河道传统护岸方式与生态护岸方式

　　第 2 章 河道传统护岸方式与生态护岸方式

　　2.1 河道整治的目的

　　2.1.1 河道整治

　　河道整治是通过修建整治建筑物或采用其他手段（如疏浚、爆破等），对不利于人类的生活及人居生态环境建设甚至有破坏作用的河道演变进行控制。

　　我国劳动人民在治理河道的长期实践中，在采用各种工程措施进行河道整治方面积累了丰富的经验。如沿河道两岸修筑堤防，阻挡洪水泛滥；采用护岸工程防止河岸坍塌；采用控导工程调整河势；采用挖泥、爆破等手段，开辟新河道、整治旧河道等；其中，河道护岸工程是河道整治中，为保护江河堤岸免受水流、风浪侵袭和冲刷所采取经常采用的工程措施.

　　2.1.2 河道整治的目的

　　河道整治最主要的目的就是防洪，通过调整不利的河势，稳定主流，以利于防洪工程的安全，防止堤防冲决造成的洪水泛滥；另外河道整治的任务还包括航运和开发利用水资源；随着社会和经济的快速发展，人们对生态环境越来越重视，开始在河道整治中加入生态护岸的设计理念，不仅将每条河流治理打造成防洪屏障，更成为一条绿色长廊。

　　2.2 河道传统护岸

　　河道传统护岸按结构材料类型主要有块石护岸、柳石护岸、石笼护岸、沉排护岸、增工护岸、混凝土块护岸、土工织物护岸、透水桩护岸、草皮护岸等。

　　块石护岸具有就地取材、施工简易灵活、适应河床变形、能分期实施、逐步加固等优点；柳石护岸有柳石枕和柳石搂厢两种型式，优点是有柔韧性，节约石料，防护效果好；沉排护岸一般用于工程护脚或护底，具有整体性强，韧性大，适应河床变形，抗冲等优点；增工护岸具有体质轻，取材容易，施工快等优点；混凝土护岸主要用于较稳定河道的堤、坝、岸上防护风浪；透水桩坝有一定的缓流落淤效果，适用于水浅流缓处；草皮护岸主要用于漫水时间短，流速和波浪较小，流向与河岸基本平行的堤岸上。

　　传统护岸在我国已经使用多年，这些护岸结构形式虽然在保持岸坡的结构稳定性、防洪等方面起到一定的作用。但是，其在对保护水的自然清洁和维持人与水环境的和谐方面影响较大。

　　景观方面的影响：整齐划一的河道断面、笔直的河道走向，固然是一种景观，但是它与现代人们追求的回归自然的景观需求不相一致。昔日的碧水涟漪、青草幽幽、白帆点点的景象被坚硬的护坡和挡墙破坏得无影无踪，这与现代城市对河道与周边建筑、环境的协调要求相差甚远。

　　生态环境方面的影响：传统的护岸和护坡结构对河道坡面采取了封闭的形式，河道中的生物和微生物失去了赖以生存的环境，很难生存下去，因此河道的自净能力道到了破坏。同时各种水生植物也难以在坚硬的结构坡面上生长，各种水生动物也因失去了生存环境而无法生存。整个生态系统的食物链就因一层坚硬的护坡结构而断开，生态环境因此而遭到了破坏。河道护坡及挡墙内材料（包括碱化骨料）的水化反应、碳化反应及各种添加剂（如早强剂、抗冻剂、膨胀剂等）在水中发生反应对水质和水环境有直接影响，人们长期生活在这种灰色、生硬、没有活性的混凝土河岸边，人们的身心健康也会受到侵害。

　　2.3 河道生态护岸

　　2.3.1 河道生态护岸的概念

　　生态护岸所涉及的范围很广泛。目前国内外对其还没没有明确的定义，绝大多数人认为岸坡上种植植物就是生态护岸，近几年学者认为生态不仅仅包括植物，它应是一个系统的含义。生态河道护坡应该包括两方面的含义：首先是护坡。特别是水位变动区的水土保持；其次是生态，这二者的高度统一才是真正的生态边坡。

　　2.3.2 河道生态护岸内涵和作用

　　生态护坡，是指“用活的植物，单独用植物或者植物与土木工程和非生命的植物材料相结合，以减轻坡面的不稳定性和侵蚀”,其途径与手段是利用植被进行坡面保护和侵蚀控制。目前，工程界更直观地把它称为“边坡绿化”.生态型护坡是以保护、创造生物良好的生存环境和自然景观为前提，在保证护坡具有一定强度、安全性和耐久性的同时，兼顾工程的环境效应和生物效应，以达到一种土体和生物相互涵养，适合生物生长的仿自然状态[9].

