曹載宏

生態(tài)聯(lián)鎖式護坡技術(shù)在河道護坡工程中的應用

曹載宏

（湖南省岳陽市水利水電勘測設計院 湖南岳陽 414000）

中小河流河道整治工程中，生態(tài)理念日益深入人心，生態(tài)聯(lián)鎖式護坡作為一種生態(tài)護坡技術(shù)，是一種集護坡、生態(tài)恢復、裝飾為一體的生態(tài)建設系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)具有穩(wěn)定性、經(jīng)濟性及施工便捷等諸多優(yōu)點，本文通過對生態(tài)聯(lián)鎖式護坡技術(shù)的介紹以及結(jié)合實際工程案例分析，對其應用效果進行了評價，生態(tài)聯(lián)鎖式護坡技術(shù)具有廣泛的應用價值。

河道整治 生態(tài) 聯(lián)鎖式護坡

1 引言

在1998年大洪水后，我國對黃河、長江等大江大河進行了卓有成效的加固和整治，但是我國眾多的中小河流在加固和整治工作中，片面地強調(diào)經(jīng)濟發(fā)展，再加上治理理念滯后等原因，造成了當前中小河流存在河道淤積嚴重、防洪能力不足、水質(zhì)污染嚴重、河道形態(tài)改變、河網(wǎng)水面積不斷縮小等問題。在人與自然和諧相處，生態(tài)理念日益深入人心的今天，將水生態(tài)恢復和保持融入到中小河流的綜合治理當中去，是值得深入探討的問題。

維護河流的生態(tài)環(huán)境并不是拋棄混凝土、塊石等剛性材料的使用，而是在保障河流防洪安全的前提下，適當?shù)夭扇∩鷳B(tài)措施，使河流再現(xiàn)生態(tài)景觀。也就是說河流整治中，可以采用拋石、砌石、混凝土等剛性材料來加固堤岸，然后在其上建造由植物和土或生態(tài)護坡構(gòu)成的自然、生態(tài)河岸，這樣就可以更好地保護生物棲息環(huán)境，營造出與自然、生態(tài)、和諧的景觀生態(tài)河流。

國外在河流生態(tài)護坡方面的研究比我國早。日本在河道整治中最早提出“親水”理念，針對生態(tài)護坡技術(shù)層面進行了研究，推出了植被型生態(tài)混凝土護坡技術(shù)；法國在建設城市河道時，要求地面工程盡可能建成透水性草地，河道的灘地或城市低洼地帶，開發(fā)成綠地、道路等，作為平時交通、公共娛樂場所，當發(fā)生洪水時作為應急調(diào)洪設施；德國在萊茵河的堤防整治過程中，要求工程建設與環(huán)境保護和治理緊密結(jié)合。城市附近的堤防采用活動式堤防，減少對城市景觀的影響，平時河邊沒有堤防，人們可以盡情地與河水接觸，當預報有洪水時及時安裝活動式堤防。近年來，在河道治理過程中，我國的生態(tài)護坡技術(shù)也有很大的發(fā)展，如采用袋裝混凝土、植被草、格賓護坡、生態(tài)混凝土等形式多樣的生態(tài)護坡技術(shù)，構(gòu)成了水與綠結(jié)合的濱水環(huán)境。17

生態(tài)聯(lián)鎖式護坡是一種集護坡、生態(tài)恢復、裝飾為一體的生態(tài)建設系統(tǒng)。它是一種現(xiàn)在在歐洲、美國一些國家廣泛推廣的，適用于中小河流的，控制土壤免受河水侵蝕的，靠人工鋪設的，新型聯(lián)鎖式預制混凝土塊鋪面系統(tǒng)。生態(tài)聯(lián)鎖式護坡聯(lián)鎖的設計非常獨特：每塊聯(lián)鎖磚塊與附近的六塊磚產(chǎn)生超強連接作用，因此，鋪面系統(tǒng)在河水的沖刷下，仍然保持較高的整體穩(wěn)定性。并且，隨著聯(lián)鎖塊磚的中央孔中植物的生長，不僅能夠提高護坡的耐久性和穩(wěn)定性，而且起到保護河道生態(tài)環(huán)境的作用。近年來，生態(tài)聯(lián)鎖式護坡在中小河流的治理工程中得到了廣泛應用。

2 生態(tài)聯(lián)鎖式護坡技術(shù)

生態(tài)聯(lián)鎖式護坡是由預制混凝土磚塊組成的鋪面系統(tǒng)，每塊聯(lián)鎖式磚與附近六塊磚聯(lián)鎖鉸接，整個鋪面為柔性體，溫度變化和輕微的變形不會產(chǎn)生裂縫及錯位破損，耐沖刷能力較強和整體穩(wěn)定性好。磚孔中可種植草本植被，美化環(huán)境。生態(tài)聯(lián)鎖式護坡操作簡單，施工快捷，與其他生態(tài)護坡技術(shù)相比工效更高，施工速度更快。

2.1 生態(tài)聯(lián)鎖式護坡磚結(jié)構(gòu)特點

生態(tài)聯(lián)鎖式護坡磚是由一定比例的沙石、水泥經(jīng)全自動混凝土成型機經(jīng)過高速震動加壓制成，其結(jié)構(gòu)形式如圖1所示：

