浅谈河道生态护坡设计

2015-07-25郑丽丽王

陕西水利 2015年3期

郑丽丽王斌

（1.辽宁江河水利水电新技术设计研究院辽宁沈阳 110003；2.沈阳市水利建筑勘测设计院辽宁沈阳 110003）

1 引言

近年来随着人们对生态河道治理越来越重视，传统的河道护坡只重视防洪，而忽视对环境的影响，生态护坡应运而生。生态护坡实现了和谐自然环境和丰富地域文化的双重目的，符合时代发展潮流[1]。如今生态护坡在城市河道甚至城镇河道的应用已非常广泛，而在流经村屯的小河道中的应用极少。在农村水利建设中，流经村屯的小河道作为大中型河道的源头，也是调节区域水资源的主要因素，因而小河道的治理也成为改善人居环境的重要一环。2013年，沈阳市提出将村屯河道治理列为沈阳市的重点工作，党的十八大提出生态河道治理要求，强调切记千篇一律搞河道渠化、硬化。结合沈阳市村屯河道柳匠村（下黑牛村河）治理工程中的经验和教训，依据生态治理河道理念，提出村屯河道生态护坡的几点看法。

2 工程概述

苏家屯下黑牛村河位于陈相街道柳匠村，位于沈阳市南郊区，是以小城镇建设闻名省内，通迅设施齐全，交通便利，火车、公交汽车四通八达，距沈大、沈丹高速公路不超十公里。全村总面积为11 km2，共计220户，总人口1100人，全村耕地面积1900亩，介于东经123°06'～123°46'之间、北纬 41°26'～41°44'之间，地处北温带，属暖温带大陆性半湿润的季风气候，特点是四季分明，雨热同季、干冷同期、光照充足、降雨集中。年平均气温8℃左右，最冷是1月份，最热是7月份。年平均降水量为659.6mm，年日照时数为2498.4h，日照百分率为57%。

3 存在问题

下黑牛村河地处北方寒冷地区，该河穿越柳匠村，下黑牛河处于山丘区，起源于黑牛河水库最终汇入沙河，日常主要承泄黑牛河水库排放的水量，为沈阳郊区典型的农村村屯河道。夏季暴雨时处于高水位状态，汛期水深为2m，但高水位状态历时短。夏季河道常水深0.5m，而秋冬季河道内水位非常浅或者处于干涸状态。下黑牛村河边坡存在问题较为突出，主要表现在由于自然因素及多年未治理，现河道主河槽狭窄，坡脚局部冲刷破坏严重；河道滩地及堤坡开荒，破坏河道；在0+230～0+300右岸、0+480～0+580左岸段河道为险工段，这两段河道两侧均为居民住宅，汛期严重影响河道两侧安全。通过此次人工护砌，可以解决这些隐患，对下黑牛村河及周边环境起到生态保护作用。

4 生态护坡设计

4.1 布局

本次护砌计划对下黑牛河穿越柳匠村段进行生态护砌，其中：左侧护砌长度710m，右侧护砌长度710m，护砌长度共计为1420m。在设计材料选择上本次汲取了沈阳城市河道和城镇河道的经验和教训，柔性生态边坡系统非常适合北方地区寒冷季节的地域情况[2]，北方村屯河道经常是在春夏下雨时雨量较大，秋冬季水位非常浅或者处于干涸状态，冻胀搅动产生体积膨胀，使结构产生很大的附加应力，造成结构局部或整体的破坏，而柔性结构能够适应这种河道面对的问题[3]。本次设计，（1）除险工段外，其他段均采用格宾石笼护脚播撒草籽护坡型式，石笼上铺设一层生态袋；（2）0+230～0+300右岸、0+480～0+580左岸两处险工段采用格宾石笼护脚和植生袋护坡相结合护砌型式。

4.2 选材

图1 石笼护脚孔径铁丝网大样图

图2 护坡形式标准断面图

图3 格宾石笼结构示意图

图4 格宾石笼护脚和植生袋护坡断面图

格宾网是金属线材编织的角形网 (六角网)制成的网箱，使用的金属线径是根据六角形的大小而不同。如果是金属镀层的金属线，则使用线径为2.0mm～4.0mm的金属线；如果是PVC包覆的金属线编织的六角网，则使用外径为3.0mm～4.5mm的PVC(金属)线，网眼尺寸14cm×16cm，外框边缘的线则使用比六角网线粗一号的线。在一些水质不太好且对工程寿命、质量要求高的地方，也可以在镀锌线上再包覆上一层经特殊优化的抗腐蚀聚氯乙烯树脂。该结构具有防锈、防静电、抗老化、耐腐蚀、抗高压等特点，能有效抵抗咸水或高度污染物的侵蚀。

植生袋由聚丙烯为原材料制成的双面熨烫针刺无纺布加工而成的袋子。在充分考虑材料力学、水力学、生物学诸多条件下，具有抗紫外、抗老化、无毒，不助燃，裂口不延伸的特点，真正实现了零污染。拉伸强度≥0.65kN/m，断裂伸长率≤50%。生态袋具有目标性透水不透土的过滤功能，既能防止填充物流失，又能实现水分在土壤中的正常交流，植物穿过袋体自由生长，根系与袋体形成稳定系统。目前我国对于生态袋尚无国家和行业标准，生态袋采用进口材料缝制，其物理指标达到并超过无纺土工织物国家标准。

