白马湖堤防生态护坡设计

王富欣，李甲荣，郭 瑞，戴寿晔

(江苏省淮安市水利勘测设计研究院有限公司，223005，淮安)

一、工程概况

白马湖地处淮河流域下游，是江苏省十大淡水湖之一，面积108 km2，贮水量1.05亿m3。受围湖造田、圈圩养殖等人为活动影响，白马湖水面大幅度缩小，水质恶化，生态环境遭受严重破坏。2010年开始治理，白马湖蓄水面积和生态环境得到有效恢复，但又出现新问题——水面开阔之后，风浪对堤防的冲刷影响显现出来，部分堤岸冲刷严重，甚至发生了滑坡、坍塌，堤防安全受到严重影响。因此，2013年江苏省水利厅批复实施“白马湖堤防防护应急工程”，对白马湖冲刷严重的岸坡进行防护。

白马湖堤顶道路高程为9.0 m左右，消浪平台高程为8.0 m，宽15 m，消浪平台外边缘接1∶5土坡伸至湖底，土坡没有防护措施，湖底高程在3.5～5.5 m之间。本工程对消浪平台外边缘1∶5的土坡进行防护，防护的垂直范围确定为高程6.0～8.0 m。白马湖堤防级别为3级，工程区域地震设计烈度为Ⅵ度。白马湖正常蓄水位6.50 m，排涝水位7.50 m，防洪水位8.00 m，多年平均水位为6.56 m。

二、生态护坡介绍及初选

结合工程情况，选择护坡形式时应遵循以下原则：满足堤防防冲刷和稳定要求；具有生态性，有利于水土保持；具有一定的景观效果，适应白马湖景区远期发展；方便施工和节省投资，优先选用便于浅水施工的护坡；尽量与周围环境相协调。

（1）草皮护坡

草皮护坡作为一种常见的传统护坡，是在土坡上植草以形成具有防护功能的坡面。主要优点：美化环境，具有生态性；施工简单快捷；造价低廉。主要缺点：防冲刷能力不强；整体稳定性一般。鉴于草皮护坡防冲刷能力不强，本工程不推荐草皮护坡。

（2）土工网垫植草护坡

土工网垫植草护坡通常采用三维土工网垫铺设在坡面上，植物穿过网孔生长在土工网垫下方的土坡上。此种护坡的主要优点与普通草皮护坡相同，但比草皮护坡防冲刷能力和稳定性强一些。此种护坡的主要缺点：防冲刷能力不强。本工程不推荐此种护坡。

（3）生态袋护坡

生态袋是由聚丙烯及一系列辅料复合加工而成，袋内装填土料之后扎口，在袋内土中植草，或在生态袋表面喷涂泥浆并植草。把许多生态袋有序码放在坡面上，形成生态袋护坡。生态袋护坡的主要优点：生长植被，具有生态性；施工比较简便；防冲刷能力强于土工网垫植草护坡和草皮护坡。生态袋护坡的主要缺点：景观效果稍差，人工痕迹明显；由于空间环境所限，后期植被生存条件受到限制。综合考虑，本工程不推荐生态袋护坡。

（4）植被型生态混凝土护坡

植被型生态混凝土护坡主要由多孔混凝土、保水材料、缓释肥料和表层土组成。植物以多孔混凝土中的孔洞作为生长空间，汲取孔洞中的养分生根发芽，后期植物的根系能够穿透多孔混凝土，扎入土坡内，起到加固作用。此种护坡的主要优点：多孔混凝土具有透气、透水性；较好的抗冲刷能力；具有较好的景观效果和一定的生态性；整体稳定性强；适应性强。植被型生态混凝土护坡主要缺点：生态混凝土表面的土层会逐渐被水流带走；工程投资较高。本工程选取现浇绿化混凝土护坡作为比选方案之一。

