摘要：本文結合現代生態河流整治理念，著重闡述生態河流技術在工程中通過生態工藝、材料的運用，使之得到于體現，旨在探討河流生態技術的對生態工藝和材料如何合理運用，同時河流生態技術的對生態工藝和材料推廣和新工藝發展探索提出要求。
　　關鍵詞：生態工藝；生態材料；運用
　　河道是水生態環境的重要載體，堤防是防洪的工程保障，也是河道生態治理的一項重要措施。因此，在堤防工程設計中考慮生物的多樣性，為水生、兩棲動物創造棲息繁衍環境，既有利于保護河道的水生態環境，又有利于提高水體的自凈能力。
　　根據現代水利建設發展的要求，設計中應按如下原則考慮：
　　（1）在保證工程安全的前提下，應根據工程所在河道特點，因地制宜考慮工程方案：生態景觀應與工程安全緊密結合；
　　（2）盡量就地形和地勢合理布置，減少工程用地；
　　（3）考慮河流固有的適宜生物繁殖的良好環境，同時要保護和創造優美的自然景觀；
　　（4）利用自然砂、石料和水生植物恢復水體的自凈能力。
　　總之，河涌的功能除了確保水安全的同時，還應因地制宜的緊扣景觀、環保、親水、生態等原則考慮，并與兩岸的用地規劃相協調。
　　本次結合細陂河整治工程設計實例，談談生態技術在工程中的運用、體現及效果。
　　一、堤岸形式設計
　　（1）斜坡式斷面
　　采用放坡的梯形斷面，分一級、兩級或多級斜坡，采用穩定形式的植草護坡。該斷面優點突出：堤岸結構簡單，單位堤段造價最低，親水性強，自然性、生態性強，景觀效果好，但同時也帶來如下缺點：占地面積大。該斷面型式適合于兩岸場地寬闊、征地較容易的堤段。
　　（2）岸墻式生態堤型
　　堤頂高程以下至格賓石籠護腳擋墻均采用斜坡式生態袋擋墻，其坡度為1:0.75～1:1。岸墻堤型具有拆遷、占地少等優點。以往傳統的直墻重力式、懸臂式、衡重式等整體擋墻由于堤岸結構高度大，往往基底應力大，對地基承載力要求較高，單位堤段造價最高，而且隔斷了人與河流水景的聯系，顯得呆板、單調，過于工程化，不符合把水景觀融入城市景觀的設計意圖。經過工程試驗和探索，目前已有很多新式的生態岸墻型式，最有代表性的有榮勛擋土墻、互扣生態袋等，在其結構上做了很多合理性的優化，降低了墻基應力，減少了岸墻式擋墻對基礎的依賴性，且具有傳統擋墻無法在迎水面墻身上直接構建生態植物的最大特點，這在最大程度上彌補了直墻式擋墻的缺點。該方案適合于兩岸場地狹窄、征地有困難的堤段。
　　（3）綜合式斷面
　　堤岸結構親水性較強，且平臺以上可植草皮作綠化，盡可能增大了綠化面積，既親水又生態，適于城市居民休閑生活的需要和人們對水環境的心理要求等優點。該方案適合于適用于一岸場地較寬，一岸場地較窄的地段。
　　（4）鋼筋砼類懸臂式或扶壁式擋墻
　　懸臂擋墻是堤岸工程常用形式之一，設計理論、施工技術都非常成熟。該結構整體性好，穩定性強，適用場地性較強，可適用于任何河道，但缺點也非常明顯：場地占用寬度大，開挖深度大，土方量也大，地基承載力要求高，且人工痕跡明顯，雖工程中亦有采用外掛花槽有一定的修飾作用，總體上仍顯得親水性較差，不符合生態河涌整治理念。建設市場由于多采用商品砼，只要控制澆筑質量，不容易形成安全隱患。該方案用于兩岸場地狹小，用地緊張的地帶較為合適。
　　（5）漿砌石類重力式擋墻
