韓 雷，狄高健

(黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

北方寒冷地區(qū)有著獨(dú)特的氣候條件，護(hù)岸結(jié)構(gòu)比非寒冷地區(qū)有著更加復(fù)雜的受力環(huán)境，在凍脹、融沉、靜冰壓力等因素影響下，許多傳統(tǒng)的護(hù)岸結(jié)構(gòu)被破壞，急需能夠解決上述問題同時(shí)又兼顧生態(tài)效應(yīng)的新型護(hù)岸結(jié)構(gòu)。在我國南方溫暖地區(qū)適用的結(jié)構(gòu)型式，在我國北方寒冷地區(qū)不一定適用，這就需要探討寒冷地區(qū)的環(huán)境特點(diǎn)，找到適合的生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)并對應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)開展研究。項(xiàng)目組開展了生態(tài)型護(hù)岸技術(shù)在寒區(qū)應(yīng)用的相關(guān)研究工作，研究成果有針對性地探索了這些問題，并率先把這些生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式在寒冷地區(qū)進(jìn)行應(yīng)用和示范。

1 生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)寒區(qū)適用性研究

1.1 幾種典型寒區(qū)生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式

針對寒冷地區(qū)的特殊環(huán)境，綜合國內(nèi)外的成功經(jīng)驗(yàn)或失敗教訓(xùn)，集成了兩種生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)，即：格賓結(jié)構(gòu)護(hù)坡、鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡。

1.1.1 格賓結(jié)構(gòu)護(hù)坡

格賓產(chǎn)品技術(shù)起源于意大利，又稱鍍鋅低碳鋼絲編織六角網(wǎng)，是采用高強(qiáng)度的鍍鋅低碳鋼絲，由機(jī)械編織成的雙絞六角形鋼絲網(wǎng)，采用雙扭結(jié)網(wǎng)目(見圖1)，即使局部斷裂也不影響整體穩(wěn)定[1]。鋼絲外面可以覆抗老化的PVC膜，保護(hù)鋼絲，增加網(wǎng)箱的工程壽命。根據(jù)鍍鋅量的不同，格賓產(chǎn)品的壽命為10～100 a。格賓網(wǎng)可以做成箱體，內(nèi)部填充塊石等材料，作為建筑構(gòu)件使用。通常箱體厚度小于50 cm的稱為格賓網(wǎng)墊(或雷諾護(hù)墊)，厚度大于50 cm的稱為格賓網(wǎng)箱[1]。格賓產(chǎn)品在國外已經(jīng)使用了幾十年，近些年由馬克菲爾公司引入中國，格賓網(wǎng)箱構(gòu)件示意圖見圖2。

圖1 格賓網(wǎng)箱(網(wǎng)墊)網(wǎng)面示意圖

圖2 格賓網(wǎng)箱(網(wǎng)墊)構(gòu)件示意圖

格賓產(chǎn)品結(jié)構(gòu)類型有格賓網(wǎng)箱擋墻結(jié)構(gòu)、格賓網(wǎng)墊護(hù)坡結(jié)構(gòu)、加筋格賓擋墻結(jié)構(gòu)、格賓網(wǎng)箱固腳結(jié)構(gòu)、格賓網(wǎng)落石防護(hù)結(jié)構(gòu)，以及公路加筋網(wǎng)結(jié)構(gòu)等。格賓產(chǎn)品目前在國外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水利、航道、橋梁、港口、涵洞、公路，以及鐵路等領(lǐng)域。格賓產(chǎn)品在水利工程中可以用作江河、湖泊、水庫、渠道等的護(hù)岸、護(hù)坡，也可以用作山體掛網(wǎng)防護(hù)、山區(qū)水土保持及泥石流治理等。

格賓網(wǎng)箱或格賓網(wǎng)墊中的填充材料，根據(jù)當(dāng)?shù)夭牧系牟煌煌谑县S富的山區(qū)，一般填充河卵石或塊石；在缺乏石料的平原地區(qū)可以襯土工布后填充土壤；在城市也可以用建筑垃圾填充。由于就地取材，材料價(jià)格低廉，因此可以有效降低工程造價(jià)。