（5）混凝土格栅护坡

混凝土格栅护坡是将预制混凝土格栅（亦称为混凝土生态砖）铺设在坡面上，通常在其下铺一层土工布以防止水流冲刷泥土。混凝土格栅具有孔洞，可以植草。此类护坡的主要优点：抗冲刷能力较强；属于柔性护坡，可适应边坡的小规模变形；透水性好，具有生态性和景观效果；整体稳定性较好。此类护坡主要缺点是：工程投资稍高。本工程选取铰接式生态砖护坡和自锁式生态砖护坡作为比选方案。

（6）石笼护垫

石笼是由铁丝网笼内填充石料而成，既可以用作护坡,又可以做成砌体挡土墙。石笼护坡通常厚度不大，又称为石笼护垫、雷诺护垫、绿滨垫。石笼护垫的主要优点：具有良好的透水性；具有很强的抗冲刷能力；整体稳定性强。石笼护垫的主要缺点：铁丝网笼易锈蚀；景观效果稍差。本工程选取石笼护垫作为比选方案之一，并对其结构进行优化。

（7）排桩护岸

排桩护岸是以紧密的木排桩代替传统块石挡墙来护坡固土,木桩并排紧密布置，平面上构成一道木桩挡墙。排桩护岸的主要优点：木桩是原生态材质，不破坏原有堤岸的生态平衡；具有一定的景观效果，亲水性强；适应性强；稳定性良好；不缩小原有水域宽度；使用寿命长。排桩护岸主要缺点：景观效果一般；排桩背水侧的土粒可能慢慢地通过桩间缝隙被水流淘刷带走。本工程选取松木桩护岸作为比选方案之一。

（8）沉排护岸

沉排护岸根据材料的不同，可分为柴排和土工织物软体排两大类。柴排护岸是用圆木或捆扎梢料做成柴排，铺设在坡面和坡脚上。土工织物软体排是以土工织物为基本材料做成大片排体形式。沉排护岸的主要优点：具有良好的柔韧性和整体性；具有较大的抗拉强度；整体稳定性较强。沉排护岸的主要缺点：使用寿命不长；生态效果和景观效果差。综合考虑，本工程不推荐沉排护岸。

（9）客土植生植物护坡

客土植生植物护坡是将客土铺设在坡面上，在客土上植草，以形成护坡。此类护坡的主要优点：透水性和生态效果较好；具有一定的景观效果；适应性强。此类护坡的主要缺点：防冲刷能力不强。本工程选取块石土植草护坡作为比选方案之一。

（10）网格植草护坡

网格植草护坡是由砖、石、混凝土砌块或现浇混凝土等材料在平面上围成网格，在网格中栽培植物，形成网格与植物综合护坡系统。此类护坡的主要优点：具有显著的景观效果；具有较好的生态效果；整体稳定性很强；抗冲刷能力较强。此类护坡的主要缺点：工程投资高；属于非常规护岸，工程实例少；施工复杂。本工程选取梯田式种植台护岸作为比选方案之一。

综上所述，本工程初步选取绿化混凝土护坡、铰接式生态砖护坡、自锁式生态砖护坡、石笼护垫、松木桩护岸、块石土植草护坡、梯田式种植台护岸等七种形式的生态护坡作为比选方案。

三、护坡方案设计及比选

1.护坡方案设计

（1）绿化混凝土护坡设计

现浇绿化混凝土护坡技术被列入《2011年水利先进实用技术重点推广指导目录》，符合“节约型、资源型、环境型、低能耗”的理念。现浇绿化混凝土的孔隙率高达25%～35%，其表面均布Φ2.5cm孔洞，草本植物根系能够穿过孔洞并扎入土中，使护坡更稳固。绿化混凝土底面均布混凝土钉齿，扎入土中，增强了护坡的稳定性。

