裝配式植草混凝土護岸技術(shù)在中小河流岸坡工程中的應(yīng)用分析

陳健勇

（中山市中珠排洪渠工程管理中心，廣東 中山 528463）

0 引言

部分中小河流治理僅側(cè)重于防洪，缺乏對兩岸生態(tài)環(huán)境的防護，采取粗放的方式進行護岸施工，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境受損嚴(yán)重。因此，如何在傳統(tǒng)河流護岸工程的基礎(chǔ)上進行技術(shù)升級，有效保護生態(tài)環(huán)境則顯得尤為重要。其中裝配式植草混凝土護岸技術(shù)頗具代表性，此項技術(shù)兼具質(zhì)量可靠、施工便捷、生態(tài)環(huán)境防護效果好等多重優(yōu)勢，在河岸護岸工程中的應(yīng)用前景較佳。本文將結(jié)合實際案例工程，對裝配式植草混凝土護岸技術(shù)進行分析探討，以促進該項技術(shù)更加廣泛深入的應(yīng)用。

1 工程概況

某中小規(guī)模河流生態(tài)護岸工程，護坡厚度為0.1m，采用生態(tài)混凝土護坡和無紡?fù)凉げ甲o坡兩種方式，護坡面積分別為40213m2、40213m2。為滿足安全、質(zhì)量可靠、生態(tài)保護等方面的要求，采用的是整體箱式裝配護岸，其中每段長度均取12.04m，分4 個標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段有序施工。整體箱式裝配護岸的單箱體尺寸為3.0m（長）×2.5m（寬）×3.5m（高），重量12.45t。

2 植草混凝土的制備及性能檢測

植草混凝土以水泥、砂石、粗細集料、礦物質(zhì)摻合料、水、外加劑等為原材料，按特定的比例拌和后制備而成，混合料的防洪抗沖性能穩(wěn)定，且提供充足的養(yǎng)分以滿足植物的生長需要[1]。

2.1 植草混凝土的制備方式

植草混凝土的制備，首先準(zhǔn)備合適規(guī)格的模具，按比例摻入原材料，經(jīng)攪拌后制作試塊，做30d 的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護；養(yǎng)護期滿后，測定試塊的孔隙率、pH 值，檢驗抗壓、抗沖刷及抗折等多項性能，綜合多項檢測結(jié)果，客觀評價試塊的質(zhì)量，據(jù)此對植草混凝土在工程中的可行性做出判斷，若無誤則進行批量化制備，用于護岸施工[2-3]。在該工程中，試塊尺寸為100mm×100mm×300mm、120mm×120mm×120mm，抗壓、抗沖刷及抗折性能測試采用萬能液壓機進行。

2.2 植草混凝土性能檢測

透水性是評價植草混凝土質(zhì)量的重要項目，具體根據(jù)孔隙率進行評定，此項指標(biāo)包含有效孔隙率和全孔隙率兩項，需分別檢測。按前述提及的方法制備120mm×120mm×120mm（體積記為V0）的試塊后，進行有效孔隙率的測定；隨后，向量筒內(nèi)加適量水并讀取刻度值，將此時水的體積記為V1；向加入水的量筒內(nèi)放置試塊，再次讀取刻度，確定含有試塊的體積，記為V2。經(jīng)前述流程的操作后，按照如下方法計算有效孔隙率（N1）：

以稱量法檢測試塊的全孔隙率，基本方法是：準(zhǔn)備烘箱，向其中放置試塊并在60℃的恒溫環(huán)境中做持續(xù)24h 的烘烤處理；達到烘烤時間要求后，自然冷卻至室溫，取出試塊，測定質(zhì)量M，隨后按下式計算，得到試塊的全孔隙率（N2）：

式中：V0——試塊標(biāo)準(zhǔn)體積，cm2；

ρt——試塊的理論密度；

M——試塊的干重，g。

植草混凝土的pH 值用堿性釋放法測定，具體操作方法為：制備試塊，將其置于水桶中，加水至水面恰好沒過試塊表面；在該水位狀態(tài)下進行24h 的浸泡處理；經(jīng)過浸泡后，用pH測量儀檢測溶液的pH值。

