吳照柏，但維宇，但新球，盧 立

(1.國家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設計院，長沙 410014； 2.中南林業(yè)科技大學，長沙 410004)

湖南南洲國家濕地公園南茅運河生態(tài)柔性護坡設計探討

吳照柏1，但維宇2，但新球1，盧 立1

(1.國家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設計院，長沙 410014； 2.中南林業(yè)科技大學，長沙 410004)

針對南洲國家濕地公園南茅運河地質(zhì)基礎，采用生態(tài)柔性護坡技術(shù)，打造現(xiàn)代生態(tài)健康河流。其技術(shù)的核心是通過使用高抗拉強度的生態(tài)袋，配合正三角工形工程固定扣、粘劑、錨桿等特有的加固法，形成牢固的坡體護坡結(jié)構(gòu)；特點是構(gòu)造成的邊坡造型美觀、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，流水不流土，能夠?qū)χ参锷L提供優(yōu)良條件。

南洲國家濕地公園；南茅運河；生態(tài)柔性護坡；設計

引言

南茅運河位于湖南省南縣，是1976年人工開挖而成的運河。南茅運河北起縣城南洲鎮(zhèn)，南止縣城茅草街鎮(zhèn)，全長54.9km，其中主河道長43.9km，河面寬78m，為國內(nèi)第二大人工運河。該運河擔負著排灌調(diào)蓄、交通運輸、生態(tài)環(huán)保、文化旅游等功能，受益耕地面積達2萬多hm2，受益人口近30萬人。多年來，由于受地質(zhì)及自然環(huán)境變化等因素的影響，南茅運河排灌設施日益老化，兩岸邊坡及混凝土護坡嚴重崩塌；河床上升，大大降低了運河航道的貨物吞吐量。

2011年，湖南南洲濕地被批復為國家濕地公園。南茅運河作為湖南南洲國家濕地公園的重要組成和南縣的母親河，當?shù)卣當M將南茅運河建成具有南方湖鄉(xiāng)特色、與南縣地域文化相協(xié)調(diào)的生態(tài)運河長廊，打造集排灌、運輸、觀光、產(chǎn)業(yè)發(fā)展于一體的生態(tài)運河品牌。

目前，在城南路以南，現(xiàn)已建設3000多m的運河擋土墻。由于擋土墻采用的是傳統(tǒng)剛性邊坡方法，不但工程費用高，達500萬元/km，而且景觀效果較差；另外，由于區(qū)域地質(zhì)基礎為洞庭湖淤積平原，被雨水侵蝕后易坍塌?；诖耍P者在進行湖南南洲國家濕地公園總體規(guī)劃時，針對南茅運河的護坡地質(zhì)基礎，采用生態(tài)柔性邊坡支護技術(shù)，旨在打造一條生態(tài)健康的南茅運河，為濕地公園建設中河流濕地的保護提供示范。

1 傳統(tǒng)邊坡支護處理技術(shù)

1.1 剛性護坡技術(shù)

1.1.1 方法

對邊坡支護處理工程案例的研究分析，傳統(tǒng)剛性邊坡的支護綜合起來有以下幾種處理方法。

1) 天然土石(無限土)方法。根據(jù)土石方自身的抗壓抗剪切強度設計和確定。

2) 硬體擋土墻方法。硬體材料主要有：水泥、石頭、鋼筋、生態(tài)混泥土、鋼筋混凝土擋墻，水泥土護坡，噴漿或噴射混凝土防護、水泥預制塊、格構(gòu)梁、漿砌石等。

1.1.2 問題

這些剛性邊坡面臨的共同問題主要有以下幾點:

1) 容易被雨水侵蝕而破壞和垮塌，存在很大的安全隱患，常常造成嚴重事故和高昂的維修費用。

2) 剛性護坡基礎建設要求高，鋼筋混凝土施工難度大，周期長；且水泥、鋼筋、混凝土等是高能耗、高污染、高成本建筑材料，消耗大量能源，造成資源浪費。

3) 水泥、石灰、鋼筋等傳統(tǒng)邊坡工程材料的老化和降解，帶來堿性污染對原生態(tài)環(huán)境中的水體生態(tài)系統(tǒng)造成長期侵害，污染水系，惡化水質(zhì)。

