基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)研究

劉敬晶

(深圳市龍崗區(qū)水務(wù)局，廣東 深圳 518000)

湖泊河道是在特定水文、氣候、地理條件下不斷演化而形成的，是一套平衡而又完整的生態(tài)系統(tǒng)。然而在人類生產(chǎn)生活活動的不斷干預(yù)下，湖泊河道產(chǎn)生了很多問題，例如，在對某河段進(jìn)行局部治理的過程中對其他河段的環(huán)境、安全問題造成影響；人工化河道破壞湖泊中的生物多樣性，降低其自我修復(fù)能力，帶來湖泊生態(tài)系統(tǒng)的退化；人類生活不斷侵占河道，使河道越來越窄，對其過流能力造成影響等[1]。這些問題也影響了河道的安全性，由此，湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)成為湖泊河道領(lǐng)域的重點研究課題。湖泊河道修筑防護(hù)是一種系統(tǒng)化的，集美學(xué)、園林學(xué)、城市規(guī)劃學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、水利工程學(xué)等學(xué)科為一體的水利工程，是修復(fù)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要建設(shè)部分，受到越來越多人的重視[2]。

對于湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的研究，全世界都非常重視，并取得了多樣化的研究成果。其中國外對于湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的研究歷史較為悠久，主要側(cè)重于對自然的護(hù)岸工程進(jìn)行構(gòu)建，也就是構(gòu)建自然型湖泊河道。有學(xué)者提出一種基于天然材料的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)。這種技術(shù)主要通過天然材料包括卵石、竹籠、木樁等對護(hù)岸工程進(jìn)行構(gòu)建。我國對于湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的研究在近幾十年來也取得了突破性的進(jìn)展，并對先進(jìn)建筑材料進(jìn)行研發(fā)。對比以往湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)，在工程效能、工程成本以及施工工藝等方面都有了很大進(jìn)步。有學(xué)者提出了一種基于加筋土護(hù)岸的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)，這種技術(shù)主要是利用加筋土這種新型材料進(jìn)行湖泊河道修筑防護(hù)。以上技術(shù)在抗沖刷性、施工難易度、材料透水性等方面存在性能較低的問題，因此在湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的研究中應(yīng)用生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)，提出一種基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)，實現(xiàn)湖泊河道的生態(tài)型修筑防護(hù)。

1 基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)設(shè)計

1.1 選擇工程材料

基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)對湖泊河道進(jìn)行修筑防護(hù)，其中混凝土材料選用隨機(jī)多孔型綠化混凝土這種新型材料[3]。隨機(jī)多孔型綠化混凝土在生長基部分需要的水泥和集料要求具體如表1所示。

表1 生長基部分需要的水泥和集料要求

隨機(jī)多孔型綠化混凝土的制作要求具體如下：

攪拌要求具體如下：使用的攪拌機(jī)類型為強制式，具體如圖1所示。水泥漿需充分、均勻的對集料進(jìn)行包裹。拌和使用的加水方式為二次加水，也就是首先在集料里加入一半水，起到濕潤集料的作用，然后加水泥，在攪拌過程中加入剩下的水，直至水泥漿完全包裹集料[4]。將攪拌時間整體控制在4 min左右。

圖1 使用的強制式攪拌機(jī)

澆注要求具體如下：使用分隔式模具，在外框模具中注入混凝土，并將其振搗成型。此時在內(nèi)框模具內(nèi)進(jìn)行無砂混凝土的注入，并進(jìn)行拍擊、插搗，接著拿出內(nèi)框模具，進(jìn)行振搗，粘合兩種混凝土，振搗力度不能過大[5]。

養(yǎng)護(hù)要求具體如下：初凝之后，通過濕養(yǎng)護(hù)的方式對其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，每天進(jìn)行四次大水量水澆[6]。養(yǎng)護(hù)時間要求具體如表2所示。

