生态护坡技术在河道治理工程中的应用

朱云仓

(北控水务建设发展有限公司，河南 郑州 450000)

传统的城市河道治理过程中，主要考虑的是保证河道的行洪排涝，河道断面型式过于单一化，河道坡面一般为浆砌石护坡、现浇或预制混凝土护坡。硬质化护坡形式虽然可以保证河道的顺利行洪，并具有较好的水土保持功能；但河道断面规则化隔断了水体与土壤之间的联系，降低了河道本身的水体自净能力。同时，单一化的建设改变了河流生态环境的多样性，切断了水、岸之间的交互作用，破坏了河道原有的生态功能。城市河道治理不仅应保证防洪排涝的功能，同时也需要构建美丽的水生态景观。随着社会经济的不断发展，以及人们对环境、生态需求的多样化，在河道整治过程中，传统的护坡形式已经不能满足人们多样性的需要。生态护坡技术兼具功能性和景观性，在城市河道治理工程中得到了越来越多的应用。

生态护坡功能有两个：ⓐ护坡功能，植被的浅根有加筋的作用、深根有锚固的作用；能降低坡体空隙水压力、截留雨水、弱化溅蚀、控制水土流失；ⓑ改善环境功能，植被能改善被破坏的生态环境，降低城市噪声，减少光污染，促进有机污染物的降解，净化城市空气，调节小气候。

1 生态护坡技术的应用原则

1.1 水力稳定性原则

护坡的设计首先应满足岸坡稳定的要求。影响岸坡水力稳定性的因素主要有三个方面：ⓐ因岸坡面不断冲刷引起的水力失稳；ⓑ因表层土滑动破坏引起的水力失稳；ⓒ因深层土滑动引起的水力失稳。因此，应对影响岸坡稳定性的水力参数和土工技术参数进行研究，从而实现对护坡的水力稳定性设计。

1.2 生态原则

生态护坡设计应与生态过程相协调，尽量使其对环境的破坏影响降到最低。这种协调意味着设计应以尊重物种多样性，减少对资源的剥夺，保持营养和水循环，维持植物生存环境和动物栖息地的质量，有助于改善人居环境及生态系统的健康为总体原则。主要包含以下两个方面。

1.2.1 当地原则

设计应因地制宜，通过详细了解当地的自然环境及人文信息，进行与当地自然环境及文化相和谐的设计。主要包括：ⓐ适应场所自然过程，设计时要将带有当地特征的自然因素考虑进去，从而维护场所的健康发展；ⓑ根据当地实际情况，尽可能选用当地苗木、石材以及其他材料，使生态护坡与当地自然条件更加融合。

1.2.2 保护与节约自然资源原则

对于自然生态系统的物流和能流，生态设计强调的解决办法主要有以下四个方面：ⓐ重点保护不可再生资源；ⓑ尽量减少对能源、水、土地和生物资源的使用；ⓒ利用原有材料，包括植被、石材、土壤等服务于新的功能，这样可最大程度上降低对资源和能源的损耗；ⓓ尽可能地让护坡处于良性循环中，从而使生态环境保持可持续发展。

2 工程实例应用

2.1 工程概况

衡水市主城区水系生态修复PPP项目班曹店排干渠工程位于河北省衡水市桃城区，主要包括水安全、水生态、水景观、机电与金结工程。通过本次工程建设，将主城区水系生态系统融入城市生态网络，构建完善水生态环境。其主要任务是疏浚、开卡及规整河道断面，调整、恢复两岸河口，提高城区河段整体防洪排涝能力，并结合景观工程利用河槽蓄水，恢复河流水系生态环境。

2.2 护坡施工工艺介绍

本工程河道边坡护坡包括蜂巢格室约束系统护坡和生态墙壁砖护坡两种形式。工程选用的蜂巢格室采用在高分子材料基础上改良而成的环保型高分子聚乙烯合成材料，经过超声波焊接形成三维网状物。蜂巢格室约束系统护坡施工现场见图1，护坡效果见图2。