4) 不能生長植物，噪音和熱能吸收能力弱，甚至其硬質(zhì)表面會發(fā)生散射、反射作用，產(chǎn)生熱導效應，加劇溫室效應。

5) 混凝土與基礎坡體兼容性較差，阻斷與大地之間的交流，加上非原生成份的引入，導致原生態(tài)平衡被嚴重破壞。

6) 地基沉降時及雨季氣候災害時，排水能力有限，造成邊坡承重超負荷，直至坍塌、滑坡。

7) 傳統(tǒng)剛性邊坡受限于材料及施工特點，工程面貌千人一面，缺乏美感，易造成視覺疲勞。

1.2 柔性護坡技術(shù)

1.2.1 方法

傳統(tǒng)柔性護坡方法主要是加筋土方法，即利用少量具有極大抗拉伸性能的材料——土工格柵，與大量抗壓縮材料——土結(jié)合構(gòu)成的。國內(nèi)外柔性防護技術(shù)對于中層滑動護坡，以前普遍采用石籠、加筋格柵系統(tǒng)來構(gòu)筑。淺層滑動護坡，常采用噴植法、植生帶法、草苗植生法、打樁編柵、格構(gòu)梁植生來護坡，其功能僅為抗風化及抗沖刷的坡面保護，該支護工法并不承受側(cè)向土壓力，僅適用于平緩且穩(wěn)定無滑動之虞的邊坡上。

1.2.2 問題

傳統(tǒng)柔性護坡方法的缺點是：因植生土壤厚度不足，往往致使植物無法獲取必要的養(yǎng)分及水分，因而生長不良或枯萎，尤其是遭遇泥巖、黃土、風化砂巖等惡劣地質(zhì)邊坡時，整治失敗的案例屢見不鮮。

鑒于以上傳統(tǒng)邊坡支護技術(shù)的不足[1，2〗，在湖南南洲國家濕地公園南茅運河河道治理規(guī)劃中，對南茅運河的護坡采用生態(tài)柔性護坡技術(shù)。

2 生態(tài)柔性護坡技術(shù)

柔性生態(tài)邊坡通過使用高抗拉強度的生態(tài)袋，配合正三角工形工程固定扣、粘劑、錨桿等特有的加固法，形成牢固的坡體護坡結(jié)構(gòu)，是一種輕質(zhì)、柔性、水土生態(tài)友好，邊坡流水不流土，同時也能夠?qū)χ参锷L提供優(yōu)良條件的一種新型柔性護坡技術(shù)，具有綠色環(huán)保、水質(zhì)凈化維護、造型美觀、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和經(jīng)濟可行的特點。

3 南茅運河河道生態(tài)柔性護坡設計

湖南南洲國家濕地公園南茅運河河道采用的柔性生態(tài)護坡，可以有效地防止河道邊坡水土流失及邊坡坍塌，是替代傳統(tǒng)高耗能、多缺陷的混凝土或砌石護坡技術(shù)的有效方法。

3.1 設計原則

依據(jù)“綠色施工，滿足環(huán)保、凈化水質(zhì)等要求，實現(xiàn)工程綜合效益最優(yōu)化；建造永續(xù)穩(wěn)固、有生命力的永久性生態(tài)邊坡”的設計理念，在功能性、景觀性、穩(wěn)定性、與自然環(huán)境的和諧性等方面滿足以下要求。

3.1.1 綠色環(huán)保

作為一個已在當?shù)厝嗣裆钌a(chǎn)中發(fā)揮重要作用的人工河，升級改造時，繼續(xù)發(fā)揮其排灌、航運、文化旅游和生態(tài)環(huán)保等功能是首要前提。這就要求在進行河道配套治理時，充分考慮到不改變現(xiàn)有的自然綠化效果，采用環(huán)保類型的邊坡支護技術(shù)。

