坡改平生态护坡技术在柳河彰武段堤坡中的应用

卢 敬

(兴城市水利事务服务中心，辽宁 兴城 125100)

堤坡的土质和保水能力较低，植被难以生存，削弱了堤坝的生态效应，堤坝的空旷地带容易出现灰尘，严重影响了该地区的环境质量。经过长时间的风蚀和雨水侵蚀，堤坝遍布全身，严重威胁堤防的安全运行。生物护坡载体不适合建设在细沙堤护坡在干旱地区，当前生态护坡类型包括生态联锁砖、生态混凝土等，生态联锁砖由于其具有一般的生态效果、抗侵蚀和水土保持功能，在后期处于中等层次的运营和维护管理，从工程实例的早期应用来看，后期难以有效保证生态联锁的运营、维护和建设周期，项目实施效率不高。尽管生态混凝土具有良好的生态效果，但其施工周期长，早期维护成本高，与堤防内部土壤质量的相关性低。内部保水很难进行土壤补给，需要人工浇水，导致后期维护成本高。

坡改平生态护坡技术是水土保持科学研究成果近年来完成的，该技术是解决公路基础设施常见土壤侵蚀问题的一种新的生态边坡防护技术，然而，它在河道中的使用仍然有限。该技术的特殊结构使其特别适用于需要大规模现场控制的建筑项目，如道路和河流工程。它可以完全依靠天然植被恢复绿色边坡。自然恢复的杂草具有较强的抗旱性，能承受贫瘠的条件，能抵抗沙尘暴和干旱地区，有效地减少了景观设计、未来维护费用和项目成本[1-3]。

1 堤防堤坡破坏机理

1.1 气候

在风沙干旱地区，降雨量少，坝坡的土壤水分不足，植物难以生存，如辽宁柳河彰武段，气候属于半湿润的大陆性季风气候，太阳辐射充足，昼夜温差变化较大，春风强而频繁，冬季较长，年平均气温7.2℃，最高气温37.1℃，最低气温-30.3℃，平均风速3.6m/s，最大风速37m/s，柳河两岸的堤坝长期暴露在自然环境中，普遍裸露在外，损坏严重。

1.2 土壤特征

细沙材料的抗剪强度低，土壤和水的保持力差，而且抗侵蚀性差等问题，导致细砂路堤的边坡受到严重的土壤侵蚀。土质较差，堤坝易受雨水侵蚀，形成雨水沟，严重威胁堤坝的安全运行。柳河是泥沙含量较大的一条河流，上游闹德海水库植被稀疏，水土流失较为严重。侵蚀系数超过2000t/km2，河沙含量超过40kg/m3，是辽河流域的采砂最高的区域。路堤填充物主要由河流两岸的细沙和粉质土组成，黄色至黄褐色，疏松至微密状态，细砂颗粒与基础之间没有内聚力，内摩擦角小，抗剪强度低，平均粒径小，导致细沙对雨水侵蚀的抵抗力较弱。堤身土颗分试验成果详见表1。

表1 堤身土颗分试验成果统计表

1.3 植被覆盖

植被覆盖和枯枝落叶能有效减少雨滴侵蚀，有效拦截部分降雨，减少降雨量，保水性，有效地控制水土流失。植被还增加了土壤空隙的比例和结构，有利于水渗入土壤，减少径流的数量和速度，有效防止水对土壤颗粒的冲刷作用，形成自然的径流调节效果。较细的植被还可以增加土壤压实度，防止斜坡侵蚀，提供有效的斜坡护坡及护坡工程，并加强流域的沙土涵养能力。考虑到当气候条件基本不变，堤土沿着线应该放弃，应该采用方便和廉价的细沙，购买土材料的项目成本高和经济合理性差。为解决风沙干旱带细砂堤防边坡破坏问题，为解决植被覆盖率低问题的生态化考虑采用生态护坡是解决植被覆盖率低问题的合理可行的途径。

2 粉细砂堤防护坡型式

鉴于生太护坡介质不适合在风沙干旱地区的侵蚀控制坝建设，生态加固最好采用其他护坡方法，论文对河道治理工程中常用的两种生态护坡方法的结构进行了分析。并研究了一种适用于风沙干旱地区粉细砂建设的新型生态护坡方法。

2.1 生态联锁砖

生态联锁砖是不同规格型号的预制混凝土砌块的总称，厚度为100mm，长度为400～500mm，宽度约为300mm。中间的一个或多个洞用来填土和种植作物。由于其特殊的抗冲击性和在斜坡上植被生长的空间，它通常被称为生态联锁砖，以区别于传统的实心联锁砖。生态联锁砖适用于小流域的堤防施工，以控制水土流失。联锁砖具有特有的联锁功能，有效地减少了砖在水中的整体稳定性[4-5]。柔性开孔渗透性降低了冲击水的速度，降低了水压，改善了排水性能。由于有了开口，渗流和排水效果得到了增强；还可以增加植被覆盖率，具有显著的生态效应。

