混凝土花砖草皮护坡在北金堤防护工程中的应用

　　提要：为探讨北金堤深水区堤防工程的防护措施，确保防洪工程的完整与安全，根据金堤河近年来的来水情况，结合北金堤的实际情况，提出了混凝土花砖草皮进行堤坡防护的设想。通过对混凝土花砖草皮护坡的试验、研究与一年运行观测，收集了一些资料，经过资料分析和比较，认为混凝土花砖草皮护坡适应北金堤深水区堤防防护的需要，达到了预期的防护效果，且经济，环保，具有较好的推广应用价值。

　　关键词：黄河 北金堤 金堤河 混凝土花砖 草皮

　　1项目的提出

　　金堤河位于黄河北金堤滞洪区内，是黄河下游一条重要的支流。1999年金堤河干流一期治理工程完成后，金堤河流域接连发生几次较大的洪水，洪水呈现汇流快、偎水时间长、排水入黄困难的局面。造成金堤河洪水长期滞留在金堤河末端20km范围内，形成自然蓄水湖，水深达5.0～6.0m，水量约1亿m3，最长偎堤时间达9个月。堤防由于长时间受高水位浸泡，加上夏季多风浪，对岸地势开阔，树株较少，造成堤坡风浪坍塌严重。据统计，最大坍塌高度达2m，使北金堤堤防遭到严重破坏，大堤断面残缺不全，残缺断面面积16.33m2，土方约30万m3，严重影响了北金堤防洪安全。

　　为搞好北金堤深水区堤防工程的防护，确保防洪工程的完整与安全，根据金堤河近年来的来水情况，结合北金堤的实际情况，提出了混凝土花砖草皮进行堤坡防护的设想。通过对混凝土花砖草皮护坡的试验、研究与一年的运行观测，防护效果良好。

　　2.方案选择

　　根据金堤河下游积水水深较大、风的吹程不算太大（2km左右）、水流冲刷力相对较小的实际情况，我们在选择护坡材料时对草皮护坡、乱石护坡或混凝土护坡、空心混凝土花砖草皮护坡三种护坡材料进行选择对比。通过比较，选用了混凝土花砖草皮护坡。

　　2.1草皮护坡

　　经过分析认为草皮护坡在深水区内抗冲刷、抗侵蚀能力较弱，经过多年应用，不能满足抗冲刷、抗侵蚀的要求，达不到堤坡防护的目的。另外，在水下草皮不能长期存活，因此不能使用草皮护坡。

　　2.2乱石或混凝土护坡

　　乱石护坡或混凝土护坡防护效果较好，能够满足金堤河下游防风浪的需要，但乱石护坡或混凝土护坡造价较高，且用乱石护坡或混凝土护坡缺乏生态效益和绿色景观。浆砌或干砌块石护坡、现浇混凝土护坡、预制混凝土块体护坡等结构形式的护坡，在保持堤坡结构稳定、防止水土流失、防洪排涝等方面起到了一定的作用，但这些护坡工程的造价相对较高，且水下维护养护难度较大，不同程度上对景观、环境和生态产生不良影响，造成水体与陆地环境恶化，威胁人们赖以生产、生活的生态环境。

　　2.3混凝土花砖草皮护坡

　　随着经济发展和各种护坡材料的不断创新，河道建设不仅要使堤岸发挥出水利工程的功效，而且融入园林景观、生态环保、建筑艺术等多种内容。混凝土花砖草皮护坡既具有生态护坡的特点，又有水利工程的功效，得到人们的广泛关注，进行了一系列的较深入的研究与探索，并且逐步运用到河道工程中，逐渐发挥着一定的经济效益和环境效益。

　　1)护坡机理

　　护坡机理是指在边坡形成以后，通过种植植物，利用植物与土体的相互作用(根系锚固作用)对边坡表层进行防护、加固,使之既能满足对边坡表层稳定的要求，又能恢复被破坏自然生态环境的一种有效的固坡手段。生态护坡是“既满足河道体系的防护标准，又有利于河道系统恢复生态平衡”的系统工程，体现了“人与自然和环境协调发展”理念。

　　2）混凝土花砖草皮护坡的功能

　　混凝土花砖草皮护坡，具有良好的抗风浪冲刷能力，比较适应金堤河下游深水区风浪冲刷的要求，且在护坡上种植草皮，具有生态效益和绿色景观效益，造价较低。

　　3）混凝土花砖草皮护坡的结构

　　混凝土花砖草皮护坡是在结构上留出圆孔网格式的土壤用来种植连接水体的植物，以增加抗冲能力。花砖与堤身处进行透水垫层技术处理，利用植物根系与坡面土壤的结合，改善土壤结构，提高迎水坡面的抗蚀性、抗淘刷性，利用混凝土花砖压盖来抑制暴雨径流和风浪对边坡的侵蚀，增加土体的抗剪强度，大幅度提高护坡的稳定性和抗冲刷能力。两者相结合，不仅美观大方，而且对避免边坡水毁和恢复绿化功能发挥着较好的作用。

