淺談聯(lián)鎖式植生塊生態(tài)護坡在沮漳河河道護岸治理工程中的應(yīng)用

盧勇鵬，翁朝輝，覃蓮超，程 雪

(湖北省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計院，湖北 武漢 430070)

沮漳河為長江中游荊江河段北岸一級支流，位于湖北省中部偏西，兩河口以上分為東支漳河和西支沮河，兩河口以下稱為沮漳河，整個流域面積7 284 km2，其中，兩河口以上控制流域面積6 337 km2。漳河干流河道全長207 km，集水面積2 970 km2；沮河干流河道全長244 km，集水面積3 367 km2；沮漳河干流流經(jīng)當陽、枝江、草埠湖農(nóng)場、菱角湖農(nóng)場，于荊州臨江寺匯入長江，干流長度74.5 km，區(qū)間集水面積947 km2。沮漳河在兩河口以上分為沮河、漳河，均屬山區(qū)性河流；在兩河口以下進入平原地區(qū)，主要依靠兩岸堤防約束，為典型的平原性河流。本次沮漳河治理的河段為當陽段，屬于平原區(qū)。

1 工程存在的主要問題

沮漳河兩河口以下為典型的平原性河流，主要依靠兩岸堤防約束，比降平緩，河道彎曲，長74.50 km的河道內(nèi)有大小彎道20余處，彎曲系數(shù)達1.70，局部河道彎曲系數(shù)較大，如河溶水文站-群合河段，彎曲系數(shù)為2.24，孫家閘-新生閘河段，彎曲系數(shù)為2.27，婁家洲-柳港閘河段，彎曲系數(shù)為2.11。兩河口以下河道多呈復式斷面，灘地高程較高，受河流側(cè)向侵蝕和沖刷作用，凹岸岸坡陡傾，河槽沖深，形成沖刷崩岸及脫坡垮塌險情，尤其是頂沖部位，崩岸更為嚴重。多年來因缺乏整體有效的河勢控制工程和崩岸險情不能得到及時治理和控制，同時河道狹窄，多數(shù)堤防均為窄灘或無灘堤段，崩岸險情的發(fā)生、發(fā)展已危及堤防安全。

2 方案比選

本文通過對漿砌石護坡、預(yù)制混凝土六方塊護坡、現(xiàn)澆混凝土護坡、雷諾護墊護坡、聯(lián)鎖式植生塊護坡等護坡結(jié)構(gòu)進行方案比選[1-5]，確定適應(yīng)于本河段的較優(yōu)方案。

1)漿砌石護坡方案。漿砌石護坡是河道治理工程中使用最為廣泛和普遍的一種傳統(tǒng)護坡型式，它具有材料簡單、取材容易、施工簡便、抗沖刷能力較強、經(jīng)濟性較好等特點。但對坡面不均勻沉降等變形的適應(yīng)能力較差、易破損、結(jié)構(gòu)透水性差、施工效率相對較低、無生態(tài)景觀效果且坡面結(jié)構(gòu)易被植被生長破壞等缺點。

2)預(yù)制混凝土六方塊護坡方案。預(yù)制混凝土六方塊護坡在河道護坡中使用較為常見，具有取材容易，可工廠化生產(chǎn)、施工方便、施工效率高、抗沖刷能力強、整體外形效果較為整齊美觀、簡潔等特點。但塊與塊之間灌縫技術(shù)要求比較高，適應(yīng)變形能力較差，不均勻沉降后容易開裂破損，維修難度大，透水能力相對較差，生態(tài)景觀效果差，而且造價相對高昂。

3)現(xiàn)澆混凝土護坡方案?，F(xiàn)澆混凝土護坡取材容易，施工方便、施工速度快、抗沖刷能力強等優(yōu)點。但適應(yīng)變形能力較差，不均勻沉降后容易開裂破損，坡面破壞后不易維修，結(jié)構(gòu)透水性差，無生態(tài)景觀效果，造價相對高昂。

4)雷諾護墊護坡方案。雷諾護墊護坡由鋼絲護墊填充石料構(gòu)成，具有整體性和柔動性好，適應(yīng)變形能力強，透水性高，整體抗沖刷能力較強，不破壞下墊層，工廠化生產(chǎn)，施工方便快捷等優(yōu)點，并可在網(wǎng)墊上鋪土種草，環(huán)保效果較好。但造價比較昂貴，對石料的需求較大，取材困難。

5)聯(lián)鎖式植生塊護坡方案。聯(lián)鎖式植生塊護坡是一種集護坡、生態(tài)恢復、裝飾為一體的生態(tài)建設(shè)系統(tǒng)。其抗水流沖擊力較強，整體穩(wěn)定性好，有良好的適應(yīng)變形的能力，對不同的坡面平面、曲面有較好的適應(yīng)變形能力，有較好自動調(diào)節(jié)功能。由于工廠化的生產(chǎn)，植生塊做到了規(guī)格統(tǒng)一，鋪成坡形后具有整齊的韻律感，像是劃上了方格似的，就是不配植綠色植物，也很美觀；若配置了綠色植物，更是一道美麗的風景，其磚孔中生長的植物作為過濾屏障，還對防止水土流失及有害水體直接進入河道，起到一定的阻礙和凈化作用，降低對河水的污染。同時，植物的根系深入土層對坡面結(jié)構(gòu)也起到一定的加固作用。植生塊除了滿足強度要求，還具有較大的透氣透水性，利于坡面排水及植生保水。直接鋪裝，施工簡單快捷，不需要砂漿勾縫和機械設(shè)備，降低了人工費用，同時也縮短了工期。