蜂巢格室约束系统护坡施工流程为：边坡整理→土工布铺设→蜂巢约束系统铺设→覆土→绿化→养护。

生态墙壁砖护坡施工流程为：边坡整理→土工布铺设→生态墙壁砖基础浇筑→生态墙壁砖码放安置→覆土→绿化→养护。

2.2.1 土工布铺设

a.蜂巢格室底部土工布。经清表、修整后，将土工布铺设在基面上，堤顶和河底位置需伸出蜂巢格室边以外20～30cm，防止后期施工中因为压力等原因使土工布缩入蜂巢格室底部，导致土工布下铺尺寸不足现象发生。

b.生态墙壁砖底部土工布。经清表、修整后，将土工布铺设在基面上，由于生态墙壁砖码放方式为自下而上逐步错台形式，使得土工布实际使用尺寸大于边坡平面尺寸，所以铺设前需经过计算得出土工布的有效使用长度。

图1 施工现场土工布与蜂巢格室约束系统铺设

图2 蜂巢格室约束系统护坡效果

c.土工布规格。土工布规格为350g/m2，每卷尺寸6m×50m。如遇特殊部位可将原材剪裁成合适形状进行铺设。土工布间连接采用搭接方式，搭接宽度30～50cm，搭接部位使用手持缝纫机将相邻两块土工布进行缝合，每处搭接缝合线不少于2道。

2.2.2 蜂巢格室铺设

本工程蜂巢格室护坡工程采用“蜂巢格室约束系统”+填充种植土防护。“蜂巢格室约束系统”由蜂巢格室本体+连接材料、连键+锚固材料、锚杆+限位帽三部分构成。蜂巢格室壁板有多孔和压纹结构，通过孔穴内填充物，提供强大的剪切力、摩擦力和侧向排水通道，把上部载荷均匀扩散到地基，以提高地基的承载力，适应地基的不均匀沉降，便于河道运营期的机械作业和日常养护工作，避免冬季的冻胀破坏。

坡面专用锚杆+限位帽间距1016～1425mm，为保证蜂巢隔室的整体稳固性，顶排、底排及两侧边端部采用专用锚杆和限位帽，逐孔钉牢。蜂巢格室施工单侧横断面见图3。

2.2.3 生态墙壁砖基础浇筑

a.生态墙壁砖基础采用素混凝土结构，混凝土等级为C25F150W4，断面型式为“L”形，用于保证砖体码放的平整以及砖体防滑。

b.基础每隔10m留置20mm宽伸缩缝，防止因基础承载力变化等原因产生不均匀沉降进而导致基础断裂现象。伸缩缝采用L-600型高压聚乙烯闭孔泡沫板，表观密度为0.12g/cm3。

c.生态墙壁砖基础无垫层，无配筋，为素混凝土结构，模板底部采用原基或回填土土模，边侧立模采用木模板与定型钢模板配合形式。由于内部无钢筋，所以在模板内架设1.1m长木方进行支撑，立模底部使用钢筋打入基础土体内作为底部限位装置，模板外侧使用钢管进行顶撑，外侧顶撑顶点为模板上口及模板底部双层布置。生态墙壁砖施工单侧横断面见图4。

图3 蜂巢格室施工单侧横断面示意 (单位：mm)

图4 生态墙壁砖施工单侧横断面示意 (单位：mm)

2.3 护坡技术指标参数及施工要点

2.3.1 蜂巢格室约束系统生态护坡具体指标参数

本工程蜂巢格室具体指标参数见表1。

2.3.2 蜂巢格室约束系统生态护坡施工要点

a.土工布铺设在堤顶和河底位置，需伸出蜂巢格室边以外20～30cm，防止缩入情况。

b.土工布间连接采用搭接方式，搭接宽度30～50cm，搭接部位使用手持缝纫机将相邻两块土工布进行缝合，每处搭接缝合线不少于2道。

c.放置的格室尺寸达到设计要求后，用锚杆进行锚固后，再进行种植土回填施工。

d.设计要求蜂巢格室内填充种植土，填充采用机械倒运土料、人工填充方式，严禁使用机械将土料直接倾倒在已铺设完成的蜂巢格室上，防止变形。

e.蜂巢格室铺设与其内部种植土填充工序互相配合，在施工作业前，根据现场实际情况选择种植土导料方向，尽量保证每铺设一组蜂巢格室后马上进行种植土填充作业，不得将整片施工区域蜂巢格室全部铺设完成后再行进行填充作业，防止人力及运力浪费情况发生。

