某組合生態(tài)砌塊技術(shù)研究與應(yīng)用分析

陳 健 鄭俊芳

浙江建工水利水電建設(shè)有限公司 浙江 杭州 310012

目前，人工生態(tài)護(hù)岸技術(shù)主要有石籠護(hù)岸、三維土工網(wǎng)墊護(hù)岸、土工格柵石墊、介質(zhì)篩護(hù)岸、生態(tài)混凝土護(hù)岸、鏈鎖式生態(tài)磚塊護(hù)岸、自嵌式生態(tài)磚植被護(hù)岸、固化技術(shù)護(hù)岸、凈水箱護(hù)岸、生態(tài)袋護(hù)岸、種植槽護(hù)岸、傳統(tǒng)型護(hù)岸改造成生態(tài)型護(hù)岸砌塊護(hù)岸等[1-2]。然而仿生態(tài)工程技術(shù)效果始終與自然生態(tài)效果存在一定差距，在保證安全性的前提下，盡可能地接近自然生態(tài)成為人工生態(tài)護(hù)岸技術(shù)追求的目標(biāo)。經(jīng)過近二十年的發(fā)展，一種組合生態(tài)砌塊技術(shù)得到了大量的應(yīng)用，它兼具鏈鎖式生態(tài)磚塊的穩(wěn)定透水保護(hù)、石籠護(hù)岸高孔隙抗沖刷、三維土工網(wǎng)墊護(hù)岸適宜植物生長、土工格柵石墊保證陸地與河道的水汽連續(xù)性、介質(zhì)篩護(hù)岸防治水土流失、生態(tài)混凝土護(hù)岸具有的良好透水性、自嵌式生態(tài)磚植被護(hù)岸滿足水生生物的生存需要、種植槽護(hù)岸可栽種各種植物等優(yōu)點(diǎn)[3]，是一種施工方便，社會、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)效益極高的生態(tài)護(hù)岸技術(shù)。

1 主要技術(shù)原理

該生態(tài)砌塊技術(shù)主要由錨固孔和阻滑埂設(shè)計(jì)技術(shù)、生態(tài)結(jié)構(gòu)技術(shù)、剛性護(hù)坡柔性化技術(shù)、資源循環(huán)再利用技術(shù)、自動化流水線制造工藝技術(shù)等組成。主要原理是在生態(tài)砌塊中，設(shè)計(jì)錨固孔和阻滑埂，在錨固孔內(nèi)插筋灌漿，采用上下層砌塊錯(cuò)位砌筑工藝，使上下砌塊連成一體；同時(shí)砌塊阻滑埂可增加層間水平滑動阻力，防止砌塊沿層間水平位移產(chǎn)生破壞，配合土工格柵，使河道擋墻形成“縱構(gòu)橫聯(lián)”的整體結(jié)構(gòu)，擋墻結(jié)構(gòu)具有較高的整體安全性、穩(wěn)定性；設(shè)計(jì)生態(tài)腔和縱向、橫向及垂向生態(tài)孔，在河道常水位以下，生態(tài)腔和縱向及橫向生態(tài)孔能為水生動物提供良好的生長環(huán)境；在河道常水位以上，生態(tài)腔和橫向及垂向生態(tài)孔能為植物提供生長載體，使河道護(hù)岸具備了良好的生態(tài)效果；設(shè)計(jì)雙面迎水砌塊、雙層互鎖砌塊等多樣式組合砌塊，可根據(jù)不同功能、不同區(qū)域河段需要，組合成直立式、復(fù)合式等多種斷面形式的護(hù)岸，塊體構(gòu)聯(lián)曲直有致，適應(yīng)河湖凹凸岸線走向，平順銜接（圖1）。

圖1 組合生態(tài)砌塊結(jié)構(gòu)示意

2 主要優(yōu)點(diǎn)分析

2.1 生態(tài)結(jié)構(gòu)分析

該生態(tài)砌塊護(hù)岸生態(tài)空間率在25%～60%、可持土體積率5%～25%、橫向生態(tài)孔最大處開口尺寸≥40 mm、縱向生態(tài)孔最大處開口尺寸≥80 mm。該護(hù)岸的幾何結(jié)構(gòu)可在很大程度上影響河岸生態(tài)及河道生態(tài)。改善效益主要為：表面不僅可為附著型生物（田螺、苔蘚等）提供生長活動場地，也為功能性微生物（如反硝化細(xì)菌）提供重要的群落成長場所；護(hù)岸的生態(tài)空間水下部分可為小型水生和兩棲類動物提供生長庇護(hù)所，水上部分則可在填上耕作土后種植景觀濕生植物和陸生植物，構(gòu)成水-土-植物小型生態(tài)系統(tǒng)，或在有效空間內(nèi)填上水質(zhì)凈化材料，可凈化河道水體和地表漫流水體；生態(tài)砌塊燒制材料不但具有較好的力學(xué)性能，而且材料內(nèi)部連通的微孔結(jié)構(gòu)大幅增加了材料的吸附和過濾能力，同時(shí)也為水中的微生物提供了必要的生長環(huán)境，這些結(jié)構(gòu)及微生物對水體污染物具有極好的降解凈化效力；生態(tài)砌塊護(hù)岸迎水面的橫向波浪結(jié)構(gòu)、縱向階梯結(jié)構(gòu)及相鄰砌塊間的空間可有效地護(hù)岸消浪。