　　河道生态护岸的首要功能是满足行洪排涝要求的基础上，保证岸坡的稳定，防止水土流失；生态护坡是开放式的系统，它是与周围生态系统密切联系的，不断与周围生态系统进行物质交换；生态护坡是动态平衡的系统，系统内的生物之间存在着复杂的食物链，它们互为食物。保持着系统的动态平衡；生态护坡是动力式的系统。它与水流之间是相互作用的，水流对岸坡有冲刷作用，岸坡对水流有阻碍作用，岸坡生态系统是地表水与地下水交换的媒介；生态护坡是整个生态系统（包括自然生态系统和社会生态系统）的一个子系统。它与其他生态系统之间是相互协调、协同发展的，它的生态功能好坏直接影响其他生态子系统功能的发挥，甚至还会破坏其他生态系统；生态护坡是可持续发展的系统。

　　河道生态护岸的作用具体归纳如下：

　　1.滞洪补枯、调节水位。

　　生态护岸采用自然材料，形成一种“可渗透性”的界面。丰水期，河水向堤岸外的地下水层渗透储存，缓解洪灾；枯水期，地下水通过堤岸反渗入河，起着滞洪补枯、调节水位的作用。另外，生态护岸上的大量植被也有涵蓄水分的作用。

　　2.保护和建立丰富的生态系统。

　　如果在河道中形成浅滩和深潭，把岸线也做成补规则的，即有宽有窄，使护岸有陡有缓，扩大水面和绿地，与岸边绿地、树林之间形成水、绿网络，增强岸边动植物栖息地的连续性，这样，就可以营造出多种多样的、丰富的环境条件，形成丰富、稳定的生态系统。从而，河流的自净作用也大幅度提高。

　　3.形成优美的风景。

　　生态护岸不仅可以与周围环境形成相协调的河道景观，而且可以通过保护和建立丰富的生态系统使河水清澈见底、鱼虾涸游、水草茂盛的自然生态景观。

　　2.3.3 河道生态护岸型式选择的基本原则[10]生态护岸的种类繁多，包括自然草木类、砌石类、生态混凝土类等。其各自的水利特性、工程特点、经济造价和适用条件亦不相同。河道生态护岸型式选择的基本原则如下：

　　1.满足行洪防冲的要求：在设计洪水条件下，采用的护岸必须满足水流抗冲刷的要求，要保护堤防的安全，保持河势的稳定，因此护岸必须满足一定强度、耐久性的要求。

　　2.满足生态环境修复需要：为了恢复和保持河流及其周边环境的生物多样性，生态护岸应尽量采用天然材料，尽量减少不必要的硬质材料。

　　3.体现人水和谐理念：营造人水和谐的河流环境，必须考虑周边居民的亲水要求，进行断面的规划设计，使河流成为人们亲近自然、享受自然的好去处。

　　4.因地制宜，就地取材，节省投资：尽可能利用原有和当地材料，节省土 地资源，降低工程造价，减少管理维护费用。

　　河道生态护岸型式选择中还要重视采用新成果、新技术、新工艺、新方法，提高护岸治理工程成果的生态性、先进性。

　　2.4 河道生态护岸类型

　　据历史记载，早在公元前，我国在渠道修整工程中就使用了柳条、竹子等编织的篮子装上石块来稳固河岸和渠道。这种最原始和古老的方法，现在越来越受到认得青睐，国内有不少人在此基础上开始研究河道生态型护岸技术，提出了不同型式的护岸技术[11].

　　遵循生态治理的理念，根据河流冲刷情况、防护对象和危险程度等因素，生态护岸可以归纳为自然护岸、人工自然护岸、抗冲护岸以及原护岸生态改造四种类型。

　　2.4.1 自然护岸

　　自然护岸是指很少有被冲刷的可能性的河岸，或者即使有冲刷，但是无冲刷继续恶化的河岸，可以选择自然护岸型式[12].