格賓結(jié)構(gòu)有著工程造價(jià)低、施工簡單、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、貼近自然、工期靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)。雖然該結(jié)構(gòu)引入中國時(shí)間較短，但推廣應(yīng)用的前景十分廣闊。尤其在我國北方寒冷地區(qū)，傳統(tǒng)的硬質(zhì)護(hù)岸結(jié)構(gòu)有著諸多的不適應(yīng)性，可以嘗試著用格賓結(jié)構(gòu)代替。

1.1.2 鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡

鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡技術(shù)是一種連鎖型預(yù)制高強(qiáng)混凝土塊鋪面技術(shù)，用于防止由于沖刷引起的土壤流失[2]，該技術(shù)由美國舒布洛克公司引進(jìn)我國。黑龍江省水利科學(xué)研究院與水利部科技推廣中心、江蘇優(yōu)凝舒布洛克公司合作開展了該技術(shù)的引進(jìn)、研究和推廣工作，并且在江蘇省等地推廣應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。

這種護(hù)坡是由一組尺寸、形狀和重量一致的預(yù)制混凝土塊用一系列繩索相互連接而形成的連鎖型矩陣。鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡塊有兩種主要類型：中間開孔式和中間封閉式，兩種類型的混凝土塊都有不同的尺寸和厚度以適應(yīng)各種水流情況[3]。鉸接塊示意圖見圖3。壓實(shí)整平的土基上面鋪好符合土質(zhì)要求的反濾土工布或用于防滲的復(fù)合土工膜后便可鋪設(shè)連鎖混凝土塊。鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡塊保留了傳統(tǒng)柔性護(hù)坡系統(tǒng)的滲水、柔性、能植草并改善生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，和傳統(tǒng)剛性護(hù)坡系統(tǒng)的防沖刷、穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

圖3 鉸接塊示意圖(單位：mm)

混凝土鉸接塊的連接繩可采用鋼絞線或聚乙烯繩索，連接繩索具有不需預(yù)留孔道、不必灌漿、施工簡便、節(jié)省材料、隨便彎曲等特征。能夠很好地將混凝土鉸接塊連接為一個(gè)整體，使混凝土鉸接塊形成整體柔性結(jié)構(gòu)。

用繩索連接各獨(dú)立塊，在一定程度上可以提高鋪面系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。通常在鉸接塊護(hù)坡系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)不考慮繩索的影響，以單塊穩(wěn)定為設(shè)計(jì)依據(jù)，所以萬一繩索出現(xiàn)問題不會(huì)影響系統(tǒng)的工作性能。在運(yùn)輸時(shí)，可以用連接繩索將鉸接塊連接成整體，便于運(yùn)輸。在施工時(shí)，繩索的主要作用是提高施工精度，保證各獨(dú)立塊位置的正確性，防止出現(xiàn)由于個(gè)別塊的移走而引起整體系統(tǒng)不穩(wěn)定，并幫助實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工[4]。

1.2 寒區(qū)生態(tài)護(hù)岸關(guān)鍵技術(shù)研究

1.2.1 格賓網(wǎng)墊防護(hù)結(jié)構(gòu)凍脹適應(yīng)性凍土力學(xué)模型試驗(yàn)

(1) 格賓網(wǎng)墊。格賓網(wǎng)箱構(gòu)件示意圖見圖2。

(2)試驗(yàn)?zāi)康?。通過凍土力學(xué)模型試驗(yàn)，探討格賓網(wǎng)墊結(jié)構(gòu)在不利工況條件下適應(yīng)基土凍脹變形的能力，為現(xiàn)場試驗(yàn)提供理論依據(jù)和分析成果。模型試驗(yàn)布置見圖4。

圖4 格賓網(wǎng)墊護(hù)岸凍土力學(xué)模型試驗(yàn)

(3)試驗(yàn)結(jié)果。①格賓網(wǎng)墊屬一種柔性蜂窩式結(jié)構(gòu)，可以增加熱阻，減少能量傳遞，且護(hù)墊下臥土體溫度場分布均勻，可有效減小凍深及凍脹量，并抑制不均勻凍脹的發(fā)生。②在有水分充分補(bǔ)給的條件下，最大凍脹量位置發(fā)生在渠底固腳處，其次是渠坡距坡腳1/3處，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮該位置的凍脹變形。③凍脹殘余變形最大值在渠底固腳位置，渠坡發(fā)生融沉變形，說明格賓網(wǎng)墊結(jié)構(gòu)本身具有自愈的功能，有比較顯著的適應(yīng)凍融變形的效果。

