白馬湖堤防生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)

王富欣，李甲榮，郭 瑞，戴壽曄

(江蘇省淮安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，223005，淮安)

一、工程概況

白馬湖地處淮河流域下游，是江蘇省十大淡水湖之一，面積108 km2，貯水量1.05億m3。受圍湖造田、圈圩養(yǎng)殖等人為活動(dòng)影響，白馬湖水面大幅度縮小，水質(zhì)惡化，生態(tài)環(huán)境遭受嚴(yán)重破壞。2010年開始治理，白馬湖蓄水面積和生態(tài)環(huán)境得到有效恢復(fù)，但又出現(xiàn)新問題——水面開闊之后，風(fēng)浪對(duì)堤防的沖刷影響顯現(xiàn)出來，部分堤岸沖刷嚴(yán)重，甚至發(fā)生了滑坡、坍塌，堤防安全受到嚴(yán)重影響。因此，2013年江蘇省水利廳批復(fù)實(shí)施“白馬湖堤防防護(hù)應(yīng)急工程”，對(duì)白馬湖沖刷嚴(yán)重的岸坡進(jìn)行防護(hù)。

白馬湖堤頂?shù)缆犯叱虨?.0 m左右，消浪平臺(tái)高程為8.0 m，寬15 m，消浪平臺(tái)外邊緣接1∶5土坡伸至湖底，土坡沒有防護(hù)措施，湖底高程在3.5～5.5 m之間。本工程對(duì)消浪平臺(tái)外邊緣1∶5的土坡進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)的垂直范圍確定為高程6.0～8.0 m。白馬湖堤防級(jí)別為3級(jí)，工程區(qū)域地震設(shè)計(jì)烈度為Ⅵ度。白馬湖正常蓄水位6.50 m，排澇水位7.50 m，防洪水位8.00 m，多年平均水位為6.56 m。

二、生態(tài)護(hù)坡介紹及初選

結(jié)合工程情況，選擇護(hù)坡形式時(shí)應(yīng)遵循以下原則：滿足堤防防沖刷和穩(wěn)定要求；具有生態(tài)性，有利于水土保持；具有一定的景觀效果，適應(yīng)白馬湖景區(qū)遠(yuǎn)期發(fā)展；方便施工和節(jié)省投資，優(yōu)先選用便于淺水施工的護(hù)坡；盡量與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。

（1）草皮護(hù)坡

草皮護(hù)坡作為一種常見的傳統(tǒng)護(hù)坡，是在土坡上植草以形成具有防護(hù)功能的坡面。主要優(yōu)點(diǎn)：美化環(huán)境，具有生態(tài)性；施工簡(jiǎn)單快捷；造價(jià)低廉。主要缺點(diǎn)：防沖刷能力不強(qiáng)；整體穩(wěn)定性一般。鑒于草皮護(hù)坡防沖刷能力不強(qiáng)，本工程不推薦草皮護(hù)坡。

（2）土工網(wǎng)墊植草護(hù)坡

土工網(wǎng)墊植草護(hù)坡通常采用三維土工網(wǎng)墊鋪設(shè)在坡面上，植物穿過網(wǎng)孔生長(zhǎng)在土工網(wǎng)墊下方的土坡上。此種護(hù)坡的主要優(yōu)點(diǎn)與普通草皮護(hù)坡相同，但比草皮護(hù)坡防沖刷能力和穩(wěn)定性強(qiáng)一些。此種護(hù)坡的主要缺點(diǎn)：防沖刷能力不強(qiáng)。本工程不推薦此種護(hù)坡。

（3）生態(tài)袋護(hù)坡

生態(tài)袋是由聚丙烯及一系列輔料復(fù)合加工而成，袋內(nèi)裝填土料之后扎口，在袋內(nèi)土中植草，或在生態(tài)袋表面噴涂泥漿并植草。把許多生態(tài)袋有序碼放在坡面上，形成生態(tài)袋護(hù)坡。生態(tài)袋護(hù)坡的主要優(yōu)點(diǎn)：生長(zhǎng)植被，具有生態(tài)性；施工比較簡(jiǎn)便；防沖刷能力強(qiáng)于土工網(wǎng)墊植草護(hù)坡和草皮護(hù)坡。生態(tài)袋護(hù)坡的主要缺點(diǎn)：景觀效果稍差，人工痕跡明顯；由于空間環(huán)境所限，后期植被生存條件受到限制。綜合考慮，本工程不推薦生態(tài)袋護(hù)坡。

