新型多孔隙生态护岸块体的设计与应用

(1.江苏淮源工程建设监理有限公司，江苏 淮安 223001;2.淮安市淮阴区水利局，江苏 淮安 223001)

随着人们对自然生态环境保护的逐步深入，水利工程中护岸材料的选择也越来越重视对生态保护的要求，生态型护岸材料逐步代替了原有的护岸材料，并且能够起到保护生态环境和维持生态平衡的作用。本文主要研究多孔隙生态护岸块体的设计及稳定性分析，倡导护岸块体设计应用时，将力学美观和生态护岸有机地结合在一起，探索设计和应用新型多孔隙水利生态护岸块体，为构建新型生态护岸提供技术参考。

1 多孔隙生态护岸块体的设计原则

虽然多孔隙生态护岸块体是一种工程材料，但是在实际的设计过程中也应该遵循一定的设计原则，应该保证设计形式的美观性和生态保护的有效性，在相关规范的要求下进行块体的外形设计。

1.1 设计规范和要求

河道的护岸工程是河道治理中十分重要的一个环节，在选择河道护岸材料的时候首先护岸材料要能够满足河道防洪排洪的要求，要保证整体河道工程的安全稳定，在实际的工程条件下，河道护岸工程可能会长时间面临河浪和洪水的冲击，在北方的严寒地区还会面临冰冻考验。不仅如此，生态护岸还要注意对整个河流生态系统的保护。

1.2 满足生态修复的需求

生态护岸项目的建设要优先考虑河道生态系统的可持续发展，在设计和选用材料时，要保证不同水系之间互不干涉，要保证原有河道的生态环境和生态稳定，传统的硬质材料在护岸工程完成后，将河道原有的水汽系统隔离开来，使得生态环境受到威胁，所以生态护岸材料要能够沟通河道中的水、植被和动物，要让整个生态系统更加完善，所以在设计生态护岸材料的时候要尽量选择天然的木、石等材料，避免二次污染。

1.3 体现人水和谐的理念

河道护岸工程材料设计首先要满足审美观念，使用生态护岸施工的河道一般都是亲水型生态河道，也是人们经常会去游玩的场所，所以生态护岸材料的设计要符合人们的审美观念，在整体的构造和水景设计上也要满足美学要求，提升整体水景形象。

1.4 因地制宜就地取材

设计多孔隙生态护岸材料时，要关注护岸材料的成本，因此在实际施工中，对于护岸材料的选择应该做到因地制宜，就地取材，选择运输范围内的低成本材料来制作多孔隙生态护岸块。

2 新型多孔隙生态护岸块体设计说明

2.1 模型外观

本文介绍的多孔隙生态护岸模型设计采用的是四脚结构，模型由4个底座构成，中间留有植被生长通道，还有过鱼孔以及方形植被孔，前后两个插孔。具体设计模型外观见图1和图2所示。

图1 多孔隙生态护岸块体模型外观

图2 多孔隙生态护岸块体模型俯视图

2.2 设计特点

新型多孔隙护岸材料具有以下特点：

a.该护岸块中心有开放式的中空立柱，在堆砌完成后，这些中空立柱彼此连通，成为上下贯通的通道，整个通道起到了两层作用：ⓐ对于整体的堆砌效果起到了支撑作用；ⓑ贯通的通道对于鱼类地穿行提供了场所，同时也让植物能够通过该通道生长发育。

b.该护岸块具有4个支撑脚，在施工堆砌的时候，这四只固定脚可以深埋入土，增加了整体的稳定性能，也使得护岸河堤更加牢固。

c.在整体堆砌完成后，每层护岸块中间有纵横相错的五条通道，可以为鱼、虾类提供穿行通道，也可以成为鱼虾和河道生物产卵繁殖和避难场所。

d.新型护岸块在左右两侧分别预留了安装插孔和插槽，使得安装过程更加简单，施工中也可以直接多块纵向连接后直接布放。

e.横向的护岸块连接之后也会产生一个六边形的通道，该通道可以有效地为植被的生产和鱼类地穿行提供空间。而垂直于地面的制备生长根系的锚固作用能提高河堤的强度，加强了护岸作用。

f.新型护岸块不仅为鱼类提供了活动空间，同时，从生态系统角度来看，可以在护岸块的小空间内形成小的生态环境，鱼类可以以植物和浮游生物为生，而鱼类排泄的粪便又可以为植物提供养分，不仅起到了河堤护岸的作用，还实现了自循环的生态系统，而且施工简单，适用性强。

