组合式生态框架海绵城市河道治理技术研究

组合式生态框架海绵城市河道治理技术研究

姚锁平

江苏山水环境建设集团股份有限公司江苏句容212400

摘要：传统河道治理偏重于水利灌溉、排水泄洪，其河床、护岸硬化及渠化现象严重，侵占河道和岸线平直不仅减小河道流量，还破坏河滨原有的生态形态和自然特征，加上两岸居民生活污水、垃圾的排入，生态系统退化严重，净化作用遭到极大破坏。通过调查分析以及对国内外城市河道治理系统进行设计改进，研制出满足泄洪排涝、生态景观及河水净化需求、经济适用的组合式生态框架河道治理技术。不仅可以实现城市雨河水有效安全地排放，而且能够净化雨河水、恢复河流生态系统及保持水土等，增加可利用水源、涵养地下水。

关键词：海绵城市；河道治理；生态框架；净化；护坡

0引言

城市河道作为城市的重要组成部分，对于城市的生存和发展都起到一定的作用，其是城市发展的重要血脉。城市的河道整治不仅是简单的行洪排涝，而是通过流域的综合治理与管理，充分地发挥水系的资源功能、环境功能、生态功能，使流域的安全性、舒适性都得到不断改善，并支持流域内城市及周边地区经济和生态可持续发展。过去，城市河道治理往往偏重于水利灌溉、排水泄洪，其河床、护岸硬化及渠化现象严重，无法利用生物进行水体修复，硬化护坡阻断了河水的自然渗透；还有城市建设对河道的侵占和岸线平直不仅减小了河道流量，还破坏了河滨原有的生态形态和自然特征，加上两岸居民生活污水、垃圾的排入，导致很多河道变成藏污纳垢的臭水沟，水生物无法生存，水中含氧量小，生态系统退化严重，净化作用遭到极大破坏。

针对以上状况，通过地质勘测分析以及对国内外目前的城市河道护岸建设、河水净化系统进行设计改进，研制出一套满足泄洪排涝、生态景观及河水净化需求、经济适用的组合式生态框架河道治理技术。该技术在确保河岸工程具有泄洪排涝防止河岸侵蚀结构的前提下，以恢复重建河流生态系统及其景观为目的，采用生态系统自我修复和人工辅助相结合的技术手段对河道进行治理。不仅可以实现城市雨河水有效安全地排放，而且能够净化雨河水、恢复河流生态系统及保持水土等，增加可利用水源、涵养地下水。

1技术原理

组合式生态框架河道治理技术由两部分组成：组合式生态框架护坡和生态河床。生态河床和组合式生态框架护坡构建组合式生态框架河道治理技术系统，不仅可以实现行洪泄涝、固土护坡，还可以为微生物和植物提供良好的生存环境，再通过河床、护坡的物理作用和微生物、植物的生物作用以净化水体，而净化的水体又回流至河道改善河道水质状况。

组合式生态框架护坡：将若干生态框架科学合理地组合设置在河道上，其能减轻坡面及坡脚的不稳定性和侵蚀、能够为生物提供生境、具有自我修复能力、净化和自然渗透功能，这种结构为组合式生态框架护坡。

生态河床：拆除混凝土河床，允许河底出现自然侵蚀、冲刷淤积等现象以形成浅滩、深潭的自然分布。深浅交替的浅滩和深潭能产生急流、缓流等多种水流条件，形成多样化的生境，还能增加曝氧量。利用原河底的底泥与黏土、卵石、砂土等天然材料进行搭配对河底进行保护性修复，构成生态河底。组合式生态框架河道治理技术系统见图1。

2施工要点

2.1围堰施工

围堰采用编织袋土围堰，围堰两侧采用木桩及脚手片围护，中间填装土编织袋，采用粘土防渗；木桩间距0.8m，横向木桩采用φ６钢筋拉接，纵向设木档，采用铁丝绑扎，脚手片采用铁丝与木桩绑扎在一起。围堰顶高程应该为在平均水位的基础上加安全超高30-40cm，围堰堰体宽3m，顶宽3m，采用编织袋土压顶。围堰采取分段施工，段长一般为10m左右。木桩采用人工夯打，入土深度控制在1m以上。

2.2河道清淤与土方开挖

采用水力冲挖机组进行河道清淤，每套机组的组成：一台单机单离心式清水泵、一台离心式泥浆泵、引水管、输泥管及附件组成。利用高压水流冲刷开挖淤泥，泥浆泵抽起，通过泥浆泵上的管道输至岸上排泥管，通过岸上输泥管道和加压输泥泵最后运到运到业主指定的堆土场。排泥管线架设应让管线平整顺直，转弯处应力平、稳、缓，避免死弯，排泥管接头应紧固严密，不得漏泥漏水。施工期间严禁搬运土方乱倒，做好水土保持工作。河底不可浇筑混凝土，清淤后的河底土质应该是适合植物生长，但不可采用营养土。

河塘一般地质较差，需松木桩加固地段，河岸开挖时，开挖机距离河岸中心线不小于8m，土方开挖拟采用反铲挖掘机，开挖方法采用立采、后退法开挖，挖出土方临时堆放在岸线12米之外，防止边坡失稳。土方开挖时，排水采用潜水泵明排的方法，在局部基床一侧设置排水沟和集水坑，使渗出的地下水和流入的地表水汇至集水坑，用水泵抽出基床外，坡顶设截水沟拦截地表水。当开挖深度超过2m时，应分层进行开挖，以防止塌坡。开挖时，严格控制高程和边坡，预留开挖深度，防止土基自然承载力降低，局部采用人工修坡的方法，确保施工质量。边坡要保证稳定性，开挖过程中及结束后应该对边坡进行适度的人工或机械夯实与加固。

