山区农村河（沟）道生态护岸技术浅析

夏元波 白慧 梁辉

摘 要：本文阐述了生态护岸的设计原则与目标，介绍了五种常用的适合山区农村河（沟）道的生态型护岸技术，可为类似工程设计、施工提供参考。

关键词：山区农村河（沟）道;生态护岸;技术浅析

我国山区农村河（沟）道数量众多、分布广泛，具有行洪、排涝、灌溉、供水、生态等多重功能，是水生态环境的主要载体，对维持自然生态平衡和人类社会的发展具有重要作用。山区农村河（沟）道比降大、水流急、冲刷严重，河（沟）道两岸需要采取必要的护岸防护措施。在山区农村河（沟）道的传统治理中注重其护岸的结构安全和防洪排涝安全，多采用浆砌石、现浇混凝土等硬质护岸结构，河（沟）道被人工化、渠道化，破坏了原有河（沟）道的自然生态系统及其相应功能，导致河（沟）道中原有生物多样性受到破坏，河（沟）道水流的天然自净能力和保护功能持续降低。传统的河（沟）道护岸技术已经无法满足人们对自然、亲水、净水和生态景观的需求。采用具有自然、“可滲透性”特点的生态护岸，能充分保证河（沟）岸与河（沟）道水体之间的水分交换和水量调节，集防洪功能、生态功能、自净功能和景观功能于一体，把水、河（沟）道与堤防、河（沟）畔植被连成一个整体，构成一个完整的河（溪）流生态系统，恢复河（溪）流活跃、多样的生态结构，促进了人与自然的和谐相处。

1 山区农村河（沟）道生态护岸设计原则与目标

生态护岸设计坚持生态文明和人水和谐的理念，依照岸坡稳定、正常行洪、材质自然生态、内外透水，因地制宜，成本经济等原则来进行。

生态护岸设计的目标是在满足人类需求、不破坏原有生态系统、确保河（沟）道防洪安全的前提下，使工程结构对河（溪）流的生态系统（包括水流的流量、流速、冲淤平衡、动物栖息及植物生长所需要的多样性生活空间、环境外观等）影响最小，改善沿河（沟）两岸生态景观，充分保护河（溪）流的自然景观和生态系统，创造人与自然相和谐、河（溪）流功能丰富的河（溪）流空间。

2 山区农村河（沟）道常用的生态护岸技术

目前常用的生态护岸型式主要有植物护岸、三维土工网垫植草护岸、生态袋护岸、石笼护岸、生态砖护岸结构等，相对传统硬质结构护岸，具有良好的生态性，在山区农村生态河（沟）道护岸设计时可根据河（沟）道的特性因地制宜选择使用。

2.1 植物护岸

植物护岸是在河（沟）道岸坡采用种植植被保护河（沟）岸、保持自然堤岸的护岸。主要利用乔灌草等适生植物舒展而发达的根系来稳固堤岸的防护模式，以增强其抵抗洪水、保护河（沟）堤的能力。

2.1.1 适用范围

流速小于2m/s，河（沟）道纵坡较缓，岸坡坡度小于1：2的土石岸坡，特别适合于河（沟）道较缓、流速较小的山区农村河（沟）道的生态治理。

2.1.2 技术要点

河（沟）岸整理为自然稳定边坡，必要时对岸坡进行土壤改良或换土;土体压实控制在80%～85%时，基本能满足岸坡稳定和植物生长发育的双重要求。采用发育比较快、繁殖能力强、乡土适生的灌草植物，也可适当引入观赏植物和水质净化功能强的植物，增强自然审美情趣，改善水质。

2.1.3 优缺点

优点：纯天然无污染，工程造价低，取材方便，施工简单易行，环境协调性好。缺点：抵抗较大流速洪水冲刷能力稍差，岸坡长期稳定主要依赖于在岸坡区域内靠自然恢复能力所逐渐形成的植物群落。在日常水位线以下种植植物难度较大，品种的选择比较关键，否则很难保证植物的存活率。

2.2 三维土工网垫植草护岸

三维土工网垫植草护岸主要由聚丙烯、聚乙烯等高分子材料制成的网垫和种植土、草籽等组成。该网垫质地疏松、柔韧，有合适的高度和空间，可充填并存储土壤和沙粒。植物的根系可以穿过网孔均衡生长，长成后的草皮可使网垫、草皮、泥土表层牢固地结合在一起，抗冲蚀能力较强。