1.2.2 鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡結(jié)構(gòu)的凍土力學(xué)模型試驗(yàn)

(1)鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡結(jié)構(gòu)簡介。鉸接塊示意圖見圖3。

(2)試驗(yàn)?zāi)康?。通過凍土力學(xué)模型試驗(yàn)，探討鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡結(jié)構(gòu)在不利工況條件下適應(yīng)基土凍脹變形的能力，為現(xiàn)場試驗(yàn)提供理論依據(jù)和分析成果。模型試驗(yàn)布置見圖5。

圖5 鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡結(jié)構(gòu)凍土力學(xué)模型試驗(yàn)

(3)試驗(yàn)結(jié)果。①在有水分充分補(bǔ)給的條件下，最大凍脹量產(chǎn)生在渠底位置處。渠坡距坡腳1/3位置處由于水分遷移的原因，凍脹量較大。②凍脹殘余變形最大值在渠底固腳位置，渠坡及渠頂殘余變形較小，見圖6。鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡結(jié)構(gòu)屬柔性蜂窩式結(jié)構(gòu)，整體性較強(qiáng)，能較好地適應(yīng)凍融變形。

圖6 凍融循環(huán)后渠道斷面殘余變形示意圖(單位:mm)

1.2.3 鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡在靜冰壓力作用下穩(wěn)定性試驗(yàn)

(1)試驗(yàn)?zāi)康摹z驗(yàn)鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡在寒冷環(huán)境中，在靜冰壓力作用下的穩(wěn)定性。本物理模型試驗(yàn)在低溫試驗(yàn)室中進(jìn)行，見圖7，按照模型比尺確定試驗(yàn)降溫速率和試驗(yàn)時(shí)間等試驗(yàn)參數(shù)，并通過實(shí)測環(huán)境溫度和冰蓋厚度等試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證試驗(yàn)的相似性。試驗(yàn)通過觀測坡面變形、靜冰壓力等數(shù)據(jù)，分析、評價(jià)鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡在靜冰壓力作用下的穩(wěn)定性。

圖8 靜冰壓力與鉸接塊位移關(guān)系曲線

(2)試驗(yàn)結(jié)果。在寒冷地區(qū)冬季環(huán)境下(試驗(yàn)環(huán)境溫度為-27 ℃)，鉸接塊護(hù)岸結(jié)構(gòu)在靜冰壓力作用下沿坡面位移變形率不超過1%，春季殘余位移變形率不超過0.1%，見圖8。鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡系統(tǒng)能夠適應(yīng)靜冰壓力作用而不破壞，體現(xiàn)出了其柔性護(hù)岸結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。

1.3 小 結(jié)

通過模擬寒冷地區(qū)冬季的氣候環(huán)境，在對鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡結(jié)構(gòu)進(jìn)行了凍土力學(xué)試驗(yàn)、靜冰壓力試驗(yàn)、凍脹變形的影響試驗(yàn)后，我們得到以下結(jié)論:

(1)凍脹殘余變形最大值在渠底固腳位置，渠坡及渠頂殘余變形較小，說明鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡結(jié)構(gòu)屬柔性蜂窩式結(jié)構(gòu)，整體性較強(qiáng)，能較好地適應(yīng)凍融變形[5]。但設(shè)計(jì)中要考慮固腳的穩(wěn)定。

(2)經(jīng)過冰蓋的一個(gè)凍融循環(huán)，鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡系統(tǒng)在靜冰壓力作用下沿坡面位移變形和春季殘余位移變形都很小[6]。鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡系統(tǒng)具有顯著的柔性護(hù)岸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在冰蓋靜冰壓力發(fā)生、增大和消減的過程，能夠適應(yīng)岸基的變形而不被破壞。

