現(xiàn)澆城鎮(zhèn)河道護岸生態(tài)混凝土現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

楊海兵 李新龍

(1.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇南京 210007;2.江蘇省高淳縣國土資源局，江蘇高淳 211300)

0 引言

生態(tài)混凝土是既能減少給地球環(huán)境造成負荷，又能與自然生態(tài)系統(tǒng)和諧共生、為人類構(gòu)建更好更舒適環(huán)境的混凝土材料，其有以下基本特點:

1)具有一定的耐久性和強度，能滿足結(jié)構(gòu)物的使用功能和力學(xué)性能以及使用年限的要求;

2)具有與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)性;

3)具有良好的使用功能，能為人類構(gòu)造舒適、溫和和便捷的生活環(huán)境。

從20世紀90年代開始，日本秩父小野田和前田制管共同進行了混凝土和綠色植物相結(jié)合的目標研究，其成果已在住宅區(qū)、道路、邊坡等工程上進行了工程實施。日本研制成功的生態(tài)混凝土具有連續(xù)的空隙，在生態(tài)混凝土塊體的空隙部分，使用特殊工藝技術(shù)填充無機培養(yǎng)土、種子和肥料等混合生長基料，施工后種子即在混凝土的空隙中發(fā)芽和生長。國內(nèi)對生態(tài)混凝土的研究起步較晚，但生態(tài)混凝土的開發(fā)和應(yīng)用越來越受到重視，已開發(fā)出能用于城市休閑綠地、住宅小區(qū)、停車場、邊坡等。

1 城鎮(zhèn)河道作用

城鎮(zhèn)河道是指發(fā)源于城區(qū)或流經(jīng)城鎮(zhèn)區(qū)域的河流或河流段，也包括一些歷史上雖屬人工開挖，但經(jīng)多年演化已具有自然河流特點的運河、渠系、航道等，不包括長江、黃河這樣的大江大河。城鎮(zhèn)河道是城鎮(zhèn)物質(zhì)循環(huán)和能量流動的一個重要通途，它們常被看作是城鎮(zhèn)的動脈和靜脈，是影響城鎮(zhèn)風格和美化城鎮(zhèn)環(huán)境的重要因素。城鎮(zhèn)河道具有提供綠地、供應(yīng)水源、保護環(huán)境、保護資源、休閑娛樂、文化教育、交通運輸?shù)茸饔?，在城?zhèn)生態(tài)建設(shè)、拓展城鎮(zhèn)發(fā)展空間方面顯示出不可替代的意義。

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和城鎮(zhèn)建設(shè)步伐的加快，人類對城鎮(zhèn)河道進行了多目標、大規(guī)模、全方位、高頻次的干預(yù)，破壞了城鎮(zhèn)河道生態(tài)系統(tǒng)的健康，具體表現(xiàn)在與我們生活、生產(chǎn)息息相關(guān)的城鎮(zhèn)河道水質(zhì)惡化、功能退化。在河道生態(tài)系統(tǒng)中，處于水生生態(tài)系統(tǒng)與陸生生態(tài)系統(tǒng)交界處的岸坡生態(tài)系統(tǒng)帶構(gòu)成了具有邊緣效應(yīng)的生態(tài)交錯帶，它最集中地反映了人類的改造活動和人類—河流之間的能量、物質(zhì)和信息的沖突與交換。

在城鎮(zhèn)河道發(fā)育的地區(qū)，往往是經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)。在經(jīng)濟發(fā)展的同時，岸坡生態(tài)系統(tǒng)帶破壞十分嚴重，表現(xiàn)在滑坡、塌岸、河水污染等現(xiàn)象十分常見，嚴重影響了周邊人民的生產(chǎn)生活。這與黨的十八大提出的“努力建設(shè)美麗中國、堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策、著力推進綠色發(fā)展、為人民創(chuàng)造良好生產(chǎn)生活環(huán)境”總要求相矛盾。