2.2.1 适用范围

适用于行洪流速大于3m/s、小于6m/s的河（沟）道，常水位以上的岸坡为砾石，岸坡坡比范围为1：1.25～1：1.5。

2.2.2 技术要点

主要施工工序：平整坡面、开挖沟槽→铺网、固定→覆土→喷播→覆盖无纺布→养护。平整坡面固土网垫一般可由人工铺设，植物种植一般采用草籽加水力喷草技术完成。整坡后在岸坡表面自上而下铺设一层三维网垫，利用上下各一道锚固沟及“U”形铆钉固定，其上覆盖一层厚约5cm的耕植土，并喷播当地适生草籽，植物生根后便可与三维网垫共同作用形成固土绿化系统。三维土工网的固定措施能有效避免早期草皮在汛期起浮现象的发生，植被根系与三维网共同作用，起到了岸坡面层防护与浅层加筋的作用。覆盖无纺布可防止雨水冲刷，保温保湿，保护和促进草籽的发芽生长。

2.2.3 优缺点

优点：工程造价低、施工简单、综合防护效果好、便于维护。缺点：植物生长初期较为脆弱、抗冲流速小，且不宜用于常水位以下。为了防止洪水冲击淘刷坡脚导致岸坡失稳，常水位以下通常需要采取石笼或浆砌石或混凝土等结构的护脚措施。

2.3 生态袋护岸

生态袋护岸是指采用生态袋进行水岸护脚和坡面修复的防护模式。生态袋具有透水不透土的过滤功能，既能防止填充物（土壤与营养成分混合物）流失，又能实现水分在土壤中的正常交流，植物生长必需的水分得到了有效保持和及时补充。同时，植物可以穿透生态袋体自由生长。

2.3.1 适用范围

适用于流速5m/s以下水流岸坡防护，外边坡坡脚坡率小于80°，河道岸坡为砾石，无法自然恢复植被，景观要求较高的边坡。

2.3.2 技术要点

生态袋内填充土壤、肥料和草种等混合物，按一定比例配置，生态袋填充后尺寸一般为55cm×30cm×20cm。生态袋内预置的植物可选取当地适生的灌木、草和藤本等，以加快和增强坡面绿化恢复效果。也可在植生袋表面喷播草种、直接铺种草皮、压种枝条或灌木等进行绿化。主配件有三维排水联结扣、扎口带、生态锚杆、加筋格栅。

生态袋可以和传统结构相结合，河（沟）道基础采用格宾石笼结构或浆砌石挡墙结构，或在刚性结构的框格内（钢筋石笼、混凝土格框等）护砌边坡。生态袋之间可以利用连接扣、土工格栅、钢筋笼等联结成一个整体，形成整体受力系统，有利于结构的稳定和抵抗破坏。

施工前需平整坡面，施工时生态袋“品”字形码放，由三维排水联结扣相互紧锁，可根据坡面稳定及实际情况，使用生态锚杆和加肋。高度2.5m以下的水岸边坡，可以不要加筋格栅，采用重力式生态等效挡土墙加厚结构即可，再进行植被覆盖。施工后洒水灌溉，并保持坡面湿润直至种子发芽。在植被完全复盖前，结合浇水适当施肥。

2.3.3 优缺点

优点：施工简单，不对边坡结构产生反渗水压力;材料搬运轻便;节省土地，适合陡坡;对外界冲击力有吸能缓冲作用，从而保证边坡稳定;使结构稳定和生态植被同步实现;可以和传统的土木工程结合使用，有良好的匹配性和组合性：就地填充土料，植物生长快速，景观效果好;植被不易退化，养护管理成本低廉;袋内可预置植物种子和营养基质，可确保出苗整齐;植被的发达植物与坡体结合成一个同质整体，使其形成自然的、有生命的生态工程。缺点：相比硬质类护坡而言，稳固性和抗冲刷性相对较差，植物穿透性及耐用性受袋子材料和质量的影响较大;袋子内土壤养分流失后不容易补充，造成土壤板结、植物生长缓慢等问题。

