航道整治中生态护岸的设计及应用

蓝忠义

（南宁航道养护中心，广西 南宁）

河流护岸工程所处的河岸带是水陆交错的过渡地带，在水陆生态循环系统之间跨越了一道沟渠，对两者间的能流、物流、生物流充分发挥着过滤器、廊道和天然屏障的性能[1]。在解决水污染、控制水土流失、增加动植物种类、加固岸堤、提高生态系统循环力、调节微气候指标和美化环境建设等方面都有很大的功能。河流护岸是河水与洪泛湿地进行物质与能量交换最集中、最频繁的场所，营养富集、生物资源丰富、具有多样的生境特征，在河流生态系统中扮演着重要的角色[2]。以西江航运干线南宁牛湾至贵港航道整治工程为例，研究生态护岸的设计和应用，对类似工程项目具有参考意义。

1 工程概况

西江航运干线南宁牛湾至贵港3000 t 级航道工程，起点位于南宁港中心港区牛湾作业区，终点位于贵港航运枢纽，全长约228 km。按内河Ⅰ级航道标准建设，通航3000 t 级内河船舶，兼顾平陆运河5000 吨级单船，主要工程内容包括疏浚、炸礁、航标、信息化及配套工程、跨河线缆拆建、航道绿色生态工程。其中生态护岸工程沿线长度24.3 km，由位于西津库区的覃寨村护岸工程、峦城北护岸工程、高村护岸工程和位于贵港库区的那阳护岸工程组成。

工程河段大多为石质或卵石与石质混合河床浅滩，以滩上水浅为主要碍航特征，河床总体稳定。本工程是以在实施Ⅱ级航道的基础上进行的航道整治工程，西津枢纽、贵港枢纽建成后，渠化了河段航道，大部分滩险被淹没，使得工程河段成为优良的库区航道。

2 航道设计

2.1 航道水深

航道水深由单船（货船）吃水深度，按下式计算

式中，T- 船舶设计吃水深度，取为5.0 m；∆H- 富裕水深，取0.4～0.5 m，按照规范，I 级航道富裕水深0.5 m，另外卵石和岩石质河床富余水深值另加0.1～0.2 m 以及I 级航道设计船型为5000t 级及以上富裕水深值应另增加0.1～0.2 m。牛湾至西津枢纽段设计水深取为5.9 m，与平陆运河通航相匹配。西津枢纽至贵港枢纽设计水深取为5.4 m，与西津及贵港枢纽二线船闸引航道设计水深相同。

2.2 航道宽度

根据运输要求和航道条件，航道采用双线航道，宽度按下式计算

式中，Bsd为下行船舶或船队宽度，m；Bsu为上行船舶或船队宽度，m；Ld为下行顶推船队或货船长度，m；Lu为上行顶推船队或货船长度，m；d1为下行船舶或船队外舷至航道边缘的安全距离，m；d2为上行船舶或船队外舷至航道边缘的安全距离，m；C 为船舶或船队会船时的安全距离，m；β 为航行漂角，取3°。

按照表1 的参数，根据公式（2）可计算出航道宽度为90 m，这是设计护岸结构的重要参数。

表1 航道宽度计算

3 生态护岸结构设计

生态护岸设计是将绿色生态的理念引入到航道护岸设计中，在保证航道工程满足航运功能的前提下，最大限度保护沿岸生态环境、营造适宜生物栖息、居民驻足停留的水岸环境，促进内河水运绿色可持续发展[3]。生态护岸的设计不仅包括传统的平面布置、高程设计和结构选型设计、还包括水陆过渡带生物生境设计，以及生态型材料选择、生态构件形式设计等方面，生态护岸结构型式见图1。

图1 生态护岸结构型式

3.1 护岸工程结构形式设计

护岸结构有直立式、斜坡式和混合式3 种[4]，通常以枯水位以上断面的类型进行划分，枯水位以上断面垂直地面的为直立式护岸，断面为斜坡式的为斜坡式护岸，既有斜坡式又有直立式的为混合护岸。

本河段属于库区航道，岸坡破坏多以水库退水所引起的崩岸为主，且崩岸立面连续高大、水下坡度较陡。河段整治工程中护岸主要采用斜坡式平顺护岸，这种护岸形式优点是贴合河岸形态，整体结构稳定可靠，施工便利，维护方便，对水流的干扰小，同时其宽阔的水陆过渡带增加了水域淹没面积，容易形成适宜生物生存的近岸浅水生境。同时斜坡式护岸上的涨落水过渡相对缓和，生物生境连续性较好。

3.2 陆上护坡结构设计

内河航道水流速度较大，船行波较高，并且面临船舶撞击的风险，其选用的生态型陆上护坡在具有较好生态效果的同时，还应具有较高的强度、较好的抗冲击能力。常用的生态型结构形式包括钢丝网垫、三维植生垫、生态袋、绿化混凝土和连锁块植草砖等[4]。不同陆上护坡结构的特性见表2。

表2 不同陆上护坡结构对比

从不同陆上护坡结构的整体性、生态性、美观性、抗冲性和经济性方面进行综合比较，并结合工程河段河岸土质、水位变幅、水流强度、风浪、船行波、破坏形式、自然与社会环境要求以及材料来源等方面因素，覃寨村、峦城北、高村和那阳护岸区均位于河道型库区内，水位变幅不大流速较缓，近坝河段水面展宽风浪较大，船行波作用强且频繁，岸坡多以水库退水崩岸为主，陆上以农田耕地景观为主。为适应水位变动与水流冲刷，抵御风浪与船行波淘刷，阻止岸坡崩塌，同时保持与陆上环境相协调，覃寨村护岸工程、峦城北护岸工程高村护岸工程和位于贵港库区的那阳护岸工程采用三维植生垫护坡结构。