圖1 超強連鎖的結(jié)構(gòu)設計圖

對聯(lián)鎖式護坡塊：403*285*100抽樣檢測，結(jié)果詳見表1。

表1 聯(lián)鎖式護坡磚抽樣檢測性能指標

經(jīng)比較，所檢結(jié)果符合：N403*285*100 C30 Q/3201un004-2004的標準。

2.2生態(tài)聯(lián)鎖式護坡施工技術(shù)

生態(tài)聯(lián)鎖式護坡施工時應按照齊備和精確的勘察資料、合理的施工進度安排、使用合格的材料、參照規(guī)范的設計按照合理的施工步驟施工。同時，施工過程中必須有施工監(jiān)理跟蹤監(jiān)督施工質(zhì)量。其施工步驟如下：

（1）邊坡平整處理。清除樹根、雜草、垃圾等，用符合規(guī)范要求的粘土振實，平整邊坡表面，并滿足設計邊坡坡度要求；

（2）在平整過的基礎(chǔ)面上鋪設級配碎石或土工布；

（3）砌筑下沿趾墻。首先開挖腳槽基坑，坑底采用填充合適的材料并振平壓實，然后用毛石混凝土或混凝土將空余部分的趾墻同嵌入趾墻的生態(tài)聯(lián)鎖磚塊一起澆筑，填充密實；

（4）生態(tài)聯(lián)鎖磚鋪設。首先從護坡下邊沿聯(lián)鎖鋪設三行護坡磚，聯(lián)鎖塊磚長邊與水流的方向相反，護坡下邊沿第一行聯(lián)鎖磚的一半嵌入趾墻中，用毛石或混凝土趾墻相澆筑錨固，第二行塊磚的下邊沿與趾墻面相交，然后從左（或右）下角平鋪，其他護坡磚方向與趾墻平行，不得垂直趾墻方向鋪設，防止產(chǎn)生累積誤差；

（5）將聯(lián)鎖磚鋪設至上沿擋墻（護肩）內(nèi)，砌筑上沿擋墻（護肩），使上沿聯(lián)鎖磚與上沿擋墻（護肩）相錨固；

（6）用干砂、碎石或土填充磚孔和接縫；如需形成轉(zhuǎn)角或直邊，可用無齒鋸切割護坡磚以得到相應的規(guī)格和角度；

（7）檢查坡面平整度，對不符合的設計標準的局部地區(qū)進行再處理，直至達到設計標準。

3 采用生態(tài)聯(lián)鎖式護坡技術(shù)的應用案例

3.1 工程概況

某河道整治工程穿過城鎮(zhèn)，屬于湘江水系，干流全長34km，流域面積222km2，，河道比降1.1‰。根據(jù)當?shù)貧庀笳举Y料統(tǒng)計：多年平均降水量1367.2mm；多年平均蒸發(fā)量1361mm；多年平均氣溫為17.0℃，極端最高氣溫39.7℃（1961年7月23日），極端最低氣溫-13.4℃（1977年1月30日）；多年平均相對濕度81%；多年平均風速1.2m/s，最大風速15.7m/s（1979年4月12日），風向：NNW。 經(jīng)水文計算推求河道的最大流速為3.0m/s。

工程區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，場地為第四系地層所覆蓋，未見斷裂構(gòu)造。

本河段防洪保安主要為沿流域農(nóng)村居民生命財產(chǎn)保護及農(nóng)田保護，結(jié)合該河流域遠景規(guī)劃，確定本河道堤防工程設計防洪標準洪水重現(xiàn)期為10年。根據(jù)《防洪標準》（GB50201-94）和《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000）、堤防工程設計規(guī)范（GB50286-98），確定該堤防工程等別為Ⅴ等，其主要建筑物級別為5級，次要建筑物級別為5級，臨時性建筑物為5級。

主要項目為兩岸堤防整治1.8 km，本次設計擬采用生態(tài)聯(lián)鎖式護坡的設計形式，對河岸防護處理并進行綠化、美化，同時改造穿堤建筑物和建設配套設施。

3.2 護岸工程護坡型式

河岸的兩側(cè)護坡采用坡比為：1:2.0的生態(tài)聯(lián)鎖式護坡，護至設計水位以上0.5m，護肩為0.5m×0.3 m （寬×高）C15混凝土結(jié)構(gòu)，腳槽為：0.8m×1.0 m （寬×高）C15混凝土結(jié)構(gòu)。

