浅谈联锁式植生块生态护坡在沮漳河河道护岸治理工程中的应用

卢勇鹏，翁朝辉，覃莲超，程 雪

(湖北省水利水电规划勘测设计院，湖北 武汉 430070)

沮漳河为长江中游荆江河段北岸一级支流，位于湖北省中部偏西，两河口以上分为东支漳河和西支沮河，两河口以下称为沮漳河，整个流域面积7 284 km2，其中，两河口以上控制流域面积6 337 km2。漳河干流河道全长207 km，集水面积2 970 km2；沮河干流河道全长244 km，集水面积3 367 km2；沮漳河干流流经当阳、枝江、草埠湖农场、菱角湖农场，于荆州临江寺汇入长江，干流长度74.5 km，区间集水面积947 km2。沮漳河在两河口以上分为沮河、漳河，均属山区性河流；在两河口以下进入平原地区，主要依靠两岸堤防约束，为典型的平原性河流。本次沮漳河治理的河段为当阳段，属于平原区。

1 工程存在的主要问题

沮漳河两河口以下为典型的平原性河流，主要依靠两岸堤防约束，比降平缓，河道弯曲，长74.50 km的河道内有大小弯道20余处，弯曲系数达1.70，局部河道弯曲系数较大，如河溶水文站-群合河段，弯曲系数为2.24，孙家闸-新生闸河段，弯曲系数为2.27，娄家洲-柳港闸河段，弯曲系数为2.11。两河口以下河道多呈复式断面，滩地高程较高，受河流侧向侵蚀和冲刷作用，凹岸岸坡陡倾，河槽冲深，形成冲刷崩岸及脱坡垮塌险情，尤其是顶冲部位，崩岸更为严重。多年来因缺乏整体有效的河势控制工程和崩岸险情不能得到及时治理和控制，同时河道狭窄，多数堤防均为窄滩或无滩堤段，崩岸险情的发生、发展已危及堤防安全。

2 方案比选

本文通过对浆砌石护坡、预制混凝土六方块护坡、现浇混凝土护坡、雷诺护垫护坡、联锁式植生块护坡等护坡结构进行方案比选[1-5]，确定适应于本河段的较优方案。

1)浆砌石护坡方案。浆砌石护坡是河道治理工程中使用最为广泛和普遍的一种传统护坡型式，它具有材料简单、取材容易、施工简便、抗冲刷能力较强、经济性较好等特点。但对坡面不均匀沉降等变形的适应能力较差、易破损、结构透水性差、施工效率相对较低、无生态景观效果且坡面结构易被植被生长破坏等缺点。

2)预制混凝土六方块护坡方案。预制混凝土六方块护坡在河道护坡中使用较为常见，具有取材容易，可工厂化生产、施工方便、施工效率高、抗冲刷能力强、整体外形效果较为整齐美观、简洁等特点。但块与块之间灌缝技术要求比较高，适应变形能力较差，不均匀沉降后容易开裂破损，维修难度大，透水能力相对较差，生态景观效果差，而且造价相对高昂。

3)现浇混凝土护坡方案。现浇混凝土护坡取材容易，施工方便、施工速度快、抗冲刷能力强等优点。但适应变形能力较差，不均匀沉降后容易开裂破损，坡面破坏后不易维修，结构透水性差，无生态景观效果，造价相对高昂。

4)雷诺护垫护坡方案。雷诺护垫护坡由钢丝护垫填充石料构成，具有整体性和柔动性好，适应变形能力强，透水性高，整体抗冲刷能力较强，不破坏下垫层，工厂化生产，施工方便快捷等优点，并可在网垫上铺土种草，环保效果较好。但造价比较昂贵，对石料的需求较大，取材困难。

5)联锁式植生块护坡方案。联锁式植生块护坡是一种集护坡、生态恢复、装饰为一体的生态建设系统。其抗水流冲击力较强，整体稳定性好，有良好的适应变形的能力，对不同的坡面平面、曲面有较好的适应变形能力，有较好自动调节功能。由于工厂化的生产，植生块做到了规格统一，铺成坡形后具有整齐的韵律感，像是划上了方格似的，就是不配植绿色植物，也很美观；若配置了绿色植物，更是一道美丽的风景，其砖孔中生长的植物作为过滤屏障，还对防止水土流失及有害水体直接进入河道，起到一定的阻碍和净化作用，降低对河水的污染。同时，植物的根系深入土层对坡面结构也起到一定的加固作用。植生块除了满足强度要求，还具有较大的透气透水性，利于坡面排水及植生保水。直接铺装，施工简单快捷，不需要砂浆勾缝和机械设备，降低了人工费用，同时也缩短了工期。