　　漿砌石類擋墻是堤岸工程中最常見的擋墻型式，設計理論、施工技術亦非常成熟，但結構體量大，結構整體性較懸臂式差，亦存在場地占用寬度大，開挖深度大，土方量也大，地基承載力要求高，且人工生態痕跡較明顯等缺點，且迎水面無法進行修飾，親水性最差。由于施工隊伍參差不齊，如監管不力，漿砌石砌筑質量往往得不到保證，容易形成質量隱患。
　　綜合上述，在本次細陂河綜合整治中，我們應積極貫徹建設生態河道的理念，按還河還涌于民的思路，最大限度體現河涌的親水、生態、和諧，采用安全、可靠、生態的擋墻型式，打造現代城市水文化、水景觀、水文明的河涌。結合本工程場地地形條件，推薦采用斜坡式堤岸形式、岸墻式生態擋墻形式及二者的綜合式斷面形式，具體位置見表3-1、表3-2、表3-3。
　　二、堤岸及堤身防護設計
　　在建設多自然型河流中，重點是創造出具有豐富、自然、魅力的水邊環境。在河道整治的各種方法中，應從生態學的觀點出發，優先采用生物材料方法，其次采用混合方法，即采用植物與木材或石料合用，最后才考慮剛性材料方法，即采用石料和混凝土。
　　在日本等發達國家，結合坡面綠化的堤防整治工程實例越來越多。坡面采用多孔透水護面材料，種植河畔矮灌木林或其他綠色植物，既可給水邊帶來蔭涼，又可成為鳥類、昆蟲等的棲息地。坡腳設置成可供魚類、水棲生物棲息窩巢的結構。這樣就形成了一個立體的、多樣性的水邊生物的生息空間。此外，為了充分體現親水的概念，往往在河道內另設置小河槽，由于山區性河流，往往豐水期與枯水期甚至平水期的水量差異很大，在平水期或枯水期，小河槽的設置有利于匯集水流，形成一股真正的溪流，加之對河槽采用平面上蜿蜒精心設置，能充分展示溪流給人們帶來親水、戲水的最大樂趣。
　　（1）護腳防護設計
　　結合本工程實際情況，由于細陂河為山區性河流，坡降較大，造成流速較大，整段河道均需設置均應考慮相對牢固的護腳防護方案。
　　主要用于保護水工結構工程、河道整治工程等水利工程或航道工程來抵御水力沖刷、淘刷等。在柔韌性、耐久性、透水性、整體性都具有一定特點。由于本斷面采用斜坡式、岸墻式生態或綜合式擋墻型式，且河道較狹窄，流速相對更大，要求采用更牢靠的整體式護腳，但仍需考慮河底的生態空間，故采用格賓石籠護腳，格賓石籠雖是傳統工藝，但并不過時，由于其石籠空間內具有水生物生存的良好空間，通過合理設置，一樣能實現河底生態空間構建。
　　（2）堤身防護設計
　　本工程堤岸防護應按水位變動區及非水位變動區分別考慮，其中非水位變動區可按常規采用草皮護坡，節省投資；水位變動區，如單純地采用草皮護坡抗水流沖刷、行船波淘刷能力不強，可選擇生態型無砂砼植被、三維土工網墊植草、格賓石籠生態型擋墻等綠色護坡護岸，也可采用混凝土、漿砌石等剛性護坡護岸的形式，結合上述，各護坡護岸形式具體比較如下：
　　1）生態型無砂砼植被護坡
　　無砂砼植被護坡是近年發展的新型護坡材料，它結合了混凝土護坡硬化安全和草能在上面生長的優點，解決了硬化和綠化不能統一的矛盾，大大美化了環境。具有較好的抗沖刷性能，上面的覆草具有緩沖性能，該護坡在廣州市的多處河涌整治中已成功運用。