4.3 护坡设计

4.3.1 格宾石笼护脚：

治理范围：全段河道治理长度710m，除险工段（0+230～0+300右岸、0+480～0+580左岸）外，由于村屯河道断面不大，紧邻河道两侧的居民建筑较多，考虑设计中尽量不涉及征占地情况、季节过流的特点和生态性的要求，采用格宾石笼护脚，石笼挡墙尺寸为2m×0.5m×1.0m，墙顶采用植生袋压顶，植生袋尺寸为0.8m×0.5m，填充以后尺寸为8cm厚。岸坡均采用植草护坡，堤顶两侧栽种0.5m宽灌木带，如实际地形不足0.5m或超出0.5m，按照实际情况栽种，以达到最佳景观效果。

生态袋中装填客土，依靠袋中土的自重保持稳定，袋与袋之间采用绑扎带链接，每隔10个袋布置一个锚杆，插入格宾石笼的缝隙中。待客土植物生长后，依靠透入土体和石缝中的植物根系链接起来，实现既生态环保又稳定边坡的目的。

冲刷深度计算，依据《堤防工程设计规范》GB50286-2013平顺河道冲刷深度，计算公式为：

式中：hs为局部冲刷深度（m）；H0为冲刷处的水深；Ucp为平均速流（m/s）；n为相关系数，一般取n=1/4～1/6；η为水流流速不均匀系数。

经计算，主河槽最大冲刷深度为0.4m。

4.3.2 格宾石笼护脚和植生袋护坡

河道险工段位于河道两个转弯处，分别为 0+230～0+300右岸、0+480～0+580左岸，总长度170m。针对现状存在的问题，采用格宾石笼护脚结合植生袋护坡，植生袋护坡以现状边坡坡比为准，适当修整边坡，护砌垂直高度达到洪水位高度2m。

护坡厚度计算，依据《堤防工程设计规范》GB50286-2013护坡厚度计算公式为：

临近晚上的时候，两个俄罗斯警察来到江大亮的首饰店里，拿着吉平平的照片还有两个中国男人的照片让江大亮辩认，江大亮故意摇摇头说：“不认识。”那两个警察又问了好多，一看问不出什么大名堂就走了。

式中：t为厚度，m；K1为系数；γb为块石的容重，kN/m3；H为计算坡高，m；L为坡长；m为斜坡坡比。

经计算，护坡厚度0.25m。植生袋宽度为0.8m，满足冲刷要求。

4.4 护坡施工设计

4.4.1 格宾石笼护砌施工

（1）格宾石笼护底笼体顺水流方向长4m，宽0.5m，高1m。

（2）格宾石笼每个单体均在现场按图制作，用与网线同材质的钢丝绑扎连接成整体。

（3）笼体内充填石料时严禁抛投作业，填充石料时宜对称填料，且应大小料配合，使充填饱满。

（4）石笼充填满槽后，表层用较小石料（粒径大于10cm）找平，使之平整美观。

（5）格宾网箱供货单位需提供由中国国家认证认可监督管理委员会认证的检测单位出具的检测报告。

（6）竣工后运行期，应对格宾石笼进行管理，防止人为破坏。

4.4.2 生态袋铺设施工

（1）种植土配置：将筛过以后的中性土、草炭土、膨化鸡粪、复合肥按比例混合搅拌均匀。配合比为1m3中性土、0.2m3草炭土、50公斤鸡粪和10公斤复合肥。

（2）将种植土逐个装入生态袋中，密封袋口，在石笼顶部横向顺水流方向整齐的摆放植生袋。

（3）生态袋之间用耐久性强的绑扎带链接。

5 工程效果分析

随着我国城市化进程的加快，不光对城市河道景观性要求加强，也对穿越村屯的河道要求逐渐加强。沈阳市村屯河道标准化治理工程的建设，为村屯河道生态治理提供了宝贵的经验。通过对下黑牛河生态护坡工程的治理，总结出了以下几个方面的内容：

格宾石笼护砌有效的稳固了水流对河道的冲刷破坏，通过植生袋的铺设和边坡播撒草籽，改善了河道的生态环境，调节了局部小气候，解决了水土流失问题。根据观测，河道水质有很大改善，绿化面积增加。由于河道环境的改善，周围居民的垃圾倾倒现象也明显改善。这种工程措施和非工程措施相结合的有效的起到防御洪水和增加景观性的双重目的[4]。为今后的村屯河道护坡工程设计提供了参考。但同时需要注意以下几个方面的问题：

（1）护脚是护坡工程措施中重要的组成部分[5]，在发生的护坡破坏中多数是因为护脚深度不够和护脚措施不当引起的。防冲深度应考虑历史冲刷深度调查资料和冲刷深度计算等因素综合确定。

（2）护岸工程是河道整治工程的重点，选用生态护岸措施首先要考虑运行安全，同时要尽可能与周边环境相协调，并保证投资尽可能低。所以在设计过程中一定要进行多方案比较，择优采用。

（3）有些工程护坡范围不合理，顺直河道段非冲刷部位也采用硬护砌，兼顾生态环境不够。有些护坡过分强调生态措施，迎流顶冲、水土流失严重的险工段护坡方式不安全。

（4）生态护坡因地制宜，选材要结合当地材料的种类来进行，护坡与植物搭配使用要考虑适应当地生长的植物。