生态护坡技术试验与研究(1)程力学毕业论文(2)

3 生态护坡方案的可行性

生态护坡能依靠植物良好的根系而使护坡具有一定的固土和抗冲能力，同时生态护坡具有造价低、能美化环境的独特效果，在国外已得到了广泛的应用，在国内也有一些应用。

茂渔川工程位于日本北海道惠庭市，是由日本冲谷实业有限公司1990年设计的，该工程的护坡结构同太浦河泵站进、出水渠（水生植物种植区域），种植的植物为千屈菜、黄昌蒲、千岁梅花藻和豆牟菜。该工程河流的正常流速为0.4m/s～1m/s，洪水时河流的流速达3m/s。工程运行至今已有近12年，固土和抗冲能力效果良好，且美化了环境。由于利用石头、砂子等天然材料的多孔性构造，通过水边绿化、设置生物的生长区域，保护了生物多样性，避免了材料的二次性环境污染问题，同时利用水生植物对水体自净能力，使水质得以改善。

卫运河生态护坡试验段工程位于卫运河祝屯闸下险工段内，长170m，是海河水利委员会利用土工织物与生物工程措施相结合的护岸工程试验研究段。试验段滩顶高程28.30m，河底高程18.63m，在高程24.00m处设宽1m的马道。马道以上的设计边坡为1:2.5，采用深栽柳护坡，柳树纵横株距均为1.5m，柳间栽爬根草；马道以下的设计边坡为1:2，采用土工织物排体护坡、护基，排体上面用混凝土预制块组成框格压载，在框格内填土、深栽柳，柳树纵横株距均为1.5m，柳间栽爬根草，其生态护坡剖面图见图1。该工程于1987年5月完工，经过两个汛期400m³/s流量的考验，目前框格内的草皮茂盛，且生长茂盛，柳树的成活率95%以上，护坡效果良好。

从以上国内外两个成功的工程实例可以看出，只要太浦河泵站的生态护坡结构设计和植物选择得当，生态护坡方案在太浦河泵站工程中是可行的。

图1   卫运河生态护坡剖面图

4 生态护坡试验与研究

4.1 设计要点

太浦河泵站进、出水渠道除具有一般河道所具有的防洪、引排水和航运等功能外，它还具备与泵站有关的一些特点：太浦河泵站进出水渠为新开河道，进水渠为1级堤防，护坡应具备固土、抗冲能力，稳定要求较高；进、出水渠的地质条件不太理想，在堤底附近有一层较深厚的、呈流塑状的淤泥质粉质粘土，而堤顶与堤底高差最大达9.5m（进水渠）；泵房的施工期较长（达18个月），地下水位又较高，给施工期的进、出水渠的稳定带来威胁（渠道中无水）。根据国内外生态护坡的成功经验，结合泵站进、出水渠的特点，生态护坡的设计原则如下：

（1）       生态护坡应满足渠道功能和堤防的稳定要求，并降低工程造价；

（2）       尽量减少刚性结构，增强护坡在视觉中“软效果”，美化工程环境；

（3）       进行水文分析，确定水位变幅范围，结合植物调查结果，选择合适的植物；

（4）       应设置多孔性构造，为生物提供一个安全的生长空间；

（5）       尽量采用自然的材料，避免二次环境污染；

（6）       布置时考虑人们的亲水要求。

4.2栽种植物的选择

在栽种植物以前，应首先进行工程区域的植被调查，然后根据植被调查结果，充分考虑到栽种植物与周边环境的协调、景观、安全性、地域适应性及生态平衡的问题，并按以下条件进行严格的选择：

（1）      适合气候、气象条件的树种；

（2）      土壤要求低；

（3）      原有品种；

（4）      抗病虫害能力强，对周围环境的危害性小；

（5）      寿命或者效果发挥时间长；

（6）      具有能够美化环景的效果；

（7）      容易维护管理；

（8）      具有市场性。

在现场选择完全满足上述条件的植物是困难的，但可选择适合于河畔生长的和具有适合工程实际和生长能力的植物。在充分调查太浦河两岸及苏州地区现有植被的基础上，经过认真论证，在水位变化区采用水生植物护坡，水生植物初选太浦河两岸常见的千屈菜、香蒲和黄昌蒲，马道以上喷植草坪护坡。

4.3生态护坡设计

根据渠道水位的变化范围，在渠道的不同坡段选用合适的植物，是生态护坡设计的一项重要内容。太浦河泵站工程的主要功能是在枯水年份向上海供水，其进出水渠生态护坡的设置高程应以不影响进出水渠的过水能力为前提，同时尽量确保硬性护坡的淹没时间最长，以提高工程的环境效益。

太浦河泵站进水池的设计运行水位为1.90m，此时进水渠入口水位为2.10m，考虑以高程1.90m作为分界，即进水渠高程-2.50 m（渠底）至1.90m仍维持原浆砌块石护坡结构，高程1.90m以上至堤顶采用生态护坡。其中，高程1.90m至马道高程（包括马道）部分采用干砌块石加水生植物护坡，马道以上部分采用草皮护坡；泵站出水渠的最低运行水位为2.66m，设计水位为3.29m，最高运行水位为3.34m，根据有关文献介绍，国内3级堤防的临水侧均可采用草皮护坡，为确保边坡的抗冲稳定，考虑进、出水渠生态护坡景观的连续性，以高程2.60m作为分界，出水渠高程-1.80 m（渠底）至2.60m仍采用原浆砌块石护坡结构，高程2.60m（包括马道）以上至堤顶采用生态护坡。其中，高程2.60m至马道高程（包括马道）部分采用干砌块石加水生植物护坡，马道以上部分采用草皮护坡。

生态护坡结构除满足泵站正常运行期的稳定要求和固土抗冲要求外，还应满足进、出水渠施工期的稳定要求，尤其是护坡的施工期渗透稳定。由于目前国内对生态护坡在工程中的应用尚处于试验与研究阶段，因此在生态护坡结构的设计中，参考了前述的日本茂渔川工程的护坡结构：在水生植物的种植区域护坡采用干砌块石加水生植物，具体做法是面层采用厚35cm的干砌块石，干砌块石下铺厚10cm的碎石垫层，在碎石与土坡的交接处铺设麻布一层，以形成反滤，确保施工期护坡的渗透稳定，；在面层干砌块石之间的缝隙内用土回灌后再种植水生植物（见图3）。草坪喷植的方法与国内常见的三维网垫法不同，它利用一种专用机械用一定的压力将草籽、粘结剂、养料和水的混合物喷洒在的护坡土表面，这种方法与三维网垫法相比，草坪更容易生长，且具有施工快、固土效果好、造价低等优点。

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