生態(tài)混凝土護坡在防洪工程建設中應用

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摘要：在防洪工程中的堤坡采用生態(tài)性護坡材料是建設生態(tài)、人文河岸的一項重要工程措施。該文以福建省賽江流域防洪三期工程為實例，通過對生態(tài)混凝土護坡技術的應用分析，為生態(tài)混凝土護坡技術在水利生態(tài)建設中的推廣應用提供借鑒。

關鍵詞：堤防工程；生態(tài)混凝土護坡；施工工藝；質(zhì)量控制；環(huán)境效益

1引言

近年來，隨著城鎮(zhèn)化進程的加快，水利工程建設得到了各方的重視，傳統(tǒng)防洪工程中的護坡結(jié)構(gòu)剛硬且生態(tài)性差，不再適應生態(tài)文明建設的要求。根據(jù)國家對福建省生態(tài)文明試驗區(qū)的要求，在防洪工程中的堤坡采用生態(tài)材料進行護坡防護，既符合生態(tài)要求，又改善沿河景觀。目前常用的生態(tài)護坡材料主要有以下幾種類型：生態(tài)砌塊、三維植物網(wǎng)墊、生態(tài)混凝土、生態(tài)格網(wǎng)綠濱墊、柔性生態(tài)水土保護毯等。根據(jù)福建省“五江一溪”防洪工程中各種生態(tài)護坡材料的應用表明，各種生態(tài)護坡材料均能達到保持水土、綠化環(huán)境、構(gòu)建“生態(tài)和諧”水陸交錯帶的目的，不同工程要根據(jù)地方政策、河勢、施工成本、長期效果等方面進行綜合分析，確定合適的生態(tài)護坡材料。本文以賽江流域防洪三期工程為例，對生態(tài)混凝土護坡技術的應用進行分析探討。賽江流域防洪三期工程建設涉及賽江流域內(nèi)寧德市壽寧縣、周寧縣、柘榮縣及福安市4個縣市、8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，共18個堤段，總長24.581km。工程所在河段絕大部分屬于山區(qū)河道，洪水暴漲暴落、洪峰流量較大，洪水流速大，流速一般在2.0～5.5m/s，且各縣市禁止自行開采石料，難以采用傳統(tǒng)的抗沖性能較好的砌石護坡。經(jīng)綜合考慮后，本工程的土堤護面材料選擇生態(tài)效果更好，同時具有一定抗沖能力的、后期維護簡單的現(xiàn)澆生態(tài)混凝土護坡。

2生態(tài)混凝土護坡技術

生態(tài)混凝土是一種能將工程防護和生態(tài)修復良好結(jié)合的新型護坡材料，它采用連續(xù)粒級的粗骨料、細骨料（可以不加）、生態(tài)膠凝材料按一定比例進行配合、攪拌、澆筑及自然養(yǎng)護之后，得到表面呈米花糖狀并有大量連通、細、密孔隙的多孔質(zhì)混凝土。該混凝土在實現(xiàn)安全防護的同時又能滿足生態(tài)種植要求。

2.1生態(tài)混凝土護坡性能及技術要求

生態(tài)混凝土主要性能有透水性、反濾性、抗沖刷能力等。透水性是生態(tài)混凝土最主要的性能指標之一，透水性受基礎材料顆粒情況的影響大，要想實現(xiàn)良好的植物生長效果，需要保證足夠的透水性。生態(tài)混凝土護坡結(jié)構(gòu)層整體反濾，可保證只讓水自由通過而土質(zhì)細顆粒不能通過，從而實現(xiàn)堤坡的安全、穩(wěn)定。同時，生態(tài)混凝土的表面呈粗糙沙琪瑪狀，對水流沖擊能量的吸收效果好，可防止堤坡的沖刷破壞。為保證生態(tài)混凝土護坡的安全、質(zhì)量可靠及生態(tài)效果，主要有以下技術要求：（1）有一定的透水性，透水系數(shù)大于1mm/s，在混凝土中加入SR-3添加劑，增大混凝土透水性；（2）具有適宜的孔隙率，一般以25%～35%為宜，孔隙分布均勻；同時添加“復合改良材料”和鋪設“營養(yǎng)型無紡布”雙重方式，增強土壤保水保肥能力，以滿足植物根系生長的要求；（3）有一定的抗壓強度，以確保安全穩(wěn)定的需求，一般應大于5MPa；（4）要求其材料內(nèi)部的堿度低，以利于植物的生長；（5）抗沖流速可達5.0～6.0m/s[1]。