综上所述，联锁式植生块护坡方案综合了以上方案的优点，克服了传统刚性护坡结构适应变形能力较差及生态景观效果差等问题，给河道岸坡治理工作提供了较优解决方案，经过比选后，该护坡结构型式被应用于沮漳河河道护岸治理工程中。

3 护岸设计

3.1 护岸结构设计

在本工程中，针对实际地形、工程地质及河道近岸流速等情况采用了如下防护结构形式(见图1)。

图1 植生块生态护坡结构图

由水上护坡和水下护脚两部分组成。其中，水上护坡由枯水平台、浆砌石脚槽、植生块坡面、滩顶工程等部分组成。

3.1.1 水上部分

1)枯水平台。位于枯水位与脚槽之间，其顶部高程高于枯水位1.0 m，宽度视岸线平顺衔接、结合横断面河床实际坡降而定，一般宽度不小于1 m，平台采用0.6 m厚干砌块石铺砌，外接抛石。

2)脚槽。位于枯水平台内侧，槽顶高程与枯水平台同高，尺寸为0.8 m×0.8 m，采用浆砌块石砌筑，以保持护坡坡面稳定。

3)坡身。从脚槽按1∶3的标准削坡至滩顶，当原岸坡缓于1∶3时，视具体情况局部削坡整平或适当整坡。坡身由两部分组成，上层为12 cm厚植生块面板，下层设10 cm厚混合砂石垫层。

4)滩顶工程。护坡顶部与滩唇结合部采用0.8 m×0.4 m浆砌块石封顶。

3.1.2 水下部分

水下护脚主要采用水下抛石型式。对水下坡度陡于1∶2.0的岸段，按1∶2.0的水下坡度进行抛石加固；对水下坡度较缓的护岸段采取等厚抛石守护。

1)抛护范围。枯水位以下坡度缓于1∶2的岸段，视其水流、边界条件和崩岸强度，抛石的水平距离控制在15 m以内；坡度陡于1∶2的岸段，视岸坡坡度及近岸水流情况，自设计枯水位以下按1∶2的坡度抛至深泓或河床横向坡比1∶3～1∶4处。对于岸坡较平缓的河段，抛石水平距离控制在10 m以内。

2)抛石粒径。考虑抗冲、动水落距、级配等因素，抛石粒径按《堤防工程设计规范》的抗冲粒径公式计算：

式中：d为折算直径，m，按球型折算；V为水流流速，m/s，取V=2.5m/s；g为重力加速度，9.81 m/s2；C为石块运动的稳定系数，取C=1.2；γs为石块的重率，取γs=24 kN/m3；γ为水的重率，取γ=9.81 kN/m3。

经计算，抗冲粒径为0.15 m，结合工程实际，确定抛石粒径范围为0.15～0.3 m，平均粒径为0.2 m，相应质量约30～110 kg。抛护时，块石应有一定的级配，最小粒径不得小于0.15 m。

3)抛石厚度。为避免抛石空档及分布不均匀，适应河床冲刷变化，保证块石下的河床砂粒不被水流淘刷。本工程设计中，各护岸险工段多位于河道弯道弯顶部位，顶冲强烈，根据河势变化及水流条件，水下抛石厚度按0.8 m控制。

3.2 治理效果

工程实施后，工程河段险工险段崩岸得到了有效控制，防洪能力得到明显增强，河道两岸人民生命财产及重要基础设施等防护对象的洪水灾害综合防御能力得到明显提高，水环境水生态得到明显改善，沿河居民的居住条件及生活质量得到显著提高，社会效益显著。2018年完工后，本工程成功经受了两个汛期洪水的考验，有效降低洪水灾害造成的损失，经济效益显著。本工程通过方案比选，在资金允许的条件下，摒弃了传统刚性护坡，采用植生块生态护坡型式，既满足抗冲要求，又可以让水体在河流与岸坡土体中正常交换，有利于水生植物生长，工程完工后可迅速恢复到原生态，生态效益显著(见图2)。

图2 工程实施后现场照片(经历一个汛期后)

4 结 语

水利工程建设与生态环境的融合越来越多的受到人们的重视和关注，生态护坡是融现代水利工程学、生物科学、生态学、环境科学、美学等学科于一体的水利工程措施[6]。新时期，对于中小河流的治理，应转变传统河道治理的设计理念，在满足防洪要求基础上，因地制宜的引入生态护坡的理念，建设既生态环保、美观协调，又安全可靠、造价经济的生态护坡将是未来中小河流治理的发展新趋势。联锁式植生块生态护坡因其较好的抗冲性、良好的坡面沉降适应性、良好的生态性、施工的便捷性、合理的经济性等优点，必将广泛地应用于各流域治理中。