　　自然护岸的做法通常采用发达根系固土植物来保护河堤及生态。采用发达根系植物进行护岸固土，既可以达到固土保沙，防止水土流失，又可以满足生态环境的需要，还可进行景观造景，在城市河道护岸方面可以借鉴。固土植物可以选择的主要有沙棘林、刺槐林、黄檀、池杉、龙须草、金银花、油松、黄花、常青藤、蔓草等等，可以根据该地区的气候选择适宜的植物品种。

　　采用植物保护河堤主要用于小河、溪流的堤岸保护和一些局部冲蚀的地方，以保证自然堤岸特性。这种方法从工程角度上来讲比较简单，当河岸较陡时可辅助采用土工织物固坡。

　　2.4.2 人工自然护岸

　　人工自然护岸在自然型植被护堤的基础上，还采用天然石材、木材护底，如在坡脚设置各种种植包、采用石笼或木桩等护岸，斜坡种植植被，实行乔灌结合，固堤护岸。在此基础上，再采用钢筋混凝土等材料，确保大的抗洪、抗冲刷能力。

　　具体的做法包括铁丝网与碎石复合种植基、土工材料固土种植基等。

　　铁丝网与碎石复合种植基主要由镀锌或喷塑铁丝网笼装碎石、肥料及种植土组成。铁丝网与碎石复合种植基比较适合于流速大的河道，抗冲刷能力强、整体性好、适应地基变形能力强，又能满足生态型护岸的要求，土工材料固土种植基可分为土工网垫固土种植基、土工格栅固土种植基、土工单元固土种植基等多种形式。护坡结构中设置的土工网垫、土工格栅和土工单元，增加了土体摩阻力，同时土体中的孔隙水压力也迅速消散，增加了土体整体稳定和承载力。而且，由于网垫、格栅的锚固作用，草皮生根后草、土与网垫、格栅等形成一体，更加提高了岸坡的稳定性。土工材料固土种植基适用于主槽顺直，具有一定流速且岸线存在一定的冲刷的河道。

　　2.4.3 抗冲护岸

　　抗冲护岸主要采用柔性结构的网笼和石笼结构，能适应基础不均匀沉降而不导致内部结构遭到破坏，基础处理简单，施工方便，抗冲生态护岸既能够满足抵御水流冲刷，又能够适用地基沉降变形，还可以提供植物生长的条件，维护自然生态环境，改善生态和景观。

　　目前，使用较多的生态抗冲护岸，主要有四种护岸型式，分别为抗冲加筋生态袋、格宾石笼、干砌块石、金刚网笼。

　　抗冲加筋生态袋是指提高材料强度，加大普通生态袋的尺寸，并将其固定在钢筋混凝土梁上。生态袋护坡系统是最近几年从国外引进的一种目前国内最新的一种边坡防护技术，其核心技术是不可替代的高分子生态袋：一种进口的用由聚丙烯及其它高分子材料复合制成的材料编织而成，耐腐蚀性强，耐微生物分解，抗紫外线，易于植物生长，使用寿命长达70年的高科技材料制成的护坡材料。

　　干砌石通常分为两层砌筑，下层为块石，上层为方块石。干砌石石料砌筑前应清除表面的泥垢，敲去尖角薄棱，干砌石块要求做到砌放平稳，砌缝密合，相互压紧，外形平整， 然后用片石把石块间隙塞实捣紧，使每个石块都能保持稳定。格宾石笼是采用格宾钢丝，绑扎成箱体，块石填充，其上覆土绿化。格宾石笼网箱通常采用热镀10%锌铝合金钢丝和包塑热镀10%锌铝合金格宾网，填充料必须采用坚固密实、耐风化好的石料。

　　金刚网笼是将格宾石笼的迎水面换装一层无锈熔接网，块石填充，其上覆土绿化。

　　2.4.4 原护岸生态改造

　　原护岸生态改造是指对河道原有护岸进行生态改造。主要包括两种型式，分别为浆砌石挡墙式护和浆砌方块石斜坡式护岸绿化改造。主要通过拆除原有挡墙上层，垒砌生物袋，再种植草皮、蔓藤等绿色植物。

　　2.5 护岸护坡的施工技术综述堤防护岸工程通常包括水上护坡和水下护脚两部分。水上与水下之分均指枯水施工期而言，护岸工程的施工原则是先护脚后护坡。堤岸防护工程一般可归纳为以下五类：坡式护岸（平顺护岸）、坝式护岸、墙式护岸、桩式护岸和生物护岸，并在我国国家标准《堤防工程设计规范》（GB50286-98）中制定了有关护岸工程的技术标准[13]。
　　
　　1. 坡式护岸

　　坡式护岸是沿河流岸坡抵御水利冲刷的防护工程，通常称为平顺护岸，是将构筑物和抗冲材料直接铺护在临水坡面，抵抗河道水流的冲刷。护岸后，岸线比较平顺。这种护岸形式对河床边界条件改变和对近岸水流条件的影响均较小，是一种较常采用的形式。平顺护岸的维护工程量较小，工程经济效益较好[14].