(3)凍融循環(huán)對混凝土鉸接塊防護(hù)體系有較大的影響，經(jīng)過凍融循環(huán)后與常溫時(shí)相比，摩擦角減小，黏聚力降低。在寒區(qū)工程中采用鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡，應(yīng)注意基土的凍融循環(huán)對邊坡穩(wěn)定性的影響并采取相應(yīng)的措施。

2 硬質(zhì)護(hù)岸生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究

2.1 硬質(zhì)護(hù)坡表層覆蓋土壤厚度、成分對植物生長影響的試驗(yàn)與研究

2.1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

土壤基質(zhì)是植物生長的基本條件，它能為植物生長提供必要的水分和營養(yǎng)源，但由于硬質(zhì)護(hù)坡表面缺乏土壤基質(zhì)，且與坡面底層的土壤水循環(huán)系統(tǒng)和營養(yǎng)源被隔絕，致使一般的植物在硬質(zhì)護(hù)坡上很難生長，因此，要恢復(fù)硬質(zhì)護(hù)坡上的植被，首先需在坡面上敷設(shè)一定厚度的土壤基質(zhì)，以滿足植物的生長。但考慮到土壤基質(zhì)敷設(shè)厚度和成分會(huì)影響河流行洪能力和工程經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，敷設(shè)多厚的土壤基質(zhì)，采用何種成分的土壤才能在真正意義上滿足植物的生長呢，本實(shí)驗(yàn)就是針對這樣的一個(gè)實(shí)際問題展開的一些試驗(yàn)研究，本著“在確保植物能夠正常生長前提下基質(zhì)敷設(shè)厚度盡可能薄，采用的土壤價(jià)格盡可能便宜”的原則，試圖使土壤基質(zhì)敷設(shè)厚度和成分達(dá)到最優(yōu)化，以指導(dǎo)硬質(zhì)護(hù)岸生態(tài)修復(fù)工程的設(shè)計(jì)。

2.1.2 試驗(yàn)內(nèi)容

通過定期測試土壤含水率和植物株高，觀察植物表觀和綠度，比較同一成分土質(zhì)不同覆土厚度對植物生長影響以及同一覆土厚度不同成分土質(zhì)對植物生長的影響。試驗(yàn)現(xiàn)場施工及試驗(yàn)池見圖9和圖10。

圖9 試驗(yàn)池現(xiàn)場施工圖

圖10 試驗(yàn)中的試驗(yàn)池

2.1.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

(1) 同一成分土質(zhì)、不同土層厚度對植物生長影響。覆土厚度厚，植物保持綠度的時(shí)間長，葉片更舒展。對于同一種成分的土質(zhì)，土層厚度越厚，對植物生長株高的促進(jìn)作用越好，只有加入B保水劑的普通種植土，在夏季的時(shí)候，較薄土層對植物株高的促進(jìn)作用才好于較厚的土層。對于普通種植土和加入普通種植土的草炭土來說，土層厚度越厚土壤含水率越高，對于加入A保水劑的普通種植土來說，在秋季的干旱期，覆土厚度越厚，對土壤的保水效果越好，在夏季的干旱期，覆土厚度越薄，對土壤的保水效果越好，對于加入B保水劑的普通種植土來說，保水劑對土層厚度30 cm的土壤的保水效果最好。

(2)同一覆土厚度，不同成分土質(zhì)條件下對植物生長的影響。向土壤中加入B保水劑可以使植物保持綠度的時(shí)間更長，其次為加入草炭土和加入A保水劑的普通種植土，最差的為普通種植土。普通種植土+草炭土對植物生長株高的促進(jìn)作用一直要好于其他三種土質(zhì)成分的土壤。從植物后期的生長狀況來看，對植物株高的促進(jìn)作用最好的土質(zhì)成分為加入草炭土的普通種植土，其次是加入A保水劑的普通種植土，普通種植土，加入B保水劑的普通種植土對植物株高沒有任何促進(jìn)作用。從植物生長期的生長狀況來看，對較厚土層30 cm和40 cm，對植物株高的促進(jìn)作用最好的土質(zhì)成分為加入草炭土的普通種植土，其次為普通種植土，加入保水劑的普通種植土對株高沒有任何促進(jìn)作用。對較薄土層，除了加入草炭土之外，加入保水劑B對植物的株高有一定的促進(jìn)作用，要好于普通種植土。

