复式缓坡断面坡式护岸衬砌方案比选

王思瑞，印锡平，杜荣波，夏新波，梁鑫

（1.中电建路桥集团有限公司，北京 100160；2.中国水利水电第三工程局有限公司，陕西 西安 710024）

0 引言

传统护坡技术大多采用干砌石、预制混凝土块及现浇混凝土等刚性结构[1]，这种刚性护坡结构虽然能够保证堤岸的稳定性，但阻止了河道水体与自然界的物质交换，对河流水质、生态治理及周围环境都会产生不利的影响[2～4]。随着我国生态文明建设的步伐越来越快，传统的护坡技术已无法满足生态发展的需要，生态护坡逐渐成为现在和未来护坡形式的发展趋势及要求[5～6]，将植物与其他工程材料有机结合，形成具备防洪功能、生态功能、景观功能为一体的多功能防护系统[6～7]。

本文以太平河综合生态治理为背景，分析对比了联锁式混凝土预制块、宾格石笼覆土衬砌、宾格石笼+节能（PET）土工固袋内填土料衬砌及PCA蜂巢约束系统衬砌四种不同的衬砌方案，通过对其施工工艺及优缺点的分析，希望能够为同类工程坡式护岸衬砌方案的选择提供一定的参考。

1 工程概况

太平河位于西安市西部，皂河的一级支流，自高新区市政箱涵出水口至入皂河口，为西安市城市排水系统中皂河排水系统的重要组成部分。太平河改造总长度为23.84km，项目整体包含水利工程、水生态工程及水质提升工程，重点打造一条水清、岸绿、景美的城中河，打造构筑“城市生态长廊”，创造“水、林、城”于一体的特色风景线。按照生态自然、经济适用、满足城市发展等要求，结合新建液压坝蓄水范围、高程以及现在河堤两侧的现有道路和建筑的不同情况，共划分四种断面形式，分别为非蓄水区缓坡梯形断面、复式缓坡断面、复式直墙断面、复式直墙缓坡断面，不同的断面形式采用不同的护坡方案。

2 方案比选

根据分析计算，设计洪水情况下断面平均流速一般为0.96 m/s～4.31m/s，超过了堤身材料的允许冲刷流速，因此必须对堤防进行砌护处理，以减轻水流对堤身的淘刷破坏，确保堤防的安全。为满足海绵城市的设计理念，本文提出了四种衬砌方案，分别进行比选，从生态环保、柔性治水、绿色抗冲等多方面综合选用合适的防冲衬砌方案，以满足河道过洪要求。

2.1 联锁式混凝土预制块衬砌

图1 某工程联锁式预制混凝土块护坡实例

联锁式混凝土预制块衬砌是由一组尺寸、形状和重量一致的预制混凝土块组装成的护坡形式。该方案采用厂制联锁式C20混凝土预制块进行衬砌，厚度为10cm，预制块之间通过锁扣连接形成整体，预制块底部铺设一层300g/cm2土工布进行反滤，预制块中的预留孔内可在回填素土后种植绿化。

2.2 宾格石笼覆土衬砌

宾格石笼覆土衬砌是以格宾石笼为基础，铺设整齐后在宾格石笼表面覆土植草的一种生态护坡技术，该方案采用30cm厚的格宾石笼（内填70mm～150mm石料）进行衬砌，底部铺设一层300g/m2土工布进行反滤，顶部铺设0.3m厚素土进行绿化。宾格石笼网是由抗腐蚀、高强度、有一定延展性的低碳铁丝包裹PVC材料编制而成的铁丝笼，具有结构稳定、抗变形能力强、延展性高、透水性强、施工速度快、可固结水土等特点，在满足防洪护坡等基本功能的同时，可以与其他植物材料相结合，使河道水流能够与其他基质有效接触，有利于生态恢复。

2.3 格宾石笼+节能（PET）土工固袋

图3 某工程宾格石笼覆土衬砌实例

图4 宾格石笼覆土衬砌做法示意图

该方案将宾格石笼与土工固袋有效结合，在30cm厚的格宾石笼内装节能PET（即聚对苯二甲酸乙二醇酯）土工固袋，袋内回填现场开挖土料，石笼底部铺设一层300g/m2土工布进行反滤，顶部铺设0.2m厚素土进行绿化。本方案用土工固袋代替格宾笼中的石料，解决了格宾石笼局部破损造成笼内石材滑落影响按坡稳定的问题，可有效提高施工安全性及支护稳定性。

2.4 PCA蜂巢约束系统衬砌

PCA蜂巢约束系统由20cm厚PCA（聚酯/聚酰胺纳米纤维分散于乙烯基质内形成的高分子材料）土工格室、连接件、锚杆、限位帽、回填土料等共同组成，形成整体防冲结构，土工格室内填种植土，底部铺设一层300g/m2土工布进行反滤。其中，土工格室是该系统的核心元件，用于约束和固定坡面浅层土体从而形成防护结构层，同时可以起到一定的排水作用。铺设于格室底部的土工布具有良好的导水性和表面附着力，可以在排水的同时截留固体颗粒。限位帽与锚杆配合将格室固定于坡面土体中，以防止巢室发生位移。

