河道整治联锁式生态护坡施工质量控制分析

0 引言

随着社会的发展，传统护坡只重视了河流本身的作用如防洪、抗冲等，破坏了原有的自然生态系统和自然景观，水生态系统遭到严重破坏，因此，城市建设向生态转型逐渐成为趋势，生态护坡成为未来水利设计中的新选择[1]。生态护坡的技术应用是一个涉及方面较广、考虑因素较多的过程，其中也涉及到政策、投资、施工工期、施工质量、耐久性等各方面的协调工作。我国目前生态护坡的技术研究应用正处于探索和起步阶段，水利工程生态化具有很大的应用前景[2]，建设出人与自然和谐发展的河道综合治理工程。

1 工程概况

东淀蓄滞洪区（河北省部分）防洪工程与安全建设工程主要工程范围包括加固和新建靳家堡安全区、任庄子安全区、王圪垯安全区和石沟安全区 4 个安全区围堤。主要施工内容为堤坊土方开挖及填筑、混凝土工程、金属结构安装及机电设备安装。整体工程中包含有河道综合整治以及生态护坡等重要施工内容，故本文依托该工程项目，通过研究分析寒冷地区河道整治工程各类生态护坡型式、材料的优缺点、适用性及施工工期、难易程度，综合探讨寒冷地区联锁式生态护坡技术在河道整治工程中的应用，保证施工质量，既能提高河道护坡的抗冲刷能力、耐久性，又能满足河道两侧生态植被恢复的有效措施。在生态文明建设与防灾减灾协同推进的战略背景下，本研究以河北东淀蓄滞洪区工程为实践载体，系统探讨了寒冷地区联锁式生态护坡技术的创新应用体系。通过理论分析、结构优化与工程验证，揭示了该技术在寒区河道整治中的多重价值。

2 联锁式生态护坡技术应用分析

不同护坡型式、不同护坡材料，产生出不同的护坡效果。需根据河流特性及河道演变情况，治理段所处的地形地质条件，结合流域规划和地区规划，按照经济实用、就地取材，与河道生态、周边环境相协调，满足防洪安全，便于施工和管理等要求，通过技术经济比较合理选择[3]。

2.1 联锁式生态护坡技术原理与结构设计

联锁式生态护坡技术是通过预制混凝土块体或生态型材料构件，采用机械联锁与生态联锁双重作用形成的柔性护坡体系。在寒冷地区河道整治工程中，其核心技术原理体现在三个方面：①通过模块化构件间的物理咬合形成整体抗冲结构； ② 利用孔隙结构实现水土交换与植被生长；③特殊抗冻胀设计保障结构耐久性。以本工程采用的C 型联锁砌块为例，单块尺寸为400×400×150mm，孔隙率18%~22%，抗压强度≥30MPa，冻融循环 300次质量损失率 ≤5% 。

结构设计需重点考虑寒区特殊工况：一是采用双层复合结构，表层为透水联锁砌块，下层铺设 300g/m² 无纺布反滤层及级配碎石垫层（厚度≥200mm），形成排水防冻体系；二是设置伸缩缝（间距8~10m）并填充改性沥青弹性材料，预留-30℃低温收缩变形量；三是植被配置选择耐寒性强的紫穗槐、沙打旺等深根系植物，根系穿透深度可达1.2m，有效抑制冻胀破坏。通过有限元模拟显示，该结构在冰推力（设计值12kN/m²）作用下位移量≤3mm，满足《寒冷地区水工建筑物抗冻设计规范》（SL 211-2015）要求。

2.2 寒区施工关键技术控制要点

在河北东淀蓄滞洪区施工中，针对冬季最低温度-18℃、年冻融循环40 次的环境特点，重点把控三大施工环节：

（1）基面处理阶段：①冻土开挖采用热风枪局部解冻与机械破碎组合工艺，控制解冻深度不超过设计开挖线以下0.3m；②基面平整度采用激光水准仪检测，允许偏差±10mm/2m，超差点位采用级配砂石找平；③防冻胀层施工选用粒径5~20mm 碎石，分层碾压密实度 ⩾93% ，每层虚铺厚度≤300mm。

（2）砌块安装阶段：①开发专用吊装夹具（专利号CN202220358765.1），实现-15℃环境下单块吊装效率达120 块/台班；②联锁精度控制采用红外定位系统，相邻砌块高差≤2mm，缝隙均匀度偏差≤±1.5mm； ③ 低温粘结剂选用环氧树脂改性水泥砂浆，7d 抗压强度达35MPa，-10℃施工仍可保持2h 可操作时间。