2.2生態(tài)混凝土護坡技術優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的砌石護坡或混凝土護坡相比，生態(tài)混凝土護坡具有以下優(yōu)勢：（1）透水性好：大孔隙率確保了水土與外界環(huán)境相通，也為動植物生存提供良好的生存環(huán)境。（2）消波和抗震性好：生態(tài)混凝土表明如米花糖狀凹凸，具有良好的消波效果，且其多孔性能很好地適應強烈震動影響。（3）抗流失性好：砌石護坡或混凝土護坡通過砌縫或排水孔進行排水，其流線集中且流速相對快，而生態(tài)混凝土護坡為連續(xù)小孔隙具有良好的抗流失性。（4）生態(tài)景觀性好：生態(tài)混凝土護坡可以進行植生綠化，綠化覆蓋率可達90%以上，在穩(wěn)定岸坡的前提下有效改善生態(tài)景觀。（5）經(jīng)濟性好：生態(tài)混凝土較普通混凝土水泥用量少約1/3，更為經(jīng)濟，且避免了無石料可用的尷尬。

3生態(tài)混凝土護坡技術的應用

3.1護坡設計

賽江流域防洪三期工程共18個堤段，建設堤防總長24.581km，其中8個堤段堤型采用斜坡式或復合式，堤坡防護采用現(xiàn)澆生態(tài)混凝土，其余堤段堤型采用直墻式。斜坡式堤型斷面：堤頂防汛公路4m寬，防汛道路自上而下為透水磚5cm、1:2水泥砂漿結(jié)合層3cm、C15混凝土墊層10cm，防汛道路迎水面設置C20混凝土防浪墻；迎水側(cè)坡比為1:2.5，護面采用現(xiàn)澆生態(tài)混凝土，材料由上至下分別為：覆土植草綠化厚30mm、填充復合營養(yǎng)改良材料一層、現(xiàn)澆生態(tài)混凝土厚150mm、400g/m2營養(yǎng)土工布一層，并設置C25鋼筋混凝土框梁；坡腳為C20混凝土防沖護腳，頂寬1m，高1.5m；堤防內(nèi)側(cè)護坡采用草皮，坡度為1:2.0，坡腳設置C20砼排水溝。本工程土堤標準斷面結(jié)構(gòu)如圖1所示：

3.2護坡施工工序及主要質(zhì)量控制

生態(tài)混凝土護坡的施工工序為：堤身填筑→C25鋼筋混凝土框格梁澆筑→營養(yǎng)土工布鋪設→現(xiàn)澆生態(tài)混凝土護坡→生態(tài)混凝土表面種植土回填→草皮護坡鋪設等六道工序。堤身填筑前對地面清表30cm，堤身采用粘土填筑，回填厚度宜在30～50cm，土料的壓實度不小于0.91，粘粒含量宜為10%～35%，塑性指數(shù)為7～20，砂卵石料含泥量小于5%；砂卵石、砂性土相對密度小于0.60，不得采用淤泥和膨脹土及含植物根莖、磚瓦垃圾等雜質(zhì)回填。堤身迎水面的生態(tài)混凝土護坡保證在堤身填筑符合設計要求的前提下，再進行修坡處理，在坡面上按設計圖紙規(guī)格要求，進行框架梁放樣施工；然后在框架梁中間，進行鋪設400g/㎡營養(yǎng)土工布，營養(yǎng)型無紡布為反濾層和營養(yǎng)層復合結(jié)構(gòu)，是在反濾無紡布上交織四種纖維攜帶多種緩釋肥料，在混凝土浸提液作用下產(chǎn)生氨基酸分子團，同時具有反濾和為植物長期提供營養(yǎng)的作用。營養(yǎng)土工布需要在框架梁中間的坡面上安裝牢固，以免混凝土澆筑時出現(xiàn)變形。生態(tài)混凝土攪拌時為保證添加劑與水泥、骨料混合均勻并攪拌，按添加劑：水為0.8:1000的比例進行稀釋，在混凝土攪拌階段添加。生態(tài)混凝土澆筑時需控制好混凝土的落差高度，避免過高產(chǎn)生離析現(xiàn)象，混凝土現(xiàn)澆施工高溫季節(jié)避免中午氣溫較高時段，盡量選擇在早晚溫度較低的時段施工。生態(tài)混凝土澆筑完成后，在其表面回填種植土應采用可耕作的土料，將20余種有機材料、無機材料、活性材料充分混合后配制而成的鹽堿改良復合營養(yǎng)材料與種植土混合。生態(tài)混凝土孔隙內(nèi)填充采用噴填、水填方式，填充后使生態(tài)混凝土上植物所需營養(yǎng)的供給具有全面性、緩釋性、均衡性、適應性。面層回填可人工攤平并輕壓，攤平后的土料平均厚度不宜大于20mm，最后進行馬尼拉草皮鋪設。