2.3 设计尺寸

当河堤的斜坡保护面为块石或人工块体进行填埋，并且填埋的坡率在1.5～5之间时，填埋块体的质量Q以及护面层厚度t满足以下公式(1)和(2)：

(1)

(2)

式中Q——防护面块体或块石的质量；

rb——块体或者块石的容重；

r——水的容重；

H——设计的波高；

t——块体或块石的厚度；

m——河岸堤与河面的夹角的cot值；

n——铺设的层数；

KD和c——常数，系数经过查询得到，具体参数取值情况见表1和表2。

表1 稳定系数KD的取值

表2 常数c的取值

根据不同的护岸与河面的夹角取得了不同的m值，根据护岸与河面的夹角范围，m的取值为1.5～5，因此根据m取值的极限范围计算出新型多孔隙生态护岸块的相关设计参数。具体参数见表3。

表3 新型多孔隙生态护岸块的单块设计参数

3 性能研究

3.1 实用性分析

河流护岸工程中经常会利用植物根系的锚固作用来加固河堤。利用植物的根系锚固加固河堤的工程案例在国内外的河道水利工程建设中屡见不鲜，尤其是近年来利用植物和生态护岸块来加固河堤已经成为国内外河道治理，护岸固堤，防止土壤侵蚀的重要手段。所以多孔隙生态护岸块的设计也越来越受到国内外学者的重视，但是除了要保证护岸块的植物锚固作用外，护岸块本身也必须具备一定的强度，而在护岸块中生长的植物也可以看作是护岸块的植筋，增强了护岸块的稳定性；植物生长严密覆盖河岸也可以降低河岸的水土流失，还能起到降噪阻光的作用，降低了河堤受到的噪声冲击和光照侵蚀。不仅如此，新型多孔隙生态护岸块中植被的生产还有美化河堤的效果，改善了河岸的生态环境和景观环境。

虽然植物的生长能够对河堤起到很好的加固作用，还能够美化环境，但是植物的过度生长也会对河堤造成一定的隐患，植物过密会提高河堤的糙率系数，造成河堤行洪能力的减弱。

总体评估植被对于河堤的作用利大于弊，通过植物根系的锚固和加筋效果，增强了护岸块的护岸效果，同时生态环境得到了改善，调节了土壤的水分含量，对实际的护岸工程很有裨益。

3.2 稳定性分析

新型多孔隙生态护岸块的安装过程：沿着水平方向进行接插式安装，先将第一块护岸块的底座安装固定在土壤中，再将第二块护岸块依次对齐排列，竖向安装时，将上面的护岸块插耳插入前一块护岸块的插孔中，依次接插安装。如图3和图4所示。

图3 新型多孔隙生态护岸块的三维安装图

图4 新型多孔隙生态护岸块的安装平面图

4 结 语

新型多孔隙生态护岸块有足够的孔隙可以使陆地和水面充分接触，使水体和土壤密切相关，新型多孔隙生态护岸块为植物和动物提供了充足的生长和生存空间，同时也沟通了整个护岸的生态圈，构造一个小型生态系统，通过新型多孔隙生态护岸块所构造的通道和隐蔽场所，鱼类可以自由的产卵和避难，植物可以有充足的养分和生长空间，不仅提高了生态的稳定性，也使得环境更加美观。

本文研究的新型多孔隙生态护岸块是一种设计新颖的护岸材料，整个护岸块有4个底座，深入土壤中，增加了护岸块的安装稳定性，同时设计的侧面接插耳孔增加了安装的牢固性，贯穿其中的5条通道为动植物的繁衍生息提供了充足的空间。这种新型多孔隙生态护岸块可以有效地保护河道生态环境，固化水土，促进河道生态系统中的养分循环，形成新的食物链，丰富河道生态系统的物种多样性，同时这种新型多孔隙生态护岸块适用范围广，能够满足各种河道的施工需求。