图5 PCA蜂巢约束系统衬砌实例

图6 PCA蜂巢约束系统衬砌做法示意图

2.5 方案比选

以上四种衬砌方案的技术经济比较成果如表1所示。

衬砌方案对比分析表 表1

3 应用实例

经综合分析，并结合本工程设计洪水流速情况，同时为保证生态河岸多样性，本次工程确定迎水坡衬砌方案采用宾格石笼覆土衬砌和PCA蜂巢约束系统衬砌。在复式缓坡断面，下部缓坡采用宾格石笼覆土衬砌，上部缓坡采用蜂巢约束系统衬砌。

3.1 施工工艺

3.1.1 PCA蜂巢约束系统衬砌

其施工程序：测量施工放样→清坡清基、护脚齿槽开挖→护坡粘土防渗层回填→土工布铺设→护脚混凝土→护坡PCA蜂巢格室铺设。

①测量施工放样

开挖施工前需进行测量放样，标示出开挖边线和位置，并用白灰或木桩标示出开挖边线。开挖面展开后，测量放样建基面标高，采用标杆标示，清坡修坡开挖利用坡度尺随时控制边坡坡度，有效控制坡面平整度，坡底坡脚线平行河道轴线，尽量顺直。

②清坡清基

待测量放样标示出开挖区域后，进行护坡覆盖层清基土方开挖，覆盖层开挖采用人工清理开挖区域内的杂草杂物，清理范围延伸至开挖线外侧至少0.5m的距离。然后进行30cm厚的清基土方开挖，清基土方开挖采用挖掘机配合人工进行，清基土方的有用土料堆置到临时堆放区集中堆放。杂草、垃圾、表层不合格土等采用人工配合推土机清理推至开挖区外，并由ZL50型装载机装车，20t自卸汽车运至弃渣场。

③护坡粘土防渗层回填

采用推土机、挖掘机等进行填筑，以“薄填、慢驶、多次”的原则由里向外碾压，碾轮路线需重合搭接，填方边缘压实不到之处采用人工蛙式夯实，每压实一层后，用羊足碾等机械进行表面拉毛，以利于结合，分层检查结果合格后方可进行下步施工。

④蜂巢格室铺设

本工程采用的PCA蜂巢格室厚度20cm。

a.PCA蜂巢格室铺设流程：安装巢室组块→放置填料→绿化种植。

b.安装巢室组块

由坡顶到坡脚的施工顺序，预先确定好单片巢室的铺设中心线位置再行施工。使用长800mm的螺纹锚钎固定展开的巢室组块四周及指定部位，锚钎通过限制帽固定在巢室壁上，锚钎长度可根据现场垫层情况而加长。将巢室块顺坡向下拉展到指定长度，相邻两块侧边搭接部位用专用的连键通过巢室槽孔连接。

c.放置填料

当全部锚固工作完成后，人工配合挖掘机按照从坡顶到坡底的顺序放置填料，填料放置要均匀且超出巢室5cm，以便表面加固填充压实，压实不可过度。

d.绿化种植

根据后续绿化设计对格室进行绿化施工。

3.1.2 宾格石笼覆土衬砌

施工流程：边坡整形→反滤层铺设→宾格石笼下笼、填料、封盖→覆土→铺草皮→养护。宾格石笼必须是国家认证的合格产品，并出具产品合格证明。格宾石笼铺设前，先将基面夯实并人工平整。选用质地坚硬的大块石料和河卵石为填料，石料规格应不小于15cm，不得使用风化石或尖角石料。

石料装砌完后，经检查合格方可进行覆盖并用宾格绑扎，绑扎间距为30cm，使装好石笼的格宾网紧密地裹在石料上，绑扎丝的断头应向下插入格宾石笼的填石中，严禁向上露出过长。

3.2 应用效果分析

堤岸防护作为太平河生态综合整治项目中一项重要的工程，具有良好的社会效益、生态环境效益和显著的经济效益，为加快区域经济发展、全面提高城市综合实力、增强活力创造了良好的发展环境。

4 结论

本文从原材料来源及寿命、施工难易程度、抗冲能力、绿化效果及造价等四个方面，对比分析了联锁式预制混凝土块衬砌、宾格石笼覆土衬砌、宾格石笼+PET土工固袋及PCA蜂巢约束系统衬砌等四种坡式护岸衬砌方案。经综合分析并结合本工程设计洪水流速情况，同时为保证生态河岸多样性，本次工程确定迎水坡衬砌方案采用宾格石笼覆土衬砌和PCA蜂巢约束系统衬砌，在实际应用过程中宾格石笼与蜂巢约束系统共同作用，固土保湿，既满足了防洪抗冲等硬性防护要求，又促进了太平河水域的生态恢复，达到了预期的效果。