（3）生态修复阶段：①采用菌丝体固土技术，将褐环乳牛肝菌剂与客土按1:50 比例混合喷播，使菌丝网络15 天即可形成抗冻生物护网；②实施分阶段保温养护，初期（0~7d）覆盖双层无纺布 (300g/m²+150g/m² ），中期（8~28d）改用透光率60%的PE 保温膜，确保植被成活率 ⩾95% 。

2.3 全生命周期效益对比分析

在施工过程全程，需要结合工程全生命周期进行分析和研判。通过建立全生命周期评价模型（LCCA），对传统浆砌石护坡与联锁式生态护坡进行50 年周期成本效益对比：档采用生态功能当量法（EFE）评估，联锁式护坡的生物多样性指数（Shannon-Wiener）提高2.3 倍，水土流失模数降至68t/(km²·a)，较传统护坡减少 89% 。碳汇能力达 1.2tCO₂e, /(km·a)，相当于营造20m 宽乔木林带。通过AHP 层次分析法评估显示，联锁式护坡在景观协调性（权重0.32）、公众满意度（权重 0.28）、抗灾韧性（权重0.25）等维度得分均超过传统护坡35%以上。特别是其模块化结构使灾后修复效率提升 70% ，满足《蓄滞洪区建设与管理规定》的应急响应要求。

依据该工程施工的监测数据显示：项目实施后河道糙率系数由 0.025 提升至0.035，洪水传播时间延长 40分钟；护坡结构经历 3 个冻融周期后，完整性保持率 98.7% ，植被覆盖度达 91.2% ，实现生态防护与工程安全的有机统一。

3 寒冷地区联锁式生态护坡施工技术研究

生态护坡技术将通过理论分析、现场试验加以判断和分析[4]。研究联锁式生态护坡抗压强度、抗冻等性能指标在北方寒冷地区的适用性，保证施工质量，既能提高河道护坡的抗冲刷能力、耐久性，又能满足河道两侧生态植被恢复。

3.1 联锁式生态护坡材料的寒冷地区适应性研究

联锁式生态护坡技术在寒冷地区的应用，首要问题在于材料对极端气候的适应性。北方寒冷地区冬季漫长，冻融循环频繁，夏季短促且降雨集中，这对护坡材料的抗冻性、抗渗性和抗冲刷性提出了多重挑战。研究表明，传统混凝土材料在反复冻融过程中易产生微裂纹，导致结构强度衰减，而联锁式生态护坡采用的新型复合材料通过掺入有机纤维和纳米硅基添加剂，可显著改善材料孔隙结构，形成内部微循环通道，有效缓解冻胀应力。

在理论层面，需重点研究材料的热力学性能与冻融破坏机制。寒冷地区护坡材料的破坏并非单一力学问题，而是水-冰相变、温度梯度应力与荷载共同作用的结果。通过模拟-30℃至 20℃的周期性温度变化实验发现，联锁砌块的闭孔结构设计能阻断水分迁移路径，而开孔区域则通过定向导水通道排出融冰水，这种“分区调控”策略成功平衡了结构完整性与生态透水性。生态材料的生物相容性同样是研究重点。寒冷地区植被生长期短，要求护坡材料既能提供初期物理保护，又能在长期与植物根系形成协同作用。采用表面糙化处理技术，增加材料与土壤的接触面积，同时植入生物矿化层，为苔藓、地衣等先锋植物提供附着基质，这种“人工-自然”双重界面设计显著提升了生态修复效率。

3.2 寒冷地区护坡结构的抗冻胀设计方法

北方河道护坡的冻胀破坏是制约工程寿命的核心问题。联锁式生态护坡的抗冻胀设计需从结构体系、排水机制和柔性变形三方面协同优化。在结构体系层面，采用“刚性骨架+柔性连接”的复合模式，刚性骨架由预应力混凝土梁构成，承担主体荷载；柔性连接通过橡胶垫片与铰接装置吸收冻胀变形，这种设计使护坡在冬季冻结期可产生 3% ~5%的弹性形变而不破坏整体性。排水系统的科学布置是抗冻胀的关键。寒冷地区护坡需建立三维排水网络：纵向设置透水盲沟收集坡面径流，横向布置毛细阻滞层切断地下水上升路径，竖向通过联锁砌块孔隙导出融雪水。特别针对春季融雪期的高渗流压力，提出“梯度排水”理论，即从坡顶至坡脚逐步增大排水孔径，利用水头差实现自平衡排水，避免局部积水引发的冰椎效应。