3.1.2 凈化水質(zhì)

南茅運河是當?shù)厝嗣竦娘嬘盟粗?，對水質(zhì)進行凈化尤為重要。在規(guī)劃治理的時候，未雨綢繆，預設相應水質(zhì)凈化及保護措施，對未來的經(jīng)營管理，無論在效率上還是在效益上作用都是巨大的。

3.1.3 造型美觀

運河沿線周邊是典型的平原鄉(xiāng)村景色，河道邊坡的景觀設計應結(jié)合周圍的自然環(huán)境，景觀造型植物選用適宜當?shù)厮?、氣候、地形地貌等條件。河道線長達40多km，在植被綠化時要做到錯落有致，既要保證局部美觀，又要防止大面積的重復而審美疲勞。

3.1.4 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

邊坡景觀設計應首先保證邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與安全。南縣地處長江中下游，系洞庭湖淤積地貌，地質(zhì)沉降明顯。如果應用傳統(tǒng)的剛性護坡，隨著時間的推移，會被地質(zhì)沉降毀壞，基本上這種剛性防護方式一般在3～4a后需要推倒重建(這在很多工程實例中已經(jīng)得到證實)。因此應結(jié)合當?shù)氐牡刭|(zhì)地貌，選用更耐久、更穩(wěn)固、更有效的支護技術(shù)。

3.1.5 經(jīng)濟可行

邊坡景觀設計必須使其造價控制在合理的范圍之內(nèi)。同時，設計方案應結(jié)合具體的工程特點，考慮其實際的經(jīng)濟可行性。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)設計

3.2.1 生態(tài)袋

生態(tài)柔性護坡技術(shù)的核心工程構(gòu)件是使用高抗拉強度的生態(tài)袋。生態(tài)袋是采用一種無紡織的土工布料(主要成份為高分子聚合物——聚丙烯)制作，未填土時尺寸約為85cm×47cm，裝填土后尺寸約為65cm×38cm×18cm，可填土約60kg,填土厚度根據(jù)裝土時的夯實程度而定。

這種生態(tài)袋具有優(yōu)異的物理及化學性能，根據(jù)土工合成材料研究所(GRI)做的4個加速實驗，當本系統(tǒng)生態(tài)袋按規(guī)范安裝且完全覆蓋后，在25℃的水氣界面，施加260kPa壓力，本系統(tǒng)的工程強度壽命可達200a。該構(gòu)件經(jīng)有關(guān)單位測定，每個單元抗拉力強度已超過29700N，是目前生態(tài)工法的最高強度材料。

其關(guān)鍵技術(shù): ①生態(tài)沙土袋橫向連接，縱向通過新一代正三角工程固定扣互扣，形成邊坡三角結(jié)構(gòu)單元；由這些單元互連成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、透水不透土、環(huán)境友善的新型軟體邊坡。 ②在軟體邊坡與回填土之間用加筋結(jié)構(gòu)，使兩者得以緊密結(jié)合，使整體得到有效的保護。

3.2.2 擋土結(jié)構(gòu)

實際應用中發(fā)現(xiàn)，簡單堆疊整體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，與原始邊坡不能完全契合。針對這類問題，設計采用丁順相錯堆疊方法形成具有內(nèi)加固緊鎖結(jié)構(gòu)的擋土結(jié)構(gòu)。即按照每隔兩層全順堆疊法后加一層兩順一丁堆疊法，袋體之間設置加固層，使生態(tài)袋墻體整體受力，經(jīng)有關(guān)單位測試，改進后的堆疊結(jié)構(gòu)使袋體抗拉力可高達29700N。

3.2.3 主要設計技術(shù)參數(shù)

根據(jù)南茅運河河道的實際調(diào)查材料和生態(tài)建設要求，確定南茅運河河道生態(tài)柔性護坡設計參數(shù)如表1。

表1 南茅運河河道生態(tài)柔性護坡設計參數(shù)序號技術(shù)要求標準1縱橫向斷裂強度/(kN/m)縱向8.5/橫向8.52縱橫向標準強度對應伸長率/%40～803CBR頂破強力/N≥16504縱橫向撕破強力/kN≥2106等效孔徑095/mm0.05～0.207垂直滲透系數(shù)/(cm/s)≥2.0×10-18厚度/mm≥1.2