2.2 碎石覆蓋對植物生長影響的試驗(yàn)與研究

2.2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

混凝土板、漿砌石等硬質(zhì)護(hù)岸不利于動(dòng)物、植物和微生物的生存。硬質(zhì)護(hù)岸的生態(tài)修復(fù)方法之一是在護(hù)坡襯砌材料表面覆蓋上一層土壤，種植植物。由于土層較薄，所以土壤的保水性和土溫成為影響植物生長的重要因素。本試驗(yàn)基于硬質(zhì)護(hù)坡生態(tài)修復(fù)中的特點(diǎn)，提出一種在河流硬質(zhì)護(hù)坡生態(tài)修復(fù)中的碎石覆蓋技術(shù)，通過試驗(yàn)桶和試驗(yàn)池兩個(gè)試驗(yàn)方案，分析碎石覆蓋處理對土壤保水性能、土溫和植物生長的影響，意在提出一種經(jīng)濟(jì)適用并可推廣應(yīng)用的河流硬質(zhì)護(hù)坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)。

2.2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

(1)試驗(yàn)池方案。通過定期測試土壤含水率、土體溫度、植物株高、葉片失水率、莖/根比及生物量各項(xiàng)指標(biāo)比較不同碎石覆蓋條件下對土壤保水性能、土溫、植物生長的影響。試驗(yàn)現(xiàn)場施工及試驗(yàn)池見圖11和圖12。

圖11 試驗(yàn)池現(xiàn)場施工圖

圖12 試驗(yàn)中的試驗(yàn)池

(2)試驗(yàn)桶方案。通過定期測試土壤含水率、土壤溫度指標(biāo)比較不同碎石覆蓋條件下對土壤保水性能和土溫的影響。

2.2.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

(1)不同碎石覆蓋條件下對土壤保水性能的影響。碎石覆蓋處理相對于裸土能夠有效地提高土壤的保水能力，有碎石覆蓋的土壤在不同的土層深度含水率變化不大，而裸土在淺層的土壤含水率明顯低于深層。粒徑為1～2 cm、3～5 cm，厚度為5 cm、8 cm的4種組合情況對土壤的保水作用效果很好，但4種組合之間的保水效果差別不大。

(2)不同碎石覆蓋條件下對土溫的影響。從各個(gè)處理的土壤表層溫度來看，碎石覆蓋處理的土壤表層溫度與裸土的表層溫度沒有明顯的區(qū)別。從各個(gè)處理的15 cm深處土壤的溫度變化來看，當(dāng)外界溫度降低時(shí)，裸土的溫度下降的最快，有碎石覆蓋的土壤溫度下降緩慢，從而可見，有碎石覆蓋的土壤相對于裸土對15 cm深處的土壤有一定的保溫性。

(3)不同碎石覆蓋條件下對植物生長的影響。碎石覆蓋處理土壤相對于裸土可以減少土壤水分的蒸發(fā)，有利于促進(jìn)植物的生長。同一碎石覆蓋厚度條件下，經(jīng)過小碎石覆蓋處理的苗高和生物量要好于大碎石的覆蓋處理。同一覆蓋碎石粒徑條件下，8 cm厚的碎石覆蓋要好于5 cm厚的碎石覆蓋。裸土相對于碎石覆蓋處理的土壤不利于植物苗高和生物量的生長。

2.3 小 結(jié)

護(hù)坡工程中，要想護(hù)坡植物保持綠度的時(shí)間更長些，可以增加覆土厚度或向普通種植土中加入草炭土和保水劑，但不同種類的保水劑的效果不同。要想植物生長株高高，可增加覆土厚度或向普通種植土中加入草炭土。增加土層厚度可以提高普通種植土和加入草炭土的普通種植土的含水率，不同的保水劑對不同土層厚度的普通種植土的保水效果不同。向土壤中加入草炭土和保水劑可以提高后半年的土壤的含水率，夏季干旱期，較薄土層的普通種植土的保水性很差，可向土壤中加入保水劑或草炭土以提高土壤的保水性。考慮工程造價(jià)的因素，建議采用20 cm厚的普通種植土+草炭土，可以有利于早熟禾這種護(hù)坡植物的生長。