　　4）混凝土花砖草皮护坡的优越性

　　与传统的护坡技术相比，混凝土花砖草皮护坡除具有增强岸坡稳定性、满足防止水土流失等功能外，还成功地解决了“绿化与硬化”的矛盾，对于营造生态景观、改善环境，起到了积极作用。混凝土花砖草皮护坡只考虑了护坡上的植物，忽略了动物及微生物，忽略了生态护坡作为一个完整生态系统的动态性，忽略了真正意义上的生态护坡应该是在保证边坡稳定的基础上，以营造边坡系统的生物多样性为主要目标。因此，现有生态护坡技术，虽带有一定的生态色彩，却是不完善的生态护坡技术。　　

　　与传统的工程措施相比，植物工程措施复合护坡技术，具有效率高、适应性好、环境景观协调性好等优点，在坡面不稳定时，可以调整自身状况，来适应坡面变化，维持较高侵蚀控制能力，不断发挥护坡的工程潜能。

　　3实施过程

　　为了验证混凝土花砖草皮护坡防风浪的实际效果，本次试验选位在北金堤堤防的深水区，相应北金堤桩号为0+100-0+150，该处是历年堤身坍塌最严重的部位。试验段沿堤线长50m，临河堤坡的下半部，此处堤顶高程50.2m，两边坡均为1:3，堤脚高程为39.8m，历史上风浪冲刷高度一般为43.5m，按超高1m即44.5m计算，净高4.7m，顺坡宽15m，试验面积为750m2。上铺砌6cm厚的混凝土花砖，下铺15cm厚的中砂作为反滤层；三边修有底宽50cm、顶宽70cm、深40cm的混凝土排水沟，底边沿堤脚线修建顶宽30cm、高50cm、底宽45cm的砌石阻滑趾墙，埋于地下30cm，即阻滑趾墙底高程为39.5m，阻滑趾墙顶高程为40m。

　　试验于2006年5月28日开始实施，6月5日全部完成，共完成混凝土花砖铺设750m2，中砂垫层112.5m3，混凝土排水沟80m，砌石阻滑趾墙52m2，植草750m2，总投资4.32万元。每平方米造价： 57.6元。

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　　4实施效果

　　4.1混凝土花砖

　　混凝土花砖护坡整体美观、牢固，混凝土花砖本身对防冲就具有一定的保护作用。

　　4.2草皮

　　本次试验最初选择了矮生高羊茅草，由于是种植在铺有中砂的土质上，且在混凝土花砖空隙中，经过两次种植，高羊茅草成活率很低，分析原因是矮生高羊茅草不适于在混凝土花砖空隙中生长。随后，又选用了葛芭草，用量为16墩/m2，种植后进行撒水，经过一段时间的养护管理，草皮生长较为理想。葛芭草根系发达、耐旱，适合粗放管理，经过一段时间生长后，根系联为一体，对护坡起到较好的保护作用，能够改善生态环境，改善工程管理面貌，具有一定的经济效益、环境效益和生态效益。

　　4.3整体效果

　　混凝土花砖草皮护坡试验整体效果较为理想，混凝土花砖本身具有一定的保护作用，加上草皮根系形成网状结构的保护，护坡能力大大加强。同时，混凝土花砖草皮生态护坡还能美化工程面貌，改善生态环境。

　　4.4与其它结构的护坡经济效益比较

　　1)混凝土护坡

　　混凝土厚度按20cm计算，试验面积750m2，需混凝土150m3。

　　每平方米造价： 109.22元。

　　是混凝土花砖草皮护坡的1.9倍。

　　2）石护坡：

　　石护坡厚度按30cm计算，试验面积750m2，需石方量225m3。

　　每平方米造价： 79.22元。

　　是混凝土花砖草皮护坡的1.38倍。

　　3）草皮护坡

　　草皮：试验面积750m2，需要植草15000墩

　　每平方米造价： 16.52元。

　　虽然草皮护坡的造价较低，但护坡防护效果较差，每年都要造成大量的土方流失，按沿堤线长度每米冲蚀1 m3土方计算并恢复，每年需恢复投资35元/m，是混凝土花砖草皮护坡的12.3倍。