2.3塘渣填筑

塘渣回填是利用原河底底泥与黏土、卵石、沙土等天然材料进行搭配对河床进行保护性修复，要求砂石、卵石粒径≤15cm，在最下面填筑5-10mm的卵石、砂石，中间填筑10-50mm的卵石、砂石，上侧填筑50-150mm的卵石、砂石。由自卸汽车运到现场卸填，回填采取人工分层摊铺的方式进行，小型振动夯夯实。卵石、砂石必须洗净，通过底泥与黏土将各个填筑层连为整体。

2.4生态框架施工

组合式生态框架护坡是将若干生态框架合理地组合设置在河道上，具备一定的结构强度，能减轻坡面及坡脚的不稳定性和侵蚀，同时能够实现多种生物的共生与繁殖、具有自我修复能力、具有净化功能、可渗滤河水的结构。组合式生态框架护坡施工分为两大步：常水位以下护坡和常水位以上护坡。应根据工程实际情况合理搭配生态框架功能。

常水位以下护坡也叫生态框架，由框架状生态结构体搭建，长期处于河水冲刷状态中，主要功能是导流。用于此处的生态框架包括金属石笼、植被构架、生态桥砌块。首先将松木桩穿插到生态框架上，然后利用打桩机击打松木桩将其固定于地基上，以此固定好底层生态框架，最后利用松木桩将上层生态框架固定于下层框架上；工程中还可以通过将生态框架与混凝土底座浇筑在一起，以此来固定底层框架。

（1）金属石笼：将金属筐埋设地基内，避免挖掘，安装完金属筐后，往筐内填直径6cm左右的柔软石，选用干净、无风化、无裂缝、表面平缓、抗冻性良好的石头，软化系数不小于0.75-0.8，常见金属石笼见图2（a）。常水位和石笼上端取齐或高出10-15cm。

（2）植被构架：构架材料均要进行防腐处理，采用的木方截面为10cm×10cm，在现场或者工厂制作拼装好木质构架，用起重机将松木桩打入地基内，再用松木桩固定构架，最后往构架内填直径8cm左右的柔软石，对石头的要求和石笼差不多，常水位和构架上端取齐或高出10-15cm，常见植被构架见图2（b）。还常用生态桥砌块，见图2（c）。

2.5生态护坡施工

常水位以上护坡也叫生态护坡，通常为缓坡或二级护坡。只有在汛期河水才会漫滩与其接触，主要功能是辅助泄洪。用于此处的生态护坡材料包括椰棕卷、景观石、毡布石、生态砌块。首先将护坡材料均匀摊铺或者布置在边坡上，然后人工利用防腐桩或固定针将其固定在边坡上，还可以人工将砌块相互楔合以此来固定砌块护坡。在摊铺生态护坡材料前必须先进行边坡处理，包括填筑碎石和铺设土工布。

碎石回填位于护岸内侧反滤层，为30厘米厚的碎石垫层，碎石粒径≤5cm，临水侧填筑5-8mm的碎石，中间填筑8-16mm的碎石，内侧填筑16-25mm的碎石。由自卸汽车运到现场卸填，回填采取人工分层摊铺的方式进行，小型振动夯夯实。层面注意进行刨毛处理，使层间结合紧密。

土工布铺设前应先清理河岸和边坡，清除表面的突出物，以免顶破或割破土工布，采用透水土工布。从上到下沿纵向铺设土工布，在顶部和底部予以固定，坡面上设防滑钉，并随铺随即铺设填筑料。铺设时应避免张拉受力、折叠、打皱等情况发生，土工布搭接采用双道针缝接，至少要有10cm的重叠区。土工布的作用在于保护边坡，防止边坡水土流失，又能让河水自然渗透。

整顿护坡的表面和地基，然后在护坡上安装直径30cm的椰棕卷，最后牢固地钉上基础防腐桩，使护坡地基更加稳定，同时防腐桩和麻绳配合将椰棕卷连接和固定，见图3（a）。景观石常常和椰棕卷配合使用，放在护坡下端，即常水位处。还可以在聚酯无纺布基础垫板上固定自然石，采用SUS304胀锚螺栓连接，自然石要求尺寸较大、干净、无风化和表面平缓等，石头缝隙要较大以更好地曝氧，见图3（b）。先整顿护坡的表面和地基，再采用防腐固定针将毡布石固定于护坡地基中。还常用生态砌块，见图3（c）。

2.6植物种植

利用边坡和河底原土进行种植土的配制，配制比例为：原土5：营养土1：砂土1。在石笼、植被构架及生态桥砌块上部和临水侧人工洒置种植土，然后在种植土上种植植物幼苗或埋设种子，还可设置椰棕卷包裹种植土和种子的生态模块，此处应种植水生植物。近水区域处椰棕卷、毡布石及生态砌块的缝隙孔隙中人工均匀地洒置种植土，然后种植幼苗或埋设种子，为半水生植物，而在远水区域种植陆域植物。在生态河床上人工均匀地洒置一层种植土，然后在种植土上种植植物幼苗，此处应种植潜水植物，在植物周边布置一些卵石缓冲水流以保护幼苗。

3成果与结论

该技术减缓城区雨水洪涝和地下水位下降，控制河水和雨水径流污染，修复河道的水生态系统和陆域生态系统，改善城市生态环境的功能，不仅改善水利环境、减少水土流失，还可以利用雨河水资源，强化绿化和水利工程，形成天然清新的活动场所，在城市建设过程中，极大的改善了人们的居住和娱乐的生态环境，真正实现人与自然的和谐相处。