生態(tài)混凝土在山區(qū)河道治理中的應(yīng)用

王術(shù)禮

近年，我國進行了大規(guī)模中小河流治理工程，其中有不少為山區(qū)河道，山區(qū)河道一般集雨面積不大，暴雨集中，匯流歷時短，水位暴漲暴落，流量洪枯變化大，河道坡降陡，水流流速快，河水沖刷力大。傳統(tǒng)防護型式，如混凝土、漿砌石等雖然能夠滿足防沖要求，但是由于它的不透水性，剛性護砌工程面上寸草不生，惡化了水生態(tài)環(huán)境，與現(xiàn)代生態(tài)防護理念不相符。格賓石籠、生態(tài)袋等現(xiàn)代生態(tài)防護型式，雖然生態(tài)效果良好，但有時其抗沖能力不能滿足要求。生態(tài)混凝土防護既能抗沖，又具有良好的生態(tài)效果，滿足了山區(qū)河道的防護要求。

1. 生態(tài)混凝土介紹

1.1 生態(tài)混凝土簡介

生態(tài)混凝土，是利用高強度黏結(jié)劑把較大粒徑的骨料穩(wěn)固成型，是一種有著連續(xù)孔隙的多孔混凝土，水、土與空氣能夠很容易進入孔隙內(nèi)，利用骨料間孔隙存儲能使植物生長的基質(zhì)，通過播種或其它手段使得多種植物在較堅固骨料混凝土中的基質(zhì)層生長，進而完成生態(tài)環(huán)境的植被恢復(fù)。植被形成后，植物的根、莖、葉可防止雨水對坡面的沖蝕，植物根系深嵌入坡體，在坡體內(nèi)部形成立體防護結(jié)構(gòu)，從而達到既保護坡面又恢復(fù)生態(tài)的目的。它是一種能減少環(huán)境負荷，提高與生態(tài)環(huán)境的相協(xié)調(diào)性，并能為環(huán)保做出貢獻的混凝土。

1.2生態(tài)混凝土技術(shù)特點

一是強度發(fā)展快，幾小時內(nèi)即可達到5MPa，抗壓、抗彎強度大。

二是具有大量連通的孔隙，空隙率高，可達25%～30%，孔隙分布均勻，孔徑可控性好。

三是施工簡便，凝固時間快，適宜現(xiàn)場澆筑，自然養(yǎng)護。

四是配合植生材料，可在短期內(nèi)實現(xiàn)岸坡綠化效果。

五是透水、透氣性好，植物根系可穿透防護層至土壤深處，進一步穩(wěn)固岸坡。

六是抗凍融性好，可在寒冷地區(qū)應(yīng)用。

七是耐化學(xué)腐蝕性良好，可改善水生態(tài)環(huán)境，凈化水質(zhì)。

1.3 生態(tài)混凝土技術(shù)優(yōu)勢

格賓網(wǎng)石籠生態(tài)效果好，一般用在水流速度不太大，河道中沒有大滾石的河段，但對石料缺乏的地區(qū)應(yīng)用較少；鉸接連鎖磚采用線纜連成一體，抗沖流速大，是一種柔性生態(tài)護坡，但是其投資很大；普通混凝土抗沖流速大，但是防護面寸草不生，破壞了生態(tài)環(huán)境；生態(tài)混凝土護坡具有抗沖能力好、具生態(tài)效果好雙重優(yōu)點，且投資不是太大，能夠滿足山區(qū)河道防護要求，是山區(qū)河道高流速條件下岸坡防護的優(yōu)良材料。不同防護型式比較見表1。

2. 山區(qū)河道防護應(yīng)用

2.1 工程概況

十里沙河發(fā)源于懷安、宣化兩縣交界的化皮嶺，為洋河支流，南北向貫穿懷安東部山區(qū)，河道全長29.5km，流域面積98.5km2，多年平均徑流量為492.5萬 m3，整段河道比降 6.7‰～55.67‰，行洪特點是河陡流急，破壞力大。

