現(xiàn)澆綠化混凝土護(hù)坡在農(nóng)村河道整治工程中的應(yīng)用

王 潔，王忠凱，李章林，曹 明

(1.揚(yáng)州市水利局，江蘇 揚(yáng)州 225009；2.泰興市水務(wù)局，江蘇 泰州 225400)

現(xiàn)澆綠化混凝土作為一種生態(tài)混凝土，萌芽在20世紀(jì)中葉的歐洲，由于砂子短缺，英國(guó)發(fā)明了無(wú)砂混凝土。20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始，日本進(jìn)行了混凝土和綠色植物相結(jié)合為目標(biāo)的研究[1]，并于2000年成立了綠化混凝土協(xié)會(huì)。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)學(xué)者也進(jìn)行了大量綠化混凝土研究[2- 9]?，F(xiàn)澆綠化混凝土抗沖刷能力強(qiáng)，具有良好的生態(tài)型和景觀性，是對(duì)傳統(tǒng)護(hù)岸技術(shù)的一次重大改變，真正實(shí)現(xiàn)了在混凝土上種草的愿望，使剛性護(hù)砌與環(huán)境綠化完美地結(jié)合起來(lái)。目前，現(xiàn)澆綠化混凝土廣泛應(yīng)用于上海、浙江、江蘇、四川、湖北等地河湖水系、農(nóng)田水利以及道路交通護(hù)岸工程中[10- 16]，2017年揚(yáng)州市在農(nóng)村河道整治工程中將現(xiàn)澆混凝土應(yīng)用于河道護(hù)岸工程。

1 揚(yáng)州市農(nóng)村河道提標(biāo)整治工程

農(nóng)村河道疏浚整治及長(zhǎng)效管護(hù)是建設(shè)水生態(tài)文明城市的重要內(nèi)容，疏浚農(nóng)村河道、整治農(nóng)村環(huán)境，是農(nóng)民群眾最關(guān)心、最直接的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，揚(yáng)州市委、市政府2014—2015年每年安排1億元，完成了全市農(nóng)村河道疏浚整治全覆蓋。

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐的加快，對(duì)城鎮(zhèn)周邊水生態(tài)環(huán)境提出了更高的要求，農(nóng)村河道疏浚整治及管護(hù)需要與水生態(tài)文明建設(shè)、新型城鎮(zhèn)化建設(shè)、水美鄉(xiāng)村建設(shè)相結(jié)合，還要積極響應(yīng)國(guó)家“海綿城市”戰(zhàn)略要求。市委、市政府在農(nóng)村河道疏浚整治兩年全覆蓋基礎(chǔ)上，提出開(kāi)展農(nóng)村河道提標(biāo)整治工程建設(shè)，加快實(shí)施農(nóng)村水環(huán)境、水生態(tài)示范工程。

揚(yáng)州市生態(tài)科技新城九圩河先行試點(diǎn)。生態(tài)科技新城氣候濕潤(rùn)，四季分明，雨量充沛。年平均氣溫15.2℃，冬冷夏熱較為突出。年均降水量1015.9mm，最高1608.6mm(1991年)，最小389.2mm(1978年)，年變幅達(dá)3.4倍，且降雨量時(shí)空分布不均，年際、年內(nèi)差異較大，經(jīng)常出現(xiàn)先旱后澇、旱澇急轉(zhuǎn)、旱澇交替的天氣形勢(shì)。地表沉積以砂壤土為主，俗稱“高沙土”。九圩河位于揚(yáng)州市生態(tài)科技新城杭集鎮(zhèn)南部圩區(qū)，穿越雙隆、八圩兩個(gè)村，與夾江相連，長(zhǎng)約2.7km，是圩區(qū)內(nèi)骨干引排河道，保障農(nóng)田灌溉5000畝，受益人口6000多人。河道自1978年開(kāi)挖，規(guī)劃了道路，栽植了水杉，一直處于較好的管理狀態(tài)。但是，由于河水長(zhǎng)期沖刷且“高沙土”，迎水坡多處出現(xiàn)了掏空、斷崖式坍塌現(xiàn)象，高大的水杉根部裸露，河床淤積增高，引排能力大打折扣。九圩河提標(biāo)整治工程涉及整治長(zhǎng)度2.43km，河道清淤2.43km，新建護(hù)岸4.69km(兩岸)，設(shè)計(jì)河道底寬4.50～6.00m，設(shè)計(jì)河底高程為0.00m。

