水利工程河道生態(tài)護(hù)坡施工技術(shù)

朱以明 蘇州明駿建設(shè)工程有限公司

陳允生 江蘇祥通建設(shè)有限公司

陸紅 蘇州市宏大建設(shè)工程有限公司

水利工程施工過(guò)程中需考慮生態(tài)性與安全性，修筑河道生態(tài)護(hù)坡優(yōu)勢(shì)在于增加地表植被覆蓋面積、減少水土流失、促進(jìn)地表水循環(huán)、防洪抗洪，也能夠完善河流生態(tài)系統(tǒng)、保護(hù)生態(tài)多樣性。河道生態(tài)護(hù)坡還能夠提高生態(tài)環(huán)境的修復(fù)能力，促進(jìn)河道交通的發(fā)展，促進(jìn)人與自然的和諧相處。本文針對(duì)不同地區(qū)的不同生態(tài)環(huán)境特征，將施工技術(shù)運(yùn)用到水利工程的河道生態(tài)護(hù)坡施工當(dāng)中。

1.河道生態(tài)護(hù)坡施工技術(shù)

1.1 選擇植被覆蓋類(lèi)型

為了更好地實(shí)現(xiàn)河道生態(tài)環(huán)境保護(hù)，提高河道生態(tài)護(hù)坡防洪、防水土流失的加固能力，充分了解周邊植物類(lèi)型與土壤酸堿度、凝聚力后，結(jié)合所在地區(qū)的降水類(lèi)型、降水量與降水條件，選擇合適的植被品種。即選擇適合周邊環(huán)境或生長(zhǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)的喬木、杉木、灌木、草皮等品種，既能保證植被存活率與成長(zhǎng)質(zhì)量，有效增加綠色植被覆蓋面積，又能利用龐大的枝葉與根系增強(qiáng)土壤吸水與儲(chǔ)水的能力，減少水土流失，減少洪災(zāi)的發(fā)生概率，實(shí)現(xiàn)護(hù)坡植被與周邊植被的整體生長(zhǎng)與規(guī)劃。采用整體性規(guī)劃理念，加強(qiáng)對(duì)河流護(hù)坡建設(shè)的整體性美感建設(shè)，吸取湖泊周邊環(huán)境建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。

在土壤狀況較差、水土流失嚴(yán)重的地區(qū)，以及坡度較小的巖基坡面、風(fēng)化巖及硬質(zhì)土砂地、道路邊坡、礦山、庫(kù)區(qū)以及貧瘠土地，減少工程施工防護(hù)與建設(shè)，增加植被覆蓋與自然景觀，采用根莖較大、枝葉濃密、生命力旺盛的植物如楊樹(shù)、柳樹(shù)等，形成橫縱交錯(cuò)、密度較大的根莖與枝葉防護(hù)網(wǎng)，有效防止河水因水量較大、流速較快、地形特征等原因?qū)影兜臎_擊與侵蝕。在附近草皮來(lái)源較易、坡度不高且嚴(yán)重風(fēng)化的巖層進(jìn)行軟巖層邊坡防護(hù)工程，選取活枝插桿、灌叢墊網(wǎng)、柴木籠的防護(hù)方式，實(shí)現(xiàn)防護(hù)坡的快速生長(zhǎng)與建設(shè)。

1.2 選擇施工工程材料

本文設(shè)計(jì)的植物型混凝土為生態(tài)材料，多孔隙且表面孔徑值相等，孔隙直徑較大，根據(jù)植物學(xué)與工程力學(xué)相結(jié)合的原理，該材料能夠承受較大的河道流速，抗沖刷，保護(hù)邊坡的生態(tài)完整性，彌補(bǔ)現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡的不足，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。在植物根系部位使用多孔真空混凝土，既能提高植物根系的穩(wěn)定性與防沖擊性，又能減少對(duì)植物根莖的壓力，實(shí)現(xiàn)水分與土壤養(yǎng)分的輕松流動(dòng)，滋養(yǎng)植物根莖，使用木纖維、粘合劑、保水劑，保證植物含水量，保證植被穩(wěn)定存活。在真空層表面搭建土壤層，保證護(hù)坡植物水分吸收與外排，防止旱澇災(zāi)害的發(fā)生，保留植物固有生長(zhǎng)環(huán)境。在混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)的內(nèi)部注入有機(jī)保水劑、粘合劑、抗蒸騰劑、團(tuán)粒劑、植物纖維、泥炭土、腐殖土、緩釋復(fù)合肥等一系列材料，確保植物根莖養(yǎng)分充足及儲(chǔ)備，以減少植被枯萎率。在真空結(jié)構(gòu)與表層土壤結(jié)構(gòu)之間墊一層專(zhuān)用無(wú)紡布，為植物的發(fā)芽與成長(zhǎng)提供緩解空間，提高微生物與營(yíng)養(yǎng)含量，增加生物種類(lèi)。

