麗水市甌江護岸綠化混凝土生態(tài)護坡試驗研究

宋 睿，高禮洪

(中國水電顧問集團華東勘測設計研究院，浙江 杭州 310014)

1 問題的提出

浙江省麗水市水利部門對麗水甌江以及麗水城市河道治理的要求是，既要保證河岸穩(wěn)定，也要保持河道生態(tài)，將河道安全和生態(tài)功能一起抓，并提出了“平安甌江、生態(tài)甌江、經(jīng)濟甌江、人文甌江”的水利建設總體目標，以麗水甌江水生態(tài)系統(tǒng)保護與修復示范段工程 (以下簡稱“麗水甌江水生態(tài)工程”)為突破口，開展甌江流域河流生態(tài)岸線研究和應用［1］。該項目被國家水利部列為全國水生態(tài)保護與修復工作的五個試點項目之一，對甌江流域生態(tài)岸線建設以及對開展全流域的水生態(tài)保護與修復工作具有舉足輕重的作用。

2010 年麗水市水利局在麗水甌江水閣區(qū)段生態(tài)岸線選擇三維植物網(wǎng)為主要護坡材料，并將綠化混凝土護坡、連鎖水工砌塊護坡、椰網(wǎng)植生帶護坡、三維排水柔性生態(tài)袋護坡各50m作為示范段進行建設，用于研究各種護坡結構抗沖刷性能，以及植物的生長情況，希望能夠找到可以在該地區(qū)推廣應用的生態(tài)護坡形式。

2 麗水甌江綠化混凝土生態(tài)護坡示范段設計

2.1 工程概況

甌江干流水力資源豐富，洪水多發(fā)生于五、六月梅雨季節(jié)和八、九月臺風季節(jié)，屬山溪性河流，蓄滲能力較強，產流時間快，匯流迅速集中，暴漲暴落時間短。本工程區(qū)段處于甌江干流中游區(qū)域水閣開發(fā)區(qū)內，位于麗水市蓮都區(qū)53省道西側，總長1608m。工程的主要任務是建設與完善甌江干流水閣區(qū)段的生態(tài)防洪工程，保護與修復河流自然岸線與生態(tài)系統(tǒng)。本工程針對甌江山溪性河流獨特的夏季多暴雨、水位極易暴漲暴落的水文特性，研究三維植物網(wǎng)、綠化混凝土、連鎖水工砌塊、三維排水柔性生態(tài)袋及椰網(wǎng)植生帶等生態(tài)護坡技術的應用可行性及工后效果，尋找能夠在該地區(qū)推廣應用的生態(tài)護坡形式。其中，綠化混凝土生態(tài)示范段長約50m。

2.2 綠化混凝土生態(tài)護坡設計及試驗研究

2.2.1 綠化混凝土生態(tài)護坡設計

麗水甌江水生態(tài)工程綠化混凝土護坡設置于高程51.57(枯水位)～60.05m(設計洪水位)的斜坡范圍內，長約50m，設計坡比為1∶3.0，厚度為15cm。施工從2010年08月01日開始至2010年12月25日完成，次年03月開始播撒草種。為利于植物的初期生長，在綠化混凝土表面覆蓋厚度3cm厚的客土。

綠化混凝土配比材料水泥采用425普通硅酸鹽水泥，碎石粒徑10～20mm，攪拌用水為自來水。通過降堿處理，使綠化混凝土適合植物生長。綠化混凝土設計斷面見圖1。

2.2.2 施工工序

目前，綠化混凝土護坡的施工方法有成品預制和現(xiàn)場澆筑2種，本工程采用的是現(xiàn)場澆筑方式。現(xiàn)場澆筑具有適應性強等優(yōu)點，能適合各種坡度斜面以及各種作業(yè)面的現(xiàn)澆施工。

麗水甌江水生態(tài)工程綠化混凝土護坡施工作業(yè)的主要工序如下:

(1)邊坡修整。對原地形進行開挖或者回填，將邊坡修整至設計坡比1∶3.0，邊坡修整后須經(jīng)施工單位自檢和監(jiān)理單位現(xiàn)場驗收后，才可以進行下一道工序的施工作業(yè)。

