废旧轮胎草皮护坡在金堤河防风浪中的应用（陈丕虎,等）

摘 要：金堤河是黄河下游一条重要的支流。金堤河干流治理工程完成后，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。堤坡受风浪的影响坍塌严重。为搞好北金堤工程的防护，确保防洪工程的完整与安全，提出了利用废旧轮胎草皮护坡的设想。经过试验，取得了良好的防护效果和经济效益、生态效益，具有较好应用和推广前景。

关键词：黄河 金堤河 风浪 废旧轮胎 草皮 护坡

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实施完成后，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。张庄闸改建后闸底板高程提高到40.0m（黄海标高，下同），入黄口门处黄河滩面高程为43.0m，金堤河洪水排水入黄日渐困难，再加上张庄电排站管理运用等逐多问题，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。

近10年来，金堤河洪水频繁，每两年出现一次较大洪水，特别是1999年金堤河干流治理后，洪水下泄速度快，滞留时间长。北金堤长18.935km，处于北金堤末端，汛期洪水期间，洪水偎堤时间长、偎堤水深大，据统计，最大偎堤水深达6m，河面宽一般在400—500m，该段堤防长时间受高水位浸泡。由于夏季多刮南风或偏南风，吹程约2km，而北金堤末端为西南－东北或东－西走向，对岸地势开阔，树株较少，长期滞留的洪水受风浪影响，造成堤坡风浪坍塌严重。

据统计，历次金堤河洪水均不同程度的造成北金堤末端堤坡坍塌，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，到目前为止，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。2005年国家投资对该处风浪坍塌进行了恢复，2006年又出现不同程度的坍塌破坏。

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，提出了利用废旧轮胎草皮进行堤坡防护的设想。

2 项目实施

众所周知，风浪冲刷与风的吹程成正比，吹程大则冲刷力大，北金堤0+000-1+500处系东南风，吹程最大约2km。

为了验证废旧轮胎草皮护坡防风浪的实际效果，本次试验所选位置正是北金堤堤防所处的深水区，相应北金堤桩号为0+050-0+100，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20cm厚的废旧轮胎，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2008年4月16日开始实施，5月20日全部完成，共完成铺设废旧轮胎3000个，利用铁丝穿接1万m，混凝土排水沟80m，砌石阻滑趾墙52m2，植草750m2，总投资5.06万元。

2.1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、空心废旧轮胎草皮护坡、废旧轮胎草皮护坡四种护坡材料进行选择对比。通过比较，选用了废旧轮胎草皮护坡。

2.1.1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。

2.1.2乱石或废旧轮胎护坡

乱石护坡或废旧轮胎护坡防护效果较好，能够满足金堤河下游防风浪的需要，但乱石护坡或废旧轮胎护坡造价较高，且用乱石护坡或废旧轮胎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、预制废旧轮胎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。

2.1.3废旧轮胎草皮护坡

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。在这种前景下，利用废旧轮胎草皮护坡不但“变废为宝”，且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)生态护坡的机理

生态护坡是指开挖边坡形成以后，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）废旧轮胎草皮护坡的功能

废旧轮胎草皮护坡，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，且在轮胎空心及排列间隙中的护坡上种植草皮，具有生态效益和绿色景观效益，造价较低。

3）废旧轮胎草皮护坡的结构

废旧轮胎草皮护坡是利用轮胎中的圆孔及排列空隙的土壤用来种植连接水体的植物，以增加抗冲能力。轮胎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，利用轮胎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，变废为宝，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）废旧轮胎草皮护坡的优越性

与传统的护坡技术相比，废旧轮胎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，主要成功地解决了“废品再利用”，对于营造生态景观、改善环境，起到了积极作用。废旧轮胎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。

2.2材料的选择

2.2.1废旧轮胎的选择

废旧轮胎的选用方面，选择使用轮胎直径φ40-φ50cm为宜，通过对大量不同规格及类型的废旧轮胎的比选，此次试验采用了三轮车的旧轮胎，这类轮胎紧密排列能够保持护坡稳固所需要的抗切变力，能组成如蜂窝状的表面排列方式，在坡脚设阻滑趾墙。

