生态混凝土护坡在防洪工程建设中应用

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摘要：在防洪工程中的堤坡采用生态性护坡材料是建设生态、人文河岸的一项重要工程措施。该文以福建省赛江流域防洪三期工程为实例，通过对生态混凝土护坡技术的应用分析，为生态混凝土护坡技术在水利生态建设中的推广应用提供借鉴。

关键词：堤防工程；生态混凝土护坡；施工工艺；质量控制；环境效益

1引言

近年来，随着城镇化进程的加快，水利工程建设得到了各方的重视，传统防洪工程中的护坡结构刚硬且生态性差，不再适应生态文明建设的要求。根据国家对福建省生态文明试验区的要求，在防洪工程中的堤坡采用生态材料进行护坡防护，既符合生态要求，又改善沿河景观。目前常用的生态护坡材料主要有以下几种类型：生态砌块、三维植物网垫、生态混凝土、生态格网绿滨垫、柔性生态水土保护毯等。根据福建省“五江一溪”防洪工程中各种生态护坡材料的应用表明，各种生态护坡材料均能达到保持水土、绿化环境、构建“生态和谐”水陆交错带的目的，不同工程要根据地方政策、河势、施工成本、长期效果等方面进行综合分析，确定合适的生态护坡材料。本文以赛江流域防洪三期工程为例，对生态混凝土护坡技术的应用进行分析探讨。赛江流域防洪三期工程建设涉及赛江流域内宁德市寿宁县、周宁县、柘荣县及福安市4个县市、8个乡镇，共18个堤段，总长24.581km。工程所在河段绝大部分属于山区河道，洪水暴涨暴落、洪峰流量较大，洪水流速大，流速一般在2.0～5.5m/s，且各县市禁止自行开采石料，难以采用传统的抗冲性能较好的砌石护坡。经综合考虑后，本工程的土堤护面材料选择生态效果更好，同时具有一定抗冲能力的、后期维护简单的现浇生态混凝土护坡。

2生态混凝土护坡技术

生态混凝土是一种能将工程防护和生态修复良好结合的新型护坡材料，它采用连续粒级的粗骨料、细骨料（可以不加）、生态胶凝材料按一定比例进行配合、搅拌、浇筑及自然养护之后，得到表面呈米花糖状并有大量连通、细、密孔隙的多孔质混凝土。该混凝土在实现安全防护的同时又能满足生态种植要求。

2.1生态混凝土护坡性能及技术要求

生态混凝土主要性能有透水性、反滤性、抗冲刷能力等。透水性是生态混凝土最主要的性能指标之一，透水性受基础材料颗粒情况的影响大，要想实现良好的植物生长效果，需要保证足够的透水性。生态混凝土护坡结构层整体反滤，可保证只让水自由通过而土质细颗粒不能通过，从而实现堤坡的安全、稳定。同时，生态混凝土的表面呈粗糙沙琪玛状，对水流冲击能量的吸收效果好，可防止堤坡的冲刷破坏。为保证生态混凝土护坡的安全、质量可靠及生态效果，主要有以下技术要求：（1）有一定的透水性，透水系数大于1mm/s，在混凝土中加入SR-3添加剂，增大混凝土透水性；（2）具有适宜的孔隙率，一般以25%～35%为宜，孔隙分布均匀；同时添加“复合改良材料”和铺设“营养型无纺布”双重方式，增强土壤保水保肥能力，以满足植物根系生长的要求；（3）有一定的抗压强度，以确保安全稳定的需求，一般应大于5MPa；（4）要求其材料内部的碱度低，以利于植物的生长；（5）抗冲流速可达5.0～6.0m/s[1]。

2.2生态混凝土护坡技术优势

与传统的砌石护坡或混凝土护坡相比，生态混凝土护坡具有以下优势：（1）透水性好：大孔隙率确保了水土与外界环境相通，也为动植物生存提供良好的生存环境。（2）消波和抗震性好：生态混凝土表明如米花糖状凹凸，具有良好的消波效果，且其多孔性能很好地适应强烈震动影响。（3）抗流失性好：砌石护坡或混凝土护坡通过砌缝或排水孔进行排水，其流线集中且流速相对快，而生态混凝土护坡为连续小孔隙具有良好的抗流失性。（4）生态景观性好：生态混凝土护坡可以进行植生绿化，绿化覆盖率可达90%以上，在稳定岸坡的前提下有效改善生态景观。（5）经济性好：生态混凝土较普通混凝土水泥用量少约1/3，更为经济，且避免了无石料可用的尴尬。

3生态混凝土护坡技术的应用

3.1护坡设计

赛江流域防洪三期工程共18个堤段，建设堤防总长24.581km，其中8个堤段堤型采用斜坡式或复合式，堤坡防护采用现浇生态混凝土，其余堤段堤型采用直墙式。斜坡式堤型断面：堤顶防汛公路4m宽，防汛道路自上而下为透水砖5cm、1:2水泥砂浆结合层3cm、C15混凝土垫层10cm，防汛道路迎水面设置C20混凝土防浪墙；迎水侧坡比为1:2.5，护面采用现浇生态混凝土，材料由上至下分别为：覆土植草绿化厚30mm、填充复合营养改良材料一层、现浇生态混凝土厚150mm、400g/m2营养土工布一层，并设置C25钢筋混凝土框梁；坡脚为C20混凝土防冲护脚，顶宽1m，高1.5m；堤防内侧护坡采用草皮，坡度为1:2.0，坡脚设置C20砼排水沟。本工程土堤标准断面结构如图1所示：

