水利工程生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)

趙鵬鵬

（安徽省阜陽市潁東區(qū)水利局，安徽 阜陽 236000）

1 工程背景

W水利工程在設(shè)計(jì)方面對人文景觀及生態(tài)環(huán)境的保護(hù)有較高要求，廠房進(jìn)水口邊坡、料場、壩路邊坡、導(dǎo)流渠坡等護(hù)坡工程是生態(tài)護(hù)坡治理的重點(diǎn)區(qū)域。工程所在地夏季多雨，工程邊坡沖刷嚴(yán)重，所以在該水利工程建設(shè)過程中就在各類邊坡處設(shè)置了外邊長20 cm、壁厚3 cm、磚內(nèi)深10 cm的傳統(tǒng)六角形式的生態(tài)護(hù)坡磚，并種植了單一草種。但是該措施實(shí)施一年后的調(diào)查結(jié)果顯示，護(hù)坡磚內(nèi)土壤流失體積普遍在40%～80%，土壤的大規(guī)模流失使草種因失去了存活的基本條件而大批枯死，造成了生態(tài)護(hù)坡反而加劇土壤流失的尷尬局面，且地區(qū)內(nèi)類似工程生態(tài)護(hù)坡治理效果均不明顯。為此，必須摒棄傳統(tǒng)生態(tài)護(hù)坡治理方式，尋求一種蓄水保土、涵養(yǎng)水源效果較好的新型生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)。

2 生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)

當(dāng)前，連鎖護(hù)坡磚、生態(tài)混凝土、土工格室及傳統(tǒng)護(hù)坡磚等生態(tài)護(hù)坡技術(shù)使用較為廣泛，主要原因在于此類生態(tài)護(hù)坡技術(shù)施工簡便、造價(jià)低、開孔率高，但是此類生態(tài)護(hù)坡卻存在較大的土壤流失弊端。在全面分析現(xiàn)有生態(tài)護(hù)坡技術(shù)優(yōu)劣勢的基礎(chǔ)上，受到水平條、山區(qū)梯田等工程形式的啟發(fā)，通過“坡改平”技術(shù)將水利工程坡面劃分成若干水平面，在保證護(hù)坡工程土壤穩(wěn)定的同時(shí)，有效控制坡面土壤流失。

2.1 生態(tài)護(hù)坡砌塊設(shè)計(jì)

按照以上思路所設(shè)計(jì)出的新型生態(tài)護(hù)坡砌塊為正六邊形，中空部分按照圓形或正六邊形設(shè)計(jì)，水平面與底端面形成的夾角為α，該角度與護(hù)坡坡度一致。為此，將所設(shè)計(jì)出的護(hù)坡砌塊在水利工程坡面鋪設(shè)時(shí)，能保證護(hù)坡砌塊底部與坡面相契合，同時(shí)確保砌塊頂面水平，砌塊內(nèi)土體表面也能基本保持穩(wěn)定狀態(tài)，取得較好的保土效果。所設(shè)計(jì)出的新型生態(tài)護(hù)坡砌塊透視圖見圖1。新型生態(tài)護(hù)坡砌塊施工過程與傳統(tǒng)護(hù)坡磚基本一致，即結(jié)合實(shí)際坡長計(jì)算出趾墻的所在位置，并在坡下部設(shè)置趾墻，從下向上鋪設(shè)，保證相鄰護(hù)坡砌塊擠緊且橫豎斜線對齊。完成砌塊鋪設(shè)后在砌塊中空區(qū)域填入種植土，并稍加拍實(shí)，在首次降雨或灌溉后砌塊中空處種植土必將沉降，如果種植土表面低于砌塊上沿的距離超出2 cm，則應(yīng)補(bǔ)填，若種植土表面低于砌塊上沿的距離小于1 cm，應(yīng)將多余種植土挖除，以取得最大的蓄水保土效果。

圖1 新型生態(tài)護(hù)坡砌塊透視圖

結(jié)合試驗(yàn)與分析，新型生態(tài)護(hù)坡砌塊形式的調(diào)整和優(yōu)化也使其結(jié)構(gòu)自重增大，為避免砌塊在自重分力的作用下產(chǎn)生下滑力，同時(shí)將避免因重量增大而對下部砌塊造成擠壓破壞，應(yīng)在新型生態(tài)護(hù)坡砌塊底端增設(shè)長度2～3 cm的阻滑齒（見圖2），通過這種阻滑齒使上下層砌塊牢固咬合，有效地將每塊砌塊的重力傳遞至坡面，降低砌塊重力向下層結(jié)構(gòu)體的傳導(dǎo)。

圖2 新型生態(tài)護(hù)坡砌塊側(cè)視圖

2.2 護(hù)坡植被選擇

新型生態(tài)護(hù)坡砌塊將傳統(tǒng)生態(tài)護(hù)坡形式下的坡面植物栽植轉(zhuǎn)化為平面植物栽植，傳統(tǒng)生態(tài)護(hù)坡磚栽植土壤容積一般為6 394 cm3，而對于標(biāo)準(zhǔn)形式下的新型砌塊而言，其內(nèi)部中空部分可栽植土壤的容積增大至13 256 cm3，為傳統(tǒng)護(hù)坡磚的2.07倍，涵養(yǎng)水源能力明顯提升，可為植被生長提供更充足的土壤條件。傳統(tǒng)生態(tài)護(hù)坡磚結(jié)構(gòu)一般以單一植草植被為主要護(hù)坡植被，而新型生態(tài)護(hù)坡砌塊可實(shí)施灌木+植草+藤木+小喬木的組合型植被形式，優(yōu)化植被防護(hù)功能的同時(shí)，提升景觀效果。