表1 蜂巢格室性能检测指标

2.3.3 生态墙壁砖技术指标参数

本工程生态墙壁砖具体技术参数见表2。

表2 生态墙壁砖技术参数

2.3.4 生态墙壁砖护坡施工要点

a.由于生态墙壁砖码放作业为自下而上逐步错台方式，故在施工过程中应先沿边坡铺设土工布，而后每码放一层生态块在其后侧与边坡形成夹角位置回填原状土，回填高度与本层生态块表面平齐即可，宽度为200mm，再进行下一层生态块码放施工。

b.修坡完成、土工布铺设完毕后进行生态块码放施工，码放时应先施工最底部一层，使最下层生态块紧密贴合至基础固角处，生态块同层顺水流方向相邻两块间应紧密贴合，尽量不留空隙。

c.上一层码放时应与下层生态块前后方向和左右方向错开，其中前后方向向河道外侧后退200mm，左右方向与下层生态块错开250mm，保证边坡位置生态墙壁砖形成整体，以利于运营期维护作业。生态墙壁砖码放形式见图5。

图5 生态墙壁砖码放平面图 (单位：mm)

d.每个生态块均有三个通孔，码放时使用尼龙棒(L=300mm)伸入下层中间孔位，以固定上层生态块位置，防止后期因降水或冻融等原因导致生态块位移现象发生。

e.每层生态块码放完成后即可在其中部孔洞内填入种植土，种植土填装施工采用机械运料、人工回填方式，使用机械将现场已存种植土倒运至护坡边坡顶角附近，再由人工将土料移至作业面进行填装施工，严禁使用机械将土料直接倒入生态块孔洞中。

2.4 质量控制与检查

为保障护坡施工质量，在施工过程中对主控项目和一般项目严格管控，根据检查记录施工质量合格。蜂巢格室约束系统生态护坡和生态墙壁砖护坡质量检查记录见表3、表4。

3 结 语

本工程选用的蜂巢格室采用在高分子材料基础上改良而成的环保型高分子聚乙烯合成材料，经过超声波焊接形成三维网状物。通过在格室中填充砂石、泥土等，形成具有较大侧向限制和刚度的结构，对河道边坡进行固结及修复。主要具有以下特点：

表3 蜂巢格室约束系统生态护坡质量检查

表4 生态墙壁砖质量检查

a.良好的耐腐蚀性能。高分子聚乙烯材质的蜂巢格室受周围土壤湿度、空气环境的影响较小，化学性能稳定，耐酸碱腐蚀性能良好，可以适应不同类型的土壤环境。

b.较高的耐热老化性能。通过热氧化试验处理后，在70℃高温条件下其拉伸屈服强度仅降低30%，使用时间达到50年以上。

c.节能环保。一般在格室中填充沙石、泥土等作为格室填料，很少使用混凝土作为填料，达到了既节能又环保的目的。

d.蜂巢格室约束系统具有施工工序少、施工效率高、所需工人及工种较少，施工过程较为安全环保，耐久性好，不易破损，施工成本低、效率高等特点。可以用于稳固软土地基、支撑管道、驳岸修复以及生态挡墙等工程。

生态墙壁砖护坡施工包括支模、浇筑混凝土、拆模、码放等多种工艺，所需人力及工种较多，施工质量好、结构耐久性及荷载承受能力较好，铺设稳定可靠，能够满足城市河道治理中水利疏浚防洪工程的整治要求。生态墙壁砖块内孔隙率能够满足植物生长需要，生态护坡能够起到缓释肥料并且保留水分的效果，使植物良好生长。

将上述生态护坡技术应用于城市河道治理工程中，不仅能够发挥防洪排涝的基础功能，同时还可强化护坡的稳定性、安全性、美观性和协调性。通过生态护坡技术的应用，不仅可使城市河道水文生态系统协调有序，还美化了市民的生活环境。