丽水市瓯江护岸绿化混凝土生态护坡试验研究

2014-12-31高礼洪

浙江水利科技 2014年6期

宋睿，高礼洪

(中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，浙江杭州 310014)

1 问题的提出

浙江省丽水市水利部门对丽水瓯江以及丽水城市河道治理的要求是，既要保证河岸稳定，也要保持河道生态，将河道安全和生态功能一起抓，并提出了“平安瓯江、生态瓯江、经济瓯江、人文瓯江”的水利建设总体目标，以丽水瓯江水生态系统保护与修复示范段工程 (以下简称“丽水瓯江水生态工程”)为突破口，开展瓯江流域河流生态岸线研究和应用［1］。该项目被国家水利部列为全国水生态保护与修复工作的五个试点项目之一，对瓯江流域生态岸线建设以及对开展全流域的水生态保护与修复工作具有举足轻重的作用。

2010 年丽水市水利局在丽水瓯江水阁区段生态岸线选择三维植物网为主要护坡材料，并将绿化混凝土护坡、连锁水工砌块护坡、椰网植生带护坡、三维排水柔性生态袋护坡各50m作为示范段进行建设，用于研究各种护坡结构抗冲刷性能，以及植物的生长情况，希望能够找到可以在该地区推广应用的生态护坡形式。

2 丽水瓯江绿化混凝土生态护坡示范段设计

2.1 工程概况

瓯江干流水力资源丰富，洪水多发生于五、六月梅雨季节和八、九月台风季节，属山溪性河流，蓄渗能力较强，产流时间快，汇流迅速集中，暴涨暴落时间短。本工程区段处于瓯江干流中游区域水阁开发区内，位于丽水市莲都区53省道西侧，总长1608m。工程的主要任务是建设与完善瓯江干流水阁区段的生态防洪工程，保护与修复河流自然岸线与生态系统。本工程针对瓯江山溪性河流独特的夏季多暴雨、水位极易暴涨暴落的水文特性，研究三维植物网、绿化混凝土、连锁水工砌块、三维排水柔性生态袋及椰网植生带等生态护坡技术的应用可行性及工后效果，寻找能够在该地区推广应用的生态护坡形式。其中，绿化混凝土生态示范段长约50m。

2.2 绿化混凝土生态护坡设计及试验研究

2.2.1 绿化混凝土生态护坡设计

丽水瓯江水生态工程绿化混凝土护坡设置于高程51.57(枯水位)～60.05m(设计洪水位)的斜坡范围内，长约50m，设计坡比为1∶3.0，厚度为15cm。施工从2010年08月01日开始至2010年12月25日完成，次年03月开始播撒草种。为利于植物的初期生长，在绿化混凝土表面覆盖厚度3cm厚的客土。

绿化混凝土配比材料水泥采用425普通硅酸盐水泥，碎石粒径10～20mm，搅拌用水为自来水。通过降碱处理，使绿化混凝土适合植物生长。绿化混凝土设计断面见图1。

2.2.2 施工工序

目前，绿化混凝土护坡的施工方法有成品预制和现场浇筑2种，本工程采用的是现场浇筑方式。现场浇筑具有适应性强等优点，能适合各种坡度斜面以及各种作业面的现浇施工。

丽水瓯江水生态工程绿化混凝土护坡施工作业的主要工序如下:

(1)边坡修整。对原地形进行开挖或者回填，将边坡修整至设计坡比1∶3.0，边坡修整后须经施工单位自检和监理单位现场验收后，才可以进行下一道工序的施工作业。

(2)营养型土工布的铺设。营养型土工布铺设时，应注意其与边坡的固定，以免产生滑移。营养型土工布在设计洪水位以上埋入护坡内长度大于100cm。

(3)钢筋混凝土框格梁的现浇。现场浇注混凝土框格梁，本工程按照设计要求采用C20混凝土框格梁为2m×2m，框格宽度为20cm，厚度为20cm。

(4)在混凝土框格梁内浇注无砂混凝土。按照设计要求在混凝土框格内浇注由碎石、水泥和水按照一定配比搅拌均匀而成的无砂混凝土，无砂混凝土厚度为15cm，达到设计强度后，填充可供植物生长的肥料和保水剂。

(5)在绿化混凝土表面铺设3cm厚的客土。在无砂混凝土周围铺设3cm的松散、粉状的客土，注意绿化混凝土的客土不漫过混凝土框格梁边框。

(6)播撒草籽。到了播种的季节，根据设计要求将草种撒播至无砂混凝土中，草籽播种量约为15～20g/m2。

(7)铺上草帘并浇水养护。在播种完草籽的土层上覆盖湿草帘等遮光透气物，进行撒水养护。要求2～4遍/d，连续养护直至植物长成。

2.2.3 试验方案

将2012年第2个生长期内的绿化混凝土植草护坡及纯草皮护坡现场取样 (样本尺寸为15cm×15cm)，放到自行设计大流速水槽内进行护坡冲刷模型实验。试验时绿化混凝土植草试样放入模型箱中，模型箱放在水槽中，其顶面与水槽底面齐平，通过模拟不同流速下绿化混凝土植草护坡和草皮护坡的抗冲刷能力，验证护坡结构抗冲安全及结构稳定性。

