生态护坡在近河人工湖工程中的应用

生态护坡在近河人工湖工程中的应用
高树天
【摘要】本文利用生态护坡工程措施解决了沈阳浑河王家湾人工湖河床破坏严重
的险工问题.沿人工湖护坡坡面上半段采用枕状植生袋堆叠形式,下半段采用蜂巢格
网护垫形式,并在施工后挑选根茎长的植物种子喷植.观测结果表明:采用枕状植生袋和蜂巢格网护垫相结合的工程措施对稳固沿岸堤防、提高生物多样性和提高防洪能力等均有显著效果.
【期刊名称】《吉林水利》
【年(卷),期】2014(000)008
【总页数】4页(P36-39)
【关键词】生态护坡;植生袋;蜂巢格网
【作者】高树天
【作者单位】沈阳市水利规划院,辽宁沈阳 110015
【正文语种】中文
【中图分类】TV861;X171
随着我国社会以及经济的全面发展，在河道建设方面，从过去的侧重于防洪抗旱单一功能的水利工程建设，转变到有丰富地域文化以及和谐自然环境的复合型河道建设上来。

过去的工程建设多是以混凝土、砌石等硬性工程技术为主进行护滩、稳定河势，虽防护效果较好，但同时也使自然河流渠道化，从而破坏水生生物的产卵场、栖息地，以及减弱河流的自然净化能力；使自然河流非连续化，从而淹没生物产卵
场、栖息地和阻断鱼类的回游通道，以及破坏河流形态的多样性等。

而将现代水利工程学、环境学、美学等学科融于一体的生态护坡技术是现代河道治理的发展趋势，主要是采用植物与土木工程相结合的一种新型的护坡形式，有利于河流水质的改善与提高[1]。

本文结合工程实例详细介绍了近河人工湖生态护坡工程的设计和应用，为类似工程提供了借鉴。

位于王家湾橡胶坝北侧的人工湖是浑河支流满堂河的汇口处，在2005年正式修建成为人工湖，初期时是一个为了方便王家湾橡胶坝工程施工过程中料场的开采以及导流明渠的开挖形成的深坑。

人工湖与浑河相通，进口位于王家湾橡胶坝上游
200m处，设置进水闸，出口位于王家湾橡胶坝下游350m处（具体位置情况如
图1所示），建有小橡胶坝以控制人工湖的水位。

湖面面积5.78万m2，蓄水量
约23.9万m3，人工湖正常蓄水位为44.50m，冬季排水至高程43.20m。

由于地理条件的制约，以及之前采砂开挖等人为因素的影响，人工湖河床遭到严重的破坏，遭受河水冲蚀，以至于会造成滑坡等险工，给岸边植被、公路及王家湾橡胶坝等水利工程带来隐患。

通过此次人工护砌，可以解决这些隐患，对人工湖及周边起到保护作用。

2.1 布局及选材
本次护坡设计护砌人工湖西侧和北侧，其中：西侧护坡680m，北侧护坡320m，护坡长度共计为1 000m。

在设计的材料选择上则是吸取以往浑河沈阳城市段的经验及教训，以浑河闸上游两岸为例，此河段选用了铰接式水工砖进行护岸，铰接式水工砖护岸结构具有柔性较好，抗冻性强，材料损耗率低等优点，但此种护岸形式并不适用于浑河这样流速较大的河流，我们在现场可以看到目前的状态是砖下的土体淘刷严重，部分土体被冲走。

因此，选择适合的材料进行护岸是十分必要的。

参照浑河沈阳城市段以往的护岸形式，再结合本人工湖的实际情况，在此次设计中，护坡上段采用植生袋堆叠形
式，下段采用蜂巢格网护垫形式。

植生袋生态护坡采用适于护坡及保持水土的高质量的环保材料，并在完工后，遴选根茎较长的种子进行喷植，草根长入本土后构成了一种永久性边坡。

选材中的蜂巢格网护垫采用镀锌六角钢线由机器编成双绞、六边形网型结构，有以下优点：稳定性及整体性好，可将整个工程连成整体，不容易散落；施工方便、迅速；耐久性及抗震性能好、使用寿命长、可修复性强，造价低廉；导入了生态环境的理论，能有效减小对环境的影响[3]符合当代所提倡的环保设计理念。

