柔性生态袋在河道生态建设中的应用

2010-07-09钦志强胡献明

浙江水利科技 2010年4期

钦志强,祝卓,胡献明

(1.桐乡市水利工程公司,浙江桐乡 314500;2.桐乡市河道管理站,浙江桐乡 314500)

1 工程概况

桐乡市地处浙江省北部,杭嘉湖平原腹地,素有“鱼米之乡、丝绸之府”的美誉。随着城市化进程的进一步加快,新一轮的经济发展对该地区的水环境改善提出了新的要求[1]。因此,整治河道、改善水环境势在必行。

无量桥港生态堤岸试验工程位于桐乡市河山镇堰头村。原河道堤顶高程3.0m,河底高程-0.5m,不足以抵制20 a一遇的设计洪水,且塌损严重,属不安全圩堤。原河道堤岸的主要结构形式大多为单一的浆砌块石、干砌块石或钢筋混凝土直立式挡土墙等,这些传统的硬质护坡虽然能提高河道的防洪排涝能力,但此种“两面光”的护坡结构阻隔了水-岸之间的物质能量交换,破坏了河道生态系统的整体平衡[2]。因此,桐乡市结合浙江省万里清水河道建设与嘉兴市河道清淤工程,以寻求河道防洪和河流生态修复之间的最佳平衡点为目标,开展了无量桥港综合整治工程。

作为万里清水河道生态堤岸试验研究中平原河道的代表,无量桥港建设生态试验河道1 100 m,主体工程为河道两侧的生态护岸。在河岸设计洪水位处设置宽为0.5 m的小平台,平台以上的设计边坡为1∶2,进行植物群落建设,营造乔灌草相结合的植物配置模式;平台以下的设计边坡为1∶1.5,部分河段引进了柔性生态袋边坡工程系统;同时在堤脚常水位处覆土种植水生植物。

2 柔性生态袋的主要特点

柔性生态袋边坡工程系统是集土木工程结构、绿化、环保、节能、降耗于一体,由具备特殊功能及特定技术参数要求的组件构成。组件主要包括:生态袋、扎口带、缝袋线及满足多向排水功能与强度要求的网肋型联结扣等。柔性生态袋边坡工程系统见图1。

图1 柔性生态袋边坡工程系统图

2.1 生态袋

生态袋以聚丙烯为主要原料,采用无纺针刺工艺经单面烧结而成,具有抗紫外线、抗老化、抗酸碱盐、抗微生物侵蚀、透水不透土等特点。袋体材料不含对环境有危害性影响的联苯胺等物质。生态袋透水不透土的过滤功能,既能防止填充物 (土壤和营养成分混合物)流失,又能实现水分在土壤中的正常交流,使得植物生长所需的水分得到有效的保持和及时的补充。植物根茎能自由穿透袋体快速生长,一旦植物根系进入坡体土壤中,就如无数根锚杆完成了袋体与土体间的再次稳固,时间越长,越加稳固,故大大降低了工程的维护费用。

2.2 联结扣

柔性生态袋边坡工程系统不是生态袋的简单堆砌,而是通过联结扣将一个个生态袋单体联结成一个整体,形成稳定的三角内摩擦紧锁结构,使护坡形成安全稳固的柔性边坡。

联结扣上下表面具备倒钩特性的棘爪能将生态袋紧密相连。棘爪的总数应不少于12个,高度不小于25 mm,按结构力学要求科学合理分布。单个棘爪的抗剪切力不小于360 N,任意2个棘爪均不在同一剪切破坏轨迹上,以便能将集中应力合理分散,最大限度地发挥每个棘爪的力学作用,使得柔性边坡在沉降过程中,联结扣不会因受力不均而使坡体产生位移,破坏结构。

联结扣上满足植物生长和排水的垂直孔洞应不少于32个,每个孔洞直径须大于15 mm,为植物根系提供无障碍的生长通道,有利于植物根系在生态袋边坡体内的自由生长和穿透,形成对基础坡体的锚杆作用。同时异株植物根系的盘根交织也可与坡体有机的融为一体。孔洞透水面积应不小于联结扣总面积的45%,以满足多向排滤水的要求,从而减小边坡的静水压力,进而消除渗水对边坡的破坏。同时双向通道凹槽和垂直孔洞合成相互交错的非流线型凸肋,加大了联结扣表面与生态袋之间的摩擦力。其网孔状结构使得联结部位刚柔并济,倒钩棘爪与生态袋能始终保持垂直紧贴,充分发挥其柔性结构的受力特点。

2.3 扎口带、缝袋线、填充物

(1)扎口带。生态袋的扎口带在施工中起到将已装满填充物的生态袋扎紧袋口的作用。黑色扎口带必须具有抗紫外线、抗拉性强以及单向自锁结构功能。从而保证生态袋的完整性和有效性。