2 護(hù)岸結(jié)構(gòu)方案比選

項(xiàng)目區(qū)河道基本未建護(hù)岸，南端排澇站附近建有漿砌塊石護(hù)坡，其余大部分河段存在岸坡坍塌的現(xiàn)象。規(guī)劃中該工程的護(hù)岸結(jié)構(gòu)主要有綠化混凝土護(hù)坡、自嵌式加筋擋墻、漿砌塊石擋墻、鋼筋混凝土懸臂式擋墻等型式。護(hù)岸型式對(duì)比見(jiàn)表1。

3 現(xiàn)澆綠化混凝土構(gòu)造形式及技術(shù)要求

3.1 構(gòu)造形式

綠化混凝土護(hù)坡分預(yù)制和現(xiàn)澆兩種，本工程采用底柱表孔現(xiàn)澆綠化混凝土護(hù)坡新技術(shù)，主要由底梁、現(xiàn)澆綠化混凝土、客土及營(yíng)養(yǎng)土、草籽組成。其中綠化混凝土原材料主要為水泥、石子、水、綠化混凝土添加劑。水泥采用強(qiáng)度等級(jí)42.5普通硅酸鹽水泥，石子粒徑為5～20mm。

九圩河現(xiàn)狀河道兩邊為成林成行的參天水杉，風(fēng)景優(yōu)美。參照九圩河原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)河道底寬4.50～6.00m，河底高程為0.00m；結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件，設(shè)計(jì)邊坡1∶1.60。河道常水位2.20m，護(hù)坡底高程0.60m，設(shè)0.3m×0.4m底梁；為不破壞現(xiàn)狀水杉，護(hù)坡頂高程3.20m，不設(shè)置隔梗、頂梁，護(hù)坡頂部以斜坡連接至原坡面。斷面如圖1所示。

3.2 關(guān)鍵點(diǎn)控制技術(shù)要求

綠化混凝土與普通混凝土相比，其組分缺少沙子，粗骨料之間沒(méi)有沙子的填充，孔隙增多，孔隙率增大，有些孔隙相互連通，連通的孔隙貫穿混凝

土的厚度方向，貫通孔隙為植物根系生長(zhǎng)提供空間，使混凝土上長(zhǎng)草具有理論可行性。綠化混凝土保護(hù)環(huán)境、改善生態(tài)條件及基本保持原有防護(hù)作用等基本功能的實(shí)現(xiàn)，需要注意以下關(guān)鍵點(diǎn)。

3.2.1 孔隙率控制

孔隙率指塊狀材料中孔隙體積與材料占自然狀態(tài)下總體積的百分比。綠化混凝土的孔隙率是綠化混凝土一個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)，有效孔隙能夠儲(chǔ)存水分、養(yǎng)料，并且連通孔隙允許植物根系的穿過(guò)。有效孔隙率可以用排水法測(cè)得。研究表明，綠化混凝土連通孔隙率在25%以上，就能滿足植物生長(zhǎng)對(duì)孔隙率的要求[17]。本工程綠化混凝土使用具有發(fā)明專利“底柱表孔型現(xiàn)澆綠化混凝土及制備方法和設(shè)備”(申請(qǐng)?zhí)?01610158057.3)和實(shí)用新型專利“現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡結(jié)構(gòu)”(申請(qǐng)?zhí)?01621085759.5)規(guī)定的原材料組分制備，孔洞孔隙率在25%～35%之間，滿足植物生長(zhǎng)對(duì)孔隙率的要求。

