平原河网地区中小河道生态护岸研究

2016-07-06李红艳上海友为工程设计有限公司上海200333

水利规划与设计 2016年1期

关键词：石笼河网护岸

李红艳（上海友为工程设计有限公司，上海200333）

平原河网地区中小河道生态护岸研究

李红艳
（上海友为工程设计有限公司，上海200333）

通过工程设计经验总结，结合调查研究和现场试验，分析了传统护岸与生态护岸之间的区别，汇总了平原河网地区中小河道常用的生态护岸形式及其适用范围，提出了各类生态护岸的布置原则与设计要点，有关经验可供相关专业人员参考。

平原河网地区；中小河道；生态护岸

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.01.025

我国传统的河道护岸形式多为河岸衬砌硬化、修筑防洪堤岸并实施硬化护坡，此类方式的缺陷较多，对河道生态环境、人类生活环境和自然景观的影响较大，与当前我国提出的水生态文明理念不适应。在我国平原河网地区，中小河道纵横交错，河道沿线工业、农业、生活污染源较多，河道水质大多较差。基于此，在水生态文明建设理念下，平原河网地区各地正在大力推进生态河道、生态护岸的建设。但生态护岸是一种新兴的护岸形式，近年来虽有很多科研工作者做了大量的研究，但尚未形成一个完整的体系。为此，本文通过大量的工程设计经验总结，结合调查研究和试验分析，汇总了平原河网地区10种中小河道常用的生态护岸形式及其适用范围，旨在为平原河网区中小河道生态护岸建设提供参考。

1 生态护岸的定义与作用

生态护岸是指为恢复河道滩岸边坡的生态系统，防止坡面水土流失，利用植物或者植物与土木工程相结合，对河道坡面进行防护的一种河道护坡形式。它集防洪效应、生态效应、景观效应和自净效应于一体，除防止河岸坍方之外，还能使河水与土壤相互渗透，增强河道自净能力，并有一定自然景观效果。生态护岸与传统护岸的主要特征区别如表1所示。

表1 生态护岸与传统护岸的区别

2 平原河网区中小河道常用生态护岸形式

按护岸材料类型，生态护岸可分为自然型生态护岸和人工型生态护岸。根据调查，结合实际设计经验和试验分析，在平原河网区中小河道治理中，常用的自然型生态护岸主要有植物护岸、抛石护岸；人工型生态护岸主要有石笼护岸、半干砌石护岸、生态袋护岸、土工材料护岸、复合生物垫层护岸、开孔式混凝土砌块、生态混凝土、植草砖等，具体分类及使用范围如下。

（1）植物护岸

主要是在岸坡栽植植被，通过植被根系的力学效应和水文效应来固土保土，防止水土流失，满足生态环境建设的需要。植物护岸的坡度一般不宜大于1∶2.5，且不宜应用到长期浸泡在水下、行洪流速超过1m/s的迎水坡面和防洪重点河段。为了增加护岸的抗冲刷能力，在自然植物的基础上发展了活体枝条捆或活体木桩（柳枝为主）等新型的植物护岸形式，用枝条进行土体固定，可以运用在坡度小于1∶2～1∶1.5的边坡。

（2）抛石护岸

在传统抛石护岸技术基础上，在抛石缝体中填置土体，扦插植物活枝条或木桩，并结合撒播草种等植物措施。为保持坡岸稳定，在坡度1∶2.5及更缓时使用。

（3）石笼护岸

石笼护岸分为两类，分别为石笼格网护垫和石笼格网挡墙。石笼格网护垫采用厚度为0.15～0.30cm的网箱结构，内填石块；石笼格网挡墙是由厚度为0.5～1.0m的钢丝格网网箱叠砌而成的挡土墙结构，用于代替浆砌石及混凝土成为河流护岸挡墙。填充石块时，常水位以上结构在孔隙间人工铺设土层，土体内插种活植物条，表面撒播草籽。石笼护岸一般用于流速不大于4m/s的河道。

（4）半干砌石护岸

对于既要能抵抗急流冲击，又要求与自然河岸相近的较大河流，可采用混凝土格加固卵石下部的半干砌石护岸。同时在半干砌石护岸前部设置供鱼类和水生植物生长的石堆，卵石上铺设一层种植土，其上扦插柳枝，栽植灌草。

（5）生态袋护岸

用聚丙烯（PP）或者聚酯纤维（PET）为原材料制成双面熨烫针刺无纺布加工而成的袋子，装土在岸坡上呈阶梯状排列（土体包括草种、碎石、腐殖土等材料），用于岸坡防护。生态袋表皮亦可通过混播、插播、铺草皮及喷播等方法实现植物生长。一般用于流速不大于2m/s的河道。

