联锁式生态护坡在汉江雅口航运枢纽工程中的应用

◎ 郭玉涛 李润杰

1.中国葛洲坝集团市政工程有限公司；2.湖南省水利水电勘测设计规划研究总院有限公司

1.引言

传统的水利工程护坡只是注重了河道边坡及其周围环境的安全，更多的是强调其强度功效，忽略了边坡与周边生态环境的交换过程，影响了边坡周围各种动、植、微生物的生存，破坏了原有的生态环境。生态型护坡在保证护坡满足设计强度、安全性和耐久性的前提下，保护、创造生物良好的生存环境和自然景观，兼顾工程的护坡效应和环境效应，以达到一种适合生物生长的仿自然状态，有效的保护了原有的生态环境[1]。随着我国经济的发展，尤其是十九届五中全会“坚持绿水青山就是金山银山”理念的推广，人民越来越意识到保护环境的重要性，生态型护坡是水利工程护坡后续发展的必然趋势。

2.工程概况

雅口航运枢纽位于汉江中游丹江口～钟祥河段、湖北省宜城市下游15.7km处，上距丹江口水利枢纽203km，下距河口446km，是汉江干流湖北省内梯级开发中的第6级，其上下游分别与崔家营梯级和碾盘山梯级衔接，距上游崔家营梯级约52.67km，距下游碾盘山梯级约59.38km。枢纽正常蓄水位55.22m，相应库容3.37亿m3，装机容量75MW，航道等级为Ⅲ（2）级，设计通航船舶吨级为1000t。主要建筑物包括船闸、泄水闸、发电厂房、土石坝、坝顶交通桥、鱼道等工程。工程开发任务以航运为主，结合发电，兼顾灌溉、旅游等综合利用效益[2]。

3.联锁式生态护坡设计

联锁式生态护坡是一种集护坡、生态恢复、装饰于一体的生态保护系统[3]。该系统主要由预制联锁式护坡砖相互镶嵌啮合联接成一个整体，其中砖体的种植孔可实现快速绿化，起到生态修复作用，砖体底部垫层料的渗透性可保证河岸与河流水体之间的物质交换，从而实现生态护坡的功能[4]。

3.1 护坡工程布置

本工程应用联锁式生态护坡的部位主要有右岸土石坝、连接段土石坝、尾水防洪堤、厂区上下游隔流堤、左岸土石坝、鱼道工程等部位，根据接触河流冲刷的情况将其分为轻型、重型两种护坡形式。其中厂区上下游隔流堤由于长期处于河水冲刷状态采用重型护坡，单块预制护坡砖尺寸为480mm×480mm×250mm，重约79kg，C30混凝土；其余部位主要接受雨水冲刷，属于普通坡面防护，因此采用轻型护坡，单块预制护坡砖尺寸为495mm×295mm×100mm，重约22kg，C20混凝土，具体型式如图1所示。

图1 预制护坡砖大样图

3.2 护坡结构型式

重型护坡坡比1：3，主要是在原始回填料上分别铺设土工布、卵石、土工网垫层，然后铺设重型预制块；轻型护坡坡比1：2.5，主要是在原始回填料上铺设粗砂、卵石垫层，然后铺设轻型预制块。其中重型护坡设计考虑防止河水冲刷，相较轻型护坡，垫层方面增加了土工布、土工网来进行坡面加固，护脚设计为1m（高）×0.6m（宽），护肩为0.5m（高）×1m（宽）；轻型护坡护脚设计为0.8m（高）×0.4m（宽），护肩为0.4m（高）×0.5m（宽）。两种护坡结构型式详见图2。

图2 护坡结构型式典型断面图

4.联锁式生态护坡施工方法

4.1 联锁式生态护坡施工程序

重型护坡与轻型护坡虽然防护效果不同，但是施工工艺基本相同，具体施工流程见图3。

图3 联锁式生态护坡施工程序

4.2 联锁式生态护坡主要施工步骤

4.2.1 生态砖提前预制

1）由于本工程需要的生态砖工程量较大，因此采用自加工方式进行预制。在拌合站附近修建一个5000m2的预制联锁式护坡砖加工厂，遵循布局紧凑的原则，主要由预制场、成品堆放场、道路及配套设施组成。考虑材料的运输、后期护坡砖的转运和出厂，场地地坪采用振动碾碾压密实，然后自下而上分别铺设10cm的水泥碎石稳定层和10cm的C20混凝土。

2）根据联锁式护坡砖的结构型式、尺寸以及加工的方便性，采用QTY5-15型制砖机进行重型护坡砖的制作，采用定制模具进行轻型护坡砖的制作；两种生态砖均提前进行预制施工，待护坡工作面出来后即可及时进行护坡施工。

4.2.2 施工准备

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1）根据控制网定出坡脚的位置并按设计尺寸完成护脚混凝土的浇筑，使其具备一定的强度。

2）根据垫层料的厚度、坡顶高程等，在坡面上按10m网格进行放样，设置样桩，在样桩上划出各级垫层料在坡面的高程，用油漆标出明显标志，并妥善保护好样桩。

4.2.3 坡面修整

建基面根据设计高程进行控制，对超挖或欠挖部位修整到设计高程，使其满足设计要求。坡面修整前利用样桩纵横拉线对坡面平整度进行检测，对超高部位进行人工削坡，对欠高部位进行人工回填至设计高程。另外，对坡面松软部位进行挖除，用人工置换合格土料进行回填至设计高程；对坡面土方密实度不合格部位重新进行人工夯实至设计要求。

