柔性生態(tài)袋在河道生態(tài)建設(shè)中的應(yīng)用

欽志強,祝 卓,胡獻明

(1.桐鄉(xiāng)市水利工程公司,浙江 桐鄉(xiāng) 314500;2.桐鄉(xiāng)市河道管理站,浙江 桐鄉(xiāng) 314500)

1 工程概況

桐鄉(xiāng)市地處浙江省北部,杭嘉湖平原腹地,素有“魚米之鄉(xiāng)、絲綢之府”的美譽。隨著城市化進程的進一步加快,新一輪的經(jīng)濟發(fā)展對該地區(qū)的水環(huán)境改善提出了新的要求[1]。因此,整治河道、改善水環(huán)境勢在必行。

無量橋港生態(tài)堤岸試驗工程位于桐鄉(xiāng)市河山鎮(zhèn)堰頭村。原河道堤頂高程3.0m,河底高程-0.5m,不足以抵制20 a一遇的設(shè)計洪水,且塌損嚴重,屬不安全圩堤。原河道堤岸的主要結(jié)構(gòu)形式大多為單一的漿砌塊石、干砌塊石或鋼筋混凝土直立式擋土墻等,這些傳統(tǒng)的硬質(zhì)護坡雖然能提高河道的防洪排澇能力,但此種“兩面光”的護坡結(jié)構(gòu)阻隔了水-岸之間的物質(zhì)能量交換,破壞了河道生態(tài)系統(tǒng)的整體平衡[2]。因此,桐鄉(xiāng)市結(jié)合浙江省萬里清水河道建設(shè)與嘉興市河道清淤工程,以尋求河道防洪和河流生態(tài)修復(fù)之間的最佳平衡點為目標,開展了無量橋港綜合整治工程。

作為萬里清水河道生態(tài)堤岸試驗研究中平原河道的代表,無量橋港建設(shè)生態(tài)試驗河道1 100 m,主體工程為河道兩側(cè)的生態(tài)護岸。在河岸設(shè)計洪水位處設(shè)置寬為0.5 m的小平臺,平臺以上的設(shè)計邊坡為1∶2,進行植物群落建設(shè),營造喬灌草相結(jié)合的植物配置模式;平臺以下的設(shè)計邊坡為1∶1.5,部分河段引進了柔性生態(tài)袋邊坡工程系統(tǒng);同時在堤腳常水位處覆土種植水生植物。

2 柔性生態(tài)袋的主要特點

柔性生態(tài)袋邊坡工程系統(tǒng)是集土木工程結(jié)構(gòu)、綠化、環(huán)保、節(jié)能、降耗于一體,由具備特殊功能及特定技術(shù)參數(shù)要求的組件構(gòu)成。組件主要包括:生態(tài)袋、扎口帶、縫袋線及滿足多向排水功能與強度要求的網(wǎng)肋型聯(lián)結(jié)扣等。柔性生態(tài)袋邊坡工程系統(tǒng)見圖1。

圖1 柔性生態(tài)袋邊坡工程系統(tǒng)圖

2.1 生態(tài)袋

生態(tài)袋以聚丙烯為主要原料,采用無紡針刺工藝經(jīng)單面燒結(jié)而成,具有抗紫外線、抗老化、抗酸堿鹽、抗微生物侵蝕、透水不透土等特點。袋體材料不含對環(huán)境有危害性影響的聯(lián)苯胺等物質(zhì)。生態(tài)袋透水不透土的過濾功能,既能防止填充物 (土壤和營養(yǎng)成分混合物)流失,又能實現(xiàn)水分在土壤中的正常交流,使得植物生長所需的水分得到有效的保持和及時的補充。植物根莖能自由穿透袋體快速生長,一旦植物根系進入坡體土壤中,就如無數(shù)根錨桿完成了袋體與土體間的再次穩(wěn)固,時間越長,越加穩(wěn)固,故大大降低了工程的維護費用。

2.2 聯(lián)結(jié)扣

柔性生態(tài)袋邊坡工程系統(tǒng)不是生態(tài)袋的簡單堆砌,而是通過聯(lián)結(jié)扣將一個個生態(tài)袋單體聯(lián)結(jié)成一個整體,形成穩(wěn)定的三角內(nèi)摩擦緊鎖結(jié)構(gòu),使護坡形成安全穩(wěn)固的柔性邊坡。