3.2.4 施工設計

1) 生態(tài)袋與生態(tài)袋之間用正三角工形工程固定扣連接，將單個生態(tài)袋連接成牢固的整體。正三角工形工程固定扣是三角中空固定扣，以3顆三棱形倒鉤刺形成三角形受力面，加上連接扣上16個排水洞，使組件之間的連接更為穩(wěn)固。為防受力不均，連接扣上下兩面均設計有6顆三棱形倒鉤刺且透孔，單個倒鉤長度必須大于24mm。連接扣規(guī)格為(330mm×120mm×52mm)的上下面各有6個棘柱，單個棘柱在任意狀況下所能承受的剪切力均大于400N。

2) 生態(tài)袋填充土可就近取土，要求適宜植物生長。根據(jù)土質(zhì)情況，在每立方米的土中約摻入13～20kg基肥及約30%的砂；對于河水長期淹沒的部分，需要適當增加其中的砂石量，更有效地防止流失。

3) 生態(tài)環(huán)保系統(tǒng)建造完畢后，表面可噴播、插播草種，鋪草皮等；植被的選擇應適應當?shù)貧夂驐l件；噴播采用粘稠劑、保水劑、有機纖維、植生土與精選植物種子按一定比例配合并加水均勻拌合的混合物，噴播后及時覆蓋透氣防護膜并灑水養(yǎng)護，防止生態(tài)袋直接在陽光下曝曬。噴播時混合物用量為：有機纖維用量350～450g/m2，粘稠劑等用量8～12g/m2。

4) 在堆疊生態(tài)袋之前,需將邊坡上的雜草等雜物清理，將凹凸不平的地方整理平順。

5) 各錨桿插入邊坡的錨孔應事先打好，錨孔形成后必須檢查，在安裝錨桿前往孔里灌注M30水泥砂漿作為錨固劑，使錨桿連接牢固。

6) 為使堆疊的生態(tài)袋坡面與坡體保持固定，沿橫向每2m、豎向每1.7m各設置一根錨桿，并呈梅花形布置，連接錨桿垂直坡面，最底層的排錨桿距路面1.5～1.0m，錨桿采用螺紋鋼，錨桿外露端彎折10cm作為端頭。

7) 生態(tài)袋填充植生土后，用連接扣和錨桿連接堆砌，形成生態(tài)柔性邊坡系統(tǒng)。

8) 邊坡工程體系建造完后，表面綠化可采用抹噴播、抹播壓播等綠化方式，應選擇適宜當?shù)貧夂蚣碍h(huán)境條件的草種。

9) 對完工后的邊坡上部，若有承重要求或行車要求的，需使用土工格柵反包生態(tài)袋，形成生態(tài)袋加筋邊坡，或者采用鋼筋混凝土框架保證荷載的安全傳遞。

3.3 主要經(jīng)濟技術(shù)優(yōu)點

綜上所述，在南茅運河采用生態(tài)袋環(huán)保材料構(gòu)筑的新型柔性生態(tài)邊坡系統(tǒng)，具有以下主要經(jīng)濟技術(shù)優(yōu)點。

1) 綠色環(huán)保。 生態(tài)袋選用聚丙烯人造纖維材料針刺成網(wǎng)的高強度平面穩(wěn)定材料。這種特殊配制的聚丙烯可以抵抗紫外線的侵蝕，不受土壤中化學物質(zhì)的影響，不發(fā)生質(zhì)變或腐爛，永久不降解，并可抵抗蟲害的破壞，使用壽命可達200a。由于生態(tài)袋具有透水不透土的過濾功能，不但能夠防止袋內(nèi)的充填物流失,也能夠使植物生長所需的水分得到有效的保持和及時補充。