4.2.4 垫层铺筑

1）粗砂、卵石垫层铺筑：采用自卸车将粗砂、卵石运输至施工现场，利用样桩纵横拉线控制铺填厚度，按照施工顺序自坡底向上分层铺筑；施工过程中采用挖掘机下料，人工配合摊铺，铺筑完成后采用平板振捣器与人工夯实相结合的方法进行垫层料的压实。

2）土工布、土工网铺设：土工布、土工网在垫层料验收合格后按照施工顺序进行铺设，采用人工滚铺，布面平整，并适当留有变形余量以保证土工布、土工网铺设后不影响护坡的断面尺寸，搭接长度及搭接方式依据设计规范要求执行。土工布采用缝合方式进行连接，缝合采用专用缝纫机进行缝合连接，土工网之间采用塑料扎带人工绑扎搭接，最后将铺设后的土工布、土工网每隔1.5～2m用U型钉固定于地面，防止预制块砌筑过程中土工布、土工网滑动变形。

4.2.5 联锁式护坡砖铺装

2）根据分段施工长度计算出每个工作段护坡砖的工程量，然后用自卸车将护坡砖延坡顶道路运送至相应工作段。

3）在同一工作段内，护坡砖的铺筑从左（或右）下角开始沿水平方向逐行进行，以减小累计误差，影响铺筑质量。施工时用钢制滑道将护坡砖坡顶滑至坡脚，在坡脚用橡胶垫圈缓冲接住，然后采用人工镶嵌啮合的方式自下而上依次铺装护坡砖至坡顶设计位置，同时应注意不得扰动反滤层，重复上述步骤直至完成整个施工段护坡砖的铺装。

4.2.6 坡脚坡顶处理

1）坡脚位置铺设的土工布、土工网翻折到护脚顶部的高程，用铺筑的护坡砖作为压顶，同时在护脚与的第一排护坡砖的凹嵌处填充素混凝土加以保护。

2）坡顶位置铺设的土工布、土工网延伸到护肩底部，坡顶处的护坡砖由于坡面断面长度造成的误差直接浇入护肩或者在护肩与护坡砖中间浇筑一条素混凝土带以保证坡面的整体性及美观性。

4.2.7 种植生态植物

联锁式护坡砖铺装完毕后，在孔洞内敷土，并根据当地的气候、土壤环境选择合适的生态植物进行种植，其中重型护坡上为耐水性植物，轻型护坡上为观赏性植物。

5.实际应用效果

雅口航运枢纽工程于2022年1月份开始蓄水，从实际效果看所有联锁式生态护坡表面整齐、规则，未发现沉降、变形等情况，护坡工程运行情况良好。种植的生态植物从护坡空隙中长出，坡面郁郁葱葱，与周边环境融为一体，整体景观效果好。

6.联锁式生态护坡工艺特点

（1）施工工艺简单、效率高。根据联锁式护坡砖型式及工程量的不同，可以提前预定或者自建加工厂内提前进预制，在护坡工程具备施工条件后即可立即进行施工；同时，联锁式护坡砖的施工只是简单的镶嵌啮合，简单方便。这种提前预制、简单铺装的施工方式，普通工人经简单的培训就能作业，还可以多个工作面同时施工，加快了施工进度，缩短了工期，对工作面较长的水利工程建设而言，非常有利。

（2）结构性能好、抗冲刷能力强。联锁式护坡砖采用独特的联锁设计，每块砖与周围6块砖互相镶嵌啮合形成超强联锁[4]，增强了水平向的相互作用，使得护坡系统具有良好的整体稳定性，从而加强了其抗冲刷能力，具体结构见图4。

图4 超强联锁的结构设计

（3）适应变形能力强。联锁式护坡砖是砖体单元互相镶嵌啮合形成超强联锁，整个坡面为柔性体，避免了出现类似于混凝土现浇板施工中的变形、裂缝等问题。 一旦坡面出现沉陷、变形等问题，只需将相应部位揭开重新补填垫层料，整平压实后更换损坏的护坡砖即可，修补起来方便快捷。

（4）具有一定的景观效应。生态护坡可以根据护坡位置的不同种植不同的植物，从而很好的与周边环境融为一体，这样水利工程将不再是单调的水泥灰，而是可以根据水利工程不同部位的功效营造不同的生物景观，对于提高水利工程外观形象、营造山水一色的水文化、打造特色的水利风景有着突出的作用[5]。

（5）具有生态环保功能。联锁式护坡砖因其特有的镶嵌啮合结构及种植孔造就了生态护坡具有较强的透水、透气性，使河水可以渗入岸坡，保证地下水的正常补给和岸坡水的排出。护坡上种植的草本植物对防止岸坡顶上的水土流失、垃圾及有害水体在地表径流作用下直接进入河道、溪沟，起到一定的阻碍与净化作用，减少对河水的污染，有效的保护了当地的生态系统。同时，植物的根系深入土层对坡面结构也起到一定的加固作用[3]。

7.结语

水利工程建设与生态环境的融合是现代化水利建设的一个发展方向，生态护坡是堤防工程发展的新趋势。联锁式生态护坡是一种新型的生态护坡技术，其不仅继承了传统护坡物理学意义上的稳定，而且发展了生态环保功能，符合保护生态环境发展的趋势，在水利工程建设中必将得到广泛的应用。