生态护坡在黄河河口地区河网建设中的应用

摘要：本文针对黄河河口地区河岸盐碱化较为严重、植被生长环境差、极易产生岸坡坍塌等自然特点，以稳固岸坡、促进河道生态化为目标，研究探索了4种适宜于该地区的河道生态护坡技术。对三维土工网、生态土工袋、生态混凝土、连锁水工砌块等生态护坡技术的性能特点等进行了分析研究，提出了其在黄河河口地区河网建设应用中的适应性，为黄河河口地区河网的生态护坡建设提供了依据。

关键词: 生态护坡；三维土工网；土工袋；生态混凝土；连锁水工砌块；黄河河口地区。

中图分类号：Q14文献标识码： A

1问题的提出

黄河河口地区土壤多为轻沙壤土，盐碱化比较严重，不利于普通植物的生长。河道岸坡极易坍塌，而形成宽浅式河床。河道治理中为保证河道边坡的稳定，对边坡需采取一定的支挡、加固与防护措施。

常用的支护结构形式对边坡的处理主要是强调其强度功效，往往忽视了其对环境的影响。随着保护生态环境意识的增强和工程实践的深入，人们逐渐意识到传统护岸措施应用到水利工程中时，将造成对环境较大的负面影响。实施生态工程建设，改善生态环境是当今经济和社会发展的基础，是功在当今、利在千秋的大计。生态护坡作为岩土工程与环境工程相结合的产物，兼顾了河岸防护与环境保护两方面的功能，是有效的护坡、固坡手段。为稳固河道岸坡，建设生态黄河河口区，我们依托水利部公益性行业科研专项经费项目资助（项目任务书编号201201114），针对黄河河口地区的水文、地质、土壤、生境等自然特点，开展了适宜于黄河河口地区河网建设的生态护坡技术研究。

2三维土工网

三维土工网是一种三维结构丝瓜网络状网垫，质地疏松、柔韧， 90%的空间可充填土壤、沙砾和细石，植物根系穿过度好，实现舒适、整齐、均衡生长。网垫、草皮、泥土表面牢固地结合在一起，植物根系可深入地表以下30—40cm，形成一层坚固的绿色复合保护层。三维土工网具有以下突出优点。

（1）固土作用十分明显。试验证明：草皮未形成前，坡面斜角为45度时，三维植被网垫的固土阻滞率高达97.5%，斜面为60度时,其阻滞率也高达60%。因此,三维植被网垫具有极好的固土效果,远胜平面网垫。

（2）三维植被网垫能够牢固保持草种，并可使草种均匀分布于边坡，免受风吹雨冲散失。

（3）草皮未成形之前，就可起到保护坡面免遭风雨侵蚀的作用。

（4）草皮成形后与网垫及泥土三者能形成牢固的复合力学嵌锁体系，可有效防止暴雨狂风、高水位、大流量等带来的冲击，代替混凝土、浆砌片石等作为永久性的护坡层。

（5）采用黑色网垫，有利于吸收光照热能，增加地温，促进种子发芽，延长植物生长期。

（6）由于表面粗糙不平，水流通过时在网垫表面产生无数小涡流，能起到消能作用，促使其携带物沉积。

（7）采用高分子材料PE及碳黑添加剂，其化学稳定性高，对环境无污染，在地下寿命可长达50-100年，能在整个设计年限里发挥出复合力学嵌锁体系的作用（如有特殊需要，可采用降解型塑料，网垫在数年后便可在土壤中消失，不留痕迹）。

（8）大幅度降低工程造价，造价仅为混凝土护坡和干砌石护坡的1/5，浆砌块石护坡的1/6。

（9）施工简便，地表平整后，即可施工。

3生态土工袋

生态土工袋采用无纺土工织物制作而成，材料为聚丙烯。土工袋内充填土壤碎石等，具有透水并阻止土体颗粒通过的良好功能，可成为植物生长的良好载体。此种生态土工袋强度较高，袋体的胀破强度最大可达1650kPa。应用证明生态土工袋护坡具有以下特点。

（1）适应变形能力强

生态土工袋是柔性土工合成材料，是具有承受一定变形能力的新型软体结构，不会出现传统的硬体加固技术因局部不均匀沉降而导致结构的破坏或断裂现象。

（2）整体性强

加连接扣土工袋直斜立墙体的整体性均比较强，不同的土工袋之间加有连接扣连接使护坡系统从传统的无结构系统转变为有结构系统，抗剪强度提高。

（3）施工便利

生态土工袋在施工过程中可充分利用现场土石，无需任何钢筋和水泥等高能耗、高污染的硬体材料，且土工合成材料自身的重量较轻，施工、运输十分便利。另外，护坡安装操作简单，施工速度快，施工人员无需进行专门培训，普通劳工经过简单指导就可以进行现场施工作业。

