江浔;余育速;冯景伟;张浏;徐得潜
【摘 要】针对城市河道传统护坡中的硬质化护坡、高坎陡坡和开敞缓坡,分析了它们的特性,在此基础上结合合肥市十五里河护坡实际情况,提出了挂网铺草皮、荣勋挡墙和植物护坡的改造方案,并进行稳定性、经济性、生态景观性分析.结果表明,各方案的边坡稳定性、生态景观性均满足要求;从经济性上看,总体上植物护坡的成本最小,硬质化护坡改造次之,而高坎陡坡中的生态砌块挡墙造价较高,但相比于传统的浆砌块石直立挡墙,在生态性等方面表现出明显的优势,在今后的挡墙修建时应优先考虑.本研究可为河道生态护坡建设提供参考. 【期刊名称】《人民珠江》
【年(卷),期】2017(038)002
【总页数】mp3复读机5页(P53-57)
【关键词】硬质护坡;高坎陡坡;开敞缓坡;生态化改造水泥胶砂振动台
【作 者】江浔;余育速;冯景伟;张浏;徐得潜
【作者单位】合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009;安徽省环境科学研究院,安徽合肥230081;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009
【正文语种】中 文
【中图分类】X2
长期以来，人们比较注重河道的行洪、排涝等功能，城市河道护坡大多采用混凝土或浆砌块石等硬质衬砌方式。它们阻碍了河道与河畔植被的水气循环，打破了河流生态系统的平衡。随着人们对生态环境要求的提高，传统护岸的弊端已逐步为公众所认识。因此，引入生态工程理念对城市河流护岸进行改造或建设是未来研究的重点。城市河道主要护坡类型有硬质护坡、高坎陡坡和开敞缓坡，因此研究针对3种护坡的改造方案具有广泛的应用价值。 对于硬质护坡的改造，一般采取两种措施：一是破除硬质坡面后进行生态改造，其本质等
同于在退化的土质护岸上进行生态修复[1]，如生态混凝土技术、土壤生物工程技术等。然而大面积拆除硬质护岸无论从经济、防洪安全和空间的角度看，需要付出较大代价，这种做法值得商榷不该盲目效仿[2]；二是直接在硬质坡面的基础上进行生态修复，其基本思路是敷设基质、栽种植物[1]，如新槽开挖及辊式植被技术、坡面打洞及回填技术等。这些技术改造后的河岸植被覆盖度有限，造价颇高。在硬质护岸基质材料的研究方面，常用的方法有植生卷铺盖法、纤维绿化法等，这类技术存在保水性差、不耐旱等缺点。
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对于高坎陡坡，目前采用的生态护岸型式有格宾网石笼护坡、自嵌式挡墙等。李新芝[3]通过种植攀援植物，吴凤环[4]在原有直立护岸表面敷设蚝壳等天然材料，来掩盖浆砌石挡墙。这类技术对于原有直立挡墙的改造具有一定的景观效果，但在高坎陡坡(非硬质)生态建设时应优先考虑生态砌块挡墙、石笼挡墙等型式。
对于开敞缓坡，主要采用植物护坡。如莱茵河上进行的植物护岸实验[5]、香根草草皮护岸等。但目前缓坡护岸建设中植物搭配方式比较单一，不能较好地将乔灌草有机结合起来。
智能灯光控制系统针对上述情况，本文提出了挂网铺草皮的方案来改造硬质护坡，采用荣勋砌块挡墙来建设高坎陡坡，运用乔灌草结合的方法实现缓坡的生态建设，并以合肥市十五里河为例，分析
其护坡稳定性、景观性和经济性，为构建生态和谐的河流护坡提供技术参考。
硬质化护坡多用于受空间、防洪要求等因素制约的河道，护坡工程主要考虑的是结构的安全性和耐久性。因此治河道岸坡大多采用混凝土、砌石或钢筋混凝土等硬化材料，过分强调了防洪排涝的功能，很少考虑河道的生态功能[6]。
目前由于城市河道的两岸可利用空间较小，高坎陡坡较多，且防洪要求较高，多采用直立式混凝土挡墙或浆砌块石挡墙型式，采用这些结构型式在一定程度上提高了城市的防洪排涝能力，防止河岸水土流失，但水环境和生态环境也在不同程度上受到负面影响。
对于开敞缓坡，由于其河道断面开阔，两岸堤防坡度小，且岸坡稳定性较好，一般采用植物生态护坡型式。
2.1 硬质化护坡改造方案及案例分析
2.1.1 硬质化护坡改造方案
十五里河硬质护坡较多，边坡景观效果差。本文研究如何直接在现有的硬质护岸上进行生
态修复。工程采用挂网铺草皮护坡，在稳定的岩质坡面上挂土工网，然后回填本地土壤，铺植马尼拉草皮，最后在草皮表面再挂一层铁丝网进行网固。方案设计见图1。
沿坡面钻锚杆孔，孔径40 mm，注M30水泥砂浆，安置锚杆，锚杆长度1 m，间距2 m。采用马尼拉草皮满铺，单块尺寸为30 cm×30 cm，厚度为3 cm。铺草皮时，把运来的草皮块顺次平铺于坡面上，草皮块与块之间应保留5 mm的间隙，以防止草皮块在运输途中失水干缩，遇水浸泡后出现边缘膨胀，块与块的间隙填入细土。