2.2 生态混凝土

生态关注的是生物体和其直接环境之间的关系；混凝土由胶凝材料、水基材料和骨料按一定比例形成的，有一定养护和固化的人工材料，并具有一定生态效应的混凝土，称为生态混凝土[6-8]。与传统混凝土相比，它的水泥用量明显减少，具有良好的渗透性和水处理性能，具有生物兼容性[9-10]，它对生态的影响主要是附着生物，对生物的生长影响不大。

2.3 新护坡型式

生态联锁砖由于抗水土流失能力和生态效果一般，前期和后期维护管理成本相对较高，后期维护难以保证，导致工程保证率低；然而，生态混凝土的建造需要很长时间，初期维护成本较高，后期维护成本更高。由于大部分需水量来自降水，也需要人工浇水，内部土壤用水量相对较少。因此，有必要探索一种新型的生态护坡在某些领域需要高耐水土流失和生态效应。经调查，发现坡改平生态堤坝的坡度满足上述条件。

这是一种新型的生态护坡技术，旨在解决土壤侵蚀的问题，从20%～80%的土壤流失的六边形空心护坡块，被广泛用于道路、河道和其他基础设施。生态护坡技术的特殊结构使其特别适用于现场管理粗放的建设项目，如道路、河流等，天然植被的绿色边坡可以完全恢复，自然再生的杂草具有很强的适应性和抗旱性，可以大大节省绿化成本，同时后期维护成本和项目成本可以大大降低。

3 坡改平技术工艺

3.1 技术原理

其施工原理与生态联锁砖的施工原理几乎相同，通过预制混凝土砌块的安装互联，完全覆盖整个边坡，并通过预制砌块中间的孔洞对边坡进行生态修复。除了外观的不同，两者最大的2个差别，①坡改平生态防坡块的坡面为水平面，坡面为倾斜面，即通过将原坡面施工成与梯田性质相似的连续台阶，然后实现节水效果，降低坡垂直流量，也是坡改平名称的主要来源；②生态护坡块体边坡具有3个滑动阻力齿，为了确保斜坡的稳定性，与斜坡的摩擦力进一步增加。这种生态护坡块将其内部结构与小平面上的断坡相结合，与地面融为一体。坡体上端处于水平状态，可以稳定斜坡地面，这也有助于保留水分和减少沙子。与以前的六边形空心砖相比。该技术减少了90%以上的水土流失，从而提高了护坡水平。适宜的牧场包括高羊茅、苇状羊茅、鲁山、夏芳草、五叶芳草和二月兰。

3.2 施工工艺

该生态护坡块的施工顺序为自下而上，即边坡平整后，先在坡脚处砌体基座，再由基座向上逐层施工。坡改平的生态块的下部应以恒定的深度铺设在具有不同坡度系数的斜坡上，这样，上部是水平的，上部与斜坡相连。每个边坡平整施工后，用混合草籽和肥料的种植土填充生态护坡块，并压实，当施工到达靠近坡顶的空间，对于少于一块的空间，采用上坡脚块或现浇混凝土封闭坡顶，下半部分与保护脚的接缝处还用现浇混凝土密封，防止雨水通过缝隙与坡面直接接触而造成的接触性侵蚀。块内种植的植被和土壤减缓了流入堤坝的水流，并降低了堤坝上的流速。另一方面，当路堤内部的孔隙水通过边坡渗透时，也可以起到过滤作用，避免路堤内部细土的流失。造成路堤迎水边坡的失稳。坡改平的生态护坡块为六边形正方形，每个外缘长度20cm，单块重量约15kg，适合人工施工，据研究，每平方米(8片)到项目现场的落地价约为110元，人工浇筑单价约为20～25元/m2，种土、草籽、化肥的建设成本约为5～7元/m2，生态护坡块体建设项目的直接投资约为136～143元/m2。简单的早期维护是坡改平的生态护坡块的另一个主要特征，由于在坡面上保水效果好，灌溉周期相对较长，雨水收集利用率高。