（4）植被型生態(tài)混凝土護(hù)坡

植被型生態(tài)混凝土護(hù)坡主要由多孔混凝土、保水材料、緩釋肥料和表層土組成。植物以多孔混凝土中的孔洞作為生長(zhǎng)空間，汲取孔洞中的養(yǎng)分生根發(fā)芽，后期植物的根系能夠穿透多孔混凝土，扎入土坡內(nèi)，起到加固作用。此種護(hù)坡的主要優(yōu)點(diǎn)：多孔混凝土具有透氣、透水性；較好的抗沖刷能力；具有較好的景觀效果和一定的生態(tài)性；整體穩(wěn)定性強(qiáng)；適應(yīng)性強(qiáng)。植被型生態(tài)混凝土護(hù)坡主要缺點(diǎn)：生態(tài)混凝土表面的土層會(huì)逐漸被水流帶走；工程投資較高。本工程選取現(xiàn)澆綠化混凝土護(hù)坡作為比選方案之一。

（5）混凝土格柵護(hù)坡

混凝土格柵護(hù)坡是將預(yù)制混凝土格柵（亦稱為混凝土生態(tài)磚）鋪設(shè)在坡面上，通常在其下鋪一層土工布以防止水流沖刷泥土?；炷粮駯啪哂锌锥?，可以植草。此類護(hù)坡的主要優(yōu)點(diǎn)：抗沖刷能力較強(qiáng)；屬于柔性護(hù)坡，可適應(yīng)邊坡的小規(guī)模變形；透水性好，具有生態(tài)性和景觀效果；整體穩(wěn)定性較好。此類護(hù)坡主要缺點(diǎn)是：工程投資稍高。本工程選取鉸接式生態(tài)磚護(hù)坡和自鎖式生態(tài)磚護(hù)坡作為比選方案。

（6）石籠護(hù)墊

石籠是由鐵絲網(wǎng)籠內(nèi)填充石料而成，既可以用作護(hù)坡,又可以做成砌體擋土墻。石籠護(hù)坡通常厚度不大，又稱為石籠護(hù)墊、雷諾護(hù)墊、綠濱墊。石籠護(hù)墊的主要優(yōu)點(diǎn)：具有良好的透水性；具有很強(qiáng)的抗沖刷能力；整體穩(wěn)定性強(qiáng)。石籠護(hù)墊的主要缺點(diǎn)：鐵絲網(wǎng)籠易銹蝕；景觀效果稍差。本工程選取石籠護(hù)墊作為比選方案之一，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

（7）排樁護(hù)岸

排樁護(hù)岸是以緊密的木排樁代替?zhèn)鹘y(tǒng)塊石擋墻來護(hù)坡固土,木樁并排緊密布置，平面上構(gòu)成一道木樁擋墻。排樁護(hù)岸的主要優(yōu)點(diǎn)：木樁是原生態(tài)材質(zhì)，不破壞原有堤岸的生態(tài)平衡；具有一定的景觀效果，親水性強(qiáng)；適應(yīng)性強(qiáng)；穩(wěn)定性良好；不縮小原有水域?qū)挾?；使用壽命長(zhǎng)。排樁護(hù)岸主要缺點(diǎn)：景觀效果一般；排樁背水側(cè)的土?？赡苈赝ㄟ^樁間縫隙被水流淘刷帶走。本工程選取松木樁護(hù)岸作為比選方案之一。

（8）沉排護(hù)岸

沉排護(hù)岸根據(jù)材料的不同，可分為柴排和土工織物軟體排兩大類。柴排護(hù)岸是用圓木或捆扎梢料做成柴排，鋪設(shè)在坡面和坡腳上。土工織物軟體排是以土工織物為基本材料做成大片排體形式。沉排護(hù)岸的主要優(yōu)點(diǎn)：具有良好的柔韌性和整體性；具有較大的抗拉強(qiáng)度；整體穩(wěn)定性較強(qiáng)。沉排護(hù)岸的主要缺點(diǎn)：使用壽命不長(zhǎng)；生態(tài)效果和景觀效果差。綜合考慮，本工程不推薦沉排護(hù)岸。