碎石覆蓋處理土壤相對于裸土可以有效地提高土壤的保水能力、保溫能力，減少土壤水分的蒸發(fā)，有利于促進(jìn)植物的生長。同一碎石覆蓋厚度條件下，經(jīng)過小碎石覆蓋處理的苗高和生物量要好于大碎石的覆蓋處理，同一覆蓋碎石粒徑條件下，8 cm厚的碎石覆蓋處理的苗高和生物量要好于5 cm厚的碎石覆蓋處理。因此，在硬質(zhì)護(hù)岸的生態(tài)修復(fù)工程中，考慮工程造價(jià)因素，推薦在土壤表面覆蓋一層粒徑為1.5～2 cm、厚度為5 cm的卵石，此措施將會(huì)提高土壤的保水保溫性能，有利于植物的生長。

3 生態(tài)型護(hù)岸工程應(yīng)用實(shí)例

3.1 示范工程概況

項(xiàng)目組在我國東北地區(qū)選擇了3處地點(diǎn)建設(shè)生態(tài)護(hù)岸示范工程，通過原型試驗(yàn)觀測評價(jià)生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)在寒區(qū)實(shí)際工程應(yīng)用效果。

試驗(yàn)通過對三處試驗(yàn)工程中不同厚度的格賓網(wǎng)墊護(hù)岸、鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡、土工格室碎石護(hù)岸進(jìn)行原型觀測與分析，評價(jià)其在不同環(huán)境下適應(yīng)岸基凍融變形能力，為今后這幾種護(hù)岸結(jié)構(gòu)在北方寒冷氣候條件下的應(yīng)用及設(shè)計(jì)提供參考。

(1)大慶防洪工程安肇新河老—庫段示范工程。本項(xiàng)示范工程位于大慶市。此處應(yīng)用了混凝土鉸接塊(12 cm厚)護(hù)坡和格賓網(wǎng)墊(17 cm厚)護(hù)坡。示范工程于2011年建設(shè)完成并開始試驗(yàn)觀測。

(2)吉林哈達(dá)山輸水干渠防凍脹試驗(yàn)工程。本項(xiàng)示范工程位于吉林省哈達(dá)山灌區(qū)。此處應(yīng)用了3種護(hù)坡結(jié)構(gòu)型式:封閉式混凝土鉸接塊(15 cm厚)護(hù)坡、蜂窩碎石(20 cm厚)護(hù)坡、格賓網(wǎng)墊(23 cm和30 cm厚)護(hù)坡。示范工程于2009年建設(shè)完成并開始試驗(yàn)觀測。

(3)牡丹江鐵嶺河大橋格賓生態(tài)護(hù)岸示范工程。本項(xiàng)示范工程位于牡丹江市城市堤防鐵嶺河大橋段。此處應(yīng)用了格賓網(wǎng)墊(30 cm厚)護(hù)坡和格賓網(wǎng)箱固腳，示范工程于2006年建設(shè)完成并開始試驗(yàn)觀測。

3.2 示范工程觀測

(1)氣溫觀測。在試驗(yàn)示范護(hù)坡工程附近設(shè)置氣溫觀測點(diǎn)，每天人工記錄最高、最低氣溫及時(shí)間。觀測日期為每年的10月份到次年的6月份。

(2)凍深觀測。在試驗(yàn)示范護(hù)坡工程附近埋設(shè)凍深器，人工每天觀測一次并記錄。凍深觀測從開始有凍深到凍深管全部融透。

(3)凍脹融沉量觀測。凍脹融沉量采用對觀測點(diǎn)進(jìn)行高程觀測的方法。

3.3 成果分析

3.3.1 大慶防洪工程安肇新河老-庫段生態(tài)護(hù)岸示范工程

根據(jù)觀測結(jié)果分析，得出以下結(jié)論:

(1)格賓網(wǎng)墊護(hù)坡和鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡結(jié)構(gòu)是柔性護(hù)坡結(jié)構(gòu)，整體性好，具有自愈的功能，能夠很好的適應(yīng)凍脹變形。經(jīng)過一年運(yùn)行，格賓方案中岸基最大凍脹量為30.3 cm，格賓網(wǎng)墊護(hù)砌結(jié)構(gòu)沒有破壞情況發(fā)生；鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡結(jié)構(gòu)中，岸基最大凍脹量為29.5 cm，護(hù)砌結(jié)構(gòu)整體性完好。

(2)本次觀測最大凍脹量均發(fā)生在渠坡距坡腳1/2位置處。

3.3.2 哈達(dá)山輸水干渠生態(tài)護(hù)岸試驗(yàn)工程

根據(jù)觀測結(jié)果分析，得出以下結(jié)論:

(1)鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡段，最大凍脹量為19.4 cm，最大殘余變形為4.2 cm。格賓網(wǎng)墊護(hù)坡段，23 cm、30 cm厚格賓網(wǎng)墊最大凍脹量分別為13.8 cm、19.4 cm。23 cm、30 cm厚格賓網(wǎng)墊最大殘余變形分別為5.6 cm、3.4 cm。蜂窩碎石護(hù)坡段，最大凍脹量為21.1 cm，最大殘余變形為8.3 cm?？梢钥闯鲞@三種結(jié)構(gòu)是柔性護(hù)坡結(jié)構(gòu)，在較大的凍脹量變形及較大的殘余變形后，其整體性仍然非常好，并且具有自愈的功能，能夠很好的適應(yīng)凍脹融沉變形。

(2)本次觀測最大凍脹量均發(fā)生在渠坡距坡腳1/4～1/3處。

3.3.3 牡丹江鐵嶺河大橋生態(tài)護(hù)岸示范工程

在幾年的連續(xù)觀測過程中，沒有發(fā)現(xiàn)壩肩、坡面及固腳處有局部的沉降，雖然反映出豎直向上的位移各點(diǎn)在1～9 cm不等，豎直向下的位移各點(diǎn)在1～19.5 cm不等，但可以確定格賓網(wǎng)墊相互之間形成的柔性體結(jié)構(gòu)，可以整體隨著地基的變形而產(chǎn)生相應(yīng)的變形，能夠適應(yīng)凍脹、融沉及地基土自然沉降密實(shí)所帶來的影響，充分反映了格賓網(wǎng)墊結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性及柔性的特點(diǎn)。

3.4 小 結(jié)

通過三處試驗(yàn)工程觀測分析數(shù)據(jù)(表1)可以得出，格賓網(wǎng)墊護(hù)坡及鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡承受的凍脹量最大達(dá)到30.3 cm、19.5 cm，結(jié)構(gòu)完整，沒有破壞；在哈達(dá)山輸水干渠中采用了土工格室填碎石護(hù)坡結(jié)構(gòu)，可以看出其可以承受的凍脹量最大達(dá)到21.1 cm，適應(yīng)凍脹變形的能力較強(qiáng)，整體結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)破壞。

由此，格賓網(wǎng)墊護(hù)坡、鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡、蜂窩碎石護(hù)坡3種生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)在北方寒冷氣候環(huán)境下能夠適應(yīng)岸基凍融變形，通過連續(xù)幾年的觀測，護(hù)岸結(jié)構(gòu)均沒有出現(xiàn)破壞，起到了對岸坡的防護(hù)作用。

表1 不同厚度生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)凍脹量

4 結(jié) 語

寒冷地區(qū)有著特別的工程環(huán)境，對生態(tài)護(hù)岸有著特殊的要求。本項(xiàng)目通過室內(nèi)模型試驗(yàn)和野外原型試驗(yàn)，對生態(tài)護(hù)岸在寒區(qū)的應(yīng)用開展一些針對性的研究。研究成果表明，一些具有柔性結(jié)構(gòu)、整體性好、透水結(jié)構(gòu)、材料抗凍融破壞能力強(qiáng)的生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)適合在寒區(qū)應(yīng)用，如格賓網(wǎng)墊(或雷諾護(hù)墊)、鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡結(jié)構(gòu)、土工格室等，本次研究也將其應(yīng)用在基礎(chǔ)示范工程中。在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)的一些難以解決的問題，需要技術(shù)人員開展更多的研究工作，早日提出可行的辦法。