4 实例应用

4.1 工程概况

柳河在彰武县境内缺乏用于路堤建设的粘性土壤，建筑基本上是由细沙构成的。目前，护岸主要采用混凝土板。河堤生态恢复较差。大雨过后，山体滑坡和因侵蚀而导致的局部斜坡塌陷对堤坝的安全运行有很大影响。堤坝的土质和保水能力较低，坡上的植被难以生存，堤坝的生态效应较弱，堤坝的空地上会产生粉尘，严重影响该地区的环境质量。经过长时间的天气侵蚀，大堤上布满了雨滴，对大堤的正常运行造成了严重威胁。细沙不适合作为斜坡生物保护的直接介质，因此必须使用其他工程手段在堤岸斜坡上构建生态系统，以创造干燥区域。

4.2 坡改平生态护坡结构优化

4.2.1坡顶封顶型式优化

目前，在的生态护坡工程中，大多数坡顶都是通过护坡块与边坡直接相连的，由于采用六边形结构，边坡的顶部块体可能无法直接与顶面连接，导致护坡与顶部连接松散，坡顶的土壤很容易被降雨冲走，使施工变得困难，而且不美观。这是解决上述问题的好办法。混凝土抹灰的具体规格为厚5cm，水平段长15cm，坡段长度根据顶块与坡顶的距离确定。采用混凝土抹面进行封顶，这使路堤块和坡顶之间的连接更加紧密，防止了坡顶的侵蚀，改善了路堤运行的稳定性和外观。

4.2.2砌块内土壤改良

为提高保护区内的植物存活率，建议使用耕作土作为坡改平内的土壤材料进行边坡整平，对于以细沙为主的风沙干旱地区，耕地稀缺，外购成本高。沿线土壤以砂土为主，获取方便，成本低廉。其中，清表土材料中的淤泥含量相对较高，满足植被生长要求的景观设计可以取代购买的农业用地，并减少项目成本。

4.3 坡改平生态护坡实际效果

4.3.1施工前准备

拆除现有护坡后，进行现场清理和整坡，从外部购买护坡块、种植土等材料。所用砌块的技术指标见表2。

表2 砌块技术指标

4.3.2砌块铺设施工

(1)根据施工要求，沿坡度上下悬挂直线，然后按直线铺设，从下往上铺设，将相邻的护坡块挤紧，将水平线、垂直线和对角线对齐，保持上表面水平。

(2)按水平方向顺序铺设砖块，以砌块垂直边缘为铺设标准，砌块垂直深度按坡度比确定，相邻砌块间砖按同一水平标准水平线铺设。并要求绝对水平保证。水平铺砖采用梅花形，相邻砖之间的斜标高有效控制在9cm左右，最佳铺砖方向是将砖斜放在中间位置。

(3)坡脚第一排块体设置趾石，顶面靠在趾石上，与顶面齐平。砌块内部的土壤填充应控制在上边缘以下2cm处。

4.3.3护坡砌块种植植物

(1)植物栽植。坡改平护护坡砌块安装完成后，用砂土和农家肥填充块的孔洞，适当压实，并开始播种草籽，草籽播种标准：高羊茅每孔播种约10粒，苜蓿每孔播种约5粒，然后覆盖1cm的土壤，覆土后，每块砖内部的土壤表面距离砖的顶部边缘2cm。

(2)灌溉。施工完成后，应一次性浇足量的水。应使用洒水喷头和慢速灌溉，确保水不会从砌块上溢出，侵蚀或破坏砌块下面的土壤和植被。

(3)栽植植物养护。灌溉应在施工后15d内进行，这取决于天气条件和场地的土壤含水量，在草籽发芽和出现3片真叶之前，保持土壤湿润，可以将浇水减少到适度水平，在施工后1个月内，应根据植物生长情况进行补水，然后对这些植物进行管护，如果在施工结束后，经过3个月的观察，堤坝上的植物都很健康，生长良好，那么基本解决水土流失问题。

4.4 效果对比

实施后，水土保持效益明显，与老式护坡砖技术相比，土壤流失可减少90%以上。而且砖的特殊水平结构可显著提高降雨量和水保效果。也有越来越多的方法来配置具有高景观效益的种植安排，这项技术丰富了种植选择，斜坡上的种植选择范围已从单一花卉扩大到灌木和草坪的组合种植和重新植被。还可以根据景观需要在斜坡上组合不同的灌木和草本植物标本，并将斜坡保护项目与周围环境相结合。它们还提供了后期管护投资、旺盛的自然植被生长、良好的保水和景观效益，并大大减少了后期管护投资。

5 结语

坡改平生态堤坝设计适用于坡面水土流失严重的堤坝工程，生态堤坝设计的单价约为135元/m2，相对较高，适用于对生态景观要求较高的城市地块。混凝土抹面可以用来连接坡块和坡顶，以减少坡顶的泥沙流失，改善抗滑稳定性和外观。在耕地土壤匮乏的地区，在经过表面处理的地基上使用混有肥料的沙质土壤可以节省施工时间和投资。