2.1.1.1 稳定性
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主要应用FLAC 3D[7]软件结合强度折减法[8]进行边坡稳定性分析，求出边坡的稳定安全系数Fs。当假定边坡内所有土体抗剪强度的发挥程度相同时，这种抗剪强度折减系数相当于传统意义上的边坡整体稳定安全系数Fs。折减后的抗剪强度参数表达式为：
式中 c、φ——土体所能够提供的抗剪强度；cm和φm——维持平衡所需要的或土体实际发挥的抗剪强度；Fs——强度折减系数。
判断岸坡是否达到临界破坏的标准主要有以下几种：①以数值计算收敛与否为评价标准，
与有限元的算法有关；②以特征点的位移——折减系数曲线的拐点为评价标准；③以是否形成连续塑性变形贯通区为评价标准。方法3用图形来表示边坡临界破坏，十分直观，故本文采用第三种方法作为评价标准。
模型尺寸及参数选取：一小型均质岸坡高4.25 m，坡比为1∶1，水深以1.5 m计。相应的土体参数为：黏聚力24 kPa，内摩擦角φ16°，容重19.6 kN/m3，弹性模量E=30 MPa，泊松比0.3，渗透系数k=2.19×10-6 cm/s。岸坡尺寸见图3，单位m。
网格划分：计算模型共划分节点1 862个，单元864个。上部边界为自由边界，边坡底面采用完全约束条件，左右采用水平约束条件，受力为重力和静水压力。网格划分见图4。
结果分析：首先平衡地应力，而后选择稳态分析采用强度折减法计算边坡的稳定系数。
随着土体参数强度折减(c、φ值逐渐减小)，塑性区逐渐向坡顶贯通。当塑性区贯通时坡面就发生滑动破坏，此时的边坡稳定系数可取1.48>1.30，故边坡稳定性满足要求。
2.1.1.2 经济性
该方案的护坡材料费用约在20元/m2，加上机械费12元/m2、人工费20元/m2、养护费5元/m2等，挂网铺草皮护坡的单位面积直接费用约在57元。而传统浆砌石护坡造价为146元/m2，因此可节约投资60.9%以上，经济性较好。
2.1.1.3 生态景观性
铺草皮护坡，可实现“瞬时绿化”，迅速发挥护坡功能。在淮河干流凤台县境内Ⅰ级堤防的护坡建设中，就采用了铺草皮生态护坡技术。经过2 a的管养，栽植的爬根草草皮有强大的地下茎系，根系发达，形成不易破裂的草土层，抗冲能力极大提高，呈现出一道生机盎然的标准化、生态化的绿堤防[9]。
方案中采用的是马尼拉草皮，固土能力强。它能够净化空气，改善周围小环境的气候，使改造后的硬质护坡充满绿的生机。
卤钨灯光谱2.1.2 案例分析
天津市某河道采用高羊茅、野牛草和狗牙根3种禾本科草类品种为护坡材料，并在岸坡坡度较大处挂铁丝网，以稳固草皮，来进行室内外试验。结果表明，草皮护坡与无护坡堤防相
比，土体流失量减少99%，拦截径流量提高300%，抗剪强度提高10%。相比于浆砌石护坡，能够减少投资60%以上。故草皮护坡具有良好的生态和固土护堤效果，并具有较好的经济性。
2.2 高坎陡坡生态建设方案及案例分析
2.2.1 高坎陡坡生态建设方案
高坎陡坡护岸，在城市河湖改造中应用比较广泛。采用其进行河道改造主要有以下特点：安全耐用；抗冲刷、耐侵蚀；减少工程占地等。十五里河护坡建设时使用了较多的浆砌石块直立挡墙，同样属于硬质护坡的一种，生态景观性较差。近些年来，荣勋生态砌块挡墙的应用越来越多，图中尺寸单位均为mm。
挡墙最底层需铺设碎石垫层，厚度100 mm。浇筑C20混凝土作为基础，基础宽度600 mm。挡墙主要使用3种砌块型式，最底层是RXP300-10基础砌块，中间层RXP280-10主砌块，顶层RXP280-10压顶砌块。
荣勋挡墙砌筑时倾斜10度左右，挡墙背后采用PP单向聚丙烯土工格栅，强度为50 kN/m，
增大砌块与土体之间的摩擦，有助于提高整体稳定性。常水位以上部分进行绿化设计。挡墙顶部采用C20混凝土压顶，厚150 mm，宽度400 mm。单个砌块的长度均为400 mm，砌筑时中间留有80 mm的孔洞，便于植物生长和微生物繁殖。
2.2.1.1 稳定性
模型尺寸及参数选取：一小型均质岸坡高3 m，坡比为1∶0.17，平台以上斜坡高7.32 m，坡比为1∶1.5，水深1.0 m。相应土体参数：黏聚力24 kPa，内摩擦角16°，容重19.6 kN/m3，弹性模量E=30 MPa，泊松比0.3，渗透系数k=2.19×10-6 cm/s。坡面近似认为浇筑了厚度为0.28 m的C25素混凝土，容重23 kN/m3，弹模2.8×104 MPa。岸坡尺寸见图8，单位m。
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