2.4 石笼护岸

石笼护岸是指由专业机械将镀高尔凡的低碳钢丝编制成六边形双绞合金属网面，按设计要求裁剪、组装成蜂巢格网箱体、格网网垫结构，箱体（或网垫）内填满块石、卵石等填充材料后用作河（沟）岸区的护措施。石笼护岸分为：格宾石笼挡墙和格宾石笼网垫（护垫）两种型式。

2.4.1 适用范围

格宾石笼挡墙常用于河（沟）宽较窄、正常水位较高、河（沟）岸崩岸、塌岸、流速大、迎流顶冲、冲刷严重等河（沟）段岸坡防护。格宾石笼网垫护岸结构型式常用于流速大、岸坡陡的河岸生态防护，适用于岸坡坡比一般不超过1：1.25，坡比超过1：1时慎用，每级坡面高度不超过10m。

2.4.2 技术要点

（1）格宾石笼挡墙。

格宾网型号一般为2.0（4）m（长）×1.0m（宽）×0.5（1.0）m（高），格宾内隔板间距1m，网孔型号为80mm×100mm，钢丝采用镀高尔凡（5%铝-锌合金+稀土元素）防腐处理，在工业（一般污染）环境下设计寿命可达到50～60年。钢丝直径为网丝?2.7mm、边丝?3.4mm、绞合钢丝?2.2mm;抗拉强度不低于350～500MPa，编织前延伸率不小于10%;最小镀层量：网丝?2.7mm不小于245g/m2，边丝?3.4mm不小于265g/m2，绞丝?2.2mm不小于230g/m2。格网网面抗拉强度值为50kN/m。填充物采用卵石、片石或块石，格宾要求石料粒径D100～300mm为宜，空隙率不超过30%，要求石料质地坚硬，强度等级MU30，遇水不易崩解和水解，抗风化。石笼挡墙采用台阶型挡墙型式，其断面结构尺寸按重力式挡墙进行整体稳定、抗滑及抗倾覆等计算确定。

主要施工工序为：导流、排水→基础开挖→格宾网箱组装→格宾网箱摆放、链接→石料装填→封闭笼盖。

在施工区导流排干河（沟）水，坡脚处开挖基槽，码放石笼，根据石笼尺寸设置相邻石笼间距，使石笼呈“品”字型排列，埋深根据冲刷深度确定。石笼码砌高度不宜超过10m。每层石笼采用纵横向布置，上层石笼沿边坡线向内伸入50cm，与下层石笼错开50cm并与下层交错布置。每层石笼笼体之间最好采用格网网箱四周石块采取人工砌筑，以避免鼓包，箱体与箱体直接采取钢丝绞边，从而使整个挡墙形成一柔性整体。格宾挡墙后在填筑土方前要在挡墙背水侧布设土工布（300g/m2）作为反滤层。

（2）格宾石笼网垫（护垫）。

格宾网垫系指由机编双绞合六边形金属网片，按照一定的结构制成的网垫结构，在构件中填石构成主要用于冲刷防护的结构。格宾网垫为一次成型产品，隔板为双隔板，除盖板外，边板、端板、隔板及底板由一张连续不裁断的网面组成。石笼网垫规格为（长×宽×厚）：4.0（6.0）m（长）×2m（宽）×0.3（0.5）m（高），隔板间距1m，网目尺寸为60mm×80mm。钢丝采用抗腐蚀性很强 的高尔凡 （5%铝一锌合金+稀土元素）镀层。网面钢丝直径为2.0mm，边缘钢丝直径为2.7mm，绞合钢丝为2.2mm。抗拉强度不低于350～500MPa，编织前延伸率不小于10%;最小镀层量：网丝?2mm不小于215g/m2，边丝?2.7mm不小于245g/m2，绞丝?2.2mm不小于230g/m2。格宾护垫网面抗拉强度值为35kN/m，填充的卵石粒径为7～15cm，，空隙率不超过35%。

主要施工工序为：导流、降水→格宾护脚基础开挖→格宾网箱摆放、链接→石料装填→网箱封盖并绞扣→格宾护垫边坡技术处理→土工布铺设→格宾护垫安装→格宾石笼与格宾护垫绞扣连接→填充卵石→护垫封盖绞扣。