护坡上段所选用的生态袋，原材料是一种无纺织的土工布料，它是由聚丙烯人造纤维针刺成网的高强度平面稳定材料。

生态袋有如下优点：原材料为进口材料，抗老化，抗紫外线，稳定性好，无毒，裂口不延伸，不会发生质变腐烂，并可抵抗虫害的侵蚀，且具有透水性能。

目前，生态袋的使用领域主要集中于建造柔性植被边坡，生态袋护坡也是目前内河整治中重要的施工方法之一[4]。

2.2 护坡工程设计
2.2.1 生态护坡结构和断面
西侧护坡较为曲折，坡顶高程在47.80―48.20m之间，坡脚高程在42.80―42.30m 左右，沿水流方向坡脚逐渐变缓，在人工湖的出口桥西侧形成漫滩，高程在
43.60m左右。

根据实测数据得知，此段坡比较陡处坡比达到1:2，较缓处为1:2.9，大部分为1:2.5左右。

北侧护坡坡顶高程在46.80―47.20m之间，坡脚高程在
42.80―42.30m左右。

根据实测数据，此段坡比较大部分也是1:2.5左右。

根据不同的地形情况制定出具体的护坡形式为：西侧护坡顶高程为48.00m，植生袋底高程44.00m，坡比为1:2.5，坡向每间隔1.0m设置钢钎锚固，采用φ12二级钢筋，土工锚杆水平间隔1.0m布置一列。

植生袋尺寸为60cm×40cm，填充
以后尺寸为20cm厚，袋内填充客土。

北侧护坡顶高程47.00m，植生袋底高程44.00m，坡比为1:2.5，坡向每间隔
1.0m设置钢钎锚固，采用φ12二级钢筋，土工锚杆水平间隔1.0m布置一列。

植生袋尺寸为60cm×40cm，填充以后尺寸为20 cm厚，袋内填充客土。

以西侧护坡为例，护岸形式标准断面见图2。

本工程生态袋施工时采用堆叠法，材料包括GTX-140M生态袋、绑扎带、标准扣、锚杆等。

堆叠生态袋与标准扣之间的相互堆叠连接形成了力学中稳定的三角结构，边坡固定则是使用锚杆与硬土相结合，待客土植物生长后，依靠透入坡体中植物的强韧根系连接坡体从而实现边坡的稳定固结。

生态袋堆叠标准扣连接形式见图3。

为了能够利用植物的根系生长形成永久的边坡，并且同时创造出具有美观效果的郁郁葱葱的生态护坡，选择采用在植生袋工程施工完毕后，喷播植草的方法。

护坡下段采用蜂巢格网护垫，蜂巢格网选用热度为10%铝锌镀层，重量≥300g/m2，镀
层铝含量10%―13%。

蜂巢格网规格采用2m× 1m单元格，网眼尺寸
8cm×12cm，填充块石粒径D=10―25cm。

蜂巢格网结构图见图4，图5为蜂巢
格网细部示意图。

蜂巢格网护垫厚度为20cm，坡比为1:2.5，上下两端采用蜂巢格网地锚，地锚尺
寸分别为30cm×50cm，和30cm×80cm。

蜂巢格网在施工时，是由生产厂家加
工成半成品，运送到现场后用六角钢线连接。

蜂巢格网顶高程44.00m，底高程分段不同。

以西侧护坡为例，护岸形式标准断面见图2-3。

护坡工程施工完毕后，在沿护坡种植5m宽水生植物。

在湖东侧水面种植1.73万m2的荷花。

2.2.2 护坡设计计算
将块石填充在蜂巢格网中进行护坡。

根据工程的实际条件，选用更为适合的护坡块石粒径、护坡厚度计算公式。

根据《堤防工程设计规范》GB 50286-2013按下列公式进行计算护坡块石粒径、护坡厚度。

（1）护坡厚度计算
根据规范采用下列公式计算最大护坡厚度：
式中：t为（m）；K1为系数，对一般干砌石可取0.266；γb为块石的容重
（kN/m3）；γ为（kN/m3）；H为计算波高（m），当d/L≥0.125，取H4%，当d/L＜0.125，取H13%，d为堤前或岸坡前水深（m）；L为波长（m）；M
为斜坡坡率。

经计算得：t=0.23m。

（2）冲刷深度计算
按《堤防工程设计规范》GB50286-2013平顺护岸冲刷深度计算公式：
式中：hS为局部冲刷深度（m）；H0为冲刷处的水深（m）；Ucp为（m/s）；n为与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取n=1/4―1/6；η为水流流速不均匀系数，根据水流流向和岸坡交角α查表采用[5]。

