心護坡塊，被廣泛用于道路、河道和其他基礎設施。生態護坡技術的特殊結構使其特別適用于現場管理粗放的建設項目，如道路、河流等，天然植被的綠色邊坡可以完全恢復，自然再生的雜草具有很強的適應性和抗旱性，可以大大節省綠化成本，同時后期維護成本和項目成本可以大大降低。

3 坡改平技術工藝

3.1 技術原理

其施工原理與生態聯鎖磚的施工原理幾乎相同，通過預制混凝土砌塊的安裝互聯，完全覆蓋整個邊坡，并通過預制砌塊中間的孔洞對邊坡進行生態修復。除了外觀的不同，兩者最大的2個差別，①坡改平生態防坡塊的坡面為水平面，坡面為傾斜面，即通過將原坡面施工成與梯田性質相似的連續臺階，然后實現節水效果，降低坡垂直流量，也是坡改平名稱的主要來源；②生態護坡塊體邊坡具有3個滑動阻力齒，為了確保斜坡的穩定性，與斜坡的摩擦力進一步增加。這種生態護坡塊將其內部結構與小平面上的斷坡相結合，與地面融為一體。坡體上端處于水平狀態，可以穩定斜坡地面，這也有助于保留水分和減少沙子。與以前的六邊形空心磚相比。該技術減少了90%以上的水土流失，從而提高了護坡水平。適宜的牧場包括高羊茅、葦狀羊茅、魯山、夏芳草、五葉芳草和二月蘭。

3.2 施工工藝

該生態護坡塊的施工順序為自下而上，即邊坡平整后，先在坡腳處砌體基座，再由基座向上逐層施工。坡改平的生態塊的下部應以恒定的深度鋪設在具有不同坡度系數的斜坡上，這樣，上部是水平的，上部與斜坡相連。每個邊坡平整施工后，用混合草籽和肥料的種植土填充生態護坡塊，并壓實，當施工到達靠近坡頂的空間，對于少于一塊的空間，采用上坡腳塊或現澆混凝土封閉坡頂，下半部分與保護腳的接縫處還用現澆混凝土密封，防止雨水通過縫隙與坡面直接接觸而造成的接觸性侵蝕。塊內種植的植被和土壤減緩了流入堤壩的水流，并降低了堤壩上的流速。另一方面，當路堤內部的孔隙水通過邊坡滲透時，也可以起到過濾作用，避免路堤內部細土的流失。造成路堤迎水邊坡的失穩。坡改平的生態護坡塊為六邊形正方形，每個外緣長度20cm，單塊重量約15kg，適合人工施工，據研究，每平方米(8片)到項目現場的落地價約為110元，人工澆筑單價約為20～25元/m2，種土、草籽、化肥的建設成本約為5～7元/m2，生態護坡塊體建設項目的直接投資約為136～143元/m2。簡單的早期維護是坡改平的生態護坡塊的另一個主要特征，由于在坡面上保水效果好，灌溉周期相對較長，雨水收集利用率高。

4 實例應用

4.1 工程概況

柳河在彰武縣境內缺乏用于路堤建設的粘性土壤，建筑基本上是由細沙構成的。目前，護岸主要采用混凝土板。河堤生態恢復較差。大雨過后，山體滑坡和因侵蝕而導致的局部斜坡塌陷對堤壩的安全運行有很大影響。堤壩的土質和保水能力較低，坡上的植被難以生存，堤壩的生態效應較弱，堤壩的空地上會產生粉塵，嚴重影響該地區的環境質量。經過長時間的天氣侵蝕，大堤上布滿了雨滴，對大堤的正常運行造成了嚴重威脅。細沙不適合作為斜坡生物保護的直接介質，因此必須使用其他工程手段在堤岸斜坡上構建生態系統，以創造干燥區域。