在柔性变形控制方面，创新采用仿生学设计理念。借鉴北极冻土区植物根系的螺旋生长模式，将护坡锚杆设计为变径螺旋结构，其螺纹角度随深度动态调整，既增强抗拔力，又允许冻土层发生有限位移。同时，在护坡基底铺设弹性垫层材料，该材料在低温下仍保持0.8 以上的回弹系数，可有效消纳冻胀引起的基底隆起作用。

3.3 寒冷环境下的施工工艺优化与质量控制

北方寒冷地区的特殊气候对施工工艺提出严苛要求。在低温环境下，联锁砌块的安装精度、接缝处理质量和生态修复效果均面临严峻挑战。施工工艺优化的核心在于构建“时-空-能”协同控制体系：时间上避开极端低温时段，空间上划分温度控制施工段，能源上采用地热辅助养护技术。

基面处理是质量控制的首要环节。针对冻土基面，提出“动态解冻-分层置换”工法：采用可控热风循环系统对表层冻土进行渐进式解冻，深度控制在设计开挖线以上 10cm；置换层选用级配砂石与防冻添加剂的混合料，分层碾压时同步铺设电热膜，确保压实度达到94%以上。对于已冻结的联锁砌块，开发低温活化技术，通过微波共振激发材料内部活性成分，恢复其粘结性能。生态修复施工需突破传统季节限制。采用“预成坪-模块化移植”技术，在温室中提前培育耐寒草皮，形成具有完整根系的生态模块；施工时通过液压植入设备将模块嵌入护坡孔隙，并覆盖相变储能保温毯，使植被在-10℃环境下仍能维持代谢活性。此外，引入菌根共生技术，在护坡表层喷洒含有耐寒菌株的生物浆液，加速土壤微生物群落重建，为植被恢复创造良性生态基底。

3.4 生态护坡与河道系统的协同效应研究

联锁式生态护坡不仅是独立工程结构，更是河道生态系统的重要组成部分。在寒冷地区，需深入研究护坡系统与水文过程、生物群落和地貌演变的动态耦合关系。从水力学角度，护坡的孔隙结构与河道水流形成能量交换界面，既能削弱冰凌冲击力，又能通过紊流效应增加水体溶解氧含量，为水生生物提供越冬环境。

在生物多样性维持方面，护坡的立体结构创造差异化生境：下部孔隙为鱼类提供产卵遮蔽空间，中部糙化面附着水生昆虫，上部植被带形成鸟类觅食走廊。特别在封冻期，护坡内部空腔可维持0℃以上的微环境，成为两栖类动物的越冬庇护所。这种“四季全周期”生态服务功能的实现，依赖于护坡结构与河道地形的精准适配。

从流域尺度看，生态护坡需与河道整治工程形成系统联动。例如，在护坡坡脚设置生态潜坝，通过减缓流速促进泥沙落淤，形成天然反滤层；在护坡顶部衔接生态缓冲带，利用高羊茅、紫花苜蓿等深根系植物固定岸坡。这种“点-线-面”一体化设计，使护坡系统既能抵御春季融冰洪水，又在夏季成为水土保持屏障，最终实现“工程刚性”与“生态柔性”的有机统一。

4 结语

本文通过分析研究针对东淀蓄滞洪区（河北省部分）防洪工程与安全建设工程的生态防护坡，从施工技术、施工质量控制以及寒冷地区的各类设计方法、适用条件等进行了研究。并给出生态护坡与河道系统的协同工作效应可为未来研究进一步聚焦于极端气候适应性提升、植被-结构协同演化机制等方向提供基础支撑；此外，通过植入光纤传感与人工智能技术，构建智慧化生态护坡监测预警体系也将是寒冷地区河道工程的可持续发展方向的重要支撑技术和发展方向。

参考文献：

[1]银丽彩.河道生态护坡施工技术要点及其在水利工程中的应用研究[J].水上安全,2024,(24):25-27.

[2] 王海霞. 水利工程中河道生态护坡施工技术的融合应用及关键点分析[J]. 数字农业与智能农机,2024,(11):71-73.

[3]李一如,周强,张兴.水利工程中的河道生态护坡施工技术研究[J].水上安全,2024,(20):175-177.

[4]王德华.河道生态护坡施工技术在水利工程中的应用[J].黑龙江水利科技,2024,52(08):111-112+163.

于生（1998.12-），男，本科，汉族，籍贯陕西西安，助理工程师，研究方向：水利工程。