经计算，主河槽最大累计冲刷深为0.55m。

2.3 护坡施工设计
（1）植生袋施工设计
首先安置底层生态袋，紧密排列并整平，把标准扣横跨放于两生态袋之间，用铁锤敲打紧密，并打入锚杆锚固，然后叠放第二层生态袋，生态袋中部安放于标准扣上，摇晃定位并整平，反复踩压使每个标准扣都穿透生态袋，从而达到互锁效果。

基础开挖前应做好放线测量和坡面的防排水工作，基础开挖后清平并夯压密实；回填土方和生态袋采取小型机械配合人工夯密，具体按连环套打法施工，夯迹双向套压，夯压夯1/3，行压行1/3，分段、分片夯实时，夯迹搭压宽度应不小于1/3夯径，必须保证回填土和生态袋达到一致的压实度。

植生袋采用喷播种植，喷播采用粘合剂、保水剂、有机纤维、复合肥和精选植物种籽按一定比例配合并加水均匀拌合的混合物。

一般选择在边坡附近的开阔场地进行拌合装袋，植生袋面层采用BOP网覆盖，喷播后及时覆盖透气无纺布和洒水养生，要求验交时成活率不低于90%。

（2）蜂巢格网施工设计
蜂巢格网采用热镀10%铝锌钢丝，网丝直径采用2.6mm，边丝直径采用3.4mm。

所有格网的间隔板和尾板都要固定和系紧在格网的前、后板上，并确保所有的折痕都在正确的位置，每个边的顶部都水平。

用绞合钢丝或钢环连接格网的边。

最终把绞合钢丝的尾段用圈结或绞合的形式固定在金属网格上。

（3）块石填充施工设计
格网应被摆放在合适的地点，为了构成完整的结构，在填充网格前先用钢丝或钢环把所有相邻空格网沿其接触面的边连接。

注意填充石的大小应在100mm至
250mm之间，在填充的过程中还应辅以人工填充的方式，以保证最小的空间比率。

填充应该逐个格格进行，以避免局部损坏。

工程实施所在王家湾橡胶坝北侧人工湖岸坡侵蚀的主要原因在于水位变动区域以上部分雨水冲刷引发的表层土流失和水位变动区处淘刷所造成的边坡坍塌。

据初步观察，王家湾橡胶坝北侧人工湖生态护坡工程的实施有利于稳固沿岸堤防；通过植物的种植，可搭载很多微生物；同时增加防洪护堤能力，减弱表面雨水冲刷。

此次护坡工程治理后的监测结果表明：浑河水质得到显著改善，水土保持效果良好，水生动物数量明显增加，鸟类等出入频繁。

由此可见，王家湾橡胶坝北侧人工湖生态护坡工程实施建设优势相当明显。

河流两岸防护生态工程技术遵循了自然规律，它所构建的近自然环境不仅能够满足以往所重视的防洪工程安全等功能以及后来提倡的日常休闲娱乐，同时还能够兼顾生态景观完整性的功能。

寻找在防洪工程建设、安全管理与河流生态保护和修复间的一个最佳平衡点。

这种生态护坡构成的生态交错带除了要满足河湖整治的边坡抗滑稳定性，抗冲刷等功能要求外，还应该满足岸坡稳定、固土护坡、透水透气的生态要求，充分发挥河流湖泊的自身净化能力以及恢复能力，满足水生动植物生长和栖息的需求。

不仅将带来重要的生态环境效益，而且将产生重要的社会经济效益，
在民族团结、国家安全等方面，也具备相当重要的政治以及战略意义。

本文通过工程措施和非工程措施相结合的方式保护了王家湾橡胶坝北侧人工湖岸坡，改善了河道周边景观环境，提高了审美情趣，并为今后的生态护坡研究提供参考。

目前生态袋和蜂巢格网的护坡形式已被较多的应用于堤坝、水库、河道等的植被景观恢复，运行效果良好，既能满足护坡的工程性要求，抗冲刷，稳定岸坡，又能保证河流生态系统的健康，可在水利工程中广泛推广使用。

[1]刘萌.城镇河道生态护坡材料筛选及其生态健康评价研究[D].山东师范大学，2013．
[2]唐大川.城市滨水区生态护岸景观设计研究[D].福建农林大学，2008．
[3]黄国庆、何朝霞.蜂巢格网生态护坡在河道整治中的应用[J].人民长江2008，（39）：28-30．
[4]鲁明星、冯捷.植生袋技术在边坡复垦中的应用及效果分析[J].人民长江2013，（1）：94-96．
[5]中华人民共和国水利部.GB 50286-2013堤防工程设计规范[S].北京：中国计划出版社，2013．。