考虑到实际河道中水位变动以及降雨入渗可能对边坡土体强度及植被生存造成影响，进而影响植被的抗冲性能及护坡效果，拟定2组淹没历时:6，12h;为考察对绿化混凝土植草护坡与草皮护坡抗冲性能及植被水力特性的影响，选择了2个种植被护坡:绿化混凝土植草护坡、草皮护坡;限定3组流速:2.0，3.0，4.0m/s;每组实验1次。

2.2.4 试验结果

根据现场取样做室内试验结果:在6，12h淹没历时内，绿化混凝土植草护坡和草皮护坡均能抗2.0，3.0m/s流速冲刷，结构安全可靠;但是在12h淹没历时内，绿化混凝土植草护坡抗4m/s流速冲刷，植被完全倒伏，护坡仍稳定安全，但是草皮护坡已发生轻微破坏，覆土层细颗粒泥沙起动冲刷，草根部分裸露，植被仍然存活。

根据施工过程照片 (见图2～5)及现场取样做室内实验分析，结果可知，在观测同期内绿化混凝土护坡抗暴雨及水流冲刷能力较强，结构安全可靠，防洪安全能达到的设计要求，尽管2011年3—10月第1个生长期初期草类长势局部稍显稀疏，但基本能达到建设生态护坡目标。在2012年第2个生长期内，绿化混凝土护坡上植物生长效果较好，植被恢复较快，生态修复功能已经完全能满足要求，并且护坡结构安全稳定。绿化混凝土在丽水瓯江护岸工程中应用效果基本稳定，安全性和生态性均能够较高满足试验的要求，达到预期目标。

图1 绿化混凝土护坡断面图

图2 绿化混凝土护坡施工现场照片

图3 绿化混凝土护坡播种后60d现场照片

图4 绿化混凝土护坡播种后150d现场照片

图5 绿化混凝土护坡播种后220d现场照片

3 试验中存在的问题

丽水瓯江水生态工程绿化混凝土护坡完工后至今抗暴雨及水流冲刷能力较强，结构安全可靠，防洪安全达到设计要求，安全性和生态性均能够较好满足试验要求，达到预期目标。但由于本工程中第1个生长期内草类局部长势欠佳，此现象引起了笔者对可能影响绿化混凝土植物生长的因素进行了思考。

(1)绿化混凝土降碱处理不当。普通混凝土的pH值较大，为形成适合植物生长的环境，必须要对混凝土进行降碱处理。若降碱处理过当或不足，植物在绿化混凝土中生长的状况将受到影响。

(2)绿化混凝土护坡设计厚度对植物长势的影响。绿化混凝土的厚度应满足抗雨水、河水、风浪冲刷能力要求，并需适应植物长期生长以及本身的强度与尺寸之间的要求等。绿化混凝土越厚，植物根系穿透的可能性越低，植物成活的难度将加大。本试验所采用的草种为狗牙根，一般情况下其地下茎分布在15～20cm土层中。试验段出现护坡上草类长势较弱，可能是15cm厚的绿化混凝土相对于狗牙根地下茎分布深度较厚，导致其在生长初期不能迅速汲取土中的水分及营养物质导致长势较弱。

(3)绿化混凝土中粗骨料颗粒径较小。绿化混凝土之所以能够长草，最重要的原因就是缺少细骨料中的砂，利用其中的粗骨料相互胶结，形成一定的孔隙，从而为植物根系穿透绿化混凝土提供所需空间，使绿化混凝土的骨架成为植物生长的载体。试验证明［7］，在骨料粒径为25～40mm时，孔隙率一般为20% ～40%，为保证植物生长，孔隙率不宜小于30%。若采用的粗骨料粒径相对较小，孔隙率可能未完全达到适合植物生长的要求，植物根系穿透绿化混凝土中的孔隙较为困难，导致护坡上植物长势较弱。

(4)未达到适合狗牙根的绿化混凝土最优配合比。绿化混凝土的最优配合比与物种的生长特性密切相关，所以要根据种植植物种类的不同进行不同配合比试验，确定相对不同植物的最优配合比。若采用绿化混凝土配合比未达到适合狗牙根生长的最优配合比，可能导致其长势较弱，相对于不同物种的最优配合比需在以后的实验中研究探索。

(5)绿化混凝土护坡施工工艺的影响。适当的插捣和锤击振动对无砂大孔绿化混凝土的强度有利，但是如果过度，将会使水泥浆大量下流，造成底层水泥浆过于富集，从而使得孔隙率小，植物的根系不能穿过绿化混凝土的底层到达下部土层，形成局部植物稀疏的现象。同时插捣和锤击振动还会使顶层水泥浆过少，骨料颗粒粘结不牢，绿化混凝土护坡强度变低。

(6)绿化混凝土护坡的养护条件的影响。为保护乳草的生长，除了注意草籽的播种季节外，加强植被的初期养护也很重要，绿化混凝土护坡上植物狗牙根长势较弱，可能是由于未完全达到养护要求。

(7)对瓯江的自然水力特性适应性不强。瓯江流域山溪性河流具有暴涨暴落的水力特性，在植物草种播撒初期，正处于瓯江洪水及雨水较多的季节。而绿化混凝土上所覆的3cm厚的客土在乳草生长初期可能会被雨水多次冲刷或河水频繁涨落带走，不能为乳草提供付着和保护，使得植物在初期长势稍弱。