河（沟）坡脚正常水位以下通常设置格宾石笼墙护脚，护脚埋深根据冲刷深度确定;正常水位以上采用格宾石笼网垫护岸。在格宾石笼墙护脚施工完成后，再根据设计坡比进行河（沟）岸边坡基础处理，先清理杂草、树根等，坡面孔洞、淤泥、凹陷处填土夯实，使边坡表面平整。格宾网垫下面设反滤层，通常采用30cm碎石或土工布。顺着坡面自下而上进行格宾网垫施工，其厚度通常为20-40cm，上面可插种活的植物枝条，也可覆土撒播草种。

2.4.3 优缺点

优点：格宾石笼属于高透水、通气材料，植物根系通过有效孔径完全穿透格宾结构，实现河（沟）道水流和结构后土体的自由水交换，增强水体的自我净化能力，改善水质，也为各类水生动物提供生存空间，维持生态系统平衡，能产生较好的生态效果;柔性结构能很好地适应地基不均匀沉降，很大程度节省工期;具有很好的适应变形能力、透水性、耐久性;石笼具有高渗透性，允许自由排水，可显著增强边坡的稳定性;填充物可就地取材，施工简单易行，对环境影响小，后期植被恢复效果好，可大大减少后期的养护管理工作。缺点：石笼表面植物较难生长，相对植物護坡而言，生态效果稍差。

2.5 魚巢生态砖护岸

鱼巢生态砖护岸是指在修整好的水岸边坡坡面上拼铺鱼巢生态砖，连接固定后，在砖框内填充种植土进行植被恢复的边坡防护模式。

2.5.1 适用范围

适用于河（沟）道流速小于4m/s，土质或石质稳定边坡，坡比范围1：0.75～1：3。

2.5.2 技术要点

生态砖采用混凝土或其他材质的预制块。植物选配可根据实施工程所在项目区气候、土壤、周边植物等情况确定，可选用适生的乡土草种、灌木、攀缘植物等。设计将坡面进行削坡，达到稳定坡比，坡下部采用鱼巢生态砖（350mm×260mm×200mm）进行防护，防护高度可大于4m。

在河（沟）底沿长度方向开挖宽70cm、深度为120cm的基槽，底部夯实并浇筑厚度为70cm的C15埋石混凝土基础，流速大时（≥4.0m/s）水平方向可以加1-2米宽的石笼、抛石等保护措施。在基础上摊铺一道塑性混凝土，并在混凝土上码放第一层砌块。利用塑性混凝土将砌块底部垫实，并调整砌块的角度，达到1：0.75～1：1。当塑性混凝土硬化后，在砌块背后回填级配碎石，并夯实。清理表面积料、并开始码放第二层砌块，错缝长度不少于砌块长度的1/4，同样向砌块背后回填级配碎石并夯实。重复第四步，逐层码放直至达到设计标高，顶层码放砌块不留缝隙。在生态砖内填充种植土，土层表面略低于砖体表面。铺填种植土后在生态砖内种植草本、灌木或攀缘植物。

2.5.3 优缺点

优点：该技术适合不同坡度的高陡边坡防护，生态砖可以现场预制，砖体下部或侧边与所护坡面坡度相匹配，加阻滑结构稳定性好;砖内或砖孔隙可种植恢复护坡植物，植物以当地适宜的灌草或攀缘植物为主，并可配置部分小乔木;该项技术属于植物工程措施复合护坡技术，操作简单，外观整齐，造型美观大方，施工效率高、适应性好，具有稳定边坡与绿化美化的双重效果。缺点：相比植物护坡而言，生态效应稍差，植物覆盖面积有限。

3 结语

近年来，党中央做出了建设生态文明社会的重大战略部署，把生态文明建设提到了前所未有的高度，山区农村河（沟）道生态问题逐步得到重视关注，在今后的山区农村河（沟）道整治，也将越来越重视与生态环境治理相结合，采用生态护岸型式是恢复河道生态的重要基础，生态护岸以其与自然环境良好适应性及结构稳定性的双重优点，在今后河（沟）道治理的边坡型式中将会得到广泛应用，生态型护岸顺应了人与自然共生的要求， 不仅是护岸工程建设的一大进步， 也将成为今后护岸工程建设的发展方向。

参考文献

[1]许士国，高永敏，刘盈斐.现代河道规划设计与治理[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

[2]中国水土保持学会水土保持规划设计专业委员会.生产建设项目水土保持设计指南[M].北京：中国水利水电出版社，2011.

作者简介

夏元波（1978-），男，陕西宁强县人，工程师，主要从事水利水保工程规划设计、工程建设管理工作。