浅析水工柔性生态防护结构设计

刘睿

摘要：柔性生态防护结构主要包括干砌石护坡及挡墙、垫式网笼护坡、笼（箱）体挡墙、框格格构防护、预制混凝土块护坡、自嵌式挡土墙及抛石防护等，其结构具有良好的透水、透气能力。

关键词：柔性生态防护

1柔性生态结构的定义

柔性生态结构是指利用植被根系与坡体相结合的方法加固岸坡，随着时间日趋发达的植被根系使边坡结构的稳定性加强，是与自然环境协调、有生命的生态结构。

水工柔性生态防护结构应根据气象、水文、地形、地质条件并考虑工程总体布置和建筑物运用对防护结构的要求等进行设计，重视施工期地质和安全监测的反馈资料分析，结合实际情况的变化修正设计。

2设计原则和考虑因素

2.1 设计原则

1）水工柔性生态防护结构主要适用于河湖岸坡、堤坝边坡以及建筑物的岸（边）坡等工程，其工程级别应按照被保护对象的级别进行划分。

2）对坡长较大的同一防护断面，可采用一种或多种防护结构型式。宜按不同高程段或不同坡度段上的独立结构型式分别确定防护工程级别。

2.2 考虑因素

1）雨水冲刷、波浪淘刷作用；

2）冻胀、干裂作用；

3）漂浮物和冰层的撞击和挤压作用；

4）坡面风化作用；

5）防护结构的透水透气效果及其保护土体的渗流稳定；

6）植生效果、环境效应。

3柔性生态防护结构的选型

3.1柔性生态防护结构选型时，应考虑下列因素：

1） 河湖水位、水深及其变幅范围对结构和生态植物生长的影响；2） 被保护土体的物理力学性质、植物生长环境对土体的要求及其地下水条件；3） 防护主体结构形式、构造、高度等尺寸要求； 4） 防护结构承载能力及其结构一旦失效失事可能产生的后果； 5） 防护结构施工工艺的可行性；6） 施工条件、施工季节、植物种植及其养护要求；7） 经济指标、节能环保性能和施工工期。

3.2 水工柔性生态防护结构分为植物种植结构防护、柔性生态结构防护、混合生态结构防护三类，应因地制宜的选择其中的一种或多种组合型式，常用柔性生态防护结构型式及适用条件见表1。

4工程中常用的柔性生态防护结构形式

4.1干砌石护坡

干砌石护坡适用于深层稳定的边坡，广泛应用于水下、水上的边坡防护中。护坡最小厚度不宜小于 30cm。护坡坡度不宜陡于 1：1.5；当坡面高差大于 6.0m 时，其间宜设置一道宽度不小于 1.0m 的马道；亦可采用土工织物反滤层；河道凹岸拐弯处、水位消落带、冬季水位变化区间、岸边流速较大以及护坡坡脚处应增加砌石厚度或采取其他加固措施；护坡周边与相邻岸坡或构筑物的相交衔接处，应结合具体条件做好封边及压顶结构设计。

4.2干砌石挡墙

干砌石挡墙常用于岸坡齿墙，一般适用于受结构、地质、施工条件限制的部位。干砌石挡墙高度不宜大于 2.5m，超过 2.5m 时应进行相关论证；地震烈度超过Ⅵ度的地区不宜修建干砌石挡墙。干砌石挡墙结构通常为重力式，宜采用块石、粗料石砌筑而成，墙体内部之间靠自身摩擦力满足稳定要求；重力式干砌石挡墙墙顶宽度不宜小于 50cm，迎水坡坡度一般不宜陡于 1：0.2；挡墙基础宜设计成与受力方向相反的倾斜坡；

4.3预制混凝土块护坡

预制混凝土块护坡宜适用于当地缺乏石材的地区，被保护的岸坡应是深层稳定的土体。防护平面布置应平滑顺直，河道拐弯处宜采用弧线平顺过渡，弧线段曲率半径应满足河道堤岸设计要求。严寒和寒冷地区的预制混凝土块护坡应考虑冻融、冻胀作用，临水坡应考虑冰压力对护坡的影响，

4.3.1 预制混凝土砌块类型按照不同的方式分为：

1） 按外观形狀分为棱柱体混凝土砌块和异型体混凝土砌块；

2） 按有无贯穿孔洞分为实体混凝土砌块和开孔混凝土砌块；

3） 按连接形式分为连锁式混凝土砌块、铰接式混凝土砌块；

4） 按块体性质分为实体砌块、透水透气砌块、混凝土植草砌块。

4.3.2预制混凝土块护坡结构形式的选择：

1） 常水位以下，可选用实体砌块、铰接式、连锁式护坡结构；

2） 水位变动区，可选用铰接式、连锁式护坡结构，缝间可适当种植植物，以增加植物根系的固坡作用；

3） 设计洪水位以上，可选用透水透气、开孔空隙率较大的混凝土植草块防护结构，缝间可适当加大植物种植防护的作用；

4） 受水流冲刷、波浪淘刷严重，弯道顶冲以及易遭受冰或漂浮物撞击作用的部位，宜选用实体、铰接式、连锁式护坡结构；

5） 对生态环境效果要求较高时，可选择混凝土植草砌块防护结构。

4.4自嵌式挡土墙

自嵌式挡土墙适用于软土地基基础，多用于岸坡土体稳定性差、水流速度较大的水下岸坡；结合植物种植和生态环境，也常用于其它边坡的防护。自嵌式挡土墙是一种柔性结构，对地基承载力要求较低，能够适应较大的地基变形，抗震性能好、自重轻、造型美观。自嵌式挡墙常分为无加筋式和有加筋式两种，一般由自嵌式挡土块、锚固棒、土工格栅、反滤土工布、级配碎石及压实回填土等组成；其断面形式可为仰斜式、护坡式、重力式或半重力式等。

4.5抛石防护

抛石防护多用于土质岸坡的护脚，以防止高速水流冲刷坡脚。护脚与岸边连线保持较缓的坡度，不宜陡于 1：1.5；抛石护脚防护顶高程应高于河道枯水位以上 0.5m～1.0m，底部深度应满足河床最大冲刷深度的要求，宽度应超过冲刷最深点位置且延伸至河道深泓线；护脚抛石厚度不宜小于抛石粒径的 2.0 倍，水深流急处宜增大。

5结语

综上所述，柔性生态防护结构应根据工程所在地的地形、地质、水流等条件进行布置，以满足过流断面、抗冲刷、岸坡稳定等功能和运用要求。设计柔性生态防护结构时宜充分利用当地材料，并通过经济技术比较确定。

参考文献：

[1]GB/T 50290 土工合成材料应用技术规范.

（作者单位：河北省水利水电勘测设计研究院）