生态护坡技术在城市河道整治中的应用

王凯浩 张静文

生态护坡,就是综合考虑 “水安全、水环境、水资源、水景观”各方面的协调,在满足防洪、排涝等需求的同时,充分考虑生态效应,将河堤由过去的混凝土构筑物改造成适合生物生长的水体、土体、植物(或生物)相互涵养的仿自然状态的护坡[1]。

在科学技术飞速发展的今天,新型材料和新技术必将应用到河道护坡和护岸结构改造。在国内和国外相继出现了一批用于生态方面的材料和技术,如植被草、水力喷播植草技术、土工材料绿化网,植被型生态混凝土等等。

1 工程现状

滏阳河为子牙河流域两大支流之一,发源于河北省磁县。滏阳河历史上水量丰沛,曾是重要的行洪和航运河道。20世纪中叶,上游支流先后修建多座大中型水库工程,下游开挖了滏阳新河和子牙新河,洪水有了独立入海通道,流域防洪能力得到很大提高。但随之入滏阳河下游的水量急剧减少,特别是20世纪80年代以来,海河流域出现连续枯水年,滹滏地区产流量减小,河道航运功能随之丧失,两岸堤防破损严重,特别是衡水市附近,受城区建设的影响,堤防已经支离破碎,部分河段滩地被严重侵占,河道过水能力减小。

2009年3月,滏阳河综合整治工程开始启动,该工程是衡水市政府提出的 “大衡水”计划的核心内容之一。所谓 “大衡水”计划,即全力打造 “一湖、一州、一城”,形成以衡水湖休闲度假区为主体,以冀州历史文化古城、滏阳河现代都市娱乐为两翼的城市发展格局。滏阳河综合整治工程为 “一城”的核心内容,河道整治后将从根本上改善河道两岸的城区环境,有利于沿河两岸土地资源的整合及有序开发,促进城市建设及经济发展。

本次滏阳河河道治理位于衡水市区内,治理长度13.75km,治理目标为满足排沥要求的景观河道,因此堤岸防护方案设计应与景观设计相结合,应以人与自然的和谐为目标,在确保防洪安全的同时,形成改善水环境、营造水景观、修复水生态的治水理念,充分利用河道水系的资源功能、环境功能、生态功能,使堤岸及河道整治达到 “堤固、水清、岸绿、景美、游畅”的要求。

针对以上要求,选取了以下3种护坡类型:框格混凝土植草护坡(人字框格护坡、菱形框格护坡、拱形框格护坡)和连锁块护坡、生态砖(六角空心形)护坡,各段防护型式也可根据现场施工情况做相应的调整。

2 护坡类型

2.1 框格混凝土植草护坡

框格混凝土植草护坡是指将预制的形状不同的混凝土砌块铺设于坡面形成框格,在框格内回填客土,然后在框格内植草而形成的一种护坡与绿化相结合的技术[2]。其植草措施可以改善周边生态环境,恢复已破坏的植被,降低噪声和光污染,净化大气,促进有机污染物降解,增强景观效应。与传统混凝土板相比,施工现场条件要求低,砌块面积小,维修更换简单,易于适应堤身沉陷和坡度变化;与砌石相比,货源稳定,规格统一,外形美观,对石料缺乏地区是一种先进的替代工艺技术[3]。

在构思和设计护坡的平面形状时,基本上以徐缓曲折的形状为主,这一点十分关键[4]。在滏阳河综合整治工程中共采用以下3种框格护坡类型。

2.1.1 人字框格护坡

本型式护坡每2m一联。一联中设计了 A、B、C、D共4种预制混凝土构件。A构件一块宽40cm,长171cm,坡内厚10cm,两侧高出土坡6cm,形成净宽24cm小排水簸。B构件一块宽30cm,坡内厚10cm,坡下侧高出土坡6cm,一联中两块B构件形成人字形骨架,把植草土坡上没渗完的雨水沿人字形小坎入 A构件的小排水簸中顺坡而下。C构件一块宽8cm,长160cm,高16cm,其中高出混凝土护肩6cm。起缓冲沿坡肩的雨水流速,保护植草的土坡,把坡肩雨水分向两侧的A构件的小沟中。D构件一块宽40cm,坡内厚10cm,两侧高出土坡6cm,长度不一,形式基本同A构件,详见图1。

图1 人字框格护坡(单位:cm)

该类型护坡的优点:施工简便,外形美观,而且混凝土构件形成骨架防护了土坡,又把较大的雨水及时排除而不至于冲坏坡身。单组体量较大,在绿化中对植物的种植要求和植物品种选择都可以放宽,骨架内可植草、花及低矮的灌木等,起到生态防护及美化环境的效果。