在消浪平台外边缘1∶5的坡面上，高程7.0～8.0m范围采用现浇绿化混凝土护坡，高程6.0～7.0m采用干砌块石护坡。6.0m高程处设一道宽2 m的平台并铺设干砌块石护坡，防止边坡上的石头滑落下去。高程6.0m以下为土坡伸至湖底。高程7.0～8.0之间的坡面上用天然河滩石零散点缀，以增强观赏性和休闲功能。在8.0 m高程和6.0 m高程分别设一道混凝土格埂。

绿化混凝土护坡的结构自上而下依次为4 cm厚的肥土植草、10 cm厚的现浇绿化混凝土。干砌块石护坡的结构自上而下依次为干砌块石一层、10 cm厚碎石垫层、300 g/m2土工布一层。高程6.5～7.0 m之间的块石表面应进行凿修，不要有锋利的边楞，以增强美感。

（2）铰接式生态砖护坡设计

在消浪平台外边缘1∶5的坡面上，高程6.0～8.0 m范围采用10 cm厚的铰接式生态砖护坡，护坡下铺设一层300 g/m2无纺土工布。高程6.0 m以下为土坡伸至湖底。在8.0 m高程和6.0 m高程处分别设一道混凝土格埂。

铰接式生态砖护坡是由一组尺寸、形状和重量一致的预制混凝土生态砖块 （亦称为预制混凝土格栅）组成，用缆索穿过每个块体内部的预制孔内，将其相互连接而形成连锁型柔性矩阵。铰接式生态砖单块尺寸448 mm×438 mm×100 mm（长×宽×厚）。 生态砖孔洞内填土并植草。

（3）自锁式生态砖护坡设计

在消浪平台外边缘1∶5的坡面上，高程6.0～8.0 m范围采用10 cm厚的自锁式生态砖护坡，护坡下铺设一层300 g/m2无纺土工布。高程6.0 m以下为土坡伸至湖底。在8.0 m高程和6.0 m高程处分别设一道混凝土格埂。

自锁式生态砖护坡是由一组尺寸、形状和重量一致的预制混凝土生态砖拼接、自锁而成。生态砖单块尺寸 500 mm×300 mm×100 mm （长×宽×厚），生态砖孔洞内填土并植草。

（4）石笼护垫设计

在消浪平台外边缘1∶5的坡面上，高程6.0～8.0m范围铺设30cm厚的石笼护垫，高程6.0m以下为土坡伸至湖底。高程8.0m处设一道混凝土格埂。

石笼护垫是由生态格网填充石料而成，石笼护垫单块尺寸600 cm×200 cm×30 cm（长×宽×厚），相邻石笼块体之间紧密布置，并用钢丝绑扎连结在一起。生态格网是由热镀锌包覆PVC低碳钢丝,通过机械铰合编织成六边形网孔的格网，网孔尺寸为8 cm×10 cm。填充石料为卵石、块石,粒径为8～28 cm,石块之间填塞有机质肥土，并掺入草籽。

（5）松木桩护岸设计

在正常蓄水位6.50 m高程处设一道宽2 m的平台，平台临水侧布置一排松木桩，平台与堤顶之间采用自然边坡连接，对于局部坡比陡于1∶3的边坡进行修整，并在边坡上植草。木桩采用耐腐蚀的松林桩，松木桩小头直径Φ15cm，木桩并列紧密连接，即桩中心距约25cm。单根木桩长3.5m，顶高程7.0 m（露出正常蓄水位0.5 m，可增强观赏性），底高程3.5 m。

（6）块石土植草护坡设计

在消浪平台外边缘1∶5的坡面上高程6.0～8.0m范围内，铺设30cm厚的块石土植草护坡，高程6.0m以下为土坡伸至湖底。块石土是由卵砾块石和有机质肥土按质量比1∶1拌和而成，卵砾块石粒径为Φ10～25cm。在块石土中掺入草籽，或者直接在土料中植草，将块石土铺设在坡面上以形成护坡。