　　通过比较，混凝土花砖草皮护坡每平方米造价较低，且项目实施后，可增加该段堤防的抗冲能力，提高工程抗洪强度，减少土方流失和风波坍塌险情的发生，能使防洪工程安全度汛，具有较高的社会效益和较好的经济效益。

　　4.5流失土方恢复的经济效益

　　使用混凝土花砖护坡后，基本没有流失土方，堤身的维修养护费用减少，只是一次性投资较大。每年都有部分土方流失，若按沿堤线长度每米冲蚀土方1m3计算并恢复，需投资35元/m，若包括草皮护坡的恢复，平均每年冲刷坡长5米计算，每年需要增加16.52元/平方米×5m= 82.6元/m，23公里的堤线全部使用混凝土花砖草皮护坡每年可节约因土方流失和草皮护坡恢复费用270.48万元, 混凝土花砖草皮护坡建设费用864元/m×23 km =1987万元，仅相当于7.35年恢复费用，而混凝土花砖草皮护坡可使用20年，其经济效益显著。

　　4.6生态效益与社会效益

　　混凝土花砖草皮护坡实施后，能够保持堤坡的完整，改变堤防的工程面貌，改善生态环境，提高防洪工程的抗洪强度，减少出险几率，确保黄河防洪安全，保证沿黄地区群众生活、生产不受影响，加快沿黄地区的经济发展，其经济效益、生态效益和社会效益非常显著。

　　5项目运行存在的问题

　　5.1草皮选择存在的问题

　　草皮的品种选择有限，对草皮的生长特性和适应性了解较少，加上试验时间较短，无法对可能的草皮逐一进行试验，试验选择的矮生高羊茅草，由于不适宜在铺有中砂的混凝土花砖空隙中种植，经过两次种植成活率很低。随后，又尝试了葛芭草，种植后生长较为理想，但对其它草皮未进行试验，如马尼拉草、百慕大草、狗牙根草、中华结缕草、剪股颖草等草皮的试验。

　　5.2混凝土花砖选择存在的问题

　　在混凝土花砖铺设中，更改掉了原来的内外皆是六棱体空心花砖，采用外边为六棱体，空心为圆柱体的花砖。一是受项目资金约束，建材市场此类材料价格相对较高；二是试验时间工期所限，无法筹集更多的资金进行稳定性试验及阻滑、抗剪力的测验。

　　5.3护坡下部深水区草皮不能存活

　　通过试验在护坡下部深水区草皮不能存活，水下部分草皮全部被淹死，达不到草皮护坡的目的，起不到生态护坡的作用。

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　　6项目的改进建议

　　6.1混凝土花砖的改进

　　此次选用的花砖外边为六棱体，中间为圆柱体空心，内孔面积小，砖体面积大，浪费了材料，加大了项目费用，致使孔内种植草数量达不到预想的目标。拟在今后项目中，在充分考虑砖体沿斜坡面向下分力的累积压力情况下，参照铁路部门所用的翼墙护坡砖（内外均为六棱状）进行选型，铁路部门所用的翼墙护坡砖与本次试验所用花砖相比，更节省材料，结构上更坚固，内径比现在铺设的花砖大，可种植更多草皮，效果可能会更理想一些。

　　6.2草皮品种选择的改进

　　草皮选择上应进行多草皮的试验选择，可再考虑选择马尼拉草、百慕大草、狗牙根草、中华结缕草、剪股颖草等草皮的试验。

　　6.3增加水下防护措施

　　考虑到汛期洪水偎堤时间长，偎堤水深大，堤防长时间受高水位浸泡等情况，增加水下防护措施非常必要。水下防护措施可选用土工织物作为抗渗和反滤材料。

　　在水下的部份坡面上和堤脚处可采用深栽柳护坡。柳树为坐地柳(柳撅)株行间距均为1.0m，，柳间栽爬根草。按设计间距栽柳，栽深2.0m，外露0.2m。栽柳处，用火或烧红的铁器，在栽柳树的地方将土工织物布烧出或烙出一个5～8cm的洞，套在柳杆上，这样可避免洞的四周织造土工织物脱丝而破坏其保土性。

　　7．结论

　　综上所述混凝土花砖草皮护坡达到了预期的试验效果，混凝土花砖草皮护坡应用在北金堤护坡防护工程中是可行的，在金堤河下游深水区内，在有限的吹程等特定环境中防止风浪坍塌和水土流失效果是明显的，其经济效益、社会效益和环境效益是显著的，有较好的推广应用前景。同时通过试验也发现了一些需要改进的地方，如：混凝土花砖的形状改进，防止坍滑；草皮草种的选育；草皮在水下不能存活等问题都有待于进一步试验研究。

　　作者单位：山东省聊城市湖西路聊城黄河河务局