　　目前無砂砼植被護坡分別有預制及現澆兩種型式，其中預制型式是市場上新興的產品，如棕櫚石等，考慮本身抗沖需一定規格及人工施工（3人/塊）等條件，規格多為1m×1m，如采用機械施工，也可根據加大規格，最適用于護坡可連續施工的堤段；而現澆型式是最早開發的無砂砼護坡，經過眾多工程的實踐，證明其具有預制型式無法實現的優點，就是其現場適應性非常強，能根據現場實際情況調整其開孔位置，調整其分段及長度情況，甚至能對一些特點構筑物或植物進行預留保護，同時抗人為破壞能力較強。
　　
　　無砂砼植被護坡斷面圖
　　2）格賓石籠擋墻護岸
　　格賓石籠技術是指將抗腐耐磨高強的低碳高鍍鋅鋼絲或鋁鋅合金鋼絲(或同質包塑鋼絲),編織成雙絞、六邊形網目的網片,根據工程設計要求組裝成蜂巢網箱,并裝入塊石等填充料的一項工程技術，這種蜂巢型結構,最能符合力學的原理,是一個同性質的巨大塊狀結構體,具有承受張力的功能，并可吸收未知的壓力。這項技術能較好地實現工程結構與生態環境的有機結合，為保護河床，治理滑坡，防治泥石流災害，防止落石兼顧環境保護的首選結構形式。石籠護坡護岸的特點及作用：
　　①較好的生態性。由于石籠的空隙較大,如果只單純地使用石籠,很容易形成植物無法生長的干燥貧瘠環境。因此,為使植物能早日生長,要給石籠覆土或填塞縫隙,而不能被動地等待洪水帶來的泥沙淤積。最好采用微生物及各種生物,在漫長歲月的加工下,形成松軟且富含營養成分的表土,實現多年生草本植物自然循環的目標。
　　②較強的透水性。用塊石籠疊砌成的擋土墻,由于網箱內的填充料為松散體，存在較多的孔隙，可以充分保證河岸與河流水體之間的水分交換和調節功能,滯洪補枯、調節水位,增強水體的自凈能力,有利于砌體后土壤中孔隙水的排出,從而減少墻體后的地下水壓力。同時,地表水一旦入滲墻后土中，則可以通過砌體較快地排出，有效降低地下水位。
　　③較好的抗沖性。六角網石籠用作護坡或擋墻工程，結構整體性好。據有關試驗證明，六角網石籠防護工程的防沖系數是一般拋石防護工程防沖系數的兩倍，且拋石護岸受水流沖擊時,石頭受壓后，一旦產生初始移動,岸坡土壤被沖走,從而導致整個防護工程損壞。而石籠網墊防護工程中的塊石即使產生位移，此時變形后的護墊結構將調整,達到新的平衡，而整體不會遭到破壞，從而有效保護岸坡土壤不遭破壞。
　　④較好的防浪性。由于籠內填塊石存在一定空隙，風浪、浪峰上拍時，浪花被粉碎，減小了浪壓的沖擊力，風浪、浪峰退下時，因箱籠有空隙，破壞了風浪的真空吸力，又減小了對防護工程的破壞力度，加之整體結構可在風浪力作用時進行微調，避免了墻身出現裂縫的缺點。
　　⑤較好的柔韌性。石籠網片的原材料可采用涂膜熱鍍鋅低碳鋼絲,構成網格的鋼絲有一定的強度,不易被拉斷,箱籠整體強度較高。低碳鋼絲承受適度的變形特點,可以將全部工程連成整體,不需分縫,即使由于某種原因使結構中斷裂一根網絲,也不會影響結構的整體性。特別在受地基土沉陷或墻后土有小的變形影響時,結構能進行自身適應性的微調,不會因不均勻沉陷而產生沉陷縫等,整體結構不會遭到破壞。
　　3）生態袋護坡護岸