1.3 設(shè)計(jì)防護(hù)坡形態(tài)

將植被護(hù)坡與土工網(wǎng)防護(hù)方法相結(jié)合，選取大孔隙、密度低、易排水、易透氣的絲瓜瓤形狀的植草防護(hù)網(wǎng)，在網(wǎng)狀間隙中填充多種混合物與植物生產(chǎn)劑料，如泥沙、混凝土、砂石等，提高網(wǎng)狀物的基礎(chǔ)穩(wěn)定性，培育河道周邊草植的生長(zhǎng)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)三維植物網(wǎng)防護(hù)體系的縱向扎根與橫向擴(kuò)展。三維植草網(wǎng)墊坡具有穩(wěn)定性與靈活性，且密度較低，伴隨流水滲入與植被生長(zhǎng)，內(nèi)部空間彈性較大，對(duì)于河道環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng)，構(gòu)建系統(tǒng)生態(tài)防護(hù)體系，不易受損、腐蝕，抵御河水沖擊與侵蝕的能力較強(qiáng)。

2.實(shí)驗(yàn)分析

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)方法的有效性，選擇某水利工程生態(tài)區(qū)護(hù)坡上的四個(gè)處于不同位置的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)點(diǎn)A、實(shí)驗(yàn)點(diǎn)B、實(shí)驗(yàn)點(diǎn)C、實(shí)驗(yàn)點(diǎn)D，作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。將本文設(shè)計(jì)的生態(tài)護(hù)坡施工技術(shù)與傳統(tǒng)的生態(tài)護(hù)坡施工技術(shù)做對(duì)比，對(duì)比兩者的生態(tài)護(hù)坡安全穩(wěn)定性系數(shù)，實(shí)驗(yàn)實(shí)施的準(zhǔn)備過(guò)程與結(jié)果如下。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與過(guò)程

2.1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

該生態(tài)護(hù)坡邊坡總高度210m，上部坡長(zhǎng)130m，下部坡長(zhǎng)160m，上坡角度54°，下坡角度23°。生態(tài)護(hù)坡整體處于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年降水量可達(dá)1500mm。實(shí)驗(yàn)點(diǎn)A處于坡頂10m的位置，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)B處于距離坡頂110m的位置，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)C處于距離坡頂190m的位置，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)D處于距離坡底10m的位置。四個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)由于處于河流的不同位置、河流流向偏斜力作用不同，水土流失程度不同，所處地周邊的環(huán)境不同，原有植被種類(lèi)不同，生物種群數(shù)量不同，施工承載力不同。本文對(duì)四個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)原有環(huán)境進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)水土流失程度輕重、生態(tài)破壞程度大小、原有植被類(lèi)型、土壤密度、土壤酸堿度、生物種群數(shù)量、施工承載力大小，探測(cè)結(jié)果如表1 所示。

表1 實(shí)驗(yàn)點(diǎn)原有環(huán)境探測(cè)結(jié)果

2.1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

首先，使用本文方法分析實(shí)驗(yàn)點(diǎn)A、B、C、D所應(yīng)使用的施工技術(shù)種類(lèi)與施工材料。根據(jù)本文設(shè)計(jì)的施工方法，實(shí)驗(yàn)點(diǎn)A生態(tài)環(huán)境與水土狀況較好，土壤呈酸性，適合原有的植被材料生長(zhǎng)，且生物種群具有多樣性，施工承載力適中，原有的植被喬木、灌木、杉木根莖較大、枝葉茂盛，對(duì)地表水的循環(huán)能力較強(qiáng)，適合選擇全系列自然型護(hù)坡施工技術(shù)，選取原有的喬木、灌木與杉木的材料，擴(kuò)大底部沉水植物的面積，形成全系列防護(hù)網(wǎng)。實(shí)驗(yàn)點(diǎn)B水土流失與生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重，固土保水能力低，造成水土流失與沖溝，土壤密度小，堿性土壤情況較差，不適合大根莖植物生長(zhǎng)，且施工承載力較低，適合選擇土壤生物工程護(hù)坡施工技術(shù)，選用原有的柳樹(shù)與松樹(shù)，以及楊樹(shù)、灌叢墊網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)綠色生態(tài)防護(hù)坡的建設(shè)，減少對(duì)脆弱的生態(tài)環(huán)境的破壞。實(shí)驗(yàn)點(diǎn)C施工環(huán)境良好，施工承載力，一切條件適中，適合選取植被型混凝土固土施工技術(shù)，選取生態(tài)混凝土材料與砂土，實(shí)現(xiàn)固土、固植。實(shí)驗(yàn)點(diǎn)D水土流失嚴(yán)重，生物種群類(lèi)數(shù)較多，施工承載力較低，不適合大規(guī)模施工，而且土壤生物施工技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足防治水土流失的急切需求，因此要選擇三維植草網(wǎng)墊坡固土施工技術(shù)，選取泥沙、混凝土、砂石與原有草皮和灌木相結(jié)合，建造防護(hù)坡。

