凤凰溪综合整治工程堤坡生态化改造

费开轩

(广东省水利水电科学研究院,广州 510635)

1 工程概况

凤凰溪是韩江下游的一级支流，流域内群山挺拔，河流高山环绕，主峰凤凰山凤髻高程为1 498 m，流域面积为293 km2，河道长为50 km，河道平均比降为8.5‰。沿程主要支流有凤溪水、东赏水、康美水、凤北水、南坑水、南溪水及赤坪水等，水系分布如图1所示。

图1 凤凰溪水系分布示意

根据示范河湖“河畅、水清、岸绿、景美、人和”的要求和“防洪保安全、优质水资源、健康水生态、宜居水环境”的目标，结合广东省万里碧道建设、潮州市归湖镇绿道建设、潮安水系连通及农村水系综合整治试点县创建工作，开展凤凰溪综合整治工程，构建“三带、二景、一提升”的建设格局，其中“三带”为：滨水慢行带、乡野田园带休闲畅行带；“二景”为：明潭桥景观段、新沟桥景观段；“一提升”为提高引凤灌区灌溉保证率，将引凤灌区渠首废弃的砚田泵站拆除重建，并整治干渠，解决灌区水源不足问题[1]。以韩江和凤凰溪为脉络，展示优美自然风光和特色传统村落，围绕乡村振兴战略的实施，美化沿河环境，为人民群众提供亲水游憩、健身休闲的公共开敞空间，构建人与自然和谐共生的游憩系统。同时，保障农民赖以生存的土地灌溉需求，提高当地人民的生活水平，促进经济社会向前发展。

2 凤凰溪综合整治工程堤坡生态化改造

2.1 改造缘由

原堤防护坡采用了浆砌石和混凝土护面衬砌方式，不符合示范河湖建设要求，需对其进行生态化改造。本次设计在勘察过程中未发现堤坡发生滑坡、塌岸等现象，现状较为稳定。考虑到工期和地形的影响，本次仅对景观节点河道常水位以上部分堤防硬质护坡进行生态化改造。

2.2 改造原则

根据景观生态设计、生态工程等学科理论，提出凤凰溪综合整治工程堤坡生态化改造设计原则如下[1-5]：① 始终满足凤凰溪工程的功能需求，确保工程结构安全、稳定；② 尊重凤凰溪工程所在地的自然环境，尽可能地避免生态化改造工程对周边环境的扰动；③ 增加凤凰溪综合整治工程绿化率，提高其生态系统缓冲能力；④ 引进生态景观理论，促使当地景观能够与周边自然景观协调发展。

2.3 生态化改造设计

2.3.1改造设计方案比选

1) 比选方案1

采用现浇绿化混凝土技术。现浇绿化混凝土是一种环保新技术，既适合植物生长，又具有高强度，是实现现场快速施工的硬质护坡绿化材料。绿化混凝土能够与原有硬质护坡坡面结合牢固，不易脱离，其孔隙率高达25%～35%，抗压强度在8 N/mm2左右，适应根系3 mm以下的各种草本及水生植物生长。现浇绿化混凝土剖面如图2所示。

图2 方案1现浇绿化混凝土剖面示意

但现浇绿化混凝土在潮州市已有工程实践中表现出以下缺点：

① 现场施工质量控制难度大。现浇绿化混凝土为一项环保新技术，近几年才逐步应用于工程建设中，要确保混凝土高孔隙率，配合比为关键因素，大规模铺设过程中，需要现场专业人员严格把关。

② 由于混凝土pH值影响，需要在表面孔洞内部能存储一定数量的养分和水分，才能提高植物成活率。现场调配难度较大，搅拌不均匀将导致植物成活率很难保证。

③ 工程造价较高。由于这项新技术需要专业人员现场调配，且混凝土用量较大，导致工程投资增加。

2) 比选方案2

采用锚杆固定的现浇混凝土底梁以上铺设PA水土保护毯、回填种植土，顶层面铺设混合植物纤维毯，也可采用间隔种植观赏花卉进行搭配。PA水土保护毯通过锚杆固定在坡面上，由于植物具有强大的地下茎系，和PA水土保护毯一同形成不易破裂的草土层，能够减少土体对底梁的压力，混合植物纤维毯可极大提高生态护坡的抗冲能力和植物的成活率。水土保护毯剖面如图3所示。

