摘 要：在水利工程建設(shè)過程中, 需保障生態(tài)平衡, 維護(hù)景觀美化, 降低水利項目對生態(tài)系統(tǒng)造成的不利影響。生態(tài)護(hù)坡既能滿足邊坡對水體的儲蓄要求、提高防護(hù)標(biāo)準(zhǔn), 又有利于恢復(fù)生態(tài)平衡。對典型生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用條件進(jìn)行了整理和歸納, 可為水利工程邊坡綜合治理提供參考和借鑒。

　　關(guān)鍵詞：生態(tài)護(hù)坡; 護(hù)坡工程; 工藝分析; 水利工程

　　1 研究背景

　　1.1 國內(nèi)外概況

　　發(fā)達(dá)國家關(guān)于傳統(tǒng)護(hù)坡技術(shù)對環(huán)境與生態(tài)的影響研究較早, 自20世紀(jì)70年代開始, 針對水利工程對河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的負(fù)面影響, 國外就提出生態(tài)補(bǔ)償措施, 并開展了河流生態(tài)工程。德國將其稱為“河川生態(tài)自然工程”, 美國稱為“自然河道設(shè)計技術(shù)”, 日本則命名為“多自然型建設(shè)工法”[1]。20世紀(jì)90年代初, 日本首先提出“親水”概念, 即將生態(tài)護(hù)坡技術(shù)與城鎮(zhèn)河道建設(shè)結(jié)合, 提倡凡有條件的河段應(yīng)盡可能利用木樁、竹籠、卵石等天然材料來修建生態(tài)河堤。為挽救城市河流的生態(tài), 堤壩修筑不再用混凝土而是改用天然石塊, 還草木自然生長的空間[2]。國外諸多規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中也都提及了需將水利工程、景觀美化和保護(hù)自然資源相結(jié)合。如《堤防設(shè)計與施工》 (美國, EM 1110-2-1913) 中提到“為了防護(hù)、美觀及保護(hù)自然資源, 堤防及其周圍的植被 (樹木、灌木、草) 也是設(shè)計中應(yīng)考慮的重要部分”;德國《防洪堤》 (DIN19712) 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中提及“在確定防洪堤標(biāo)準(zhǔn)時, 對公共利益, 如自然景觀、城建、社會方面的要求及河灘生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)等也要予以考慮”[3]。

　　我國在水利工程中生態(tài)護(hù)坡技術(shù)應(yīng)用方面起步較晚, 近年來在吸收國外河道整治和生態(tài)護(hù)坡研究成果的基礎(chǔ)上, 許多省市展開了生態(tài)護(hù)坡研究和應(yīng)用, 尤其在城市河道邊坡治理方面。如上海市青浦區(qū)的章浜河整治項目, 采用多種生態(tài)護(hù)坡技術(shù)相結(jié)合的方法, 取得了較好的生態(tài)與社會效益;廣東中山市岐江公園設(shè)計的棧橋式生態(tài)親水湖岸, 在解決較大水位波動影響的同時也營造了秀麗的景觀環(huán)境[4]。

　　《堤防工程設(shè)計規(guī)范》 (GB50286-2013) 和《堤防工程施工規(guī)范》 (SL260-2014) 是我國堤防工程建設(shè)中指導(dǎo)性規(guī)范文件, 但也存在一定局限性, 體現(xiàn)在對堤防工程的環(huán)境效應(yīng)、景觀效應(yīng)和生態(tài)補(bǔ)償方面重視不夠。如河壩的修建會造成順?biāo)鞣较虻暮恿鞣沁B續(xù)化, 筑堤使側(cè)向水流的連通性受到破壞, 而且景觀相對單一, 觀賞性和舒適性欠佳, 未全面考慮人的親水性和近水需求。

　　1.2 研究意義

　　健全的河岸帶生態(tài)系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)徑流、涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)微氣候、提供水陸生物棲息和繁衍場所等生態(tài)服務(wù)功能。目前我國水利項目中普遍存在過度硬化現(xiàn)象, 亟需開發(fā)和應(yīng)用工程安全和生態(tài)保護(hù)兼顧的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)。生態(tài)護(hù)坡不僅應(yīng)具有傳統(tǒng)護(hù)岸的行洪、排澇以及水土保持等功能, 同時還需綜合考慮城市景觀、生態(tài)和人文氣息等內(nèi)容, 以求實(shí)現(xiàn)人和自然的和諧共處, 實(shí)現(xiàn)水生態(tài)文明的可持續(xù)發(fā)展。結(jié)合生態(tài)水工學(xué)的基本要求, 借鑒國內(nèi)外在河道生態(tài)護(hù)坡研究方面的豐富經(jīng)驗, 改進(jìn)其不足之處, 研發(fā)具有中國特色的河道生態(tài)護(hù)坡技術(shù)迫在眉睫。為此, 本文歸納了典型的生態(tài)護(hù)坡技術(shù), 著重介紹了不同種類生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的功能和適用性。

　　2 典型生態(tài)護(hù)坡技術(shù)