（6）土工材料护岸

分为土工网垫、土工格栅等多种形式。土工网垫主要是由聚丙烯等高分子材料制成的网垫和种植土、草籽等组成；土工格栅是由聚乙烯片材经高强度焊接而制成的一种三维网格结构，置于岸坡土体中，并在格栅中放置种植土、草籽等，用于岸坡防护。适用于坡度较缓，流速不大的河道。

（7）复合生物垫层护岸

用可降解的椰壳纤维、棕榈纤维、稻草、芦苇等天然纤维制成的天然材料织物，结合植被一起应用于河道岸坡防护。适用条件同土工材料。

（8）开孔式混凝土砌块护岸

在保证护坡功能的前提下，对混凝土砌块适当开孔，孔内放置碎石、腐殖土、植物种子等，或同时扦插枝条或播草籽，实现护坡与绿化。在河道流速不大于3m/s，且坡比在1∶2及更缓时使用。

（9）生态混凝土块护岸

利用混凝土预制件构成的各类孔状结构，堆于岸边，在孔状结构内铺植腐殖土，栽植植物等。适用于流速不大于3m/s的河道。

（10）植草砖护岸

由水泥和粗骨料胶结而成的无砂大孔隙混凝土制成的砖状体，堆叠于岸坡，并在块体孔隙中充填腐殖土、种子、缓释肥料和保水剂等混合材料，实现坡岸防护与植被绿化。适用于流速不大于4m/s的河道。

各类护岸材料的适用性统计见表2。

3 生态护岸布置原则与设计要点

3.1 生态护岸布置原则

3.1.1 护岸形式选择

护岸选型要结合河道的形态和功能布设，兼顾用地限制、城镇规划、防洪规划、生态景观等，突出主要影响因素，适当兼顾其它因素综合考虑；对于较长河道，宜考虑多种形式护岸交替布置，在水动力作用较为强烈的弯道顶冲部位，可采用抗冲性较强的人工型护岸，而对于顺直河段，尽量采用生态性较好护岸；对水上部位采用生态型护岸，而对于水下护脚，则采用非生态型护岸措施；生态护岸选型、选材中要考虑护岸的全寿命使用成本，减少护岸营运期的维护工作量；护岸的选型或用材宜与周围人文环境、建筑风格以及城镇规划相协调，能够较为融洽地融入周边环境中；对于工程数量较大的护岸，选型中要尽可能考虑护岸的工程造价。

3.1.2 护岸材料选择

生态护岸材料要保证其结构的安全、稳定和耐久性等相关要求，材料本身不会引起对环境的不利影响，同时能较好的为河道生境的连续性提供基础条件；护岸构筑材料首选当地供应充足、价格适宜、环境融合性较好的天然材料，以便施工。

3.2 生态护岸设计要点

3.2.1 前期调查

在生态护岸设计过程中，首先应提出几种设计方案进行比选，在确定设计方案后应对工程区进行调查，以确定生态护岸技术是否适用。调查主要包括地形地貌、河道水文条件、岸坡土体的物理和力学性质、现场可用或容易取得的施工材料等。

表2 护岸材料适用性统计表

3.2.2 植物种类选择

选择合适的植物种类对项目的成功实施非常必要。采用天然材料护岸时，特别是通过植被措施护岸时，所选物种应对当地的气候水文条件有较好的适应能力；为提高植物的抗逆作用和景观效果，应混合选用多种植物；应优先考虑采用当地的原有物种，尽量避免引入外来物种，以减少可能存在的不可控因素；对污染严重的河段，优先考虑对N、P等营养物质有较强去除能力的植物种。同时，对于城镇景观工程河段，也可以按照园林设计思路，适当种植一些观赏植物和花草。

3.2.3 土体压实控制

从植物生长的角度分析，压实度过高会阻碍植物根系的发育，影响植物生长，影响护岸的生态效果。根据研究，土体压实度介于80%～85%时，基本能满足岸坡稳定性和植物生长发育的双重要求。因此在河道岸坡比较缓，能满足整体抗滑稳定要求的情况下，可以选择比较低的设计压实度，使表层土的沉降不要过大或避免表面侵蚀，以保证植物的生长发育。在大多数情况下，需要对深层土体进行良好的压实，使土体具有良好的力学性能，以满足整体抗滑稳定要求，而对表层土则通过植被措施进行土壤侵蚀防护。

3.2.4 反滤层设计

对于生态护岸结构，一般具有较大的孔隙率和较强的透水性，如将这些结构直接作用于土坡，在水流和波浪的淘刷作用下，其下面的土层在植被完全发育之前将会受到严重侵蚀，可能导致防护结构丧失稳定性。因此，在这些防护结构下面设置反滤层是十分必要的，对于生态护岸结构，一般使用土工织物反滤层。反滤层结构一般应遵循保土性、透水性、防堵性和强度准则。

除此之外，与传统提防、护岸设计类似，在生态护岸设计中还应对护岸的抗冲、抗侵蚀、抗滑稳定性进行分析，以确保工程安全。