多孔植被混凝土在河道生態(tài)護坡施工中的應用研究

趙鳳翔 ZHAO Feng-xiang

（蕪湖市灣沚區(qū)河道管理局，蕪湖 241100）

0 引言

傳統(tǒng)的工程護坡方法主要有這幾種模式：漿砌或干砌塊石護坡、現(xiàn)澆混凝土護坡、預制混凝土塊體護坡以及模袋混凝土護坡等多種構筑方式，如果遇到河水水位較高時還可采用塊石擋墻的護坡方法以增強保護效果。這些傳統(tǒng)的護坡方法主要著眼于河道的防洪排洪能力、抗沖刷性以及水土保持等關鍵因素，因此在保障邊坡穩(wěn)定、防洪排洪方面表現(xiàn)優(yōu)異，同時也展現(xiàn)出良好的整體性與統(tǒng)一性。然而，這些方法在設計和實施過程中，往往未充分考慮到生態(tài)環(huán)境的保護與恢復功能。

多孔植被混凝土是一種典型的生態(tài)友好型材料，可大幅減輕對生態(tài)環(huán)境的負荷，同時還能促進與自然生態(tài)系統(tǒng)的和諧共生，為人類營造舒適環(huán)境的生態(tài)混凝土。應用于河道生態(tài)修復等項目中，不僅能達到傳統(tǒng)混凝土護岸的穩(wěn)定堅固特性，更因其表面覆蓋的綠色植物，可有效改善河道周邊大氣環(huán)境質量，并保持了綠色的自然景觀。此外，多孔混凝土的獨特結構為微生物和小動物提供了棲息地，豐富了生物多樣性，并間接凈化了河川、湖泊的水質。這種材料實現(xiàn)了混凝土與自然環(huán)境的有機結合，突顯了其社會與生態(tài)效益，對人類的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 多孔植被混凝土護坡技術概述

1.1 多孔植被混凝土的構成

多孔植被混凝土由主體結構、植生基材和綠色植物三大元素構成，如圖1。其中，主體結構為無砂多孔混凝土，以粗集料、水泥和水拌制，形成輕質、多孔且類似“米花糖”的蜂窩結構，厚度約100mm，孔隙率高達25%～33%，兼具透氣性與透水性。植生基材為混凝土表層的栽培介質，由草炭土和普通土壤混合而成，為植物種子提供理想的生長環(huán)境。孔隙內(nèi)的水分和養(yǎng)分有助于植物根系穿透并深入土壤，同時可添加緩釋性肥料以促進植物長期生長。

圖1 多孔植被混凝土基本結構示意圖

1.2 多孔植被混凝土的特點

多孔植被混凝土相較于傳統(tǒng)護坡材料具有顯著優(yōu)勢：首先，其不僅具備普通混凝土的高強度，同時能種植多種植物，實現(xiàn)結構防護與邊坡綠化的雙重目標，環(huán)境效益顯著。其次，整體性佳，植物根系與多孔混凝土的聯(lián)合作用可提升整體防護力2-3 倍。第三，其抗洗掘性強，小孔徑設計有效保持土壤，防止流失。第四，多孔植被混凝土繼承了普通混凝土的耐久性，適當處理可大幅延長使用壽命。

2 工程案例

2.1 工程概況

某市主城區(qū)中計劃新建一處山前河河道工程，該工程緊鄰主路沿線及西延工程道路北側，且位于該市流通河的西側。本次設計的河道采用自東向西的流向布局，總長達到592m，寬度設計為15m。同時，位于開發(fā)區(qū)中部的老河道生態(tài)修復工程也在進行中，該工程沿城區(qū)河道延伸，全長1.54 公里。

2.2 河道生態(tài)護坡設計

2.2.1護坡方案

①在混凝土預制塊石護坡方案的基礎上，用多孔植被混凝土預制塊全部替代普通混凝土預制塊，其它均按照堤防防護工程規(guī)程操作。常年平均水位以上部分，可采用稍大粒徑骨料組成的大空隙率的多孔植被混凝土，透水、透氣性好，強度要求稍低，5MPa 以上可滿足要求。常年平均水位以下部分，應主要考慮提高水體自凈能力，可選用粒徑較小的骨料組成的大空隙率的多孔植被混凝土，要求抗壓強度在10MPa 以上，具有較強的吸附微生物和生長水生植物的能力。坡度較緩時，在預制塊的上部表面覆一層有機土，厚度宜在20-30mm，水位線以下不覆土；坡度較陡時，可用草袋代替。播種后澆水養(yǎng)護。多孔植被混凝土構件厚度與單塊幾何尺寸，可以按照《堤防工程設計規(guī)范》（GB50286-98）有關規(guī)定計算。由于草根的“錨固”作用，將會使上述計算結果更加趨于安全。②當被保護坡體表層為粒徑較小的細砂，且反濾要求較高時，宜在多孔植被混凝土底部鋪設土工膜。對基礎好且不需要防滲的地段，可以不用土工膜。③除橋梁兩側必要長度的普通混凝土護底外，河底不設混凝土或塊石護底，必要時可設多孔植被混凝土護底。護底用多孔植被混凝土塊與水位以下護坡用多孔植被混凝土要求基本相同，要求強度較高，耐沖刷，透水性好，具有較強的吸附微生物和生長水生植物的能力。由于透水性和強度都要求較高，所以應選擇中等粒徑的粗骨料和中等的空隙率。④常年平均水位以上護坡栽種城市綠化草本植物，水位以下栽種水生植物。坡頂栽種當?shù)剡m宜的樹木。多孔植被混凝土生態(tài)護坡方案詳如圖2 所示。