3 裝配式植草混凝土護岸技術(shù)及應(yīng)用效果分析

3.1 裝配式植草混凝土制備

3.1.1 材料選取

水泥、粗細骨料、礦物摻合料、水是裝配式植草混凝土的主要原材料，同時摻入適量化學(xué)添加劑，用于改善混合料的性能[4]。

水泥：密度為3.09g/cm3的普通硅酸鹽水泥，28d抗壓強度49.9MPa，初凝時間、終凝時間分別為195min、235min?？紤]到過量使用水泥易引起強烈堿反應(yīng)的情況，在植草混凝土拌和時用適量的硅粉代替硅酸鹽水泥。

粗骨料：連續(xù)級配碎石骨料，粒徑約為15mm，最大不超過30mm，含沙量不大于0.8%，堆積密度1500kg/m3。

細骨料：以砂為宜，含泥量約為2.8%，堆積密度1525kg/m3。

外加劑：出于改善混合料性能的目的而摻入外加劑，本次試驗采用以碳酸鈣為主要成分的SR-4 添加劑，通過此類材料的應(yīng)用，有利于降低pH 值，以便兩岸植物的生長。

3.1.2 配合比設(shè)計

在以往的裝配式植草混凝土配合比設(shè)計中，通常按照“水泥220kg/m3、碎石1480kg/m3、砂200kg/m3、水100L/m3”的比例進行拌制，混合料的液固比取0.25。按該方法拌制的混合料綜合性能良好，可滿足中小規(guī)模河流治理對混合料強度、抗沖刷性能等方面的要求，但骨料的粒徑較小，不利于裝配式護岸結(jié)構(gòu)的有效成型。結(jié)構(gòu)的邊角較為豐富，接觸點較少，箱體的強度可能偏低，甚至出現(xiàn)箱體斷裂問題。因此，需要在原配合比的基礎(chǔ)上加以調(diào)整，提升配合比的可行性。調(diào)整后的植草混凝土配合比，如表1 所示，按該配合比拌制植草混凝土后，28d的抗壓強度達到8.8MPa，孔隙率超過25%，利用此類混合料建設(shè)的護岸結(jié)構(gòu)在中小河流護岸工程中具有可行性。

表1 中小河流裝配式植草混凝土配合比設(shè)計

3.2 裝配式植草混凝土預(yù)制塊結(jié)構(gòu)設(shè)計

在確定植草混凝土的配合比后，設(shè)計出如圖1、圖2所示的2種預(yù)制塊。圖1為嵌固式通孔正六邊形結(jié)構(gòu)，邊長16cm，厚度8cm/10cm，若按照10cm厚度進行預(yù)制，在結(jié)構(gòu)中預(yù)留7.5cm的四邊形通孔，此結(jié)構(gòu)的巧妙之處在于利用通孔種植香根草，提高生態(tài)防護水平；而對于8cm的預(yù)制塊，不預(yù)留通孔，通常對8cm、10cm厚度的預(yù)制塊做拼接處理，兩者結(jié)合后產(chǎn)生2cm 高差的消浪坎，起到消能減速的作用。圖2為嵌固式凹槽六邊形結(jié)構(gòu)，邊長16cm，厚度8cm/10cm，其中厚度為8cm的預(yù)制塊預(yù)留通孔，厚度為10cm的預(yù)制塊在中間區(qū)域開設(shè)凹槽，使用時對兩種厚度的預(yù)制塊做拼接處理。

圖1 嵌固式通孔正六邊形預(yù)制塊結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 嵌固式凹槽六邊形預(yù)制塊結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 裝配式植草混凝土護岸效果分析

裝配式護岸結(jié)構(gòu)形式的變化所帶來的河道流速也存在差異，例如結(jié)構(gòu)表面凹凸不平時，水流的流程增加，存在阻力從而對水的流動產(chǎn)生一定程度的阻礙，水流流速降低；在水位一致的前提下，流速差將隨著水流流速的增加而加大，表明高速水流在護岸結(jié)構(gòu)所消耗的能力較之于低速水流更高，預(yù)制塊的抗沖刷能力減弱；在流速一致的前提下，流速差將由于水位的升高而加大，在較高水位時，護坡結(jié)構(gòu)對水流的消能效果較為明顯；若流速和水位均相同，此時嵌固式通孔正六邊形流速差較大，能夠取得較好的消能效果。

