某组合生态砌块技术研究与应用分析

2021-11-05郑俊芳

建筑施工 2021年7期

陈健郑俊芳

浙江建工水利水电建设有限公司浙江杭州 310012

目前，人工生态护岸技术主要有石笼护岸、三维土工网垫护岸、土工格栅石垫、介质筛护岸、生态混凝土护岸、链锁式生态砖块护岸、自嵌式生态砖植被护岸、固化技术护岸、净水箱护岸、生态袋护岸、种植槽护岸、传统型护岸改造成生态型护岸砌块护岸等[1-2]。然而仿生态工程技术效果始终与自然生态效果存在一定差距，在保证安全性的前提下，尽可能地接近自然生态成为人工生态护岸技术追求的目标。经过近二十年的发展，一种组合生态砌块技术得到了大量的应用，它兼具链锁式生态砖块的稳定透水保护、石笼护岸高孔隙抗冲刷、三维土工网垫护岸适宜植物生长、土工格栅石垫保证陆地与河道的水汽连续性、介质筛护岸防治水土流失、生态混凝土护岸具有的良好透水性、自嵌式生态砖植被护岸满足水生生物的生存需要、种植槽护岸可栽种各种植物等优点[3]，是一种施工方便，社会、生态、经济效益极高的生态护岸技术。

1 主要技术原理

该生态砌块技术主要由锚固孔和阻滑埂设计技术、生态结构技术、刚性护坡柔性化技术、资源循环再利用技术、自动化流水线制造工艺技术等组成。主要原理是在生态砌块中，设计锚固孔和阻滑埂，在锚固孔内插筋灌浆，采用上下层砌块错位砌筑工艺，使上下砌块连成一体；同时砌块阻滑埂可增加层间水平滑动阻力，防止砌块沿层间水平位移产生破坏，配合土工格栅，使河道挡墙形成“纵构横联”的整体结构，挡墙结构具有较高的整体安全性、稳定性；设计生态腔和纵向、横向及垂向生态孔，在河道常水位以下，生态腔和纵向及横向生态孔能为水生动物提供良好的生长环境；在河道常水位以上，生态腔和横向及垂向生态孔能为植物提供生长载体，使河道护岸具备了良好的生态效果；设计双面迎水砌块、双层互锁砌块等多样式组合砌块，可根据不同功能、不同区域河段需要，组合成直立式、复合式等多种断面形式的护岸，块体构联曲直有致，适应河湖凹凸岸线走向，平顺衔接（图1）。

图1 组合生态砌块结构示意

2 主要优点分析

2.1 生态结构分析

该生态砌块护岸生态空间率在25%～60%、可持土体积率5%～25%、横向生态孔最大处开口尺寸≥40 mm、纵向生态孔最大处开口尺寸≥80 mm。该护岸的几何结构可在很大程度上影响河岸生态及河道生态。改善效益主要为：表面不仅可为附着型生物（田螺、苔藓等）提供生长活动场地，也为功能性微生物（如反硝化细菌）提供重要的群落成长场所；护岸的生态空间水下部分可为小型水生和两栖类动物提供生长庇护所，水上部分则可在填上耕作土后种植景观湿生植物和陆生植物，构成水-土-植物小型生态系统，或在有效空间内填上水质净化材料，可净化河道水体和地表漫流水体；生态砌块烧制材料不但具有较好的力学性能，而且材料内部连通的微孔结构大幅增加了材料的吸附和过滤能力，同时也为水中的微生物提供了必要的生长环境，这些结构及微生物对水体污染物具有极好的降解净化效力；生态砌块护岸迎水面的横向波浪结构、纵向阶梯结构及相邻砌块间的空间可有效地护岸消浪。

2.2 稳定性分析

在该生态砌块中设计了锚固孔、阻滑埂以及互锁榫头结构。锚固孔可使砌块竖向上下连通，通过灌浆或加筋灌浆使砌块连成整体，既提高了挡墙的抗剪强度，又使砌块上下、左右连成了整体，大大提高了挡墙的稳定性。阻滑埂的存在首先为砌块层间水平滑动增强了阻力，防止砌块沿层间水平位移产生破坏，可大大提高挡墙的抗剪强度；其次在施工时只要贴紧阻滑埂，砌块护岸就自然形成一个向内倾斜的斜坡，使墙体重心偏内，增加墙体在侧向土压力作用下的抗倾覆能力，提高了砌块挡墙的整体稳定性，施工工效也大幅度提高，为施工便捷创造了良好的条件。同时互锁的榫头结构，使2块砌块彻底连接，进一步增加挡墙稳定性，提高抗倾覆能力。生态砌块护岸主要承受的荷载是土压力，为了检验砌块挡墙的性能，了解该生态砌块挡墙在土压力作用下的变形及稳定情况，通过现场试验，对该生态砌块挡墙在侧压力作用下的性能进行了研究。根据试验结果，实测1.4 m高未灌浆的砌块挡墙，单宽承受侧向力的能力约为4.4 kN。而现场试验是采用集中力，且作用力位置为墙高的1/2处，与实际土压力产生的三角形分布荷载和作用位置是不同的，现场试验是更为不利的情况。在不考虑超载的情况下，作用在1.4 m高砌块挡土墙上的主动土压力约为4.0 kN/m，由此可见，未灌浆挡墙墙体本身完全可以满足承载要求，具备较好的抗侧压力能力，结构稳定性良好。为了确保安全，建议在施工时对下部几层砌块进行灌浆孔灌浆或植筋，以进一步提高墙身稳定性。