圖2 多孔植被混凝土生態(tài)護坡方案

2.2.2擋墻方案

①用多孔植被混凝土擋墻全面替代塊石擋墻。擋墻高度較低時，可采用小粒徑的稍大空隙率多孔植被混凝土，此時強度稍低，而微生物的吸附能力、透水性和水生植被生長能力較好；擋墻高度較大時，除設置構造柱和聯(lián)系梁加強外，應采用強度較高的多孔植被混凝土，可選用較小粒徑和較小空隙率的多孔混凝土，如采用C20 以上的多孔透水混凝土，此時擋墻的透水性、吸附微生物和生長植物的能力受到一定的影響，但仍能保持河水與邊坡土壤之間的物質—能量循環(huán)。②擋墻下部基礎可采用毛石基礎（加設基礎梁）或普通混凝土基礎。③多孔植被混凝土塊漿砌時，應保持水平方向空隙連通，不應堵塞。

多孔植被混凝土擋墻護坡方案詳如圖3 所示。

圖3 多孔植被混凝土擋墻護坡

2.3 多孔植被混凝土配合比設計

2.3.1設計流程

多孔植被混凝土與傳統(tǒng)混凝土不同，它需兼具護坡強度和連通孔隙率以支持植被生長。因此，制備滿足工程和綠化要求的多孔植被混凝土骨架，成為其工程應用的關鍵。圖4 展示了多孔植被混凝土骨架的制備工藝流程。

圖4 多孔植被混凝土骨架制備工藝研究流程圖

2.3.2最佳配合比設計結果

最佳配合比設計結果如表1 所示。

表1 每立方生態(tài)混凝土各組分含量（kg）（不摻加礦物摻和料時）

2.4 多孔植被混凝土的成型工藝及養(yǎng)護

2.4.1多孔植被混凝土攪拌過程

由于多孔植被混凝土不含細集料，且需形成宏觀連通空隙的多孔結構，因此要求水泥漿體均勻包覆粗集料顆粒，骨料間通過水泥漿體在接觸點膠結為一體。攪拌過程中，接觸點的數(shù)量和接觸面積決定了多孔植被混凝土的強度，這與普通混凝土的攪拌過程存在顯著差異，其制備流程如圖5 所示。

圖5 多孔植被混凝土的攪拌加料方法

判斷多孔植被混凝土攪拌是否達標可依據(jù)以下三點標準：首先，觀察水泥漿體是否均勻包裹在粗集料表面，集料應展現(xiàn)金屬光澤；其次，確認集料表面的水泥漿體無流淌現(xiàn)象；最后，通過手感檢驗，新拌多孔混凝土應能成團且松手后不散，同時水泥漿體不堵塞空隙。

2.4.2多孔植被混凝土成型工藝

多孔植被混凝土的成型過程也是和普通混凝土有較大的差別的。普通混凝土的成型工藝一般分為振搗成型、壓力成型、振動成型、離心成型等等。由于多孔植被混凝土采用的粗集料的粒徑比較大，因此如果直接采用壓力成型時，混凝土試塊會出現(xiàn)分層現(xiàn)象。如果直接采用振動成型，振動時間難以控制。振動時間長了會出現(xiàn)泌漿現(xiàn)象，嚴重影響生態(tài)混凝土的孔隙率。振動時間短了則會出現(xiàn)多孔植被混凝土不密實的現(xiàn)象，嚴重影響多孔植被混凝土的抗壓抗折強度。在此實驗中，綜合了各個方法的利弊，選用了振搗成型和振動成型相結合的方法，表面采用人工拍壓的方法。在成型試塊時，先在模具中裝入1/3 的漿料，振搗10～15 下；繼續(xù)裝入1/3 的漿料，同樣振搗10～15 下；最后將模具裝滿，繼續(xù)振搗10～15 下。在模具的表面人工拍壓，使表面盡量平整，然后在振動臺上振動1～2 秒，接著對表面進行小范圍修補使得表面平整。