（4）生态功能好

生态土工袋以聚丙烯（PP）为原材料，不降解，可100％回收利用，且地表及地下生物（如白蚁、蚯蚓等）不能给其造成破坏，避免了对周围生态环境造成不良影响。生态土工袋的使用为植被根系发育提供了良好的空间，植被的生长又使土工袋免受太阳紫外线的照射，增强了袋体材料的使用寿命。植被借助生态袋吸收水分，随着植被的不断生长，根系穿过土工袋底部进入坡体，坡体表面既不会被地表水流所冲刷又起到了固坡及恢复受损坡体的生态系统作用。

（5）造价较高

生态土工袋的基本构件由土工合成材料制成，重量较轻，运输施工简便，施工造价较低。但目前生态土工袋国内技术成熟的生产厂家较少，导致价格比其他工程措施高，大约在200元/m2。

4生态混凝土

生态混凝土是通过材料筛选、添加功能性添加剂、采用特殊工艺制造出来的具有特殊结构与功能，能减少环境负荷，提高与生态环境协调力的混凝土。我们通过应用，认识到生态混凝土具有以下特点。

（1）构建了生态护坡技术体系

采用现浇生态混凝土护坡，在高强护坡的基础上，护坡实现整体透水并适宜植物生长，在恢复自然景观的同时保持与陆地完整的生态沟通，从而构建出生态护坡技术体系。

（2）实现了岸坡的安全、稳定、耐久

采用现浇生态混凝土护坡，由于护坡结构层抗压、抗弯强度及耐久性高，抗水流冲刷能力强，能满足各种堤防等级的强度要求，从而奠定了岸坡安全、耐久的基础。另外，采用生态混凝土护坡，由于护坡结构层具多孔性及透水、透气性，护坡内外的水及空气可自由流通，处于动态平衡状态，消除了水位差及静水压力，确保了岸坡的长期稳定。由于护坡结构层整体透水，当水位快速下降时，坡体内的水可快速排出，增加了坡体及保护层的安全性。

（3）实现了岸坡的生态功能及景观绿化功能

现浇生态混凝土护坡结构层具有大量连通的孔隙且孔径较大，可为陆岸动植物提供栖息和活动空间，从而保全了护岸周边的生态系统；同时，护坡结构层较大的孔隙孔径和孔隙率以及适宜的pH值，利于植物根系的生长和发展，配合结构层孔隙内的营养基材灌注工法及多种绿化植生方式，可使植物根系穿透护坡结构层植入被保护土体中，从而实现了岸坡景观的改善及生态的亲和。另外，护坡结构层的多孔性也可及时将雨水补充给地下，从而改善了周边的大气环境，保护了河岸及周围的生态系统。

（4）价格偏高，目前生态混凝土护坡造价约100元/m2。

5连锁水工砌块

连锁水工砌块是用干硬性细石混凝土经混凝土成型机振动加压制成，具有密实度好、强度高、抗冲击能力强、抗冻、抗腐蚀、持久耐用、可重复使用等优点。每块水工砌块与周围砌块共同联锁啮合固定，形成相对稳定的组合体，有利于保证护坡整体稳定。对连锁水工砌块的性能特点分析总结如下。

（1）生态修复性：砌块是多孔材料，结构自身可以加强水体的生态平衡，同时在砖孔隙内可生长许多藻类植物，能够成为鱼类等生物的食物。砌块凹槽里构筑生物之间竞争演变的生物群落食物链与食物网，形成循环的生态系统，确保生物的多样性和栖息空间。

（2）安全稳固性：砌块材料为无砂混凝土制品，植物的根系通过砌块孔扎在被护砌坡面的土壤内，能将砌块锚固在坡面上，同时砌块结构设计本身通过凹凸互相咬合大大提高其安全稳固性。

（3）保土抗洪性：防止河道两岸土壤流失，预防土体滑坡与倾覆，且有一定的抗洪作用。

（4）多功能适用性：砌块的造型变化根据不同水位、不同水深及不同的护岸形式，可横放、竖放及扦插柳枝等满足多功能生态护岸要求，实现功能与景观完美结合的效果。

（5）廉价性：连锁水工砌块制造较为简单，施工方便，单位面积造价较低，其单价基本等同于普通混凝土预制块。

6 结语

稳固河道岸坡，建设生态河网是黄河河口地区水生态文明建设面临的重要任务。通过实践探索，我们对黄河河口地区河网生态护坡提出以下建议:

（1）土工合成材料护坡。黄河口地区河流皆为平原河流，河道水流流速较小（平均流速小于1m/s），三维土工网护坡价格较低，比较适宜于此地区。

（2）生态土工袋护坡。护坡效果极佳，符合生态护坡要求，但造价较高，建议应用于一些重点部位。

（3）生态混凝土护坡。护坡效果较好，符合生态护坡要求，但该种护坡造价偏高。生态混凝土护坡的生态效益期现还不能确定，所以该种护坡方法仍有待商榷，建议慎重选择。

（4）连锁水工砌块护坡。该种护坡结构层抗压、抗弯强度及耐久性高，抗水流冲刷能力强，造价较低，但是生态效益较土工合成材料护坡差一些，建议该种护坡应用于水流冲刷较严重地区。