（9）客土植生植物護(hù)坡

客土植生植物護(hù)坡是將客土鋪設(shè)在坡面上，在客土上植草，以形成護(hù)坡。此類護(hù)坡的主要優(yōu)點(diǎn)：透水性和生態(tài)效果較好；具有一定的景觀效果；適應(yīng)性強(qiáng)。此類護(hù)坡的主要缺點(diǎn)：防沖刷能力不強(qiáng)。本工程選取塊石土植草護(hù)坡作為比選方案之一。

（10）網(wǎng)格植草護(hù)坡

網(wǎng)格植草護(hù)坡是由磚、石、混凝土砌塊或現(xiàn)澆混凝土等材料在平面上圍成網(wǎng)格，在網(wǎng)格中栽培植物，形成網(wǎng)格與植物綜合護(hù)坡系統(tǒng)。此類護(hù)坡的主要優(yōu)點(diǎn)：具有顯著的景觀效果；具有較好的生態(tài)效果；整體穩(wěn)定性很強(qiáng)；抗沖刷能力較強(qiáng)。此類護(hù)坡的主要缺點(diǎn)：工程投資高；屬于非常規(guī)護(hù)岸，工程實(shí)例少；施工復(fù)雜。本工程選取梯田式種植臺(tái)護(hù)岸作為比選方案之一。

綜上所述，本工程初步選取綠化混凝土護(hù)坡、鉸接式生態(tài)磚護(hù)坡、自鎖式生態(tài)磚護(hù)坡、石籠護(hù)墊、松木樁護(hù)岸、塊石土植草護(hù)坡、梯田式種植臺(tái)護(hù)岸等七種形式的生態(tài)護(hù)坡作為比選方案。

三、護(hù)坡方案設(shè)計(jì)及比選

1.護(hù)坡方案設(shè)計(jì)

（1）綠化混凝土護(hù)坡設(shè)計(jì)

現(xiàn)澆綠化混凝土護(hù)坡技術(shù)被列入《2011年水利先進(jìn)實(shí)用技術(shù)重點(diǎn)推廣指導(dǎo)目錄》，符合“節(jié)約型、資源型、環(huán)境型、低能耗”的理念?，F(xiàn)澆綠化混凝土的孔隙率高達(dá)25%～35%，其表面均布Φ2.5cm孔洞，草本植物根系能夠穿過孔洞并扎入土中，使護(hù)坡更穩(wěn)固。綠化混凝土底面均布混凝土釘齒，扎入土中，增強(qiáng)了護(hù)坡的穩(wěn)定性。

在消浪平臺(tái)外邊緣1∶5的坡面上，高程7.0～8.0m范圍采用現(xiàn)澆綠化混凝土護(hù)坡，高程6.0～7.0m采用干砌塊石護(hù)坡。6.0m高程處設(shè)一道寬2 m的平臺(tái)并鋪設(shè)干砌塊石護(hù)坡，防止邊坡上的石頭滑落下去。高程6.0m以下為土坡伸至湖底。高程7.0～8.0之間的坡面上用天然河灘石零散點(diǎn)綴，以增強(qiáng)觀賞性和休閑功能。在8.0 m高程和6.0 m高程分別設(shè)一道混凝土格埂。

綠化混凝土護(hù)坡的結(jié)構(gòu)自上而下依次為4 cm厚的肥土植草、10 cm厚的現(xiàn)澆綠化混凝土。干砌塊石護(hù)坡的結(jié)構(gòu)自上而下依次為干砌塊石一層、10 cm厚碎石墊層、300 g/m2土工布一層。高程6.5～7.0 m之間的塊石表面應(yīng)進(jìn)行鑿修，不要有鋒利的邊楞，以增強(qiáng)美感。

（2）鉸接式生態(tài)磚護(hù)坡設(shè)計(jì)

在消浪平臺(tái)外邊緣1∶5的坡面上，高程6.0～8.0 m范圍采用10 cm厚的鉸接式生態(tài)磚護(hù)坡，護(hù)坡下鋪設(shè)一層300 g/m2無紡?fù)凉げ?。高?.0 m以下為土坡伸至湖底。在8.0 m高程和6.0 m高程處分別設(shè)一道混凝土格埂。

