水利工程中铰接式河道生态护坡技术的应用

摘要: 新时代背景下，人们对于环境保护及可持续发展理念的日益重视，促使河流护坡工程的设计和实施方式不断优化升级。传统的碎石堆砌和混凝土板覆盖虽能有效防治河岸土壤侵蚀和加强斜坡稳固度，然而，却忽视了河流生态系统的复杂性与多样性，从而对生态环境产生不良影响。尤其是对生物多样性的不利影响和对河流风景线的毁坏，引发广大环保人士、学者的深切关注。因此，本文引入并推行了一种新型河道生态护坡。该技术旨在维护河岸稳定，兼顾生态环境保护，其核心部分为经过特别设计的混凝土砌块。

关键词: 水利工程；河道护坡;铰接式生态护坡技术;应用；

1 结构构成

铰接式混凝土砌块河道生态护坡是一种创新性的互锁式高强度混凝土块系统。该系统由标准尺寸和形状的预制混凝土块组成，通过镀锌钢缆或聚酯绳相互连接，形成一个灵活的连锁护坡结构。这种设计使其能够根据各地的地形特点进行定制，具备卓越的适应性和耐久性，为用户提供稳定、灵活且可持续的护坡解决方案。其独特之处在于其表面的多孔性，使得植被得以透过砌块生长，与周边环境和谐共生，对河流生态系统的影响微乎其微。铰接式护坡主要由基底土壤、过滤/渗透层、混凝土砌块及其连接系统组成。基底土壤作为基础，确保从斜坡顶部至底部的均匀铺设。滤水层则负责提高水分穿透力，同时保护坡面下方土壤。针对不同环境需求，混凝土砌块可调整其形状与尺寸，而镀锌钢索或聚酯缆绳等防腐性能优良的线缆的运用，可将各个混凝土构件紧密连接，确保结构的牢固与整体性。

2 结构设计

2.1 混凝土砌块设计

混凝土因具有优异的耐久性和强度，成为铰接式砌块的首选材料，是河岸防护工程的理想之选。其高强度确保护坡结构在强风、暴雨或持续波浪冲击下保持稳定。此外，混凝土的高耐腐蚀性对于水边地区尤为关键，因为它们常常处于水和其他可能导致材料老化的环境之中。混凝土的另一大优势在于其在混合和浇筑过程中的高度可塑性，使其可以被塑造成满足特定工程设计和地形要求的各种形状和大小。砌块设计采用八角形的截锥体几何形状，以适应各种工程需求。

这种独特的设计通过采用底部较宽的结构提高了混凝土砌块的整体稳定性，更好地抵抗水流冲击。混凝土砌块的尺寸、厚度和坡度可根据特定项目需求调整，其中砌块的厚度是关键因素，决定了其能承受的波浪冲击力大小。在水流动力强的河道中，适当增加砌块高度可以显著减少近岸水流对河岸的侵蚀。此外，这些砌块约有20%的开放面积，为河岸提供良好的渗水能力，防止水流直接冲击，同时允许水分和空气渗透，支持河岸植被生长，维持生态平衡。这种设计兼顾了防护功能性与生态环境的可持续性。

 2.2角度设计

在护坡设计中，混凝土砌块的铺设角度对于确保护岸防护措施的成效至关重要。铺设的角度不仅决定了结构的坚固程度，还直接影响到其抵御侵蚀的能力。基于对理想堤防坡度范围的研究，考虑了河流的不同特性和环境要求。提出了3种优化的设计坡度方案：1∶1.5、1∶2和1∶3。

 面对河流波动较强的环境，优化混凝土砌块的高度及其放置角度十分关键。通过提升砌块的高度，可有效增加其与水流冲击的作用面积，同时，降低铺设角度有助于延长砌块与波浪的接触时间。这样的设计改进有助于提高河岸防护结构的消能效果，有效减少河水波浪对河岸的侵蚀和冲击力，增强河岸防护结构的稳定性和耐久性。

3应用优势

(1)整体性护坡解决方案。

铰接式护坡通过使用预制混凝土块作为结构的表面层，虽然从技术角度看属于散体护坡类别，但其独特的块状设计和铺设方法让各个块之间能够互相配合，共同抵御水流侵蚀，同时很好地适应地形的变化和沉降。

(2)卓越的抗冻融能力。

由于护坡砌块的平面尺寸相对较小，厚度在0.1～0.5m之间，这种设计赋予了结构一定的柔韧性。砌块间通过铰链相连，这种设计使其能够有效适应温度的变化，从而具备了优良的抗冻融性能。