2.4.3多孔植被混凝土養(yǎng)護工藝

混凝土的養(yǎng)護旨在為其創(chuàng)造良好的凝結硬化環(huán)境。隨著水化作用的持續(xù)，混凝土的液相減少、固相增加，可塑性逐漸喪失，從而強度和結構緊密度得以提升?，F(xiàn)場施工中的多孔植被混凝土養(yǎng)護可采用塑料薄膜、草席等覆蓋方式，并根據(jù)現(xiàn)場條件和氣候變化調(diào)整養(yǎng)護方案。在惡劣天氣下，需保持混凝土表面濕潤，采用細水散灑，避免直接水沖。同時，早期養(yǎng)護時要防止暴雨沖刷，以免破壞局部結構。

2.5 護坡植被選用分析

多孔植被混凝土護坡技術融合了混凝土的整體性與植被的水土保持功能，旨在穩(wěn)定邊坡并美化環(huán)境。其護坡效果依賴于坡面植物的健康生長，因此需要建立穩(wěn)定的植物群落以抵御自然災害。選擇護坡植物時，需科學設計并考慮多種因素，如植物生態(tài)習性、當?shù)貧夂?、光照條件、使用目的及管理水平等，同時結合多孔植被混凝土的結構特點。

2.6 城市河道多孔植被混凝土護坡施工流程

以下以多孔植被混凝土預制塊為例說明施工流程如圖6 所示。

圖6 城市河道生態(tài)多孔混凈土護坡施工流程

2.6.1施工準備

多孔植被混凝土河道生態(tài)護坡施工應在河道邊坡工程完畢后進行。施工前需熟悉設計及相關規(guī)程，核對現(xiàn)場與設計圖，檢查邊坡穩(wěn)定和地質情況，并做好臨時工程施工準備，包括場地布置、取土場選擇及防雨措施、水電供應等。同時，需調(diào)研材料來源，確定混凝土類型，并編制施工計劃書，涵蓋施工程序、用工、材料進度、機械使用、技術及安全措施和預算等內(nèi)容。

2.6.2工程施工

①整理邊坡，清除雜石和有礙護坡植物生長的有毒有害動植物，盡可能平整坡面，坡面的不平整度一般不應大于1cm。嚴禁出現(xiàn)反坡。②按照設計要求，科學施肥。施工時，可以采用一定比例的有機肥和腐殖土拌和。如果腐殖土不易獲得，也可采用當?shù)厝劳?。在施肥時，進一步使坡面平整。③根據(jù)當?shù)貧夂蝾愋?，必要時可以在基底撒一層保水劑。保水劑在水分豐裕時吸收水分，天氣干燥時為植物提供水分，一般采用粒度100 目的保水劑。④及早組織和落實多孔植被混凝土預制塊的生產(chǎn)。在強度達到要求后，將產(chǎn)品安全運至施工現(xiàn)場。轉運過程中注意對產(chǎn)品的保護。⑤在邊坡符合要求和天氣條件適宜時，開展現(xiàn)場鋪設作業(yè)。鋪設時要擺放整齊，四周勾縫。具體可參照普通混凝土預制塊護坡施工規(guī)程。⑥在天氣條件較好時，將植物種子和有機肥拌和的客土混合后，播入多孔植被混凝土預制塊內(nèi)。播撒時，應注意分布均勻，勿造成稀疏不均。⑦清理施工現(xiàn)場，將廢物垃圾以及不再需要的設備、機具，清理干凈。

2.7 應用效果分析

①生態(tài)效果。多孔植被混凝土生態(tài)護坡通過融合水、河道與岸坡植被，構建了一個完整的河道生態(tài)系統(tǒng)。其高孔隙率設計提供了生物多樣性的棲息地，支持水生動植物和兩棲動物的繁衍，對維護生物多樣性有積極影響。②自凈效益。該護坡通過水生植物和微生物的聯(lián)合作用，增強了水體的自凈能力，有效降解有機污染物，轉化為無機物，并通過食物鏈方式降低污染物濃度，從而改善河道水質。③防洪效益。多孔植被混凝土生態(tài)護坡不僅具有抵御洪水的能力，還能通過植被調(diào)節(jié)水文狀況，儲存和調(diào)節(jié)水量。其發(fā)達的根系增強了護岸的抗沖性能和穩(wěn)定性，根系的錨固作用提高了岸坡的防洪能力。④造價效益。工程應用表明，多孔植被混凝土可以節(jié)約27%～38%的水泥用量，節(jié)省造價10%～30%，但其更大的價值在于環(huán)境保護效益。綠色混凝土可以節(jié)省能源并且減少污染排放，走可持續(xù)發(fā)展道路。不但可以推動我國其他各行業(yè)的發(fā)展，并且還能緩解一些重要行業(yè)緊張的局面。

3 結束語

多孔植被混凝土技術廣泛應用于高陡巖石邊坡治理、礦山生態(tài)修復等多個領域，對高陡巖質邊坡的綠化效果顯著。該技術靈活且適用性強，可根據(jù)不同地域和氣候調(diào)整基材配方。實踐表明，此技術對于水土保持、水源涵養(yǎng)及邊坡生態(tài)環(huán)境恢復具有顯著效益，極具推廣價值。