3.3 護岸工程結(jié)構(gòu)設計

（1）河岸穩(wěn)定復核

根據(jù)《河道整治設計規(guī)范》（GB50707-2011）附錄B防護工程計算：

式中：K——坡式防護工程整體穩(wěn)定安全系數(shù)；

f1——護坡與土坡的摩擦系數(shù)；

p——基礎(chǔ)土的內(nèi)摩擦角(度)；

見郝桂芹面露疑惑,林小敏并不忙著解釋,而是話鋒一轉(zhuǎn),夸起盧一平了。林小敏先夸盧一平的,是盧主席才學好。單位的人論學問,沒人比得上盧主席。林小敏再夸盧一平的,是盧主席心腸好。單位的人我都品了,講熱心腸,講幫助人關(guān)心人,盧主席是頭一份。

c——基礎(chǔ)土的凝聚力(kN／m3)；

t——滑動深度(m)；

W1——護坡體重量(kN)；

W2——基礎(chǔ)滑動體重量(kN)；W3——基礎(chǔ)滑動體重量(kN)。

由上述計算可知，滑動安全系數(shù)為：1.407。根據(jù)《河道整治設計規(guī)范》（GB50707-2011）8.2.5防護工程穩(wěn)定安全系數(shù)為：1.25，故河岸采用1:2.0的坡比是穩(wěn)定的，滿足規(guī)范的要求。

（2）聯(lián)鎖式護坡磚厚度設計

根據(jù) K.W.Pilarczyk的《護岸的設計》護岸的裹護體的所需厚度，在已知水流的速度前提下，可以利用以下公式進行計算：

式中：

u

D——連鎖護坡磚的厚度(m)；cr ——平均流速；

φ——穩(wěn)定參數(shù)；

C——臨界防護參數(shù)；

KT——紊流系數(shù)，取 1.0；

Kh——深度系數(shù)，取 1.0；

KS——邊坡系數(shù)。

根據(jù)上述公式當水流流速為3.0m/s時，如果采用聯(lián)鎖式護坡厚度達到 85mm，聯(lián)鎖式護坡磚的規(guī)格為：N403*285*100滿足要求。

4 應用效果評價（1）生態(tài)聯(lián)鎖式護坡特有的生態(tài)性能滿足水土保持的功能。聯(lián)鎖式護坡磚的開孔使它透水、透氣性較強，能夠使河水滲入岸坡及岸坡水排出坡面，保證地下水的正常補給和岸坡水的排出；河岸、護岸仍可以生長草本植物，具有凈水功能的微生物、魚類、植物和其它水生生物仍可生存，提高了河水的自凈能力，此外，兩岸采用聯(lián)鎖護坡磚護岸，磚孔中生長的植物作為過濾屏障，對防止岸坡頂?shù)乃亮魇?、垃圾及有害水體在地表徑流作用下直接進入河道，起到一定的凈化與阻礙作用，降低對河水的污染，同時，植物的根系深人土層對坡面結(jié)構(gòu)也起到一定的加固作用。

（2）生態(tài)聯(lián)鎖式護坡施工簡單快捷。護坡磚不需要水泥砂漿勾縫和機械設備，只是簡單的聯(lián)鎖，直接鋪裝，施工快捷，普通工人經(jīng)簡單的培訓就能操作，使人工費用降低，工期縮短。

（3）本工程采用生態(tài)聯(lián)鎖式護坡技術(shù)，與傳統(tǒng)的混凝土預制塊或漿砌石技術(shù)相比，由于土工布的使用代替了傳統(tǒng)工程中的的砂、石料反濾層，使整個襯砌結(jié)構(gòu)上有了創(chuàng)新，坡面反濾材料得到簡化，成本降低，經(jīng)粗略估算工程造價節(jié)省了10%-20%。

（4）生態(tài)聯(lián)鎖式護坡施工完后即可發(fā)揮效益，避免了混凝土及砌石結(jié)構(gòu)需要一定養(yǎng)護期工程發(fā)揮效益延時的問題。

5 結(jié)論

水利工程建設與生態(tài)環(huán)境的融合越來越多的受到人們的重視和關(guān)注，生態(tài)護坡是融現(xiàn)代水利工程學、生物科學、生態(tài)學、環(huán)境科學、美學等學科于一體的水利工程措施，它有助于河流保持生物多樣性和改善水質(zhì)，以及提供給人們一個見水，近水，親水的美好生存環(huán)境。因此，生態(tài)護坡是現(xiàn)代中小河流治理的發(fā)展新趨勢，是水利建設發(fā)展到一種相對高級形態(tài)的必然結(jié)果。生態(tài)聯(lián)鎖式護坡技術(shù)是生態(tài)護坡的一種新技術(shù)，其生態(tài)性能良好、施工簡單快捷、造價低等良好的性能使其在中小河流整治、溢洪道、防洪等工程及城市河道護坡改造等工程中必將得到廣泛的應用。

1.夏繼紅,嚴忠民.淺論城市河道的生態(tài)護坡[J]. 中國水土保持,2003,(3):11-16.

2.楊宏偉,吳吉祥.淺談防洪工程的生態(tài)護坡[J].黑龍江科技信息,2008,(1):20-21.

3.宋向?qū)?，陳曙?聯(lián)鎖式生態(tài)護坡砌塊在水利工程中的推廣應用[J]. 湖南水利水電,2005,(4):10-15.

4.吳興亞,李永順,張艷秋. 鋼筋網(wǎng)結(jié)構(gòu)在水利工程中的應用[J] 黑龍江水利科技,2001,(3)12-15.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.01.017

TV87

B

1672-2469（2014）01-0051-03

曹載宏 （1968年—），男，高級工程師。