治理段河道位于十里河大橋上游，左岸為中瑞中小企業(yè)國際合作園，右岸為張家口南山產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，治理后河道為梯形斷面，兩岸坡比為1:3，河道縱坡為6.69‰～38.23‰，平均水流速度為4～5m/s，河道局部流速達到 6～7m/s。

2.2 地質(zhì)概況

根據(jù)地質(zhì)勘查報告，工程區(qū)分布的主要地層巖性為中元古界長城系高于莊組上段(Chg2)白云巖，第四系上更新統(tǒng)馬蘭組（Q3m）含黃土礫石層及黃土狀壤土、黃土狀砂壤土，第四系全新統(tǒng)沖洪積（Q4pal）砂壤土、卵礫石。地下水位埋深大于100m，對工程沒有影響。

2.3 護岸型式比較

表1 不同防護型式比較表

治理段河道兩側(cè)均為產(chǎn)業(yè)園區(qū)，與產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃相適應(yīng)，后期該河段需進行生態(tài)景觀治理，打造優(yōu)美的河道生態(tài)景觀帶，形成一河兩岸的產(chǎn)業(yè)化布局，因此，該河段治理不宜采用傳統(tǒng)硬性防護，如漿砌石、普通混凝土防護等非生態(tài)材料。

治理段河道為山區(qū)河道，坡陡流急，局部流速達到 6～7m/s，沖刷力強，根據(jù)表1分析，可采用生態(tài)混凝土或鉸接連鎖磚方案。鉸接連鎖磚抗沖性能好，屬于柔性護坡，適應(yīng)地形能力強，且施工速度快，但是其投資大。

生態(tài)混凝土強度大，抗沖性能好，滿足河道局部高流速沖刷，能保持完整的水生態(tài)溝通系統(tǒng)，具有良好的生態(tài)和環(huán)境親和性能，投資適中，現(xiàn)澆施工，技術(shù)簡單，施工速度快，滿足工程設(shè)計需要，本工程采用生態(tài)混凝土防護。

2.4 岸坡防護設(shè)計

岸坡基礎(chǔ)處理：先對岸坡進行整治，對原狀土（回填土）進行壓實，粘性土?xí)r，壓實度≥0.93；非粘性土?xí)r，相對密實度≥0.60。壓實后削坡至設(shè)計1:3坡比。

防護層結(jié)構(gòu)：根據(jù)工程設(shè)計，防護層自下向上依次為：原狀土（回填土），反濾土工布，生態(tài)混凝土。坡腳處為漿砌石護腳，埋深為沖刷深度+0.5m。

反濾土工布：為避免水流淘刷生態(tài)混凝土下土體，在生態(tài)混凝土和土體之間鋪設(shè)反濾土工布，規(guī)格為400g/m2。土工布其它指標(biāo)應(yīng)滿足規(guī)范《土工合成材料 機織非織造復(fù)合土工布》（GBT 18887-2002）的要求。

生態(tài)混凝土層：先澆筑好素混凝土框格，縱橫間距為3m，框格內(nèi)鋪設(shè)生態(tài)混凝土厚為200mm。

素混凝土框格分縫：混凝土分縫包括施工縫、伸縮縫、沉降縫等，本工程主要設(shè)置伸縮縫、施工縫，伸縮縫和施工縫建議布置在一起，縱橫間距不大于10m，縫寬20mm，縫內(nèi)填充閉孔塑料板。

3. 結(jié)論

生態(tài)混凝土護坡進行人工植生后，植物根系穿過混凝土，深入土層，使護坡和土體連成一體，加強了護坡的穩(wěn)定性，植物的生長增強了護坡的抗沖刷性，根據(jù)相關(guān)研究，生態(tài)混凝土護坡技術(shù)，為植物生長提供了良好的條件，可有效地促進植物的生長，植生3～6個月后，植被覆蓋度可達到95%以上。

生態(tài)混凝土護坡即克服了傳統(tǒng)護坡生態(tài)效果的不足，又滿足了山區(qū)河道高流速強沖刷的要求，在滿足岸坡防護安全的同時，打造了河道生態(tài)景觀，為山區(qū)河道治理提供了理想防護材料。