綜上所述，聯(lián)鎖式植生塊護坡方案綜合了以上方案的優(yōu)點，克服了傳統(tǒng)剛性護坡結(jié)構(gòu)適應(yīng)變形能力較差及生態(tài)景觀效果差等問題，給河道岸坡治理工作提供了較優(yōu)解決方案，經(jīng)過比選后，該護坡結(jié)構(gòu)型式被應(yīng)用于沮漳河河道護岸治理工程中。

3 護岸設(shè)計

3.1 護岸結(jié)構(gòu)設(shè)計

在本工程中，針對實際地形、工程地質(zhì)及河道近岸流速等情況采用了如下防護結(jié)構(gòu)形式(見圖1)。

圖1 植生塊生態(tài)護坡結(jié)構(gòu)圖

由水上護坡和水下護腳兩部分組成。其中，水上護坡由枯水平臺、漿砌石腳槽、植生塊坡面、灘頂工程等部分組成。

3.1.1 水上部分

1)枯水平臺。位于枯水位與腳槽之間，其頂部高程高于枯水位1.0 m，寬度視岸線平順銜接、結(jié)合橫斷面河床實際坡降而定，一般寬度不小于1 m，平臺采用0.6 m厚干砌塊石鋪砌，外接拋石。

2)腳槽。位于枯水平臺內(nèi)側(cè)，槽頂高程與枯水平臺同高，尺寸為0.8 m×0.8 m，采用漿砌塊石砌筑，以保持護坡坡面穩(wěn)定。

3)坡身。從腳槽按1∶3的標準削坡至灘頂，當原岸坡緩于1∶3時，視具體情況局部削坡整平或適當整坡。坡身由兩部分組成，上層為12 cm厚植生塊面板，下層設(shè)10 cm厚混合砂石墊層。

4)灘頂工程。護坡頂部與灘唇結(jié)合部采用0.8 m×0.4 m漿砌塊石封頂。

3.1.2 水下部分

水下護腳主要采用水下拋石型式。對水下坡度陡于1∶2.0的岸段，按1∶2.0的水下坡度進行拋石加固；對水下坡度較緩的護岸段采取等厚拋石守護。

1)拋護范圍。枯水位以下坡度緩于1∶2的岸段，視其水流、邊界條件和崩岸強度，拋石的水平距離控制在15 m以內(nèi)；坡度陡于1∶2的岸段，視岸坡坡度及近岸水流情況，自設(shè)計枯水位以下按1∶2的坡度拋至深泓或河床橫向坡比1∶3～1∶4處。對于岸坡較平緩的河段，拋石水平距離控制在10 m以內(nèi)。

2)拋石粒徑?？紤]抗沖、動水落距、級配等因素，拋石粒徑按《堤防工程設(shè)計規(guī)范》的抗沖粒徑公式計算：

式中：d為折算直徑，m，按球型折算；V為水流流速，m/s，取V=2.5m/s；g為重力加速度，9.81 m/s2；C為石塊運動的穩(wěn)定系數(shù)，取C=1.2；γs為石塊的重率，取γs=24 kN/m3；γ為水的重率，取γ=9.81 kN/m3。

經(jīng)計算，抗沖粒徑為0.15 m，結(jié)合工程實際，確定拋石粒徑范圍為0.15～0.3 m，平均粒徑為0.2 m，相應(yīng)質(zhì)量約30～110 kg。拋護時，塊石應(yīng)有一定的級配，最小粒徑不得小于0.15 m。

3)拋石厚度。為避免拋石空檔及分布不均勻，適應(yīng)河床沖刷變化，保證塊石下的河床砂粒不被水流淘刷。本工程設(shè)計中，各護岸險工段多位于河道彎道彎頂部位，頂沖強烈，根據(jù)河勢變化及水流條件，水下拋石厚度按0.8 m控制。

3.2 治理效果

工程實施后，工程河段險工險段崩岸得到了有效控制，防洪能力得到明顯增強，河道兩岸人民生命財產(chǎn)及重要基礎(chǔ)設(shè)施等防護對象的洪水災(zāi)害綜合防御能力得到明顯提高，水環(huán)境水生態(tài)得到明顯改善，沿河居民的居住條件及生活質(zhì)量得到顯著提高，社會效益顯著。2018年完工后，本工程成功經(jīng)受了兩個汛期洪水的考驗，有效降低洪水災(zāi)害造成的損失，經(jīng)濟效益顯著。本工程通過方案比選，在資金允許的條件下，摒棄了傳統(tǒng)剛性護坡，采用植生塊生態(tài)護坡型式，既滿足抗沖要求，又可以讓水體在河流與岸坡土體中正常交換，有利于水生植物生長，工程完工后可迅速恢復到原生態(tài)，生態(tài)效益顯著(見圖2)。

圖2 工程實施后現(xiàn)場照片(經(jīng)歷一個汛期后)

4 結(jié) 語

水利工程建設(shè)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[6]。新時期，對于中小河流的治理，應(yīng)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)河道治理的設(shè)計理念，在滿足防洪要求基礎(chǔ)上，因地制宜的引入生態(tài)護坡的理念，建設(shè)既生態(tài)環(huán)保、美觀協(xié)調(diào)，又安全可靠、造價經(jīng)濟的生態(tài)護坡將是未來中小河流治理的發(fā)展新趨勢。聯(lián)鎖式植生塊生態(tài)護坡因其較好的抗沖性、良好的坡面沉降適應(yīng)性、良好的生態(tài)性、施工的便捷性、合理的經(jīng)濟性等優(yōu)點，必將廣泛地應(yīng)用于各流域治理中。