　　基于最佳水力斷面水力半徑的理論, 傳統(tǒng)的護(hù)坡護(hù)岸工程大多選用M (投資最省) ~Q (流量最大) 的計算方式, 力求確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、材料選擇達(dá)到斷面硬化和較低的水力糙率, 優(yōu)先考慮防沖固坡功能, 因此對水體的自然屬性可能會造成一定程度的傷害。結(jié)合工程力學(xué)、土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)和植物學(xué)等多學(xué)科理論, 采用生態(tài)護(hù)坡護(hù)岸技術(shù)可構(gòu)建植物本身或工程與植物相結(jié)合的生態(tài)系統(tǒng)。實(shí)際工程應(yīng)用中, 須充分考慮多方面因素, 如邊坡的穩(wěn)定性、安全性, 植被與周圍環(huán)境的相適性, 當(dāng)?shù)貧夂驐l件與土壤條件對植被的影響, 植被的生長與繁殖能力以及工程后期的運(yùn)行與維護(hù)管理[5]。

　　2.1 土工格室護(hù)坡

　　土工格室護(hù)坡是指將改良后的外來土均勻鋪展在嵌入坡面的土工格室內(nèi), 用三維網(wǎng)固定, 再利用噴播育種技術(shù)實(shí)施固坡, 見圖1。首先, 格室結(jié)構(gòu)作為坡面與水流的隔離層, 可有效減緩水流對坡面的直接沖刷, 且網(wǎng)絡(luò)狀的多維結(jié)構(gòu)可極大削弱水體的侵蝕作用。其次, 格室內(nèi)呈松散狀態(tài)的填充土料可有效降低坡面的徑流流量, 起到消能作用。另外, 格室對土顆粒具有側(cè)限保護(hù)作用, 減少土壤的流失, 降低了格室下部坡面的水力侵蝕。土工格室與植草技術(shù)相結(jié)合的方式對邊坡有很好的保護(hù)作用, 主要特點(diǎn)為:可應(yīng)用于各類地區(qū)及不同類型邊坡, 綠化效果好, 可提高坡面排水性能。

　　該技術(shù)采用的主要材料為由多孔混凝土、保水材料、緩釋肥料和表層土組成的植被型生態(tài)混凝土。多孔混凝土的主要成分為粗骨料、水泥和細(xì)摻合料, 構(gòu)成植被型生態(tài)混凝土的骨架。保水材料常用有機(jī)質(zhì)保水劑, 輔以無機(jī)保水劑, 確保植物生長具有充足水分。表層土覆蓋在多孔混凝土表面, 提供植被生長的空間和養(yǎng)分, 同時可降低混凝土表面過熱對植物生長的影響。主要特點(diǎn)為:混凝土植草磚具有防水流沖刷的保護(hù)作用, 兼有保護(hù)生態(tài)環(huán)境、美化環(huán)境及施工便利等優(yōu)點(diǎn)。

　　2.3 石籠填石型護(hù)坡

　　石籠填石是將塊石等材料填充入由鋼絲網(wǎng)架構(gòu)成的箱籠內(nèi), 坡體的基本結(jié)構(gòu)分為擋墻、護(hù)坡、護(hù)底、護(hù)腳和水下拋石。選用具有一定抗拉強(qiáng)度的鋼絲作為方格網(wǎng)防護(hù)體, 同時保持一定的填充料空隙度, 使之具備適應(yīng)變形的能力。如若地基發(fā)生不均勻沉降、地震等情況, 材料仍填充于箱籠內(nèi), 繼而自行調(diào)整直至保持新平衡。箱籠具有柔性結(jié)構(gòu), 因此, 即使防護(hù)工程表面發(fā)生較小的變形, 也不會因產(chǎn)生裂縫、網(wǎng)箱被拉斷等造成防護(hù)體破壞。主要特點(diǎn)為:性價比高, 施工便捷, 可承受大范圍變形, 適應(yīng)能力強(qiáng), 具有良好的滲透性, 耐腐蝕, 便于取材等。

　　2.4 編柳拋石型護(hù)坡

　　該技術(shù)采取新截取的柳條呈十字交叉編制成格框, 編柳空格內(nèi)拋填20~40cm粒徑的塊石, 塊石下設(shè)厚10~20cm的礫石層以利于排水, 并可減少土壤流失。柳格平面尺寸約為0.3m×0.3m或1 m×1m, 厚度為30~50cm, 發(fā)芽后的柳條具有較強(qiáng)的保護(hù)性能。其主要特點(diǎn)為:保護(hù)性強(qiáng)。

　　2.5 生態(tài)袋型護(hù)坡

　　生態(tài)袋是采用聚丙烯 (PP) 或者聚酯纖維 (PET) 等材料制成雙面熨燙的無紡布經(jīng)單面燒結(jié)后制成的袋子。該結(jié)構(gòu)可有效減少土壤和營養(yǎng)混合物的流失, 同時保持土壤的水潤性。將選定的混合種子、保水劑和微生物肥料等均勻混合, 置入可降解的兩層無紡布中, 然后采用抗老化的濾網(wǎng)包裹, 最后縫制成所需規(guī)格, 壘砌成護(hù)坡。其主要特點(diǎn)為:抗紫外線、抗老化、抗酸堿、抗微生物侵蝕和透水性強(qiáng), 同時可有效消減土體回彈產(chǎn)生的土壓力, 抗震性較好, 施工簡單、快捷, 無需大型施工機(jī)械, 無噪音, 工程造價低。