(2)營養(yǎng)型土工布的鋪設。營養(yǎng)型土工布鋪設時，應注意其與邊坡的固定，以免產生滑移。營養(yǎng)型土工布在設計洪水位以上埋入護坡內長度大于100cm。

(3)鋼筋混凝土框格梁的現(xiàn)澆?，F(xiàn)場澆注混凝土框格梁，本工程按照設計要求采用C20混凝土框格梁為2m×2m，框格寬度為20cm，厚度為20cm。

(4)在混凝土框格梁內澆注無砂混凝土。按照設計要求在混凝土框格內澆注由碎石、水泥和水按照一定配比攪拌均勻而成的無砂混凝土，無砂混凝土厚度為15cm，達到設計強度后，填充可供植物生長的肥料和保水劑。

(5)在綠化混凝土表面鋪設3cm厚的客土。在無砂混凝土周圍鋪設3cm的松散、粉狀的客土，注意綠化混凝土的客土不漫過混凝土框格梁邊框。

(6)播撒草籽。到了播種的季節(jié)，根據(jù)設計要求將草種撒播至無砂混凝土中，草籽播種量約為15～20g/m2。

(7)鋪上草簾并澆水養(yǎng)護。在播種完草籽的土層上覆蓋濕草簾等遮光透氣物，進行撒水養(yǎng)護。要求2～4遍/d，連續(xù)養(yǎng)護直至植物長成。

2.2.3 試驗方案

將2012年第2個生長期內的綠化混凝土植草護坡及純草皮護坡現(xiàn)場取樣 (樣本尺寸為15cm×15cm)，放到自行設計大流速水槽內進行護坡沖刷模型實驗。試驗時綠化混凝土植草試樣放入模型箱中，模型箱放在水槽中，其頂面與水槽底面齊平，通過模擬不同流速下綠化混凝土植草護坡和草皮護坡的抗沖刷能力，驗證護坡結構抗沖安全及結構穩(wěn)定性。

考慮到實際河道中水位變動以及降雨入滲可能對邊坡土體強度及植被生存造成影響，進而影響植被的抗沖性能及護坡效果，擬定2組淹沒歷時:6，12h;為考察對綠化混凝土植草護坡與草皮護坡抗沖性能及植被水力特性的影響，選擇了2個種植被護坡:綠化混凝土植草護坡、草皮護坡;限定3組流速:2.0，3.0，4.0m/s;每組實驗1次。

2.2.4 試驗結果

根據(jù)現(xiàn)場取樣做室內試驗結果:在6，12h淹沒歷時內，綠化混凝土植草護坡和草皮護坡均能抗2.0，3.0m/s流速沖刷，結構安全可靠;但是在12h淹沒歷時內，綠化混凝土植草護坡抗4m/s流速沖刷，植被完全倒伏，護坡仍穩(wěn)定安全，但是草皮護坡已發(fā)生輕微破壞，覆土層細顆粒泥沙起動沖刷，草根部分裸露，植被仍然存活。

根據(jù)施工過程照片 (見圖2～5)及現(xiàn)場取樣做室內實驗分析，結果可知，在觀測同期內綠化混凝土護坡抗暴雨及水流沖刷能力較強，結構安全可靠，防洪安全能達到的設計要求，盡管2011年3—10月第1個生長期初期草類長勢局部稍顯稀疏，但基本能達到建設生態(tài)護坡目標。在2012年第2個生長期內，綠化混凝土護坡上植物生長效果較好，植被恢復較快，生態(tài)修復功能已經(jīng)完全能滿足要求，并且護坡結構安全穩(wěn)定。綠化混凝土在麗水甌江護岸工程中應用效果基本穩(wěn)定，安全性和生態(tài)性均能夠較高滿足試驗的要求，達到預期目標。

圖1 綠化混凝土護坡斷面圖

圖2 綠化混凝土護坡施工現(xiàn)場照片

圖3 綠化混凝土護坡播種后60d現(xiàn)場照片

圖4 綠化混凝土護坡播種后150d現(xiàn)場照片

圖5 綠化混凝土護坡播種后220d現(xiàn)場照片

3 試驗中存在的問題

麗水甌江水生態(tài)工程綠化混凝土護坡完工后至今抗暴雨及水流沖刷能力較強，結構安全可靠，防洪安全達到設計要求，安全性和生態(tài)性均能夠較好滿足試驗要求，達到預期目標。但由于本工程中第1個生長期內草類局部長勢欠佳，此現(xiàn)象引起了筆者對可能影響綠化混凝土植物生長的因素進行了思考。