图3 方案2PA水土保护毯剖面示意

PA水土保护毯是一种新型的河道边坡处理材料，由聚酰胺(pa)干拉一次成型，材料性能稳定，厚度可达6～20 mm，孔隙率≥95%，抗张强度2.2/1.6 kN/m(纵向/横向)，惰性材料，耐酸碱腐蚀，具有良好的抗老化和抗紫外线能力，使用寿命长达50 a。

PA水土保护毯产品特点：① 土壤握持率高：实验表明，草皮形成以前，该产品的土壤握持率高达98%以上；② 抗水流冲刷能力强：该系列产品能够抵御7 m/s的流水冲刷，保护坡、岸及河道的稳定，防止水土流失；③ 在阳光下能保持温度，即使施工季节气温较低，也能确保种子顺利发芽；④ 无毒无污染，可用于水源工程；⑤ 网垫凹凸起伏的形状可以促使水流形成细小旋涡，达到消能的效果，为边坡提供整体稳定的保护环境；⑥ 在草皮没有长成之前可使路堤免遭风雨的侵蚀；⑦ 可以保持草籽均匀的分布在坡面上，免受风吹雨淋而散失。

但方案2也存在缺点：锚杆数量大，为保证PA水土保护毯的固土作用，需要在坡面上每2 m间距打1根锚杆。

3) 方案选择

方案1和方案2工程量对比情况见表2所示。经对比，投资上方案2将节约造价约 1/3；工艺上方案2施工更便捷；质量控制上方案2更容易；成活率上方案1更容易受到pH值影响。因此，生态化护坡堤坡改造选择方案2。

表2 护坡工程量对比

2.3.2生态化改造实施

生态化改造过程中，需要充分考虑各类工况，采取合适的施工手段进行生态改造活动中主要措施如下[8-12]：

在堤顶及现状水位上50 cm位置处顺水流方向每间隔2 m钻Φ40孔，灌M20水泥砂浆，植入长1.5 mΦ25@1000螺纹钢锚杆，露出基面35 cm，依托锚杆浇筑250×500底梁。底梁每10 m分一缝，缝宽20 mm，中间用沥青木板填充。生态护坡每隔8 m布置一条纵向C25混凝土纵梁，在分级护坡中点位置各布置一道横梁，梁的截面尺寸为200×300，纵横梁锚杆形式同底梁。

坡面上每间隔2 m钻Φ40孔，灌M20水泥砂浆，植入长1 mΦ25@2 000螺纹钢锚杆，露出基面5 cm用于固定PA水土保护毯。坡面铺设的PA水土保护毯用于固土，其三维立体结构可以使植物根系缠绕，使坡面成为整体，保证稳定性。其上填30 cm厚种植土，均匀撒播花草种子。土上覆盖一层混合植物纤维毯，可以在花草成长前防止雨水冲刷，还可以为土壤保墒，防止水分蒸发。植物纤维毯作为纯植物制品，广泛用于工程建设中，后期可逐步降解成为肥料，为花草提供生长所需的养分。

堤坡改造横断面示意见图4，PA保护毯及混合植物纤维毯铺设示意见图5～图6，堤坡改造前后对比示意见图7。

图4 堤坡生态化改造横断面示意

图5 PA水土保护毯及铺设现场示意

图6 混合植物纤维毯铺设示意

图7 改造案例堤坡前后对比照片示意

3 结语

1) 针对于凤凰溪综合整治工程而言，对其堤防开展生态改造设计时，需要从堤防稳定性入手，结合水位情况及堤防现状情况，采用PA水土保护毯和混合植物纤维毯等措施，对现状硬质护坡进行生态化改造，为人们提供一个亲水游憩的区域，提高凤凰溪堤防的生态性，从而达到广东省示范河湖“河畅、水清、岸绿、景美、人和”的要求。

2) 本文针对硬质护坡生态化改造措施的选取，通过对绿化混凝土护坡方案及PA水土保护毯护坡方案的比选，分析了两个方案的优缺点，最终选定了PA水土保护毯护坡方案，可供类似工程设计参考。