　　生態袋具有目標性透水不透土的過濾功能，生態袋既能防止填充物（土壤和營養成分混合物）流失，又能實現水分在土壤中的正常交流，生態袋讓植物生長所需的水分得到了有效的保持和及時的補充，對植物非常友善，使植物穿過袋體自由生長。根系進入工程基礎土壤中，如無數根錨桿完成了袋體與主體間的再次穩固作用，時間越長，越加牢固，更進一步實現了建造穩定性永久邊坡的目的，大大降低了維護費用。生態袋在充分考慮材料力學、水利學、生物學、植物學等諸多學科要求的前提下，對抗紫外生態袋的厚度、單位質量、物理力學性能、外形、纖維類型、受力方式、方向、幾何尺寸和透水性能及滿足植物生長的等效孔徑等指標進行了嚴格的篩選，具有抗紫外，抗老化、無毒，不助燃，裂口不延伸的特點，并永不降解，百分之百回收，真正實現了零污染。
　　4）三維土工網墊
　　三維土工網是一種類似于絲瓜瓤狀的植草土工網,孔隙率>90%,質地疏松、柔韌,在其孔隙中可填土壤、砂粒、細石和草種。鋪設有三維土工網墊的岸坡在草皮沒有長成之前,可以保護土地表面免受風雨的侵蝕,在播種初期還起到穩固草籽的作用。植草穿過網墊生長后,其根系深入土中,使植物、網墊、根系與土合為一體,形成牢固密貼于坡面的表皮,可有效地防止坡土被暴雨徑流或水流沖刷破壞。實驗表明,它能夠抵御6m/s的短期流速,對歷時2d的水流,也能經受4m/s的流速,并能使流速顯著降低。由于采用了高分子材料PP和PE的降解型網墊,其化學性質穩定,二年后在土中可不留痕跡,對環境無污染,起到了復合護坡的作用。
　　由于表面有波浪起伏的網包，對覆蓋于網上的客土、草種有良好的固定作用，可減少雨水的沖蝕。對回填客土起著加筋作用，隨著植草根系的生長發達，三維植被網、客土及植草根系相互纏繞，形成網絡覆蓋層，增加邊坡表層的抗沖蝕能力，具有固土性能優良、消能作用明顯、網絡加筋突出、保濕功能良好的特點。廣泛應用于國內公路邊坡支護，該護坡也可用于水流速不大的水下護坡。
　　5）漿砌石或混凝土等剛性護坡
　　其抗沖刷能力強，可滿足江河的防洪、引水、排澇、蓄水和航運等功能，但容易造成河道的環境條件模式化，并使生物種類單一化，缺乏大自然青綠原味感。
　　在河道整治工程中,傳統的河道護岸或護坡一般采用漿砌石或混凝土,三面光，不透水,已不能適應自然生態治河的理念；而石籠抗沖刷力強、透水性強，又是生物易于棲息的多孔隙構造，所以常被用于多自然型生態型河流建設中。本次細陂河整治是以生態為主，兼顧水安全（水流沖刷）的原則，充分考慮地質、地形、氣候和水文條件等自然因素，及合適的坡面加固技術，促進植物工程物種存活的生物和物理因素,以建立穩定的坡面植物群落，認為選擇現澆無砂砼植草、生態型格賓石籠擋墻及生態袋護坡護岸方案最為合適。
　　三、小結
　　生態河流的構建是融合水利工程學、材料科學、環境科學、生態學、人文科學、自然科學等多種學科為一體的綜合性科學。它以保護和恢復河流的生態功能，維持河流自然生態系統可持續發展為目標，其設計、建設理念與原來的河流整治有著本質的區別。生態河流的建設，更著重于新型生態工藝和生態材料的使用，在滿足防洪、排澇的水利工程基礎上，建設出生態、自然與人和諧的水環境。
　　生態河流技術在工程中主要通過生態工藝、材料的運用，使之得到于體現，生態工藝和材料的了解、使用和普及對生態河流的建設起著積極的推動作用，同時對生態工藝和材料功能和探索提出更高要求。
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