土工合成材料在上海市生态护岸应用的调研

张琳琳，董文凯，沈小立，石永超，施玉青

(上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092)

1 概述

党的十九大报告指出，生态文明建设功在当代、利在千秋。我们要牢固树立社会主义生态文明观，推动形成人与自然和谐发展现代化建设新格局，为保护生态环境作出我们这代人的努力。作为生态环境的重要组成部分，生态型河道建设近年在全国受到了高度重视，今年上海市委、市政府在大调研中反复强调要求进一步加强河道生态护岸的建设。

生态护岸一般指在满足结构安全及自身稳定前提下，采用水土保持功能良好的植生土坡及生态材料建设的护坡或挡墙。生态护岸应可防止水流侵袭淘刷，还应具备使河水与土壤相互渗透，可实现水陆双向连通，可为水生动植物提供良好生境条件等功能；增强河道自净能力，是一种“会呼吸的护岸”。

2018年5月～6月，上海市水务局牵头组织了相关管理单位和设计单位，先后赴松江区、嘉定区、闵行区、浦东新区和崇明区，开展生态护岸的调研工作，工作目的旨在调研上海市生态护岸的建设现状，分析经验与不足，对今后上海市生态护岸的建设、运维等工作提供技术指导。调研过程中，调研团队按照材料类型将生态护岸区分为四类：纯植物类、传统护坡材料类、土工合成材料类和新型生长基质类，本文旨在介绍土工合成材料类在上海市生态护岸应用的调研成果。

2 土工合成材料的应用情况调研

土工合成材料在土木、水利、交通、铁道和环境工程中得到广泛的应用，发挥排水反滤、防渗、加筋、隔离、防护和减载等作用[1]。土工合成材料品种繁多，可以由不同的聚合物原材料生产，根据《土工合成材料应用技术规范》（GB/T 50290—2014）[2]，土工合成材料定义为工程建设中应用的与土、岩石或其他材料接触的聚合物（含天然）的总称，包括土工织物、土工膜、土工复合材料、土工特种材料等。表1为本次调研中土工合成材料类生态护岸河道名录。通过调研发现，上海市目前生态护岸建设中得到应用较多的土工合成材料主要是生态袋和水土保护毯两种。

表1 土工合成材料类生态护岸调研河道名录

2.1 生态袋特性及应用情况

生态袋是指由聚丙烯（PP）或者聚酯纤维（PET）为原材料加工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、植物学等诸多学科要求的前提下，对抗紫外生态袋的厚度、单位质量、物理力学性能、外形、纤维类型、受力方式、方向、几何尺寸和透水性能及满足植物生长的等效孔径等指标进行了严格的筛选，具有抗紫外（UV），抗老化、无毒，不助燃，裂口不延伸的特点，真正实现了零污染[3]。

生态袋护坡是指利用生态袋建造的柔性生态护坡，生态袋内填充基质材料，可为植物提供扎根场所，较传统的硬质护坡更为环保、经济及生态。以临港新城中横河、纵二河为例，该两条河道于2017年在临港新城海绵城市改造中完成了河道生态化和海绵化改造，河道护岸采用斜坡式，生态袋护坡设置在1.5～3.5 m范围，并在标高1.5 m处设置基础层，整个生态袋范围种植绿化，结构断面见图1，现场调研照片见图2。

图1 临港新城中横河、纵二河生态袋护坡断面图（单位：mm）

图2 生态袋护坡现场照片（左：中横河；右：纵二河）

通过调研发现，目前生态袋在上海市生态护岸的应用主要集中在坡度不大于50°的缓坡型生态护岸，布置在水位变动区及其以上，起到固坡防冲刷的作用，并为植物提供生长基床。调研案例中，生态袋护坡普遍达到了生态效果，具有较好的绿化率和透水率，且岸坡稳定性较好，未发现局部坍塌或滑坡的现象。调研发现的主要问题是水位变动区的植物生长不理想以及生态袋局部袋体破损等问题。

2.2 水土保护毯特性及应用情况

水土保护毯是Enkamat柔性生态水土保护毯的简称，这是一款以聚酰胺（PA6，俗称尼龙）为原材料，采用国际上较为先进的干拉成型工艺（即纤维长丝在挤出之后，一次性制成三维空间结构，不经过中间步骤，不过水冷却）加工而成，呈倒金字塔状的弹性均匀构形，孔隙率大于95%的土工合成材料，该产品已被列为水利部先进实用技术产品和建设部海绵城市河道护坡材料的指定推荐产品。同时，目前国家标准《土工合成材料塑料三维土工网垫》（GB/T 18744—2002）[4]的主要技术指标也参考了该产品的产品规范《ENKAMAT土工垫产品规范》。

水土保护毯通过铺设在坡岸表面并种植植被来实现土壤表层加筋，试验表明最高可抵御5.57 m/s的流速冲刷，达到对河道的各类干湿性边坡的侵蚀保护效果，防止水土流失[5]。以崇明区港沿镇增产河为例，该河道建成于2017年，护岸设计断面为河底高程1.0 m，河底至高程2.3 m采用1∶2.5自然土坡，在2.30 m高程设C30钢筋混凝土导梁，导梁上密排DN 150 mm仿木柱，桩顶高程2.8 m，桩后坡比1∶2.0，铺设水土保护毯护坡至堤顶高程4.20 m，同时进行绿化种植，见图3。