在本文設(shè)計(jì)的施工技術(shù)與施工材料選取完成之后，在溫度適宜、降水適宜的4月份開(kāi)展生態(tài)護(hù)坡施工。施工過(guò)程如圖1所示。

圖1 本文的生態(tài)護(hù)坡施工技術(shù)施工過(guò)程

至此，本文的生態(tài)護(hù)坡防護(hù)技術(shù)施工實(shí)驗(yàn)完成，形成了由上坡實(shí)驗(yàn)點(diǎn)A到下坡實(shí)驗(yàn)點(diǎn)D的一體化生態(tài)防護(hù)坡。

再使用傳統(tǒng)的河道護(hù)坡技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同樣加固實(shí)驗(yàn)點(diǎn)A、實(shí)驗(yàn)點(diǎn)B、實(shí)驗(yàn)點(diǎn)C、實(shí)驗(yàn)點(diǎn)D。使用同一施工團(tuán)隊(duì)，同樣選擇4月份開(kāi)展施工，此季節(jié)降水量較少，植物成活率較高，氣溫適宜，適合各技術(shù)投入施工。使用傳統(tǒng)方法，與本文生態(tài)加固技術(shù)同樣在4月開(kāi)展施工，加固河道護(hù)坡，在5月份完成整體施工過(guò)程。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本文在完成本文河道生態(tài)加固技術(shù)施工與傳統(tǒng)河道加固技術(shù)施工之后，檢驗(yàn)二者的施工效果，并進(jìn)行效果對(duì)比分析。本文使用的河道護(hù)坡生態(tài)技術(shù)加固后的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)A、實(shí)驗(yàn)點(diǎn)B、實(shí)驗(yàn)點(diǎn)C、實(shí)驗(yàn)點(diǎn)D如圖2所示。

圖2 本文生態(tài)護(hù)坡施工技術(shù)加固效果圖

由圖3可知，本文使用的生態(tài)施工方法對(duì)四個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)采取不同施工方法與手段，施工成果各有特色，景觀優(yōu)美，且不會(huì)千篇一律，直觀上美感很充足。傳統(tǒng)施工方法對(duì)四個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)采取的同一施工手段，施工效果縮略圖如圖3所示。

圖3 傳統(tǒng)河道護(hù)坡技術(shù)加固效果圖

在降水季節(jié)7月對(duì)使用本文方法進(jìn)行河道生態(tài)加固與使用傳統(tǒng)方法進(jìn)行加固的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)A、B、C、D進(jìn)行河道安全穩(wěn)定性系數(shù)測(cè)試，根據(jù)7月河道受流水侵蝕的損壞程度與洪水發(fā)生頻率得出河道安全穩(wěn)定性系數(shù)，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

圖4 河道護(hù)坡安全穩(wěn)定性系數(shù)

根據(jù)圖4可知，本文設(shè)計(jì)的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)穩(wěn)定性系數(shù)比傳統(tǒng)護(hù)坡穩(wěn)定性高2左右，具有更高的應(yīng)用價(jià)值。而且實(shí)驗(yàn)點(diǎn)A使用本文生態(tài)施工方法施工后的安全穩(wěn)定性系數(shù)與傳統(tǒng)施工方法后的施工安全性差數(shù)更高，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)點(diǎn)A使用的本文的施工技術(shù)的加固效果更好，也就是全系列自然型護(hù)坡施工技術(shù)對(duì)于河道的加固效果更好。證明全系列自然型護(hù)坡施工技術(shù)對(duì)于環(huán)境的適應(yīng)能力更高，形成的植物防護(hù)網(wǎng)的防護(hù)效果更強(qiáng)，更利于廣泛推廣于水利工程中的河道護(hù)坡施工工程。

3.結(jié)束語(yǔ)

為了解決傳統(tǒng)河道生態(tài)護(hù)坡穩(wěn)定性不足的問(wèn)題，提出新的河道生態(tài)護(hù)坡施工技術(shù)。希望在增強(qiáng)護(hù)坡穩(wěn)定性的同時(shí)，提高觀賞性，保護(hù)生態(tài)多樣性。為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的有效性，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的水利工程河道生態(tài)護(hù)坡施工技術(shù)能夠增加綠化面積，保護(hù)河道周邊的生態(tài)環(huán)境，保護(hù)生態(tài)物種多樣性，減少洪災(zāi)發(fā)生頻率，促進(jìn)人與自然和諧共生，護(hù)坡能力極強(qiáng)、施工工藝簡(jiǎn)單、技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。在水利工程中使用河道生態(tài)護(hù)坡施工技術(shù)，能夠有效保護(hù)河流生態(tài)環(huán)境安全，具有實(shí)踐意義。