3.2.2 孔隙鹽堿環(huán)境改造

植物生長(zhǎng)需要適宜的酸堿環(huán)境，一般適合植物生長(zhǎng)的pH值為7～8，而普通混凝土中由于存在大量水泥水化產(chǎn)物，其孔隙間堿性水環(huán)境的pH值為12.5～13.5，因此要取得良好的綠化和防護(hù)效果必須要降低綠化混凝土的堿性。本工程使用具有發(fā)明專利“綠化混凝土添加劑”(申請(qǐng)?zhí)?01610158058.8)中規(guī)定的添加劑組分，其成分主要由水、保水劑、氮磷鉀肥、氨基酸、黃腐酸、生根劑、赤霉素等組成，能中和混凝土堿性，儲(chǔ)存微量的多種能促進(jìn)植草生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)元素，保障植物正常生長(zhǎng)。

表1 護(hù)岸型式比選

圖1 九圩河CS0+900斷面結(jié)構(gòu)圖

3.2.3 護(hù)坡強(qiáng)度

綠化混凝土不僅要種植出植物，還要保持其基本的結(jié)構(gòu)功能，應(yīng)具有一定的強(qiáng)度，尤其是應(yīng)用在河岸護(hù)坡的綠化混凝土。綠化混凝土孔隙率越高，強(qiáng)度越低，本工程使用的綠化混凝土孔洞孔隙率在25%～35%之間，能滿足護(hù)坡強(qiáng)度要求。且底柱表孔制備方法及施工工藝，結(jié)構(gòu)合理，強(qiáng)度大，表面均勻分布的孔洞特別適合根系較粗的植物生長(zhǎng)，而且底部插入泥土中的混凝土柱狀體像釘子一樣牢牢扎入河坡中，能有效防止混凝土的滑落等現(xiàn)象，使護(hù)坡更牢固。

4 護(hù)坡效果

本工程現(xiàn)澆綠化混凝土護(hù)坡整體穩(wěn)定好，2017年汛前完工后，已經(jīng)經(jīng)受住2017、2018年汛期洪水及暴漲暴落水位條件的持久性適應(yīng)性考驗(yàn)，同時(shí)表現(xiàn)出良好的生態(tài)功能，生態(tài)效果如圖2所示。現(xiàn)澆綠化混凝土護(hù)坡在自然地形、地貌、不破壞現(xiàn)有水杉的基礎(chǔ)上，建立起陽(yáng)光、水、植物、生物、邊坡之間的生態(tài)系統(tǒng)。此外，綠化混凝土護(hù)坡利用植草生長(zhǎng)和自身的多孔隙結(jié)構(gòu)起到緩沖過(guò)濾、水質(zhì)凈化的作用，夯實(shí)堤坡，防止水土流失，甚至在綠化混凝土上發(fā)現(xiàn)了生長(zhǎng)的螺螄，同時(shí)還能調(diào)節(jié)氣候，在一定程度上減少城鎮(zhèn)熱島效應(yīng)?？傊?，通過(guò)現(xiàn)澆綠化混凝土護(hù)坡，治理后的九圩河“水清、河暢、岸綠、景美”，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的水生態(tài)修復(fù)。

圖2 九圩河現(xiàn)澆綠化混凝土生態(tài)效果圖

5 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)澆綠化混凝土護(hù)坡技術(shù)是目前非大流量行洪河道護(hù)坡中較先進(jìn)的技術(shù)，具有護(hù)坡固土、生態(tài)景觀、節(jié)省材料、廣泛適用、施工簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，是治理河坡坍塌、城市黑臭河道生態(tài)整治的最佳選擇，應(yīng)用前景廣闊。九圩河護(hù)坡現(xiàn)澆綠化混凝土整治效果顯現(xiàn)后，揚(yáng)州市陸續(xù)在揚(yáng)泰機(jī)場(chǎng)護(hù)場(chǎng)河、開(kāi)發(fā)區(qū)大寨河、邗江區(qū)運(yùn)西中心河、團(tuán)結(jié)河及江都區(qū)農(nóng)村河道整治工程中進(jìn)行了應(yīng)用，效果顯著。