2.2 穩(wěn)定性分析

在該生態(tài)砌塊中設(shè)計(jì)了錨固孔、阻滑埂以及互鎖榫頭結(jié)構(gòu)。錨固孔可使砌塊豎向上下連通，通過灌漿或加筋灌漿使砌塊連成整體，既提高了擋墻的抗剪強(qiáng)度，又使砌塊上下、左右連成了整體，大大提高了擋墻的穩(wěn)定性。阻滑埂的存在首先為砌塊層間水平滑動增強(qiáng)了阻力，防止砌塊沿層間水平位移產(chǎn)生破壞，可大大提高擋墻的抗剪強(qiáng)度；其次在施工時(shí)只要貼緊阻滑埂，砌塊護(hù)岸就自然形成一個(gè)向內(nèi)傾斜的斜坡，使墻體重心偏內(nèi)，增加墻體在側(cè)向土壓力作用下的抗傾覆能力，提高了砌塊擋墻的整體穩(wěn)定性，施工工效也大幅度提高，為施工便捷創(chuàng)造了良好的條件。同時(shí)互鎖的榫頭結(jié)構(gòu)，使2塊砌塊徹底連接，進(jìn)一步增加擋墻穩(wěn)定性，提高抗傾覆能力。生態(tài)砌塊護(hù)岸主要承受的荷載是土壓力，為了檢驗(yàn)砌塊擋墻的性能，了解該生態(tài)砌塊擋墻在土壓力作用下的變形及穩(wěn)定情況，通過現(xiàn)場試驗(yàn)，對該生態(tài)砌塊擋墻在側(cè)壓力作用下的性能進(jìn)行了研究。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，實(shí)測1.4 m高未灌漿的砌塊擋墻，單寬承受側(cè)向力的能力約為4.4 kN。而現(xiàn)場試驗(yàn)是采用集中力，且作用力位置為墻高的1/2處，與實(shí)際土壓力產(chǎn)生的三角形分布荷載和作用位置是不同的，現(xiàn)場試驗(yàn)是更為不利的情況。在不考慮超載的情況下，作用在1.4 m高砌塊擋土墻上的主動土壓力約為4.0 kN/m，由此可見，未灌漿擋墻墻體本身完全可以滿足承載要求，具備較好的抗側(cè)壓力能力，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好。為了確保安全，建議在施工時(shí)對下部幾層砌塊進(jìn)行灌漿孔灌漿或植筋，以進(jìn)一步提高墻身穩(wěn)定性。

2.3 組合形式分析

該生態(tài)砌塊由工廠生產(chǎn)，現(xiàn)場拼裝，具備產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化及裝配式的特點(diǎn)。為滿足不同河道護(hù)岸要求的應(yīng)用，該生態(tài)砌塊進(jìn)行了擋墻典型斷面設(shè)計(jì)及施工工藝的研究，形成多種自由組合護(hù)岸形式，通過不同規(guī)格、形式、色彩、構(gòu)造的多種組合，造就出形式各異、曲直有致、充滿生機(jī)的生態(tài)擋墻，使得該生態(tài)砌塊類似于“生態(tài)魔方”，滿足不同河道護(hù)岸的需求。

3 施工要點(diǎn)

基礎(chǔ)施工應(yīng)注意控制好頂面高程、尺寸，基礎(chǔ)埋筋或植筋位置應(yīng)準(zhǔn)確，深度滿足要求，混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%后方可施工上部護(hù)岸墻身。安裝砌塊時(shí)應(yīng)確保每層頂面沿口線齊平，層與層之間的砌塊應(yīng)錯(cuò)位疊砌，錯(cuò)位長度為1/2砌塊寬度，注漿孔上下對齊，砌筑完畢的砌塊不得有晃動、脫空等現(xiàn)象。高1.0 m及以上的擋墻宜在錨固剪力孔內(nèi)設(shè)置鋼筋并注漿加固；墻高在1.8 m及以上時(shí)應(yīng)每高50 cm左右按要求設(shè)置一層土工格柵。砌塊空腔內(nèi)應(yīng)一邊砌筑一邊回填，水下塊空腔內(nèi)宜回填碎石或小卵石，常水位以上應(yīng)填入耕作土或營養(yǎng)土。墻后土方須分層回填，最上層應(yīng)采用植物土，人工搗實(shí)整平即可，以利于植物生長。綠化植物宜選擇四季常青、多年生長、耐干旱耐水淹、綠化效果快、養(yǎng)護(hù)簡單的品種，優(yōu)先采用本土植物，宜在蓋板安裝前及時(shí)種入，植物根部盡量往墻體背部靠近，以利于其扎入墻外土壤，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，及時(shí)澆水，確保植物存活率。