2.2.2草皮的选择

在草皮的选择上，我们对马尼拉草皮、百慕大草、狗牙根草、矮生高羊茅草、中华结缕草、剪股颖草和葛芭草等7种草皮的草种进行了比选。

2.3实施过程

2.3.1废旧轮胎的铺设

铺设前，对地基进行了夯实、铺设土工布及反滤材料（即15cm的中砂）。对废旧轮胎进行严格挑选，统一规格及大小。铺设时，从下往上顺堤向紧密排列，并使用铁丝相互之间连接牢固，然后在进行填土等工序。

2.3.2草皮种植

2008年5月10-12日种植草皮，首先对试验段护坡空格部位进行草皮播种、盖土和保湿养护。

2.4实施效果

2.4.1废旧轮胎护坡

废旧轮胎护坡整体美观、牢固，轮胎本身对防冲就具有一定的保护作用。

2.4.2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，且在废旧轮胎空隙中，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废旧轮胎空隙中生长。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。

2.4.3整体效果

废旧轮胎草皮护坡试验整体效果较为理想，轮胎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，废旧轮胎草皮生态护坡还能美化工程面貌，改善生态环境。

2.5废旧轮胎草皮护坡的费用

废旧轮胎草皮护坡试验选在北金堤0+050-0+100处，沿堤线长50m，临河堤坡的下半部，顺坡宽15m，试验面积750m2。上铺砌6cm厚的废旧轮胎，下部铺设土工布750m2，混凝土排水沟80m，底边沿堤脚线修有砌石阻滑趾墙51.5m，废旧轮胎铺设750m2、3000条，植草750m2，工日240工时。合计投资：46185元。每平方米造价： 61.58元/ m2。

2.6经济效益分析

2.6.1与混凝土、石护坡、废旧轮胎草皮、草皮护坡比较

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。合计投资：81912.5元。每平方米造价109.22元/ m2。是废旧轮胎草皮护坡的1.77倍。

2）石护坡

石护坡厚度按30cm计算，试验面积750m2，需石方量225m3。合计投资：56412.5元。每平方米造价： 79.22元/ m2。是废旧轮胎草皮护坡的1.28倍。

3）废旧轮胎草皮护坡

废旧轮胎草皮护坡的造价较低的原因是没有用土工布材料，废旧轮胎草皮护坡去掉土工布费用与废旧轮胎草皮护坡基本相同，效果作用同，但采用废旧轮胎草皮护坡是“变废为宝”，能充分利用资源，相应节约了资源。

4）草皮护坡

草皮：15000墩×0.5元/1墩=7500元，草皮维修及管理费：4887.5元，合计投资：12387.5元，每平方米造价： 16.52元/ m2。

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，若废旧轮胎草皮使用20年计算，则草皮护坡的单方造价提高到712.5元/m2，是废旧轮胎草皮护坡的11.57倍。

通过比较，废旧轮胎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。

2.6.2流失土方恢复的经济效益

使用废旧轮胎护坡后，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5m计算，每年需要增加82.6元/m，23km的堤线全部使用废旧轮胎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, 废旧轮胎草皮护坡建设费用23.276万元，仅相当于11.62年恢复费用，而废旧轮胎护坡可使用20年，其经济效益显著。

2.6.3生态效益与社会效益

利用废旧轮胎草皮护坡实施后，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。

3 项目观测运行

项目竣工后，经受了2008年秋季金堤河洪水的考验，经过长期冲刷和浸泡，坡面完好无损，没有发生水土流失，也没有发生风波坍塌险情。但在水淹范围内的草皮被淹死。该段工程实施后，提高了工程抗洪强度，改善了工程面貌，达到了试验预期的效果。

4 项目运行存在的问题

4.1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。

4.2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。

废旧轮胎草皮护坡达到了预期的试验效果，但从试验的总体效果来看，还有需要改进的地方。如：草皮的选择方面应多试验一些品种，比较每种草皮的生长情况，寻找较为适宜的草皮，使护坡达到理想的防护效果，同时在水下淹没范围内增加抗淹的低柳或人工草。以增加其社会效益和生态效益。

5 项目的改进建议

项目投入资金少，建议加大试验段的长度，增加三维网垫等中间材料的介入，提高项目的实施效果。

增加水下防护措施—栽柳，在水下的部分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，然套在柳杆上，这样可避免洞的四周织造土工织物脱丝而破坏其保土性。

6 结论

综上所述，废旧轮胎草皮护坡达到了预期的试验效果，废旧轮胎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：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。

作者为：陈丕虎 徐波

作者简介

陈丕虎（1962-）男，山东梁山，高工，研究方向：治河及建设管理。