2.3 性能分析

新型生態(tài)護(hù)坡砌塊以混凝土為主要材料，考慮到混凝土材料和水利工程邊坡基土之間的摩擦系數(shù)一般在0.60～0.65，同時(shí)還在砌塊底部增設(shè)有削減斜面重力分量的阻滑齒，能大大增強(qiáng)砌塊結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。此外，這種新型砌塊采用面-面鑲嵌的連接形式，砌塊外壁最大應(yīng)力能滿足穩(wěn)定性方面的要求。采用壓力機(jī)對兩種生態(tài)護(hù)坡磚進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，結(jié)果表明，新型生態(tài)護(hù)坡砌塊側(cè)向壓力遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)護(hù)坡磚，試驗(yàn)結(jié)果見表1。除橫向抗壓強(qiáng)度外，新型生態(tài)護(hù)坡砌塊在磚內(nèi)土體穩(wěn)定性、植物保存率、后期管理成本、景觀效果、土壤流失等方面均具有顯著的優(yōu)越性。

表1 生態(tài)護(hù)坡磚側(cè)向壓力試驗(yàn)結(jié)果表 單位：kN

根據(jù)表中結(jié)果，新型生態(tài)護(hù)坡砌塊抗壓強(qiáng)度最大可達(dá)到傳統(tǒng)生態(tài)護(hù)坡磚的3.60倍，砌塊護(hù)坡高度最大可達(dá)14.50 m，符合《開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》對削坡高度的要求。這種新型生態(tài)護(hù)坡砌塊砌筑后會(huì)形成水平向蜂窩狀鑲嵌形態(tài)，且每個(gè)砌塊同時(shí)在六個(gè)方向受到相鄰砌塊的制約，即使其中某個(gè)砌塊破碎，也不會(huì)破壞這種擠密結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。從力學(xué)指標(biāo)及穩(wěn)定性方面來看，這種新型生態(tài)護(hù)坡砌塊遠(yuǎn)比傳統(tǒng)護(hù)坡磚優(yōu)越。

3 應(yīng)用效果

2019年5月在該水利工程廠房進(jìn)水口左岸邊坡處100 m×100 m的試驗(yàn)區(qū)內(nèi)應(yīng)用了這種新型生態(tài)護(hù)坡砌塊，根據(jù)12個(gè)月的持續(xù)觀測及試驗(yàn)結(jié)果，該試驗(yàn)區(qū)內(nèi)并未發(fā)生土壤流失，保土效果十分顯著，且因?yàn)檫@種技術(shù)下坡改平的特殊保水結(jié)構(gòu)，為植被提供了較好的土壤及水分條件，植被從試驗(yàn)初期單一的人工綠化黑麥草發(fā)展成為目前的野生酸模葉蓼草、葎草、木麻黃等數(shù)十種植物，人工植被和野生植被的演替速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過該水利工程其余邊坡傳統(tǒng)生態(tài)護(hù)坡措施。目前該試驗(yàn)區(qū)植被覆蓋率達(dá)到95%以上，后期管理費(fèi)用比相同條件下傳統(tǒng)生態(tài)護(hù)坡減少90%以上，值得大規(guī)模推廣。當(dāng)前該水利工程邊坡新型生態(tài)護(hù)坡砌塊技術(shù)的推廣應(yīng)用面積已達(dá)到1.40 萬m2，水土流失量減少400～850 t，蓄水保土及景觀效果十分顯著。

4 結(jié)論

綜上所述，新型生態(tài)護(hù)坡砌塊是在克服傳統(tǒng)六角生態(tài)護(hù)坡磚土壤流失嚴(yán)重弊端的基礎(chǔ)上而提出的一種新型生態(tài)護(hù)坡技術(shù)，結(jié)合應(yīng)用效果可以看出，該種新型生態(tài)砌塊土壤流失量比傳統(tǒng)生態(tài)護(hù)坡磚能減少90%以上，攔蓄降水及保水效果更佳優(yōu)異；施工過程簡單，施工速度快，對于水利工程護(hù)坡加固十分適用；就植物配置方面而言，使傳統(tǒng)生態(tài)護(hù)坡磚形式下的單一植草措施拓展為草本和灌木組合的形式，護(hù)坡砌塊中種植土容積的增加也為灌木生長提供了良好的土壤環(huán)境。應(yīng)用效果還表明，這種新型生態(tài)護(hù)坡砌塊蓄水保土效果優(yōu)良，植被自然長勢旺盛，后期無需專門進(jìn)行綠化處理，管護(hù)投入少，對于水利工程、野外高速公路、郊區(qū)河道等管護(hù)難度較大的工程護(hù)坡加固尤為適用。