4 應(yīng)用效果分析

該生態(tài)砌塊護(hù)岸技術(shù)采用了全新的護(hù)岸結(jié)構(gòu)并運(yùn)用全新的生態(tài)理念，做到了剛性護(hù)岸的生態(tài)化，具有明顯的生態(tài)效益，已廣泛應(yīng)用于各類河道治理、河湖生態(tài)修復(fù)工程，有效解決了傳統(tǒng)護(hù)岸破壞水生物棲息、繁衍環(huán)境，影響河湖生態(tài)與河湖健康的難題。為更加客觀地評價(jià)該生態(tài)砌塊的應(yīng)用效果，對嘉興市海鹽縣百步鎮(zhèn)潛龍溪（3個(gè)該生態(tài)砌塊護(hù)岸樣點(diǎn)與2個(gè)傳統(tǒng)堤岸樣點(diǎn)）、嘉興市南湖區(qū)長板塘（3個(gè)該生態(tài)砌塊護(hù)岸樣點(diǎn)與2個(gè)傳統(tǒng)堤岸樣點(diǎn)）、嘉興市南湖區(qū)思仙河（1個(gè)該生態(tài)砌塊護(hù)岸樣點(diǎn)與1個(gè)傳統(tǒng)堤岸樣點(diǎn)）等3個(gè)實(shí)際案例進(jìn)行較為全面的環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查與測試，該生態(tài)砌塊護(hù)岸實(shí)施生態(tài)效果顯著，具體如下：

1）該生態(tài)砌塊獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)使其組合成的生態(tài)護(hù)岸具有較大體積的空間，空間的水下部分可以為小型水生和兩棲類動物提供有效的生長庇護(hù)場所，水上部分則可在砌塊空腔內(nèi)填上耕作土后種植景觀濕生植物和陸生植物。

2）由于該生態(tài)砌塊護(hù)岸為水生動植物提供了較為適宜的生境條件，相比傳統(tǒng)的直立護(hù)岸具有更為完善的生態(tài)系統(tǒng)和食物鏈，生物多樣性明顯高于傳統(tǒng)的直立護(hù)岸區(qū)，浮游植物香農(nóng)-威納指數(shù)（香農(nóng)-威納指數(shù)是評價(jià)生物群落局域生境內(nèi)多樣性最常用的指標(biāo)）平均提升了40%以上。

3）由于該生態(tài)砌塊護(hù)岸構(gòu)建了較為合理的河岸環(huán)境和生態(tài)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了河道水體的自凈能力。通過對水質(zhì)檢測結(jié)果進(jìn)行對比，該生態(tài)砌塊護(hù)岸所在河段的水質(zhì)較傳統(tǒng)直立護(hù)岸所在河段的水質(zhì)有明顯改善，其中氨氮、正磷酸鹽、總氮總磷等指標(biāo)有所降低。

4）該生態(tài)砌塊護(hù)岸的砌塊內(nèi)護(hù)坡植物生長較好，新生枝條和根系的生長量均達(dá)到了較高的水平，其水土保持效果逐漸增強(qiáng)，能有效消納吸收部分因短時(shí)間內(nèi)高強(qiáng)度暴雨帶來的面源污染，防止其直排河道。

5）該生態(tài)砌塊護(hù)岸由于其物理結(jié)構(gòu)合理，為其他本地植被的恢復(fù)提供了穩(wěn)定的生境，對土壤的固結(jié)作用非常明顯，對土壤的保護(hù)作用明顯強(qiáng)于傳統(tǒng)的直立護(hù)岸。

5 結(jié)語

該組合生態(tài)砌塊采用科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得該生態(tài)砌塊具有獨(dú)特的生態(tài)腔和縱向、橫向及垂向生態(tài)孔，可以為水上、水下不同動植物提供良好的生存繁衍和生長環(huán)境。另外，擋墻結(jié)構(gòu)還具有較高的整體安全性、穩(wěn)定性，同時(shí)能自由組合成多種斷面形式的護(hù)岸結(jié)構(gòu)，滿足不同河道的需求。

該生態(tài)砌塊與類似生態(tài)砌塊產(chǎn)品相比，總體技術(shù)水平領(lǐng)先，成熟性和適用性強(qiáng)，已廣泛應(yīng)用于長三角骨干河道、高等級航道、河湖生態(tài)修復(fù)、水土流失防治等水利、交通、市政多個(gè)領(lǐng)域的護(hù)岸護(hù)坡工程建設(shè)，實(shí)施生態(tài)效果十分顯著，有效解決了傳統(tǒng)護(hù)岸破壞水生物棲息、繁衍環(huán)境，影響河湖生態(tài)與河湖健康的難題，取得了顯著的社會、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 李佳皓,宋啟蒙,劉佳安,等.航道生態(tài)護(hù)岸消波效能的研究進(jìn)展[J].中國水運(yùn)(下半月),2019,19(9):136-137;140.

[2] 黃小鵬,謝軍.河道整治中常用生態(tài)護(hù)岸類型[J].水運(yùn)工程,2017(11):109-113.

[3] 陳丙法,黃蔚,陳開寧,等.河道生態(tài)護(hù)岸的研究進(jìn)展[J].環(huán)境工程,2018,36(3):74-77;168.