图3 崇明区增产河河道护岸（上：断面图；下：现场照片）（单位：mm）

通过调研发现，目前水土保护毯在上海市生态护岸的应用主要集中在坡度不大于1∶2的缓坡型生态护岸，毯体布置在整个斜坡范围，植被生长后形成的“植被—水土保护毯—土壤”防护体系既能满足护岸稳定性要求，又具有极强的固坡防冲刷功能。调研案例中，水土保护毯护坡上草皮生长茂盛，水位变动区种植挺水植物，总体生态效果较好，且管理单位表示水土保护毯护坡的养护较为方便且成本较低，坡面绿化植物只需在冬季进行适当修剪即可。调研发现的主要问题是植物选择栽种不当、采购质量把关不严、施工管控不到位、后期养护不及时等原因造成生态效果不理想。

3 生态护岸建设中生态袋和水土保护毯应用的关键问题分析

3.1 生态袋和水土保护毯应用于生态护岸的主要技术要点

通过本次生态护岸调研，本文总结提出生态护岸建设中生态袋和水土保护毯应用的主要技术要点如下：

（1）生态袋护坡的主要技术要点

a.适用边坡范围：坡度不大于50°、高度H不大于3 m。

b.基础层：根据地质条件设置砾石或素混凝土基础层，基础厚度应不小于200 mm。

c.基质材料应充分调研后选用宜于植物生长的材料，并填装入生态袋内、压实后妥善封口。

d.地下水位较高时，可在部分生态袋填充中粗砂以利排水。

e.将生态袋结构扣水平放置两个袋子之间，靠近袋子边缘1/3的位置，以便每个标准结构扣横跨两个生态袋。

f.生态袋表皮植被可通过混播（将单子叶植物种子预先放在生态袋内的方法）、插播、铺草皮及喷播等方法实现，在生态袋施工后3个月内均要求植被覆盖率不小于99%。

（2）水土保护毯护坡的主要技术要点

a.坡面整平，坡比应达到设计要求，不宜陡于1∶2。

b.在河岸堤肩以及堤脚处，各开一条沟槽，深度、宽度均不小于30 cm。将水土保护毯放入沟中并用专用钢钉固定，其余坡面位置在正常坡度情况下每2～3 m2固定一根锚钉。

c.顺水流方向搭接（上游压下游），搭接宽度约为10～15 cm，搭接处同样用钢钉进行固定，钢钉间距为1 m。

d.回填土。采用干土施工法进行回填土，把粘性土、复合肥或沤制肥充分搅拌均匀，并分2～3次人工抛洒在坡面上。

e.植被可通过混播或喷播等方法实现，但无论使用哪种方法，均要求植被覆盖率在施工完毕后3个月内符合：常水位以上不小于99%；常水位以下300 mm及挺水植被种植区不小于50%。

3.2 生态袋和水土保护毯应用于生态护岸的适用条件和限制条件

通过本次生态护岸调研，本文总结提出生态护岸建设中生态袋和水土保护毯应用的适用条件和限制条件，具体见表2。

表2 生态袋和水土保护毯应用的适用条件和限制条件

3.3 生态袋和水土保护毯应用的常见问题及对策分析

针对本次生态护岸调研中，上海市生态护岸建设中生态袋和水土保护毯应用的常见问题，本文提出相应的对策措施如下：

（1）生态袋应用存在的常见问题及对策分析

问题1：水位变动区存在绿化种植效果差的问题

对策：在绿化设计时应选择工程区域适宜的植物，尤其是着重考虑水位变动区的植物选种，建议以挺水植物为主；绿化施工应采用有序和科学的方式，考虑到在袋内土中拌合草籽的操作困难、成活率低的问题，推荐采用喷播种籽、播种枪开孔种植、栽植灌木等方式，种植后应注意撒水养护，确保生态袋护坡的生态效果。

问题2：部分岸段存在袋体损坏的问题

对策：提高施工队伍素质，抓好施工质量控制。做好材料采购的把关，袋体材料的性能指标应满足设计的要求。必要时可由供货厂家提供现场施工指导，避免施工单位为了自身利益，以次充好。

（2）水土保护毯应用存在的问题及对策分析

问题1：部分岸段绿化种植效果不理想的问题

对策：做好材料采购、检验的把关，避免施工单位以次充好；做好对施工单位的监督、指导，在水土保护毯铺筑过程中，还需对沟槽的开挖尺寸、锚钉的密度、水土保护毯的搭接、边缘锚固部位、覆土质量等方面进行重点监督，参建各方对铺设成果进行检验，不符合设计要求应当返工重做，直至满足设计要求为止，必要时请厂家提供技术支持；做好水工专业施工与绿化专业施工的衔接，时间间隔不宜过长；选择合适的植物搭配、合适的播种方式，做好后期的养护工作。

问题2：后期管养不到位的问题

对策：尽量避免对已成形护岸的绿化进行频繁翻种，变更种植品种，避免对水土保护毯的整体性的影响；提高管养队伍的业务能力，做好日常的河道保洁，必要时对管养队伍进行定期培训。

4 结 语

本文根据上海市水务局组织的生态护岸调研成果，系统总结了土工合成材料类材料在上海市生态护岸建设中的应用情况。针对主要使用的两类土工合成材料：生态袋和水土保护毯的若干关键问题进行了分析，总结得出了两类材料应用的技术要求、适用条件、限制条件以及常见问题的对策措施，为今后上海市生态护岸建设中土工合成材料的实际应用提供了有益的技术指导。