4 裝配式植草混凝土護岸技術(shù)施工要點

4.1 空箱預(yù)制

預(yù)制材料采用C60 混凝土，預(yù)制時嚴(yán)格控制模板的尺寸、平整度等指標(biāo)，混凝土澆搗后進行養(yǎng)護，保證預(yù)制混凝土的有效成型。預(yù)制模板平臺采用6mm的船用鋼板，保證模板有足夠的強度和剛度[5]。在確認(rèn)模板質(zhì)量達標(biāo)后，進行混凝土澆筑，隨后用高壓蒸汽養(yǎng)護，使混凝土有效成型。

4.2 底板施工

箱體預(yù)制期間同步安排底板施工作業(yè)，保證底板頂面有足夠的平整度以及底板具有穩(wěn)定性，以利于護岸結(jié)構(gòu)的安裝。底板空箱安裝部位的頂模和趾坎側(cè)模材料采用大剛度的特制槽鋼，原因在于此類材料的平整度較高，可保證建設(shè)成型的趾坎具有良好的線形，以實現(xiàn)裝配式護岸的高精度施工。

4.3 箱體吊裝

吊裝設(shè)備采用40t 全回轉(zhuǎn)浮吊船，加裝3 根定位樁，在專員的指揮下高效吊裝。吊裝的具體流程如下：

（1）試吊。試吊分空載試吊和載荷試吊?？蛰d試吊：進行3 次起重吊鉤的起落，檢查在此運動過程中限位器的靈敏度；在此基礎(chǔ)上，分別在最小、最大工作幅度狀態(tài)下進行3 次以上的運動，檢驗在此運動過程中限位器的精密度；再進行左、右兩個方向的回轉(zhuǎn)吊臂操作，評價回轉(zhuǎn)機構(gòu)的運動狀態(tài)。經(jīng)過多項檢查后，對吊裝設(shè)備在空載狀態(tài)下的工作狀態(tài)做出客觀的判斷。載荷試吊：取4 根鋼絲繩，將其與箱體四角吊環(huán)連接，依次提升、變幅、回轉(zhuǎn)，檢驗在此吊裝期間吊裝設(shè)備的制動性能，同時判斷是否存在吊裝松動的異常狀況。

（2）正式吊裝。經(jīng)過試吊后，若確認(rèn)吊裝設(shè)備無異樣，則進行正式吊裝：安排專員在現(xiàn)場指揮，保證吊裝的安全性以及提高吊裝精度[6]；回轉(zhuǎn)吊臂至空箱上方，下放吊鉤；連接起吊設(shè)備和待吊裝的箱體，鋼絲繩的水平夾角約為60°；將箱體向上吊起約20cm，檢查在此過程中各裝置的運行狀態(tài)，確認(rèn)無誤后繼續(xù)吊裝，待吊裝高度超過圍堰后，回轉(zhuǎn)吊臂進行轉(zhuǎn)動與調(diào)整，要求箱體與安裝位置保持垂直；緩慢下放箱體，距底板高程10cm 時暫停，檢查箱體的姿態(tài)后進行回轉(zhuǎn)角度的調(diào)整，待箱體對準(zhǔn)安裝位置線后，平穩(wěn)下放箱體；借助千斤頂精細調(diào)節(jié)箱體落位情況，待箱體安裝至3 段時開始封底，而后進行灌漿、回填等后續(xù)的工作。

（3）預(yù)制構(gòu)件連接。濕法連接：以現(xiàn)澆混凝土的方法連接預(yù)制構(gòu)件；干法連接：連接裝置采用螺栓，或經(jīng)過焊接后實現(xiàn)構(gòu)件的穩(wěn)定連接。在中小河流護岸工程的裝配式植草混凝土護岸施工中，通常采用干法連接。

5 結(jié)束語

綜上所述，裝配式植草混凝土護岸技術(shù)在中小河流岸坡工程中的應(yīng)用效果良好。其嵌固式通孔正六邊形護岸結(jié)構(gòu)的抗沖刷性能良好，同時結(jié)構(gòu)形式簡單，拼裝便捷。嵌固式通孔正六邊形護岸結(jié)構(gòu)屬于裝配式植草混凝土護岸工程中應(yīng)用效果較好的結(jié)構(gòu)型式，在類似工程中可結(jié)合實際條件予以應(yīng)用，但需結(jié)合實際條件進行施工技術(shù)的優(yōu)化，從而保證河道護岸的有效性。