(1)綠化混凝土降堿處理不當。普通混凝土的pH值較大，為形成適合植物生長的環(huán)境，必須要對混凝土進行降堿處理。若降堿處理過當或不足，植物在綠化混凝土中生長的狀況將受到影響。

(2)綠化混凝土護坡設計厚度對植物長勢的影響。綠化混凝土的厚度應滿足抗雨水、河水、風浪沖刷能力要求，并需適應植物長期生長以及本身的強度與尺寸之間的要求等。綠化混凝土越厚，植物根系穿透的可能性越低，植物成活的難度將加大。本試驗所采用的草種為狗牙根，一般情況下其地下莖分布在15～20cm土層中。試驗段出現(xiàn)護坡上草類長勢較弱，可能是15cm厚的綠化混凝土相對于狗牙根地下莖分布深度較厚，導致其在生長初期不能迅速汲取土中的水分及營養(yǎng)物質導致長勢較弱。

(3)綠化混凝土中粗骨料顆粒徑較小。綠化混凝土之所以能夠長草，最重要的原因就是缺少細骨料中的砂，利用其中的粗骨料相互膠結，形成一定的孔隙，從而為植物根系穿透綠化混凝土提供所需空間，使綠化混凝土的骨架成為植物生長的載體。試驗證明［7］，在骨料粒徑為25～40mm時，孔隙率一般為20% ～40%，為保證植物生長，孔隙率不宜小于30%。若采用的粗骨料粒徑相對較小，孔隙率可能未完全達到適合植物生長的要求，植物根系穿透綠化混凝土中的孔隙較為困難，導致護坡上植物長勢較弱。

(4)未達到適合狗牙根的綠化混凝土最優(yōu)配合比。綠化混凝土的最優(yōu)配合比與物種的生長特性密切相關，所以要根據(jù)種植植物種類的不同進行不同配合比試驗，確定相對不同植物的最優(yōu)配合比。若采用綠化混凝土配合比未達到適合狗牙根生長的最優(yōu)配合比，可能導致其長勢較弱，相對于不同物種的最優(yōu)配合比需在以后的實驗中研究探索。

(5)綠化混凝土護坡施工工藝的影響。適當?shù)牟鍝v和錘擊振動對無砂大孔綠化混凝土的強度有利，但是如果過度，將會使水泥漿大量下流，造成底層水泥漿過于富集，從而使得孔隙率小，植物的根系不能穿過綠化混凝土的底層到達下部土層，形成局部植物稀疏的現(xiàn)象。同時插搗和錘擊振動還會使頂層水泥漿過少，骨料顆粒粘結不牢，綠化混凝土護坡強度變低。

(6)綠化混凝土護坡的養(yǎng)護條件的影響。為保護乳草的生長，除了注意草籽的播種季節(jié)外，加強植被的初期養(yǎng)護也很重要，綠化混凝土護坡上植物狗牙根長勢較弱，可能是由于未完全達到養(yǎng)護要求。

(7)對甌江的自然水力特性適應性不強。甌江流域山溪性河流具有暴漲暴落的水力特性，在植物草種播撒初期，正處于甌江洪水及雨水較多的季節(jié)。而綠化混凝土上所覆的3cm厚的客土在乳草生長初期可能會被雨水多次沖刷或河水頻繁漲落帶走，不能為乳草提供付著和保護，使得植物在初期長勢稍弱。

4 結語

由于工程建設完成年限較短，新建成的護坡還未有機會接受大洪水的考驗，試驗觀測仍未全部完成。對綠化混凝土的長期穩(wěn)定性、可再播種的重復性和應用年限、能夠適應大洪水的考驗及甌江山溪性河道暴漲暴落的水位條件的持久性適應等尚需在本工程示范段的繼續(xù)研究中加以推進。

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