　　下层护脚为护岸工程的根基，其稳固与否，决定着护岸工程的成败，实践中所强调的“护脚为先”就是对其重要性的经验总结。护脚工程及其建筑材料要求能抵御水流的冲刷及推移质的磨损；具有较好的整体性并能适应河床的变形；较好的水下防腐朽性能；便于水下施工并易于补充修复。经常采用的形式有抛石护脚、抛枕护脚、抛石笼护脚、沉排护脚等。

　　护坡工程除受水流冲刷作用外，还要承受波浪的冲击及地下水外渗的侵蚀。

　　其次，因处于河道水位变动区，时干时湿，这就要求其建筑材料坚硬、密实、能长期耐风化。 目前，常见的护坡工程结构形式有砌石护坡、现浇混凝土护坡、预制混凝土板护坡和模袋混凝土护坡、植草皮、植防浪林护坡等。

　　2. 坝式护岸

　　坝式护岸是指修建丁坝、顺坝以及丁坝与顺坝相结合的勾头丁坝等，将水流挑离堤岸，以防止水流、波浪或潮汐对堤岸边地的冲刷，这种形式多用于游荡性河流的护岸。 坝式防护分为丁坝、顺坝、丁顺坝、潜坝四种形式，坝体结构基本相同。 坝式护岸是一种间断性的、重点保护的护岸形式，有干扰水流的作用，在一定条件下常为一些宽河道护岸多采用。

　　丁坝护岸工程虽然在建成后可抑制和减缓河岸的崩退速度，但同时丁坝对水流又有强烈的干扰作用，在丁坝前后会形成一个强烈的回流，冲刷基础形成强大的冲刷坑而造成工程自身失稳，导致护岸工程的损坏和破坏。因此，河道护岸在重要的城镇和位置，不宜采用丁坝护岸[15].

　　3. 墙式护岸

　　墙式护岸也称重力式护岸，是指顺修筑堤岸竖直陡坡式挡墙，平顺沿堤岸设置，具有断面小，占地少的优点。常用于河道狭窄、受水流冲刷严重的堤段，这种形式多用于城区河流或海岸防护。

　　墙式护岸可分为直立式、陡坡式、折线式、卸荷台阶式等形式。墙式护岸一般在较好的地基上采用，基础深、应按照防冲要求采取护基、护脚措施，特别在水流冲刷严重的堤段要加强护基、护脚。

　　墙式护岸需沿长度方向设置变形缝，墙体需设排水孔并做防渗处理。

　　4、桩式护岸

　　桩式护岸对维护陡坡的稳定，保护坡脚不受水流冲刷等作用比较明显。

　　维护岸坡稳定的阻滑桩可采用木桩、钢桩、预制钢筋混凝土桩、灌注桩等；保护坡脚不受水流冲刷的护岸桩，常与墙式护岸配合使用。

　　5、生物护岸

　　生物护岸是采用植被等生物防护措施的护岸型式。生物防护措施投资少、实施简单、对促淤、固土保堤等作用明显。

　　生物护岸需根据水势、水位、流速、风况及当地气候、土壤和水质条件等选择，按照“因地制宜、适地适植、合理布局”的原则实施。植被等生物护岸可以简单的控制河岸侵蚀，不但能够防止侵蚀，也不能阻止地下水渗流引起的河岸后退，同时会受到气候、土壤特性、盐分等因素的影响。因此，它通常与其他护岸型式联合使用。

　　2.6 本章小结

　　本章介绍了河道传统护岸方式和生态护岸方式的特点，河道生态护岸型式选择的原则以、各种生态护岸型式的特点和适用范围等。传统护岸治理的目的主要是满足河道的防洪、排涝、蓄水需要，而生态护岸是在满足传统护岸功能的基础上，构建了其透水、透气、利于植物生长的生态型安全的防护平台，能满足边坡生态平衡，建立良性的河道护岸生态系统。生态护岸与传统护岸相比具有以下优点[16]:

　　1、克服了原浆砌块石护坡的呆板和生硬，使工程与自然统一；2、利用不同季节的植物的形状和颜色，可大大改善工程环境；3、避免采用非自然的材料，避免了二次环境污染；4、生态护坡满足了人们的亲水要求；5、因设置了多孔性构造，对生物的生长和水质起到了保护作用；6、工程造价相对较低。

　　护岸工程采用的型式与河道本身的水流条件、河道特性的关系非常密切，河道范围内的地质条件也影响着防护工程的形成和范围，对于不同的河段可能采用不同的护岸形式，即使对于同一条河流，采用的治理形式也可能不同。生态护岸型式的选择要根据当地的自然环境、实际情况和各种生态护岸型式的优缺点和适用条件，为河道治理选择最优的治理方案，使护岸的结构和功能具备针对性，与当地的自然、文化、社会环境相和谐。