3.2护坡施工工序及主要质量控制

生态混凝土护坡的施工工序为：堤身填筑→C25钢筋混凝土框格梁浇筑→营养土工布铺设→现浇生态混凝土护坡→生态混凝土表面种植土回填→草皮护坡铺设等六道工序。堤身填筑前对地面清表30cm，堤身采用粘土填筑，回填厚度宜在30～50cm，土料的压实度不小于0.91，粘粒含量宜为10%～35%，塑性指数为7～20，砂卵石料含泥量小于5%；砂卵石、砂性土相对密度小于0.60，不得采用淤泥和膨胀土及含植物根茎、砖瓦垃圾等杂质回填。堤身迎水面的生态混凝土护坡保证在堤身填筑符合设计要求的前提下，再进行修坡处理，在坡面上按设计图纸规格要求，进行框架梁放样施工；然后在框架梁中间，进行铺设400g/㎡营养土工布，营养型无纺布为反滤层和营养层复合结构，是在反滤无纺布上交织四种纤维携带多种缓释肥料，在混凝土浸提液作用下产生氨基酸分子团，同时具有反滤和为植物长期提供营养的作用。营养土工布需要在框架梁中间的坡面上安装牢固，以免混凝土浇筑时出现变形。生态混凝土搅拌时为保证添加剂与水泥、骨料混合均匀并搅拌，按添加剂：水为0.8:1000的比例进行稀释，在混凝土搅拌阶段添加。生态混凝土浇筑时需控制好混凝土的落差高度，避免过高产生离析现象，混凝土现浇施工高温季节避免中午气温较高时段，尽量选择在早晚温度较低的时段施工。生态混凝土浇筑完成后，在其表面回填种植土应采用可耕作的土料，将20余种有机材料、无机材料、活性材料充分混合后配制而成的盐碱改良复合营养材料与种植土混合。生态混凝土孔隙内填充采用喷填、水填方式，填充后使生态混凝土上植物所需营养的供给具有全面性、缓释性、均衡性、适应性。面层回填可人工摊平并轻压，摊平后的土料平均厚度不宜大于20mm，最后进行马尼拉草皮铺设。

3.3工程效果分析

本工程的生态混凝土护坡于2021年1月浇筑完成，经过汛期洪水的考验，没有出现水土流失、冲刷垮塌等现象。但是当年8月发现护坡草皮存在部分干黄现象，坡面生长的草参差不齐，绿化效果与预期有差距。3.3.1原因分析。发现问题后，经现场详细调查分析，主要原因如下：（1）根据气象站资料统计，福安市多年平均降雨量为1770mm，4～9月降雨约占全年的75.4%。全年降水日数平均207.7天，多集中在每年2～5月份，6～9月份的降水间隔时间长但是雨量大。2～5月份的降雨间隔短雨量小，靠降雨就能保持草皮植被正常生长，6、7月份后雨水分布不均衡，不利于植物生长。（2）每年6～9月份夏季气温较高，350C以上的连续时间较长，高温导致边坡的蒸发量比较大，因为草皮底下的营养土厚度仅为20cm，遇到连续一个星期以上的高温天气，营养土层中的水份将蒸发干净，雨水补充不及时导致草皮失水干枯。（3）本项目于2021年1月才完成生态混凝土和草皮铺设施工，完工时间较短，绿植根系的生长速度还未能穿透生态混凝土层，无法从土质边坡深层部位吸收水份导致草皮枯黄。（4）本项目濒临河边各种鸟类较多，鸟粪和河风携带的其他植被的种子，掉落草皮表面遇到适当的气候条件就开始生长，因此时间一长草皮植被当中就混杂有其他杂草。3.3.2补救措施。根据上述的原因分析，采取了如下整改补救措施：（1）加强草皮护坡的洒水养护，在防浪墙基脚布设一条滴灌管道，适时对坡面进行补水，特别是夏季高温季节可增加每天的洒水次数，确保植被种植土的湿度，以利于草皮顺利返绿、后期不会因缺水干旱而枯萎。（2）及时更换干枯发黄的部位的草皮，对于枯死部位的草皮进行修复更换或喷洒植被的种子进行补种处理。（3）加强管护巡查，有零星的杂草出现及时安排人员进行清理，避免杂草成片生长影响景观效果。3.3.3工程效果评价。（1）工程所用生态混凝土具有良好的透水性和孔隙率，能够保证植物的绿化效果，从而形成非常好的生态环境。（2）生态混凝土护坡结构层具有良好的反滤性，有效防止了堤防边坡水土流失。本工程水土流失防治6项指标值分别为扰动土地整治率95%，水土流失总治理度95%，土壤流失控制比0.8，拦渣率95%，林草植被恢复率97%，林草覆盖率25%。（3）生态混凝土护坡的边坡具有良好的消浪、抗冲刷能力，同时可防止河道水位骤降所导致的边坡破坏，从而实现堤坡的安全、稳定。

4结语

赛江流域防洪三期工程采用生态混凝土护坡技术，经历了2021年汛期的考验，不仅有效地保证了堤坡安全，而且极大地提升了沿河生态景观效果，改善了当地民众的生产生活环境，可供类似工程参考借鉴。

参考文献：

[1]杨玉宝，潘毅，徐振山，陈永平，许春阳.现浇型生态混凝土护岸抗水力冲刷性能试验研究[J].水利水电技术，2017.

作者:张培坤 单位:福安市水利局