表2 養(yǎng)護(hù)時間要求

起?；虿鹉Ｒ缶唧w如下：等到水泥漿具備一定硬化強度，并且外框混凝土和無砂混凝土徹底粘合時進(jìn)行起?；虿鹉7]。

對于隨機(jī)多孔型綠化混凝土來說，其生長基處的無砂混凝土較為薄弱，需要對其抗壓強度指標(biāo)進(jìn)行控制[8]。

其抗壓強度與水泥用量、集料粒徑有關(guān)，在32.5硅酸鹽水泥實際用量不同、碎石粒徑不同的情況下，對隨機(jī)多孔型綠化混凝土植物生長基進(jìn)行抗壓強度實驗[9]。具體實驗結(jié)果如表3、表4所示。

表3 抗壓強度數(shù)據(jù)表

表4 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，選擇骨料粒徑為261.5～31.5 mm、灰骨比為1比4的無砂混凝土配比[10]。

以該無砂混凝土配比對隨機(jī)多孔型綠化混凝土進(jìn)行快速凍融實驗，其中一個凍融循環(huán)的時間為四小時。具體實驗結(jié)果如表5所示[11]。

表5 快速凍融實驗具體實驗結(jié)果

實驗結(jié)果證明該無砂混凝土配比具備很好的抗凍融能力。

1.2 構(gòu)造混凝土板塊

利用隨機(jī)多孔型綠化混凝土制作混凝土板塊，并對其進(jìn)行濕度環(huán)境與表面溫度的觀測研究，獲取板塊的最佳植物種植情況[12]。其中利用隨機(jī)多孔型綠化混凝土制作的混凝土板塊具體如圖2所示。

圖2 利用隨機(jī)多孔型綠化混凝土制作的混凝土板塊

利用隨機(jī)多孔型綠化混凝土制作的混凝土板塊表面積較大，能夠帶來很大的植物可播種范圍，其邊長為520 mm，可以達(dá)到0.20 m2的播種面積，在總板塊面積中可以達(dá)到85%的占比，其表面吸熱面積在總板塊面積中則僅占15%，能夠降低板塊的實際溫度，為植物帶來更好的生長環(huán)境。其凹槽具備一定厚度，能夠承載較多土壤，并且能夠降低土壤流失率，提高植物的發(fā)芽率[13]。在植被發(fā)芽初期，為提升其成活率，降低養(yǎng)護(hù)植物的工作量，可以在凹槽中對切塊草坪卷進(jìn)行鋪設(shè)。

對于板塊的外框，需要考慮三種因素：成本造價、工藝難度以及耐久性和強度[14]。綜合以上三項因素，確定外框的具體配比，具體如表6所示。

表6 外框的具體配比

對混凝土板塊進(jìn)行表層溫度的統(tǒng)計與觀測，結(jié)果顯示板塊適合播種植物種子的時間比較提前，更適合對茂密型、耐熱型植物進(jìn)行種植，并且板塊具有積蓄低溫的情況[15]。

并對混凝土板塊進(jìn)行濕度環(huán)境的統(tǒng)計與觀測，結(jié)果顯示在板塊孔隙中填充營養(yǎng)材料后，孔隙需要保持在60%～90%的相對濕度，才能保證植物的良好生長。

制作板塊時使用的機(jī)具為綠化混凝土專用的成型構(gòu)件制作機(jī)組，具體如圖3所示。該機(jī)組的起降模式為氣壓式，模板材質(zhì)為塑料，且機(jī)身自重較輕、操作簡單[16]。

圖3 綠化混凝土專用的成型構(gòu)件制作機(jī)組

1.3 選擇護(hù)坡植物

對于混凝土板塊這種特殊的植物種植環(huán)境，需要保證低溫、干旱、貧瘠、高溫等環(huán)境下植被的可再生性，以及較小的養(yǎng)護(hù)工作量和易成活性。加上湖泊河道這一特殊環(huán)境，需要食物的地面錨固能力較強，增強湖泊河道防護(hù)功能[17]。因此在選擇植被時，需要選擇具備以下特點的植被：