鉸接式生態(tài)磚護(hù)坡是由一組尺寸、形狀和重量一致的預(yù)制混凝土生態(tài)磚塊 （亦稱為預(yù)制混凝土格柵）組成，用纜索穿過每個(gè)塊體內(nèi)部的預(yù)制孔內(nèi)，將其相互連接而形成連鎖型柔性矩陣。鉸接式生態(tài)磚單塊尺寸448 mm×438 mm×100 mm（長(zhǎng)×寬×厚）。 生態(tài)磚孔洞內(nèi)填土并植草。

（3）自鎖式生態(tài)磚護(hù)坡設(shè)計(jì)

在消浪平臺(tái)外邊緣1∶5的坡面上，高程6.0～8.0 m范圍采用10 cm厚的自鎖式生態(tài)磚護(hù)坡，護(hù)坡下鋪設(shè)一層300 g/m2無紡?fù)凉げ肌８叱?.0 m以下為土坡伸至湖底。在8.0 m高程和6.0 m高程處分別設(shè)一道混凝土格埂。

自鎖式生態(tài)磚護(hù)坡是由一組尺寸、形狀和重量一致的預(yù)制混凝土生態(tài)磚拼接、自鎖而成。生態(tài)磚單塊尺寸 500 mm×300 mm×100 mm （長(zhǎng)×寬×厚），生態(tài)磚孔洞內(nèi)填土并植草。

（4）石籠護(hù)墊設(shè)計(jì)

在消浪平臺(tái)外邊緣1∶5的坡面上，高程6.0～8.0m范圍鋪設(shè)30cm厚的石籠護(hù)墊，高程6.0m以下為土坡伸至湖底。高程8.0m處設(shè)一道混凝土格埂。

石籠護(hù)墊是由生態(tài)格網(wǎng)填充石料而成，石籠護(hù)墊單塊尺寸600 cm×200 cm×30 cm（長(zhǎng)×寬×厚），相鄰石籠塊體之間緊密布置，并用鋼絲綁扎連結(jié)在一起。生態(tài)格網(wǎng)是由熱鍍鋅包覆PVC低碳鋼絲,通過機(jī)械鉸合編織成六邊形網(wǎng)孔的格網(wǎng)，網(wǎng)孔尺寸為8 cm×10 cm。填充石料為卵石、塊石,粒徑為8～28 cm,石塊之間填塞有機(jī)質(zhì)肥土，并摻入草籽。

（5）松木樁護(hù)岸設(shè)計(jì)

在正常蓄水位6.50 m高程處設(shè)一道寬2 m的平臺(tái)，平臺(tái)臨水側(cè)布置一排松木樁，平臺(tái)與堤頂之間采用自然邊坡連接，對(duì)于局部坡比陡于1∶3的邊坡進(jìn)行修整，并在邊坡上植草。木樁采用耐腐蝕的松林樁，松木樁小頭直徑Φ15cm，木樁并列緊密連接，即樁中心距約25cm。單根木樁長(zhǎng)3.5m，頂高程7.0 m（露出正常蓄水位0.5 m，可增強(qiáng)觀賞性），底高程3.5 m。

（6）塊石土植草護(hù)坡設(shè)計(jì)

在消浪平臺(tái)外邊緣1∶5的坡面上高程6.0～8.0m范圍內(nèi)，鋪設(shè)30cm厚的塊石土植草護(hù)坡，高程6.0m以下為土坡伸至湖底。塊石土是由卵礫塊石和有機(jī)質(zhì)肥土按質(zhì)量比1∶1拌和而成，卵礫塊石粒徑為Φ10～25cm。在塊石土中摻入草籽，或者直接在土料中植草，將塊石土鋪設(shè)在坡面上以形成護(hù)坡。

（7）梯田式種植臺(tái)護(hù)岸設(shè)計(jì)

梯田式種植臺(tái)護(hù)岸是由磚、石或混凝土等材料圍成網(wǎng)格狀，在網(wǎng)格中栽培多種植物，以構(gòu)成護(hù)岸，由于不同高程的種植臺(tái)地形似梯田，故名梯田式種植臺(tái)護(hù)岸。

在8.0 m高程的消浪平臺(tái)外邊緣接梯田式種植臺(tái)。梯田式種植臺(tái)寬8m，由四層梯田式的臺(tái)地組成——四層臺(tái)地的高程分別為7.50 m、7.00 m、6.50 m、6.00 m，四層臺(tái)地寬度均為2 m。前三層臺(tái)地用C20素混凝土墻圍成網(wǎng)格狀，網(wǎng)格單格凈尺寸4 m×1.6 m×1 m（長(zhǎng)×寬×高）。 第四層臺(tái)地位于正常蓄水位6.50 m以下，鋪設(shè)50 cm厚的塊石土，以防水流沖刷。各層臺(tái)地均種植水際植物、沼生植物。在混凝土墻的頂面刻畫花紋圖案，以降低混凝土的生硬感。