(2)缝袋线。缝袋线的强度必须与袋体材料的性能匹配,并须具备抗紫外线、抗老化、抗磨损的功能,保证生态袋系统整体的使用强度和使用寿命。这是结构安全中不可忽视的重要因素。

(3)填充物。生态袋的填充物应根据不同工程、坡体岩土状况和植被品种的具体要求进行配置,由专业技术单位提供必要的技术和施工方案。该工程生态袋填充料为黏土,有条件的可适当掺入沙砾,同时根据现场情况确定有机肥的种类和掺入量。生态袋填充后的尺寸约为:580 mm×320 mm×145 mm(长×宽×高)。

3 工程应用案例

该工程在河道两岸部分河段构建了柔性生态袋护坡。从项目实施后所取得的应用成果来看,此种生态护岸新构型在确保防洪安全的同时,对恢复河道的生态环境具有良好的效果。

3.1 植物措施应用

该工程在生态袋护岸上进行了植物群落建设,营造了乔灌草相结合的植物配置模式。

在河道植物的选择上,该工程根据区域自然条件、河道基本功能和特点,选择了一些适应性强、自繁殖能力强的乡土植物。堤顶选用湿地松、香樟、红叶李、紫荆、夹竹桃、孝顺竹;设计洪水位至堤顶选用枫香、紫薇、截叶胡枝子、垂柳、女贞、珊瑚朴、木槿、小蜡、黑麦草、高羊茅;常水位以上、设计洪水位以下的生态袋上选用高羊茅、黑麦草、三叶草进行草种撒播;常水位处覆土种植水葱、再力花、水烛。

河岸植物群落建设以乔、灌、草相结合为主,常绿与落叶相配合为辅,构建仿自然的生态河道[3]。通过植物间的相互作用不仅能有效增强堤岸的防护能力,同时还能获得了良好的景观视觉效果。

3.2 生态袋护岸的特点

生态袋护岸与传统的浆砌块石护岸、混凝土护岸等结构相比具有如下特点:

(1)生态环保。可与自然生态环境完美融合,施工时不产生建设垃圾和施工噪音。

(2)运用生态袋修建生态边坡,可根据地形条件建成仿自然的生态边坡。同时植被选择可多样化,有利于边坡环境迅速还原成自然状态。

(3)生态袋边坡结构可通过植物发达的根系与坡体结合成整体,使人工边坡和原自然边坡之间不会产生分离、坍塌等现象。

(4)生态袋护岸属于柔性结构,能够通过适应变形来释放、消减土压力。同时结构不会产生温度应力,不需设置温度缝。

(5)三角内摩擦紧锁结构,整体受力对外界冲击力有缓冲作用,其抗震性能传统边坡无法比拟。

(6)施工快捷、方便。可缩短工期,降低造价。

3.3 生态袋护岸的施工工序及质量控制要点[4]

作为一种新型边坡构型,生态袋护岸应用于水利工程中时,在施工过程中需注意一些质量控制要点:

(1)清基修坡。护坡坡面应平整,无碎石、树根等杂物。护坡坡度应符合设计要求。

(2)土方回填。有回填土方时,回填标准应符合堤防工程的有关要求,必须进行分层夯实,确保工程质量,以防止发生不均匀沉降。该工程中原基底土及回填土压实度不低于14.5MPa。

(3)生态袋铺装。生态袋铺装时需严格按照施工技术手册实施。生态袋护岸系统的坡顶宜设置截水沟,护坡坡面需设置横向排水沟或盲沟。

(4)绿化及养护。岸坡的植被直接关系到治理的效果和河道生态环境的改善,是最能体现工程建设效果的关键工序。选择的护坡植物要适合当地河道的环境条件,可酌情选用播种、栽种等方式进行绿化。植被养护期一定要保证浇水量和浇水次数。

4 应用效果分析

柔性生态袋护岸具有很大的柔韧性,可补偿和适应地基的沉降,不仅能满足河道岸坡抗冲刷、岸坡稳定等工程安全的主要功能要求,更重要的是其沟通了水域与陆域范围内的生态链。该生态袋护岸建成后,可有效增加护岸的稳定性,保证堤防不再坍塌,相当于每年每公里新增土地100.05m2(按年减少塌损20 cm计),每年每公里减少清淤600 m3。

生态袋护岸挡而不隔的渗透特性,可以充分保证河岸与河流水体之间的水份交换和调节功能,能有效抑制藻类的生长和繁殖,发挥水体的自净作用,从而改善水生态环境。

该工程经过河道整治,清除了沉积多年的淤泥,大大改善了水质,增强了河道引水、排水、蓄水、供水能力。同时在护岸上进行了植物群落的建设,不仅美化了河道两岸的环境,而且保持水土、涵养水源,维持了河道生态系统的平衡。