(3)性能指标灵活控制。

通过选择不同的原材料和配比，可以灵活控制砌块的强度、抗冻性和渗透性，以满足各种设计需求。同时，砌块的规格和尺寸也可以根据需要进行定制。

(4)高效的施工过程。

砌块的规则形状和统一尺寸支持使用先进的生产设备进行批量生产，这不仅提高了生产和施工的速度，而且保证了质量的稳定性，大大提升了施工效率，尤其是在工期紧张且护砌量大的项目中表现突出。

(5)强大的水土保持功能。

在铰接式护坡结构下方放置滤网式织物或分级过滤垫层，不仅增强了护岸系统的稳定性和渗透性，而且由于砌块具有一定的开孔率，提高了透气和透水性，有利于河水渗透至地下，维护地下水的自然补给。此外，这种设计还促进了植被的生长，进一步加强了坡面结构。

(6)美化环境，提升生态价值。

推广铰接式护坡系统不仅能在河道护岸工程中创造新型的“生态河流走廊”,保留了水体的自然形态，同时也为生物提供了栖息地，为植被的成长创造了条件。通过精心选择砌块的形状、铺设方式及颜色变化，使护坡工程本身变成一道美丽的风景线。

4施工工艺

在实施铰接式混凝土砌块护坡工程之前，需对工地进行详尽的现场勘查，并确保所有勘查数据被准确无误地记录。这些资料将作为制定施工计划的基础，有助于确保施工方案的合理性和精准性。在施工前期，要精心规划并妥善安排所需材料的使用，确保按照既定的施工步骤进行作业。工程进行期间，必须安排专业的施工监理团队全程监督工程质量，以保证施工的顺利和标准。主要施工步骤包括以下几步。

(1)施工现场的准备工作。

在设计阶段完成后，施工开始之前，首先需要平整施工坡面。若坡面难以压实，可以使用适当的材料进行填充以达到平整的效果。在铺设过滤层之前，确保坡面表层经过压实并平整处理，这一步骤不仅在技术层面上是必需的，从美观角度来看也同样重要。

(2)过滤层的铺设。

过滤层的铺设是为了提升坡面的透水性，防止土壤侵蚀导致的坡面破坏，并确保河岸的土壤结构稳定。以前，碎石是常用的过滤层材料，但这会增加坡面的负荷，容易造成坡面沉降。而采用橡胶碎片等材料虽然可以增加弹性，但成本较高。目前，广泛使用的是具有良好韧性和强大渗透能力的土工布，能够让水分渗透，减轻了铺设系统的上升压力，同时也有效预防了基土的管涌现象。

(3)混凝土砌块的铺设。

通过预先使用镀锌钢丝绳将混凝土块相连，可以有效提升铺装的工作效率。在进行铺装工作时，利用起重设备和扩展架一次性将这些块置于过滤层之上。若过滤层材料为土工布，应确保在坡顶部分将土工布一侧使用锚定设备稳固，而底部则可挖设一浅沟以埋置土工布的另一侧。对于接缝部分，小于5cm的缝隙可不予以处理，但缝隙较大时，则需用具有渗透性的混凝土材料进行填补。根据现场条件，也可以边铺设混凝土块边穿插钢丝绳，但这要求充分的前期准备以避免施工进度受到影响。

(4)缝隙处理。

考虑到斜坡易受波浪的侵袭，混凝土块的铺设工作之后，需要进行添缝处理，通过在间隙中填充粒度分布良好的碎石，可以显著增强铺装结构的稳定性。

5 结语

本研究探讨的新型生态护坡技术，在设计和实施中全面考量了地形地貌、生态需求及工程实际，提出了结合铰接式结构与混凝土砌块的创新方案。相较于传统护坡方法，该技术在保障河岸稳定性的同时，更加注重生态平衡与景观美观的综合提升，展现出高度的灵活性和可持续性。然而，该方法在不同地区和具体应用过程中可能面临成本控制、技术适应性及长期维护等挑战。未来研究需进一步探索不同环境条件下的适用性和优化路径，以期该技术能够更广泛地应用于河岸防护与生态修复工程中，为河岸生态保护提供更多的实践经验和理论支持。

参考文献

[1] 余云鹏.生态空心联锁块与铰接式联锁块的混合应用[J].珠江水运，2022(7):86- 88.

[2] 黄峰，汪培.安康汉滨区防洪工程最优护坡形式比选探讨[J].地下水，2022,44(1):269- 270.