(1)匍匐莖或根莖較為發(fā)達(dá)，根系具備很強的擴(kuò)展性，可以達(dá)到迅速對地面進(jìn)行覆蓋的效果；分枝和匍匐莖韌性、彈性較強；易繁殖、生長勢強、恢復(fù)及再生能力較強；具備較長的生存年限且觀賞價值較高。

(2)抗逆性較強、適用性強大，能夠抗病蟲害、耐瘠薄、耐高溫、耐寒、耐旱，更雜草相比競爭力更強。

(3)株型較為低矮，分蘗或分枝較多，具備較大的草枝密度，葉片呈現(xiàn)細(xì)長、直立、繁茂狀態(tài)，是陽光能夠照到下層的草坪，避免下層葉片枯死或黃化。

(4)深根型植物不宜選擇，其根系容易對混凝土結(jié)構(gòu)造成損壞，甚至可能造成決堤的惡果。

綜合上述要求，重點對當(dāng)?shù)夭莘N進(jìn)行馴化，并對一些成熟的優(yōu)良品種進(jìn)行選擇，將范圍定在牛毛草、多葉老芝麥、菖蒲、冰草、野麥草、大葉樟、白綠苔草、彎囊苔草、翦股穎、草地早熟禾、紫羊茅等。

2 實例研究

2.1 方法設(shè)計

對設(shè)計的基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)進(jìn)行實例研究。在不同地區(qū)的多個湖泊河道中開展該技術(shù)的實例研究。實驗地區(qū)的具體情況如表7所示。

表7 實驗地區(qū)的具體情況

對于幾個實驗地區(qū)，基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)進(jìn)行生態(tài)型護(hù)坡的構(gòu)建。對該技術(shù)的抗沖刷性、施工難易度、材料透水性進(jìn)行測試與記錄作為實驗數(shù)據(jù)。

2.2 結(jié)果分析

基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)構(gòu)建的生態(tài)型護(hù)坡具體如圖4所示。

圖4 構(gòu)建的生態(tài)型護(hù)坡

2.2.1 施工難易度實驗結(jié)果

首先對基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的施工難易度進(jìn)行測試。該技術(shù)的施工難易度測試結(jié)果具體如圖5所示。

圖5 施工難易度測試結(jié)果

根據(jù)圖5的施工難易度測試結(jié)果，基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的施工難度整體較低。

2.2.2 抗沖刷性實驗結(jié)果

接著對該技術(shù)的抗沖刷性進(jìn)行測試，基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的抗沖刷性實驗數(shù)據(jù)具體如圖6所示。

根據(jù)圖6的抗沖刷性實驗數(shù)據(jù)可知，在各個實驗地區(qū)，基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的抗沖刷性都很強。

圖6 抗沖刷性實驗數(shù)據(jù)

2.2.3 材料透水性實驗結(jié)果

最后對基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的材料透水性進(jìn)行測試。為增強測試結(jié)果的對比性，將現(xiàn)有的兩種湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)作為實驗中的對比技術(shù)進(jìn)行測試結(jié)果的對比。這兩種技術(shù)分別為基于天然材料、基于加筋土護(hù)岸的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)。記錄三種實驗技術(shù)在實驗地區(qū)的平均材料透水性實驗數(shù)據(jù)，具體如圖7所示。

圖7 平均材料透水性實驗數(shù)據(jù)

根據(jù)圖7的平均材料透水性實驗數(shù)據(jù)，在測試中，基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的平均材料透水性高于基于天然材料、基于加筋土護(hù)岸的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的平均材料透水性，具備良好的材料透水性能。

3 結(jié)語

在湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的研究中應(yīng)用生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了較高的抗沖刷性、較低的施工難度以及較高的材料透水性，并在實驗中取得了良好的防護(hù)效果。