　　2.6 生物活性無土植被毯護(hù)坡

　　生物活性無土植被毯為采用纖維束制作的由固底構(gòu)件組成的活性固土植被培植器件, 其內(nèi)種植有根須的植物, 沿堤岸和斜坡的底端線布置, 或者按照中間方向排列, 見圖2。待纖維束充分吸水后, 固底構(gòu)件的重量顯著增加, 可防止堤岸和斜坡底端的土石流失。待植物根須延伸至堤岸和斜坡的底端面內(nèi), 可加固堤岸和斜坡底端的土石, 防止泥土流失或者塌方, 同時植物的種植可綠化環(huán)境、改善景觀。主要特點(diǎn):該技術(shù)主要用于坡度小于45°的全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化邊坡, 且邊坡應(yīng)保持平坦、富含有機(jī)質(zhì), 適合植被生長。

　　鉸接式護(hù)坡結(jié)構(gòu)是由尺寸、形狀和重量一致的混凝土塊體通過若干根纜索相互聯(lián)接的聯(lián)鎖矩陣, 纜索的材質(zhì)由塊體的大小、鋪面長度和施工現(xiàn)場條件決定。該試塊具有約25%的高開孔率, 主要起到滲水、排水、消能的作用;溝槽可削弱水體的沖擊力度, 起到碎波防浪的作用;同時通過纜索受力分析和光纜檢測技術(shù)可及時預(yù)報堤壩的安全狀況[6-7]。主要特點(diǎn):該結(jié)構(gòu)可抵抗高速水流沖刷;可機(jī)械施工, 大大縮短工期, 降低綜合造價。

　　2.8 聯(lián)鎖式水工砌塊護(hù)坡

　　聯(lián)鎖式水工砌塊是將干硬性的細(xì)石混凝土經(jīng)成型機(jī)振動、加壓制成特殊外形混凝土砌塊, 砌塊中產(chǎn)生的大孔及相鄰兩塊聯(lián)鎖塊間的連接孔既可作為植生孔, 也可添加多級配碎石起到消能作用。若坡度較陡, 可在小孔中插一錨固棒, 將聯(lián)鎖塊與土體連接, 保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定;楔形槽具有聯(lián)鎖功能, 防止護(hù)坡塊發(fā)生偏移;周邊槽形能消散水流和波浪的部分能量, 減少淤泥的產(chǎn)生;通過水工砌塊之間的聯(lián)鎖嚙合作用, 可形成相對穩(wěn)定的組合體, 從而保障坡體的穩(wěn)定性[7]。主要特點(diǎn):砌塊密實(shí)度好、強(qiáng)度高, 坡體具備抗沖擊性、抗凍、抗腐蝕性, 材料持久耐用并可重復(fù)利用;砌塊施工方便快捷, 無需大型設(shè)備, 維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì), 后期養(yǎng)護(hù)成本較低。

　　2.9 噴混植生式護(hù)坡

　　噴混植生式護(hù)坡技術(shù), 又稱為“階梯式植生帶綠化工法”, 即利用液態(tài)噴播技術(shù)原理, 將生命力強(qiáng)的植物種子與水、肥料、防土壤侵蝕劑、內(nèi)覆纖維材料、保水劑和色素等按一定比例混入容器內(nèi), 充分?jǐn)嚢柚寥珣腋顟B(tài)。通過離心泵把混合液裝入消防軟管進(jìn)行噴播, 然后鋪設(shè)無紡布, 外覆一層鐵絲網(wǎng)或局部進(jìn)行鋼筋錨固。噴混植生式護(hù)坡技術(shù)實(shí)施前后效果對比如圖3所示。主要特點(diǎn):通過鍍鋅鐵絲網(wǎng)和鋼筋的錨固作用增大邊坡表面抗拉力, 可有效地避免崩塌和碎石掉落, 確保山體和道路安全, 植被可快速成型, 起到抗侵蝕和減緩水土流失作用, 保障邊坡的穩(wěn)定性。

　　對以上所述的多種護(hù)坡類型進(jìn)行了多方面的比較, 結(jié)果見表1。

　　3 結(jié)語

　　傳統(tǒng)的護(hù)坡工程主要考慮防洪和穩(wěn)固河勢, 忽視了生物生存和人文環(huán)境營造。生態(tài)型護(hù)坡順應(yīng)了人與自然和諧共生的要求, 是現(xiàn)今護(hù)坡護(hù)岸工程建設(shè)的主流。在實(shí)際工程應(yīng)用中, 應(yīng)根據(jù)主體工程和地域特點(diǎn)選擇經(jīng)濟(jì)、適宜的生態(tài)護(hù)坡護(hù)岸技術(shù)。

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