聯(lián)結(jié)扣上下表面具備倒鉤特性的棘爪能將生態(tài)袋緊密相連。棘爪的總數(shù)應(yīng)不少于12個,高度不小于25 mm,按結(jié)構(gòu)力學(xué)要求科學(xué)合理分布。單個棘爪的抗剪切力不小于360 N,任意2個棘爪均不在同一剪切破壞軌跡上,以便能將集中應(yīng)力合理分散,最大限度地發(fā)揮每個棘爪的力學(xué)作用,使得柔性邊坡在沉降過程中,聯(lián)結(jié)扣不會因受力不均而使坡體產(chǎn)生位移,破壞結(jié)構(gòu)。

聯(lián)結(jié)扣上滿足植物生長和排水的垂直孔洞應(yīng)不少于32個,每個孔洞直徑須大于15 mm,為植物根系提供無障礙的生長通道,有利于植物根系在生態(tài)袋邊坡體內(nèi)的自由生長和穿透,形成對基礎(chǔ)坡體的錨桿作用。同時異株植物根系的盤根交織也可與坡體有機的融為一體?？锥赐杆娣e應(yīng)不小于聯(lián)結(jié)扣總面積的45%,以滿足多向排濾水的要求,從而減小邊坡的靜水壓力,進而消除滲水對邊坡的破壞。同時雙向通道凹槽和垂直孔洞合成相互交錯的非流線型凸肋,加大了聯(lián)結(jié)扣表面與生態(tài)袋之間的摩擦力。其網(wǎng)孔狀結(jié)構(gòu)使得聯(lián)結(jié)部位剛?cè)岵?倒鉤棘爪與生態(tài)袋能始終保持垂直緊貼,充分發(fā)揮其柔性結(jié)構(gòu)的受力特點。

2.3 扎口帶、縫袋線、填充物

(1)扎口帶。生態(tài)袋的扎口帶在施工中起到將已裝滿填充物的生態(tài)袋扎緊袋口的作用。黑色扎口帶必須具有抗紫外線、抗拉性強以及單向自鎖結(jié)構(gòu)功能。從而保證生態(tài)袋的完整性和有效性。

(2)縫袋線?？p袋線的強度必須與袋體材料的性能匹配,并須具備抗紫外線、抗老化、抗磨損的功能,保證生態(tài)袋系統(tǒng)整體的使用強度和使用壽命。這是結(jié)構(gòu)安全中不可忽視的重要因素。

(3)填充物。生態(tài)袋的填充物應(yīng)根據(jù)不同工程、坡體巖土狀況和植被品種的具體要求進行配置,由專業(yè)技術(shù)單位提供必要的技術(shù)和施工方案。該工程生態(tài)袋填充料為黏土,有條件的可適當(dāng)摻入沙礫,同時根據(jù)現(xiàn)場情況確定有機肥的種類和摻入量。生態(tài)袋填充后的尺寸約為:580 mm×320 mm×145 mm(長×寬×高)。

3 工程應(yīng)用案例

該工程在河道兩岸部分河段構(gòu)建了柔性生態(tài)袋護坡。從項目實施后所取得的應(yīng)用成果來看,此種生態(tài)護岸新構(gòu)型在確保防洪安全的同時,對恢復(fù)河道的生態(tài)環(huán)境具有良好的效果。

3.1 植物措施應(yīng)用

該工程在生態(tài)袋護岸上進行了植物群落建設(shè),營造了喬灌草相結(jié)合的植物配置模式。

在河道植物的選擇上,該工程根據(jù)區(qū)域自然條件、河道基本功能和特點,選擇了一些適應(yīng)性強、自繁殖能力強的鄉(xiāng)土植物。堤頂選用濕地松、香樟、紅葉李、紫荊、夾竹桃、孝順竹;設(shè)計洪水位至堤頂選用楓香、紫薇、截葉胡枝子、垂柳、女貞、珊瑚樸、木槿、小蠟、黑麥草、高羊茅;常水位以上、設(shè)計洪水位以下的生態(tài)袋上選用高羊茅、黑麥草、三葉草進行草種撒播;常水位處覆土種植水蔥、再力花、水燭。

河岸植物群落建設(shè)以喬、灌、草相結(jié)合為主,常綠與落葉相配合為輔,構(gòu)建仿自然的生態(tài)河道[3]。通過植物間的相互作用不僅能有效增強堤岸的防護能力,同時還能獲得了良好的景觀視覺效果。

3.2 生態(tài)袋護岸的特點

生態(tài)袋護岸與傳統(tǒng)的漿砌塊石護岸、混凝土護岸等結(jié)構(gòu)相比具有如下特點:

(1)生態(tài)環(huán)保?？膳c自然生態(tài)環(huán)境完美融合,施工時不產(chǎn)生建設(shè)垃圾和施工噪音。

(2)運用生態(tài)袋修建生態(tài)邊坡,可根據(jù)地形條件建成仿自然的生態(tài)邊坡。同時植被選擇可多樣化,有利于邊坡環(huán)境迅速還原成自然狀態(tài)。

(3)生態(tài)袋邊坡結(jié)構(gòu)可通過植物發(fā)達的根系與坡體結(jié)合成整體,使人工邊坡和原自然邊坡之間不會產(chǎn)生分離、坍塌等現(xiàn)象。

(4)生態(tài)袋護岸屬于柔性結(jié)構(gòu),能夠通過適應(yīng)變形來釋放、消減土壓力。同時結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生溫度應(yīng)力,不需設(shè)置溫度縫。

(5)三角內(nèi)摩擦緊鎖結(jié)構(gòu),整體受力對外界沖擊力有緩沖作用,其抗震性能傳統(tǒng)邊坡無法比擬。

(6)施工快捷、方便?？煽s短工期,降低造價。

3.3 生態(tài)袋護岸的施工工序及質(zhì)量控制要點[4]

作為一種新型邊坡構(gòu)型,生態(tài)袋護岸應(yīng)用于水利工程中時,在施工過程中需注意一些質(zhì)量控制要點:

(1)清基修坡。護坡坡面應(yīng)平整,無碎石、樹根等雜物。護坡坡度應(yīng)符合設(shè)計要求。

(2)土方回填。有回填土方時,回填標準應(yīng)符合堤防工程的有關(guān)要求,必須進行分層夯實,確保工程質(zhì)量,以防止發(fā)生不均勻沉降。該工程中原基底土及回填土壓實度不低于14.5MPa。

(3)生態(tài)袋鋪裝。生態(tài)袋鋪裝時需嚴格按照施工技術(shù)手冊實施。生態(tài)袋護岸系統(tǒng)的坡頂宜設(shè)置截水溝,護坡坡面需設(shè)置橫向排水溝或盲溝。

(4)綠化及養(yǎng)護。岸坡的植被直接關(guān)系到治理的效果和河道生態(tài)環(huán)境的改善,是最能體現(xiàn)工程建設(shè)效果的關(guān)鍵工序。選擇的護坡植物要適合當(dāng)?shù)睾拥赖沫h(huán)境條件,可酌情選用播種、栽種等方式進行綠化。植被養(yǎng)護期一定要保證澆水量和澆水次數(shù)。

4 應(yīng)用效果分析

柔性生態(tài)袋護岸具有很大的柔韌性,可補償和適應(yīng)地基的沉降,不僅能滿足河道岸坡抗沖刷、岸坡穩(wěn)定等工程安全的主要功能要求,更重要的是其溝通了水域與陸域范圍內(nèi)的生態(tài)鏈。該生態(tài)袋護岸建成后,可有效增加護岸的穩(wěn)定性,保證堤防不再坍塌,相當(dāng)于每年每公里新增土地100.05m2(按年減少塌損20 cm計),每年每公里減少清淤600 m3。

生態(tài)袋護岸擋而不隔的滲透特性,可以充分保證河岸與河流水體之間的水份交換和調(diào)節(jié)功能,能有效抑制藻類的生長和繁殖,發(fā)揮水體的自凈作用,從而改善水生態(tài)環(huán)境。

該工程經(jīng)過河道整治,清除了沉積多年的淤泥,大大改善了水質(zhì),增強了河道引水、排水、蓄水、供水能力。同時在護岸上進行了植物群落的建設(shè),不僅美化了河道兩岸的環(huán)境,而且保持水土、涵養(yǎng)水源,維持了河道生態(tài)系統(tǒng)的平衡。

5 結(jié) 語

生態(tài)袋護岸融入了生態(tài)環(huán)保、景觀綠化理念,使得河道護岸更加美觀實用,同時其兼?zhèn)淞藢Φ鼗幚硪蟮?、工程施工和養(yǎng)護簡單的特點?？梢灶A(yù)見,這種護岸新構(gòu)型在水利工程中具有非常廣闊的應(yīng)用前景,并為促進生態(tài)水利、和諧水利的發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

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[3]韓玉玲,岳春雷,葉碎高,等.河道生態(tài)建設(shè)-植物措施應(yīng)用技術(shù) [M].北京:中國水利水電出版社,2009.

[4]馮婷,賈亞軍.生態(tài)護坡技術(shù)在城市河道整治中的應(yīng)用[J].中國給水排水,2008,24(20):58-60.