2.3 组合形式分析

该生态砌块由工厂生产，现场拼装，具备产品标准化及装配式的特点。为满足不同河道护岸要求的应用，该生态砌块进行了挡墙典型断面设计及施工工艺的研究，形成多种自由组合护岸形式，通过不同规格、形式、色彩、构造的多种组合，造就出形式各异、曲直有致、充满生机的生态挡墙，使得该生态砌块类似于“生态魔方”，满足不同河道护岸的需求。

3 施工要点

基础施工应注意控制好顶面高程、尺寸，基础埋筋或植筋位置应准确，深度满足要求，混凝土强度达到70%后方可施工上部护岸墙身。安装砌块时应确保每层顶面沿口线齐平，层与层之间的砌块应错位叠砌，错位长度为1/2砌块宽度，注浆孔上下对齐，砌筑完毕的砌块不得有晃动、脱空等现象。高1.0 m及以上的挡墙宜在锚固剪力孔内设置钢筋并注浆加固；墙高在1.8 m及以上时应每高50 cm左右按要求设置一层土工格栅。砌块空腔内应一边砌筑一边回填，水下块空腔内宜回填碎石或小卵石，常水位以上应填入耕作土或营养土。墙后土方须分层回填，最上层应采用植物土，人工捣实整平即可，以利于植物生长。绿化植物宜选择四季常青、多年生长、耐干旱耐水淹、绿化效果快、养护简单的品种，优先采用本土植物，宜在盖板安装前及时种入，植物根部尽量往墙体背部靠近，以利于其扎入墙外土壤，加强养护，及时浇水，确保植物存活率。

4 应用效果分析

该生态砌块护岸技术采用了全新的护岸结构并运用全新的生态理念，做到了刚性护岸的生态化，具有明显的生态效益，已广泛应用于各类河道治理、河湖生态修复工程，有效解决了传统护岸破坏水生物栖息、繁衍环境，影响河湖生态与河湖健康的难题。为更加客观地评价该生态砌块的应用效果，对嘉兴市海盐县百步镇潜龙溪（3个该生态砌块护岸样点与2个传统堤岸样点）、嘉兴市南湖区长板塘（3个该生态砌块护岸样点与2个传统堤岸样点）、嘉兴市南湖区思仙河（1个该生态砌块护岸样点与1个传统堤岸样点）等3个实际案例进行较为全面的环境、生态系统调查与测试，该生态砌块护岸实施生态效果显著，具体如下：

1）该生态砌块独特的几何结构使其组合成的生态护岸具有较大体积的空间，空间的水下部分可以为小型水生和两栖类动物提供有效的生长庇护场所，水上部分则可在砌块空腔内填上耕作土后种植景观湿生植物和陆生植物。

2）由于该生态砌块护岸为水生动植物提供了较为适宜的生境条件，相比传统的直立护岸具有更为完善的生态系统和食物链，生物多样性明显高于传统的直立护岸区，浮游植物香农-威纳指数（香农-威纳指数是评价生物群落局域生境内多样性最常用的指标）平均提升了40%以上。

3）由于该生态砌块护岸构建了较为合理的河岸环境和生态结构，增强了河道水体的自净能力。通过对水质检测结果进行对比，该生态砌块护岸所在河段的水质较传统直立护岸所在河段的水质有明显改善，其中氨氮、正磷酸盐、总氮总磷等指标有所降低。

4）该生态砌块护岸的砌块内护坡植物生长较好，新生枝条和根系的生长量均达到了较高的水平，其水土保持效果逐渐增强，能有效消纳吸收部分因短时间内高强度暴雨带来的面源污染，防止其直排河道。

5）该生态砌块护岸由于其物理结构合理，为其他本地植被的恢复提供了稳定的生境，对土壤的固结作用非常明显，对土壤的保护作用明显强于传统的直立护岸。

5 结语

该组合生态砌块采用科学的结构设计，使得该生态砌块具有独特的生态腔和纵向、横向及垂向生态孔，可以为水上、水下不同动植物提供良好的生存繁衍和生长环境。另外，挡墙结构还具有较高的整体安全性、稳定性，同时能自由组合成多种断面形式的护岸结构，满足不同河道的需求。

该生态砌块与类似生态砌块产品相比，总体技术水平领先，成熟性和适用性强，已广泛应用于长三角骨干河道、高等级航道、河湖生态修复、水土流失防治等水利、交通、市政多个领域的护岸护坡工程建设，实施生态效果十分显著，有效解决了传统护岸破坏水生物栖息、繁衍环境，影响河湖生态与河湖健康的难题，取得了显著的社会、生态和经济效益。