3.3工程效果分析

本工程的生態(tài)混凝土護坡于2021年1月澆筑完成，經(jīng)過汛期洪水的考驗，沒有出現(xiàn)水土流失、沖刷垮塌等現(xiàn)象。但是當年8月發(fā)現(xiàn)護坡草皮存在部分干黃現(xiàn)象，坡面生長的草參差不齊，綠化效果與預期有差距。3.3.1原因分析。發(fā)現(xiàn)問題后，經(jīng)現(xiàn)場詳細調(diào)查分析，主要原因如下：（1）根據(jù)氣象站資料統(tǒng)計，福安市多年平均降雨量為1770mm，4～9月降雨約占全年的75.4%。全年降水日數(shù)平均207.7天，多集中在每年2～5月份，6～9月份的降水間隔時間長但是雨量大。2～5月份的降雨間隔短雨量小，靠降雨就能保持草皮植被正常生長，6、7月份后雨水分布不均衡，不利于植物生長。（2）每年6～9月份夏季氣溫較高，350C以上的連續(xù)時間較長，高溫導致邊坡的蒸發(fā)量比較大，因為草皮底下的營養(yǎng)土厚度僅為20cm，遇到連續(xù)一個星期以上的高溫天氣，營養(yǎng)土層中的水份將蒸發(fā)干凈，雨水補充不及時導致草皮失水干枯。（3）本項目于2021年1月才完成生態(tài)混凝土和草皮鋪設施工，完工時間較短，綠植根系的生長速度還未能穿透生態(tài)混凝土層，無法從土質(zhì)邊坡深層部位吸收水份導致草皮枯黃。（4）本項目瀕臨河邊各種鳥類較多，鳥糞和河風攜帶的其他植被的種子，掉落草皮表面遇到適當?shù)臍夂驐l件就開始生長，因此時間一長草皮植被當中就混雜有其他雜草。3.3.2補救措施。根據(jù)上述的原因分析，采取了如下整改補救措施：（1）加強草皮護坡的灑水養(yǎng)護，在防浪墻基腳布設一條滴灌管道，適時對坡面進行補水，特別是夏季高溫季節(jié)可增加每天的灑水次數(shù)，確保植被種植土的濕度，以利于草皮順利返綠、后期不會因缺水干旱而枯萎。（2）及時更換干枯發(fā)黃的部位的草皮，對于枯死部位的草皮進行修復更換或噴灑植被的種子進行補種處理。（3）加強管護巡查，有零星的雜草出現(xiàn)及時安排人員進行清理，避免雜草成片生長影響景觀效果。3.3.3工程效果評價。（1）工程所用生態(tài)混凝土具有良好的透水性和孔隙率，能夠保證植物的綠化效果，從而形成非常好的生態(tài)環(huán)境。（2）生態(tài)混凝土護坡結(jié)構(gòu)層具有良好的反濾性，有效防止了堤防邊坡水土流失。本工程水土流失防治6項指標值分別為擾動土地整治率95%，水土流失總治理度95%，土壤流失控制比0.8，攔渣率95%，林草植被恢復率97%，林草覆蓋率25%。（3）生態(tài)混凝土護坡的邊坡具有良好的消浪、抗沖刷能力，同時可防止河道水位驟降所導致的邊坡破壞，從而實現(xiàn)堤坡的安全、穩(wěn)定。

4結(jié)語

賽江流域防洪三期工程采用生態(tài)混凝土護坡技術，經(jīng)歷了2021年汛期的考驗，不僅有效地保證了堤坡安全，而且極大地提升了沿河生態(tài)景觀效果，改善了當?shù)孛癖姷纳a(chǎn)生活環(huán)境，可供類似工程參考借鑒。

參考文獻：

[1]楊玉寶，潘毅，徐振山，陳永平，許春陽.現(xiàn)澆型生態(tài)混凝土護岸抗水力沖刷性能試驗研究[J].水利水電技術，2017.

作者:張培坤 單位:福安市水利局