（7）梯田式种植台护岸设计

梯田式种植台护岸是由砖、石或混凝土等材料围成网格状，在网格中栽培多种植物，以构成护岸，由于不同高程的种植台地形似梯田，故名梯田式种植台护岸。

在8.0 m高程的消浪平台外边缘接梯田式种植台。梯田式种植台宽8m，由四层梯田式的台地组成——四层台地的高程分别为7.50 m、7.00 m、6.50 m、6.00 m，四层台地宽度均为2 m。前三层台地用C20素混凝土墙围成网格状，网格单格净尺寸4 m×1.6 m×1 m（长×宽×高）。 第四层台地位于正常蓄水位6.50 m以下，铺设50 cm厚的块石土，以防水流冲刷。各层台地均种植水际植物、沼生植物。在混凝土墙的顶面刻画花纹图案，以降低混凝土的生硬感。

2.护坡方案比选

对以上七种防护方案进行技术经济比较，选出比较优秀的几种防护形式作为推荐方案。堤防防护方案比较见表1。

通过综合比较，最终推荐绿化混凝土护坡、铰接式生态砖护坡、石笼护垫、松木桩护岸等四种防护形式。

四、堤防防护布置

本工程防护类型的布置原则：几种防护类型交替布置，避免视觉审美疲劳，每种护坡的连续布置长度不超过2 km；堤防防护类型应与水流冲刷强度相适应；堤防防护类型应与堤岸线形状相适应；堤防防护类型应与周围环境相协调，例如码头和开发建设区附近人流量大，应优先布置景观效果好的护坡；应兼顾施工方法和节减投资。

表1 堤防防护形式比较一览表

五、生态护坡再思考

①本工程绿化混凝土护坡方案的断面结构：7.0～8.0 m高程范围为现浇绿化混凝土护坡，6.0～7.0 m高程范围为干砌块石护坡。如果将块石护坡替换为河滩石护坡，将会大大提高观赏性和休闲性。但整个护坡方案的工程投资会大幅度提高，建筑工程投资概算高达340.22万元/km，超过块石护坡方案的258.41万元/km。在工程总投资允许的情况下，建议将绿化混凝土护坡方案中的块石护坡全部或部分替换为天然河滩石护坡。

②根据工程经验，自锁式生态砖护坡和铰接式生态砖护坡有一个共同的特点：大面积在边坡上铺设这两种护坡会给人以强烈的生硬感，景观效果减弱，尤其是在高边坡（边坡高度超过6 m）上表现更为明显。建议每种护坡的连续铺设长度不宜超过2 km；对于高边坡应采取适当的工程措施，以降低视觉生硬感。

③自锁式生态砖护坡比铰接式生态砖护坡节省投资，在众多工程中得到应用，取得了不错的效果。在投资不充裕的情况下，可以用自锁式生态砖护坡代替铰接式生态砖护坡。

④石笼护垫的抗冲刷能力很强，工程投资不高，但景观效果较差。根据此特点，当其他类型的护坡能满足抗冲刷要求且工程投资充裕时，宜少量布置石笼护垫。

⑤松木桩护岸中，根据类似工程经验，在木桩旁边建造木质栈桥，能够与木桩紧密结合在一起构成优美的亲水景观。另外在投资充裕的情况下，也可以在桩顶及平台上零散放置景观石，可以提高观赏性。

⑥梯田式种植台护岸具有突出的景观效果、很好的抗冲刷能力和整体稳定性，主要缺点是工程投资较高。本工程虽然最终没有采纳此种防护形式，但认为梯田式种植台整体上不失为一种优良的防护方案，在工程投资充裕时可以采用此种护岸。

[1]李颖，等．生态型护坡介绍及其发展展望[J].环境工程，2010（S1）.

[2]汪洋，等.城镇河道生态护坡技术的研究现状与展望[J].中国水土保持科学，2005(3).

[3] （日）河川治理中心.刘云俊，译.护岸设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

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