三维植生垫是一种为防止坡面侵蚀和恢复原有的生态环境，利用植被对航道边坡进行生态坡面防护的土工合成材料[5]。其以独特的坡表加筋锚固性和植被共同作用于边坡，能有效控制坡面水土流失，减轻高水位时洪水对坡面的淘刷，并能美化岸坡环境，具有较好的生态效果，且其施工便捷，已在长江航道中被广泛采用，工程中的三维植生垫见图2。

图2 三维植生垫

3.3 水下护底结构选型

水下护底在保持水上主体建筑物稳定的前提下，因其长期受到水流淘刷作用，还应保持河床基础的完整与稳定[6]。传统的排体结构透水性差，容易阻隔水体与土体的物质交换，且排面不利于底栖生物和鱼类栖息附着。为增强水下护底的生态性，对于常年处于被淹没的水下护底工程，生态设计应以满足水生动物栖息繁殖为主，可利用护底结构开展生境营造[7]。可选用散抛块石，或碎石、清礁弃渣、疏浚土等作为充填物的充填网（袋）和扭王字块、鱼巢砖等人工预制构件等多孔洞、具有空腔，便于鱼类、底栖生物躲避栖息的结构类型。

考虑到工程河段有大量清礁弃渣可用，本着就地取材，资源综合利用的原则，可将弃渣进行简单的粒径分选后，将满足粒径条件的渣石直接散抛于坡面，抛石体形成的不平整面层，块石与块石间的自然空隙均有利于水生动物躲避栖息。

4 生态护岸结构的应用

生态护岸设计为平顺式斜坡护岸，护岸工程上、下游各设长20 m 的衔接段。斜坡护岸由枯水平台、陆上护坡和水下护底3 部分组成。

4.1 陆上护坡

陆上护坡主要包括岸坡开挖、岸坡回填（弃渣回填、种植土回填）、三维植生垫铺装（钢丝网垫）与植物喷播等工程。

西津库区覃寨村、峦城北和高村护岸工程陆上护坡按1:2 控制，贵港库区那阳护岸工程陆上护坡按1:1.5 控制。

（1） 岸坡开挖：当陆上岸坡陡于控制坡度时，按控制坡度进行削坡，形成平整坡面，便于后续三维植生垫铺装工程实施。

（2） 岸坡回填：当陆上岸坡缓于控制坡度时，护坡局部需要先回填，回填土应分层夯实，达到原状土的密度。回填土除表层覆以50 cm 厚的种植土外，底层可以采用工程清礁弃渣作为回填土。

（3） 三维植生垫铺装：将坡面上杂石碎物清理干净，低洼处回填夯实平整，确保坡面平顺。将植生垫沿坡面由上至下铺于坡面上，网垫与坡面之间保持平顺结合，网垫边缘搭接长度不小于2 cm。在坡顶位置延伸40～80 cm，埋于土中并压实。将网垫自下而上用ф6 mm 以上的U 型钢筋将三维网固定，U 型钢筋长约15～30 cm，宽约8 mm，间距约1.5～2.5 m。

（4） 植物喷播：网垫铺设完毕后，将种植土均匀覆盖于植生垫上，确保网垫上泥土厚度不小于12 mm。将客土材料和植物种子加入客土喷播机，加水搅拌均匀即可进行喷播施工。

护坡的断面见图3。

图3 护坡断面

4.2 枯水平台

枯水平台为钢丝网垫结构，网笼框架为长方体，长2.0 m，宽1.0 m，厚0.5 m，内部装填清礁石渣，枯水平台底部铺设无纺布。陆上护坡三维植生垫上缘与枯水平台上缘搭接平整，并保持枯水平台被水下护底形成支撑。充填石渣空隙会随水库退水有泥沙落淤，形成利于植物生长的基质，最终植被将石笼覆盖，并能为近岸水域鱼类提供遮蔽。

4.3 水下护底

覃寨村、峦城北、高村和那阳4 处护岸工程水下护底均采用清礁弃渣抛石护底。当床面缓于1：3 时，直接在床面上散抛厚度0.8 m 的渣石，形成床面压载，抵御水流冲蚀，并形成枯水平台的水下支撑；

当床面陡于1：3 时，床面上散抛渣石，抛石按1：3成坡。抛石护底所形成的抛石体总体轮廓应保持平整，不至形成水下暗礁构成碍航，块石与块石间自然堆置，其间空隙利于鱼类栖息。

生态护岸工程完工验收后的实际效果见图4，达到预期要求。

图4 生态护岸工程应用效果

5 结论

以西江航运干线南宁牛湾至贵港3000 t 级航道工程为例，研究生态护岸的设计和应用，得到以下结论。

（1） 护岸结构有直立式、斜坡式和混合式3 种，航道护岸结构采用斜坡式结构较合理；

（2） 陆上护坡结构采用钢丝网垫、三维植生垫能适应工程条件，并且与陆上环境相协调；

（3） 生态护岸的设计方案在工程中应用，取得了良好的效果，达到预期要求。