2.1.2 拱形框格护坡

本型式护坡每1.5m一联,一联中设计了A、B、C、D共4种预制混凝土构件。A构件一块宽40cm,长162cm,坡内厚10cm,两侧高出土坡6cm,形成净宽24cm的小排水簸。B构件一块宽8cm,长110cm,高16cm,其中高出混凝土护肩6cm,起缓冲沿坡肩的雨水流速,保护植草的土坡,把坡肩雨水分向两侧的A构件的小沟中。C构件为一块圆拱结构,宽30cm,坡内厚10cm,坡下侧高出土坡6cm,把植草土坡上没渗完的雨水沿拱形小坎入A构件的小排水簸中顺坡而下。D构件一块宽40cm,坡内厚10cm,两侧高出土坡6cm,长度不一,形式基本同 A构件。该护坡的防护原理及优点同人字框护坡,只是型式有所变化,详见图2。

2.1.3 菱形框格护坡

图2 拱形框架护坡(单位:cm)

本型式护坡设计了A、B共两种预制混凝土构件。A构件为正十字型混凝土块,边长均为50cm,90°垂直交叉,宽8cm,坡内厚9cm,两侧高出土坡1cm。B构件一块宽8cm,长44.1～36.1cm,高10cm,其中高出边坡1cm,保护植草的土坡。该护坡类型形成网状分布,对护坡的防护效果较好,只是单组尺寸较小,对植物材料的品种选择和种植要求受到一定的限制,详见图3。

图3 菱形框架护坡

2.2 连锁块护坡[5]

本型式护坡应用于险工段,它独特的自锁性设计保证了每一块的位置准确并避免发生侧向移动。采用这种独特的联锁设计,铺面在水流作用下具有良好的整体稳定性;高开孔率渗水型柔性结构铺面能够降低流速,减少流体压力和提高排水能力,开孔部分一方面起到渗水、排水的作用,另一方面起到增加植被面积,美化环境的作用;按照国际通用的生态混凝土设计,在混凝土中添加了醋酸纤维等高分子物质,使混凝土自锁块在强度不变的情况下更有利于水生植物生根和水生动物繁衍,详见图4。

图4 连锁块护坡

2.3 生态砖(六角形空心砖)护坡[6]

生态砖为六角形,对边距为350mm,厚度100mm。该生态砖是由混凝土中加入了用高新技术进行特殊制造并进行染整处理的合成纤维制成的,使混凝土的各项强度与耐久性都有不同程度的改善,提高了承受荷载能力;用于黏合废砖石骨料的水泥浆采用纳米级聚合物进行改性,增加了黏合强度;用新型的混凝土构件成型机制成六角形混凝土板块,铺设稳定性较好,满足水利堤防工程的特殊要求,同时,板块空隙率适合植物生长的需要。

由于它能使肥料缓释、水分保留、高碱性水环境条件的改善得到有效解决。植物能在这种混凝土板块上较好地生长。同时,它的颜色可以根据周围环境进行搭配和选择,也可以拼成各种各样的图案,改变了混凝土材料灰黑的旧面孔,使堤防在夏天绿草如茵,冬季五彩缤纷,成为河道一道亮丽的风景线。它实现了在混凝土上长草的愿望,较好地解决了堤防安全护砌与保护自然环境的矛盾,详见图5。

图5 生态砖护坡

3 在实际应用中应注意的问题

(1)衡水地区冬季寒冷干燥,全年温差较大,水位变化也大,所以水位变化区应用生态护坡材料应慎重,必须保证生态护坡材料的耐久性满足运行使用要求,适应衡水的气候特点。

(2)国产绿化混凝土构件的内芯无砂混凝土强度较低,易破损。在施工过程中应注意保护,精心施工,对于出现破损的构件一律不得使用。

(3)河道治理工程在确定使用生态护坡材料前,应充分考虑当地水源能否满足绿化的需要,草坡的维护、养护在经济上是否可行。在低投入、低养护或无养护情况下,边坡草坪处于自生自养状态,要防止草坡退化问题。若草坡退化得不到解决,不仅造成重复建设、资金浪费,而且起不到边坡绿化防护效果,最终可能会引起水土流失、坡面坍塌等许多不良后果。

4 结 语

该工程建成后,通过补水恢复河道蓄水功能,同时通过对河道两侧堤坡护岸、堤防、滩地的设计,建成沿堤景观生态走廊。并充分利用广阔的水面开发旅游项目,在河堤和水面之间,着眼于季相变化,科学性和艺术性相统一,乔、灌、花、草等植物合理配置,花掩河湖,绿映堤岸,使滏阳河成为一条健康、魅力和灵性的绿色生态带。既美化了城市环境,又提高了生态效益。

[1] 赵广琦,崔心红,奉树成,等.植物护坡及其生态效应研究[J].水土保持学报,2007(12):61-63.

[2] 颜成国,张思平.“人”字形框格混凝土植草护坡施工技术在城区防洪工程建设中的应用[J].吉林水利,2009(5):52-53.

[3] 胡时友.新型框格护坡的设计与实践[J].地质灾害与环境保护,2000(6):117-119.

[4] 河川治理中心编.护坡设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[5] 宋向宁,陈曙光.联锁式生态护坡砌块的在水利工程中的推广与应用[J].湖南水利水电,2005(4):21-22.

[6] 段晓明,苗增健,刘连新,等.生态护坡应用及护坡植物群落的选择[J].安徽农业科学,2009,37(31):15327-15329.