4.2 坡改平生態護坡結構優化

4.2.1坡頂封頂型式優化

目前，在的生態護坡工程中，大多數坡頂都是通過護坡塊與邊坡直接相連的，由于采用六邊形結構，邊坡的頂部塊體可能無法直接與頂面連接，導致護坡與頂部連接松散，坡頂的土壤很容易被降雨沖走，使施工變得困難，而且不美觀。這是解決上述問題的好辦法。混凝土抹灰的具體規格為厚5cm，水平段長15cm，坡段長度根據頂塊與坡頂的距離確定。采用混凝土抹面進行封頂，這使路堤塊和坡頂之間的連接更加緊密，防止了坡頂的侵蝕，改善了路堤運行的穩定性和外觀。

4.2.2砌塊內土壤改良

為提高保護區內的植物存活率，建議使用耕作土作為坡改平內的土壤材料進行邊坡整平，對于以細沙為主的風沙干旱地區，耕地稀缺，外購成本高。沿線土壤以砂土為主，獲取方便，成本低廉。其中，清表土材料中的淤泥含量相對較高，滿足植被生長要求的景觀設計可以取代購買的農業用地，并減少項目成本。

4.3 坡改平生態護坡實際效果

4.3.1施工前準備

拆除現有護坡后，進行現場清理和整坡，從外部購買護坡塊、種植土等材料。所用砌塊的技術指標見表2。

表2 砌塊技術指標

4.3.2砌塊鋪設施工

(1)根據施工要求，沿坡度上下懸掛直線，然后按直線鋪設，從下往上鋪設，將相鄰的護坡塊擠緊，將水平線、垂直線和對角線對齊，保持上表面水平。

(2)按水平方向順序鋪設磚塊，以砌塊垂直邊緣為鋪設標準，砌塊垂直深度按坡度比確定，相鄰砌塊間磚按同一水平標準水平線鋪設。并要求絕對水平保證。水平鋪磚采用梅花形，相鄰磚之間的斜標高有效控制在9cm左右，最佳鋪磚方向是將磚斜放在中間位置。

(3)坡腳第一排塊體設置趾石，頂面靠在趾石上，與頂面齊平。砌塊內部的土壤填充應控制在上邊緣以下2cm處。

4.3.3護坡砌塊種植植物

(1)植物栽植。坡改平護護坡砌塊安裝完成后，用砂土和農家肥填充塊的孔洞，適當壓實，并開始播種草籽，草籽播種標準：高羊茅每孔播種約10粒，苜蓿每孔播種約5粒，然后覆蓋1cm的土壤，覆土后，每塊磚內部的土壤表面距離磚的頂部邊緣2cm。

(2)灌溉。施工完成后，應一次性澆足量的水。應使用灑水噴頭和慢速灌溉，確保水不會從砌塊上溢出，侵蝕或破壞砌塊下面的土壤和植被。

(3)栽植植物養護。灌溉應在施工后15d內進行，這取決于天氣條件和場地的土壤含水量，在草籽發芽和出現3片真葉之前，保持土壤濕潤，可以將澆水減少到適度水平，在施工后1個月內，應根據植物生長情況進行補水，然后對這些植物進行管護，如果在施工結束后，經過3個月的觀察，堤壩上的植物都很健康，生長良好，那么基本解決水土流失問題。

4.4 效果對比

實施后，水土保持效益明顯，與老式護坡磚技術相比，土壤流失可減少90%以上。而且磚的特殊水平結構可顯著提高降雨量和水保效果。也有越來越多的方法來配置具有高景觀效益的種植安排，這項技術豐富了種植選擇，斜坡上的種植選擇范圍已從單一花卉擴大到灌木和草坪的組合種植和重新植被。還可以根據景觀需要在斜坡上組合不同的灌木和草本植物標本，并將斜坡保護項目與周圍環境相結合。它們還提供了后期管護投資、旺盛的自然植被生長、良好的保水和景觀效益，并大大減少了后期管護投資。

5 結語

坡改平生態堤壩設計適用于坡面水土流失嚴重的堤壩工程，生態堤壩設計的單價約為135元/m2，相對較高，適用于對生態景觀要求較高的城市地塊。混凝土抹面可以用來連接坡塊和坡頂，以減少坡頂的泥沙流失，改善抗滑穩定性和外觀。在耕地土壤匱乏的地區，在經過表面處理的地基上使用混有肥料的沙質土壤可以節省施工時間和投資。