2 城鎮(zhèn)河道護岸技術(shù)

目前，一方面人類與城鎮(zhèn)河道間的相互作用更為強烈;另一方面，城鎮(zhèn)的社會經(jīng)濟系統(tǒng)和居民日常生活更加依賴于城鎮(zhèn)河道所提供的各種服務(wù)功能。城鎮(zhèn)河道護岸植物少、水中生物少、水量小、河道普遍較淺、流速慢、枯水季節(jié)甚至斷流，上述水力特征決定了城鎮(zhèn)河道環(huán)境容量小、生態(tài)系統(tǒng)“脆弱”的特點。

為了保證城鎮(zhèn)河道的原有功能，首先要保證河道岸坡的穩(wěn)定。從目前國內(nèi)外的城鎮(zhèn)河道護岸技術(shù)來看，主要有四類:

1)混凝土類材料護岸技術(shù)。材料雖然具有強度高、耐久性好等諸多優(yōu)點，但混凝土表面質(zhì)地脆弱，抗土壤協(xié)調(diào)應(yīng)變能力差，表面粗糙且呈強堿性，觸覺效果差，加上混凝土顏色灰暗，視覺效果缺乏生機，給人以精、硬、冷、暗的感覺，最致命的是綠色植物無法在混凝土上生長發(fā)育。

2)預(yù)先澆制常規(guī)多邊形混凝土塊，在多邊形內(nèi)部放置土，然后在土上植草，該方法的缺點是堿性環(huán)境的混凝土?xí)?dǎo)致周邊土壤也呈堿性環(huán)境，結(jié)果草的生命時間短。

3)預(yù)先澆制生態(tài)混凝土，然后用人工灌漿的方法向生態(tài)混凝土空隙內(nèi)灌注含草籽、肥料的漿液，草籽在空隙內(nèi)生長發(fā)育，然后穿過生態(tài)混凝土中的空隙扎根在被護河道岸坡的土壤層中。該方法的缺點是灌漿工藝復(fù)雜，灌漿質(zhì)量得不到保證，而且生態(tài)混凝土易被注漿壓力破壞，影響了大規(guī)模的推廣應(yīng)用。

4)現(xiàn)澆生態(tài)混凝土鋪在被護岸坡上，然后在上面鋪一層含草籽、肥料的土壤層，草籽在生態(tài)混凝土上面的土壤層生長發(fā)育，然后穿過生態(tài)混凝土中的空隙扎根在被護河道岸坡的土壤層中。該方法的缺點是由于土內(nèi)摩擦角通常為35°，在草籽完全生長發(fā)育前，土壤層易受雨水沖刷，導(dǎo)致被護岸坡的坡度不能大于40°，影響了推廣應(yīng)用。

從上述介紹可以看出，現(xiàn)澆生態(tài)混凝土具有既能保證岸坡穩(wěn)定，又能保證坡面生態(tài)效果的城鎮(zhèn)河道護岸技術(shù)，將工程防護與植被防護有機地結(jié)合起來，形成穩(wěn)固而又有生態(tài)景觀效應(yīng)的防護結(jié)構(gòu)體系。但目前現(xiàn)澆城鎮(zhèn)河道護岸生態(tài)混凝土有三個方面的不足，而影響了它的大規(guī)模推廣應(yīng)用:

1)護岸成本高，是普通混凝土價格的幾倍。

2)只能保護坡度小于40°的岸坡。

3)植物只能在最高水位線以上的區(qū)域生長發(fā)育，導(dǎo)致水位變化區(qū)經(jīng)常光禿禿，影響了被護岸坡的整體美觀。

3 現(xiàn)澆城鎮(zhèn)河道護岸生態(tài)混凝土發(fā)展趨勢

目前，城鎮(zhèn)河道護岸工程設(shè)計的趨勢是設(shè)計出更合理的工程結(jié)構(gòu)，使得岸坡面上基本看不到工程結(jié)構(gòu)，全部顯現(xiàn)植被和優(yōu)美的景觀。實現(xiàn)上述要求的現(xiàn)澆城鎮(zhèn)河道護岸生態(tài)混凝土關(guān)鍵技術(shù)性能指標如下:

1)抗壓強度達到15 N/mm2～30 N/mm2，孔隙率在15%～30%之間，透水系數(shù)為1.0×10－1cm/s以上，pH值為10左右。

2)耐久性指標符合國家有關(guān)規(guī)定要求。

3)滿足坡度大于40°的要求。

4)找到適合無水區(qū)域的植物。

5)找到適合水位變化區(qū)域的植物。

6)價格比普通混凝土造價高50%左右。

前面四項性能指標通過文獻查閱得知:已經(jīng)得到了解決，且已經(jīng)應(yīng)用于一些工程中。指標5)在技術(shù)上也是可行的，因為濕地是水陸變化的區(qū)域，濕地的植物種類豐富，完全可通過在濕地植物中篩選出能在水位變化區(qū)域生長的植物。指標5)是目前生態(tài)混凝土得不到推廣的關(guān)鍵因素。

生態(tài)混凝土由日本開始進行研究并取得了成功，但日本對生態(tài)混凝土的配方特別是配方中的添加劑守口如瓶。國內(nèi)高性能生態(tài)混凝土的添加劑都不得不從日本進口，其占生態(tài)混凝土成本的50%以上，導(dǎo)致生態(tài)混凝土價格是普通混凝土價格的幾倍。為了解決此問題，可通過室內(nèi)試驗，篩選出滿足1)，2)和3)性能指標、價格只比普通混凝土造價高50%左右的現(xiàn)澆城鎮(zhèn)河道護岸生態(tài)混凝土配方。

4 結(jié)語

1)城鎮(zhèn)河道隨處可見，而由城鎮(zhèn)河道岸坡引起的災(zāi)害也很多，如滑坡、塌岸等事件，嚴重影響了岸坡周圍建筑物的穩(wěn)定和百姓的生產(chǎn)和生活。再加上，城鎮(zhèn)河道發(fā)育的地方，往往是經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)，為了保證經(jīng)濟的可持續(xù)性發(fā)展，必然對城鎮(zhèn)河道進行整治。經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)交通運輸壓力大，而水運具有價格低、運輸量大的優(yōu)點，因此，在國內(nèi)水網(wǎng)發(fā)育地區(qū)，航道、運河等整治、生態(tài)護岸工程會越來越多。2)目前對于河道護岸，普通做法是在岸坡上掛網(wǎng)噴漿等混凝土類材料護岸技術(shù)，這種護岸技術(shù)方法的成本雖然比生態(tài)混凝土護岸的成本稍低一些，但達不到美化環(huán)境的要求。3)現(xiàn)澆城鎮(zhèn)河道護岸生態(tài)混凝土的發(fā)展趨勢是:在保留傳統(tǒng)生態(tài)混凝土護岸美化功能的同時，能在水位變化區(qū)、坡度大于40°的岸坡上使用，且價格只比普通混凝土造價高50%左右。這樣，生態(tài)混凝土能在城鎮(zhèn)河道護岸工程中大規(guī)模地推廣使用，同時，也能向礦山、公路邊坡、海島生態(tài)復(fù)原等領(lǐng)域進軍。4)未來的生態(tài)混凝土不僅具有傳統(tǒng)混凝土的護岸、護坡功能，可以減輕水流對岸坡、邊坡的沖刷，而且具有自然凈化水質(zhì)(生態(tài)清淤)、自然排水(透水護坡)、實現(xiàn)植物生長(植生)、降噪消音等性能，從而達到改善城鎮(zhèn)河道水質(zhì)、美化岸坡景觀，達到社會效益、生態(tài)效益、經(jīng)濟效益三者的統(tǒng)一。

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