2) 水質(zhì)凈化。由于傳統(tǒng)的河道治理時采用漿砌片石擋墻等方式進行邊坡防護，土壤與河水不能直接接觸，土壤中的微生物無法進入水中，2～3 a后河水就會逐漸惡化,惡化后果直接表現(xiàn)為河水發(fā)臭，魚類、藻類植物存活率低。生態(tài)邊坡系統(tǒng)采用綠色環(huán)保的生態(tài)袋，河水與邊坡土壤可進行有機交換,邊坡土壤中的微生物能進入水中，能大大改善現(xiàn)有的水質(zhì)，并且能長期保持優(yōu)良的河水水質(zhì)，符合現(xiàn)代經(jīng)濟建設提倡的“節(jié)能減排、綠色生態(tài)、綠色生活、發(fā)展低碳經(jīng)濟”的要求。

3) 造型美觀。生態(tài)袋上面可以直接根據(jù)需要播種灌喬草各類植物。可依照周邊自然環(huán)境，選擇符合當?shù)厮?、氣候等要求的植物進行景觀造型，在造型多變的要求下兼顧到自然生態(tài)，形成真正的運河生態(tài)風光帶。

4) 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。設計使用橫向聯(lián)接的生態(tài)袋，并用錨桿與邊坡之間進行加筋加固，使柔性邊坡成為一個柔性整體，強化了其重力式擋土墻的整體功能；同時由于生態(tài)袋的環(huán)境友好特性，其上的綠化植物根系也將穿過生態(tài)袋的縫隙進入邊坡，植物根系間的穿插將進一步加強柔性護坡的整體性，使袋體與坡體之間時間越長越加堅固。

5) 經(jīng)濟可行。柔性生態(tài)邊坡系統(tǒng)是一次性投入、長期使用的生態(tài)產(chǎn)品，無后續(xù)高額的維護費用。如漿砌片石擋墻，幾年后隨著地質(zhì)底層變化，會斷裂變形，需要完全重新治理。生態(tài)柔性邊坡采用的生態(tài)袋可保持200a而不會被降解損壞，柔性邊坡在底層即使有輕微變動時也能很好地調(diào)整適應。

4 結(jié)論與討論

生態(tài)柔性護坡是目前包括河流在內(nèi)的水岸護坡的主流，正在逐步替代傳統(tǒng)的剛性護坡。生態(tài)柔性護坡的核心是要選擇使用高抗拉強度的生態(tài)袋，配合特有的加固法，形成牢固的坡體護坡結(jié)構(gòu)，才能夠達到設計的效果。

由于生態(tài)柔性護坡具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、綠色環(huán)保、造型美觀等特征，因此，特別適合在國家濕地公園建設中應用。

[1] 顧海華,楊曉康.河道生態(tài)護坡類型探討[J].城市道橋與防洪,2011,(6):127-129.

[2] 韓紅玉,姜成堃,于喜兵,等.生態(tài)護坡技術(shù)在河道綜合治理中的應用[J].水利建設與管理,2007,(9):75-79.

TheDesignofEcologicalandFlexibleSupportforNanmaoCanalSlopeofNanzhouNationalWetlandParkinHunanProvince

WU Zhaobai1, DAN Weiyu2, DAN Xinqiu1, LU li1

(1. Central South Forest Inventory and Planning Institute of State Forestry Administration, Changsha 410014，Hunan，China； 2. Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004,Hunan，China)

Nanzhou National Wetland Park；Nanmao Canal Slope；flexible support for ecological slope；design

2012-03-15

2012-04-12

吳照柏(1978-)，男,安徽廬江人,研究生,工程師,從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃工作。

TV223；P343.1

B

1003-6075(2012)02-0041-04

Abstyact： Ecological and flexible support for slope is a key technology in constructing eco-healthy rivers, and it is gradually replacing the traditional rigid support technology. The core of this technology is, by the use of high tensile strength of eco-bags，adhesives, anchor and the triangular-shaped fixed buckles, to form a reliable slope body protection structure which is characteristic of attractive appearance, structural stability and, above all, allowing the flow of water but keeping the soil, thus providing excellent conditions for the growth of plants.