2.護(hù)坡方案比選

對(duì)以上七種防護(hù)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選出比較優(yōu)秀的幾種防護(hù)形式作為推薦方案。堤防防護(hù)方案比較見表1。

通過綜合比較，最終推薦綠化混凝土護(hù)坡、鉸接式生態(tài)磚護(hù)坡、石籠護(hù)墊、松木樁護(hù)岸等四種防護(hù)形式。

四、堤防防護(hù)布置

本工程防護(hù)類型的布置原則：幾種防護(hù)類型交替布置，避免視覺審美疲勞，每種護(hù)坡的連續(xù)布置長(zhǎng)度不超過2 km；堤防防護(hù)類型應(yīng)與水流沖刷強(qiáng)度相適應(yīng)；堤防防護(hù)類型應(yīng)與堤岸線形狀相適應(yīng)；堤防防護(hù)類型應(yīng)與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，例如碼頭和開發(fā)建設(shè)區(qū)附近人流量大，應(yīng)優(yōu)先布置景觀效果好的護(hù)坡；應(yīng)兼顧施工方法和節(jié)減投資。

表1 堤防防護(hù)形式比較一覽表

五、生態(tài)護(hù)坡再思考

①本工程綠化混凝土護(hù)坡方案的斷面結(jié)構(gòu)：7.0～8.0 m高程范圍為現(xiàn)澆綠化混凝土護(hù)坡，6.0～7.0 m高程范圍為干砌塊石護(hù)坡。如果將塊石護(hù)坡替換為河灘石護(hù)坡，將會(huì)大大提高觀賞性和休閑性。但整個(gè)護(hù)坡方案的工程投資會(huì)大幅度提高，建筑工程投資概算高達(dá)340.22萬元/km，超過塊石護(hù)坡方案的258.41萬元/km。在工程總投資允許的情況下，建議將綠化混凝土護(hù)坡方案中的塊石護(hù)坡全部或部分替換為天然河灘石護(hù)坡。

②根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，自鎖式生態(tài)磚護(hù)坡和鉸接式生態(tài)磚護(hù)坡有一個(gè)共同的特點(diǎn)：大面積在邊坡上鋪設(shè)這兩種護(hù)坡會(huì)給人以強(qiáng)烈的生硬感，景觀效果減弱，尤其是在高邊坡（邊坡高度超過6 m）上表現(xiàn)更為明顯。建議每種護(hù)坡的連續(xù)鋪設(shè)長(zhǎng)度不宜超過2 km；對(duì)于高邊坡應(yīng)采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧?，以降低視覺生硬感。

③自鎖式生態(tài)磚護(hù)坡比鉸接式生態(tài)磚護(hù)坡節(jié)省投資，在眾多工程中得到應(yīng)用，取得了不錯(cuò)的效果。在投資不充裕的情況下，可以用自鎖式生態(tài)磚護(hù)坡代替鉸接式生態(tài)磚護(hù)坡。

④石籠護(hù)墊的抗沖刷能力很強(qiáng)，工程投資不高，但景觀效果較差。根據(jù)此特點(diǎn)，當(dāng)其他類型的護(hù)坡能滿足抗沖刷要求且工程投資充裕時(shí)，宜少量布置石籠護(hù)墊。

⑤松木樁護(hù)岸中，根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，在木樁旁邊建造木質(zhì)棧橋，能夠與木樁緊密結(jié)合在一起構(gòu)成優(yōu)美的親水景觀。另外在投資充裕的情況下，也可以在樁頂及平臺(tái)上零散放置景觀石，可以提高觀賞性。

⑥梯田式種植臺(tái)護(hù)岸具有突出的景觀效果、很好的抗沖刷能力和整體穩(wěn)定性，主要缺點(diǎn)是工程投資較高。本工程雖然最終沒有采納此種防護(hù)形式，但認(rèn)為梯田式種植臺(tái)整體上不失為一種優(yōu)良的防護(hù)方案，在工程投資充裕時(shí)可以采用此種護(hù)岸。

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