聯(lián)鎖式生態(tài)護坡嵌草磚的塊型設計

王 欣 安尚豪 周文浩 席圣武

(唐山學院藝術系,河北 唐山063000)

近年來,隨著礦山資源和城市河道的開發(fā)建設,其在創(chuàng)造社會和經濟效益的同時,也產生了大量裸露山體邊坡和河湖坡岸。這些裸露坡面的生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞,動植物失去棲息場所；同時坡面經過人工擾動,穩(wěn)定性差,極易發(fā)生次生地質災害。我國生態(tài)文明建設進程的推進,落實綠色發(fā)展理念的提升,裸露邊坡生態(tài)修復與環(huán)境治理成為亟待解決的熱點問題。2016 年國務院印發(fā)的《“十三五”生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》中指出要實施一批重大工程以體現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護,其中包括河道生態(tài)環(huán)境恢復；2019年中國礦業(yè)聯(lián)合會召開生態(tài)產品發(fā)布會指出,推廣生態(tài)環(huán)保技術與材料,利用本土植物,促進生態(tài)、社會、經濟效益協(xié)調平衡發(fā)展?？梢钥闯鲂滦偷纳鷳B(tài)修復材料和生態(tài)修復方法是解決問題的關鍵,傳統(tǒng)的工程措施的硬化護坡將逐漸退出歷史舞臺,加快研制新型生態(tài)護坡塊型是當務之急。

1 國內外研究進展

與傳統(tǒng)的單純工程措施護坡相比,生態(tài)聯(lián)鎖嵌草磚兼具生態(tài)性和聯(lián)鎖性兩個特征。由于植被的存在,保證了生態(tài)系統(tǒng)平衡,有利于恢復生物多樣性；由于嵌草磚之間聯(lián)鎖,提高了鋪砌的施工效率,節(jié)約了人力、物力。20 世紀50 年代德國最先研制成功側面具有聯(lián)鎖功能的混凝土鋪地磚,在歐洲得到廣泛使用。1973 年日本引進這項技術并進一步改進,應用到景觀道路中使用。20 世紀70 年代末,我國混凝土制品主要集中在建筑墻用砌塊和道路砌塊領域,開始出現(xiàn)具有聯(lián)鎖原理的建筑墻用砌塊產品；1985 年引進聯(lián)鎖混凝土鋪地磚,在此基礎上研制出聯(lián)鎖空心砌塊；于20 世紀90 年代在全國范圍內推廣應用。目前,我國園林景觀用混凝土砌塊、砌磚制品多種多樣,生態(tài)聯(lián)鎖砌塊產品迎來了新的市場機遇。

世界各國針對于嵌草磚的設計和施工進行了大量研究,嵌草磚的種類很多,根據(jù)其是否聯(lián)鎖以及聯(lián)鎖的形式可以分為:無聯(lián)鎖、線性聯(lián)鎖、平面聯(lián)鎖和立體聯(lián)鎖,代表的塊型如圖1-3 所示。無聯(lián)鎖生態(tài)嵌草磚是指砌塊塊型一致,相互之間各自獨立,砌塊之間不會限制某方向的移動。線性聯(lián)鎖生態(tài)嵌草磚是指砌塊之間可相互限定某一方向上的移動。平面聯(lián)鎖嵌草磚是指砌塊之間相互限定在一個平面上的移動。立體聯(lián)鎖嵌草磚是指砌塊之間相互限定X、Y、Z 軸三個方向上的移動。

圖1 無聯(lián)鎖嵌草磚

無聯(lián)鎖和線性聯(lián)鎖嵌草磚是道路、停車場、高速公路邊坡綠化的常用方法,在其內部空心部分填充營養(yǎng)基質,栽種植物以實現(xiàn)生態(tài)修復的功能。由于磚體側向無連接,僅依靠摩擦力固定,自身穩(wěn)定性差,只適用于無坡度或坡度平緩的邊坡。平面聯(lián)鎖嵌草磚可以在平面上形成聯(lián)鎖,適合河道護坡,要求坡度小、過渡平緩且均一的坡面。

2 高陡邊坡聯(lián)鎖式生態(tài)護坡嵌草磚

高陡邊坡表面不穩(wěn)定,易造成坡體垮塌,同時水流沖刷力強,又缺少植物賴以生存的土壤,生態(tài)修復難度大。由于坡度較大而且坡度不固定,需要在每塊磚之間多點聯(lián)鎖,增大整體性和抗震性；為實現(xiàn)施工和運輸方法,塊型要簡單,不易損壞。

基于榫卯原理,聯(lián)鎖式生態(tài)護坡嵌草磚實現(xiàn)了帶有卯眼和榫頭的空心砌塊的立體聯(lián)鎖,在X、Y、Z 軸上均能限制位移,如圖4 所示；針對于不同地形地貌可形成多種拼接方式,提高了適應性。當無坡度時,嵌草磚之間正對咬合,平鋪成平面,如圖5 所示；當坡度較小時,嵌草磚側面咬合,后砌塊上抬壓住前砌塊的齒牙,如圖6 所示；當坡度較大時,嵌草磚側面咬合,后砌塊壓在前砌塊上,同時用錨桿插入卯眼中并固定于邊坡上,如圖7 所示；增大砌塊之間的摩擦力以增加穩(wěn)定性。

圖2 線性聯(lián)鎖嵌草磚

圖3 平面聯(lián)鎖嵌草磚

圖4 立體聯(lián)鎖嵌草磚

圖5 平鋪形式

圖6 坡度均一時鋪砌方法

圖7 坡度較大時鋪砌方法

3 聯(lián)鎖式生態(tài)護坡嵌草磚的優(yōu)點

3.1 超強聯(lián)鎖。帶有榫卯結構的生態(tài)護坡嵌草磚互相咬合,必要時可穿錨桿固定于坡面,實現(xiàn)了三維空間上的定位和聯(lián)鎖,增強了坡面的整體性,同時適應多種坡度,尤其是高陡邊坡,解決了山體生態(tài)修復的瓶頸。

3.2 生態(tài)護坡。聯(lián)鎖嵌草磚可以利用礦山尾礦渣、工業(yè)廢渣制作,因地制宜、就地取材,生產過程中無需燒結。磚體中的空心部位既可節(jié)約材料,又能種樹植草和補充地下水,保證了生態(tài)性。同時砌筑的時候可以做到不用或少用砂漿,減少人工對生物圈的阻隔。

3.3 施工簡捷。施工簡單,免砂漿砌筑,對施工技術人員要求不高,為提高施工效率奠定了基礎。與傳統(tǒng)的硬質護坡相比,節(jié)省費用約40%。

4 結論

立體聯(lián)鎖是在平面基礎上增加上下兩方向的連鎖功能來進行實現(xiàn)穿插固定,這是連鎖砌磚以后的未來發(fā)展趨勢,具有巨大的發(fā)展?jié)撃芎褪袌鲂枰?應該大力推廣應用。

聯(lián)鎖式嵌草磚可基于立體聯(lián)鎖形式的基礎上繼續(xù)開發(fā)和使用,針對于實踐過程中的實際情況進行不斷研發(fā),提出適應性更強的解決方案,使其具有更好的便捷性和實用性,更好的實現(xiàn)節(jié)能資源、節(jié)約人力、便捷使用的目標。