綠化混凝土在中小河流治理工程中的應(yīng)用

黃錦林　王立華

(1.廣東省水利水電科學(xué)研究院， 廣東 廣州　510635；2.河口水利技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室， 廣東 廣州　510635)

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綠化混凝土在中小河流治理工程中的應(yīng)用

黃錦林1，2王立華1，2

(1.廣東省水利水電科學(xué)研究院， 廣東 廣州510635；2.河口水利技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室， 廣東 廣州510635)

本文介紹了綠化混凝土的分類模式和應(yīng)用特點，并針對其制作問題，闡述了綠化混凝土中骨料、膠凝材料、填充材料的技術(shù)要求，提出了栽種草種的選擇原則，論述了綠化混凝土施工方法和施工注意事項，結(jié)合具體工程給出了綠化混凝土在河道治理中的應(yīng)用案例，可作為工程技術(shù)人員中小河流治理的參考。

中小河流治理； 綠化混凝土； 應(yīng)用特點； 材料要求； 草種選擇

1　前　言

綠化混凝土是能夠適應(yīng)植物生長，可進行植被作業(yè)，具有保持原有防護功能、保護環(huán)境、改善生態(tài)條件的混凝土及其制品。綠化混凝土又稱為植物相容混凝土或植被混凝土，是生態(tài)混凝土的一種[1]。綠化混凝土技術(shù)最早起源于日本，目前已被廣泛應(yīng)用于建筑物墻面綠化、屋頂花園、停車場綠化、住宅小區(qū)綠化、城市休閑綠地、高速公路邊坡等工程建設(shè)當中，近年來，也被引入水利工程建設(shè)。

當前，中國正在大力開展中小河流治理工作，需要完成5000多條中小河流重點河段的治理任務(wù)，涉及9000多個項目，治理河長高達6萬多千米。工程投資大、任務(wù)重、要求高，要完成好此項工作，實現(xiàn)“流暢、水清、岸綠、景美”的治理目標，河道岸坡及堤防工程護坡必須滿足綠色、生態(tài)要求。傳統(tǒng)漿砌石或混凝土護坡由于不利于生態(tài)平衡和環(huán)境綠化，不能滿足河道綠色、生態(tài)的治理要求，在中小河流治理工程中應(yīng)盡量少用或不用，而綠化混凝土由于其自身獨特優(yōu)勢，卻是中小河流治理工程中可推廣應(yīng)用的生態(tài)型護坡材料。

2　綠化混凝土分類模式

綠化混凝土種類較多，有“廣義”和“狹義”兩種分類模式。“廣義”的綠化混凝土包括“敷設(shè)式綠化混凝土”“孔洞型綠化混凝土”和“隨機多孔型綠化混凝土”，“狹義”的綠化混凝土特指“隨機多孔型綠化混凝土”。本文中所談到的綠化混凝土，專指“狹義”的綠化混凝土，即隨機多孔型綠化混凝土。

2.1敷設(shè)式綠化混凝土

敷設(shè)式綠化混凝土是在普通混凝土的表面固定植被網(wǎng)，通過在植被網(wǎng)上噴涂一定比例配制的膠黏材料(膠黏材料由植物秸殼粉末、肥料、保水劑、草籽混合物等組成)，構(gòu)成植物生長的基體，通過一定養(yǎng)護便可以長草。敷設(shè)式綠化混凝土多用于裸露巖石面和既有混凝土面的綠化。

2.2孔洞型綠化混凝土

孔洞型綠化混凝土的實體與普通混凝土材料相同，與普通混凝土不同的是在混凝土結(jié)構(gòu)上設(shè)置了一定比例的孔洞。孔洞型綠化混凝土鋪筑后，這些孔洞中填入土或其他植物生長基質(zhì)，填土或植物生長基質(zhì)通過孔洞能與混凝土結(jié)構(gòu)下的土壤相連，孔洞中栽種綠色植物，通過一定養(yǎng)護便可以成活。孔洞型綠化混凝土目前被廣泛應(yīng)用于人行道、停車場。

2.3隨機多孔型綠化混凝土

隨機多孔型綠化混凝土以多孔混凝土作為骨架結(jié)構(gòu)，骨架結(jié)構(gòu)由粗骨料、水泥和水拌制而成，其中粗骨料可以是卵石、碎石或人造輕骨料，骨料中不含普通混凝土中的細骨料砂。混凝土在拌制過程中，由于沒有細骨料，膠凝材料不能完全填充粗骨料的孔隙，從而形成了具有大量孔洞的混凝土，在孔洞內(nèi)填充土或其他植物生長基質(zhì)，便可以栽種綠色植物。由于這種混凝土的孔洞結(jié)構(gòu)大小不一，隨機分布，故將其稱為隨機多孔型綠化混凝土。隨機多孔型綠化混凝土特別適合用作中小河流治理工程中的生態(tài)護坡材料。圖1是隨機多孔型綠化混凝土構(gòu)造。

圖1　隨機多孔型綠化混凝土

3　綠化混凝土應(yīng)用特點

3.1結(jié)構(gòu)孔隙率高、透水性強，能滿足物質(zhì)交換和生物生存需求

綠化混凝土孔隙率通常高達30%以上，孔隙可從混凝土表面通到地面，多孔的特性使其透水性強，這樣的結(jié)構(gòu)特點能滿足植物生長所需的空間、水分、營養(yǎng)物質(zhì)交換與存貯等各方面的需求，為植物生長創(chuàng)造條件。在中小河流治理工程中，綠化混凝土水上、水下部位可選擇性地栽種相應(yīng)植物，其中水上植物可為陸上昆蟲、鳥類提供覓食、繁衍的環(huán)境，水下部位的孔洞及栽種的水生植物根、莖、葉能成為水生動物的巢穴和繁殖場所。采用綠化混凝土護坡，可以維護河岸透氣性要求，形成水土相連的“能呼吸”的河岸生態(tài)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)人與自然的和諧相處。

3.2具有一定強度，能提高河岸的抗淘刷能力

綠化混凝土由水泥、粗骨料和水拌制而成，具備一定的強度。與天然河道相比，綠化混凝土岸坡抗沖能力更強，在一定流速范圍內(nèi)，對土體的防護有效，能夠避免岸坡的沖刷與坍塌。研究表明，天然狀態(tài)下一般的淺草護坡抗沖流速為1m/s，而綠化混凝土護坡的抗沖流速可達4m/s[2]。采用綠化混凝土護坡，當栽種的植物根系穿透混凝土并充分生長至下層土體中時，通過植被根系的錨固作用，能夠大大提高岸坡的穩(wěn)定性。栽種的綠色植物還能起到消浪作用，降低波浪對岸坡穩(wěn)定的影響。

3.3能栽種綠色植物，實現(xiàn)建筑垃圾再生利用，滿足生態(tài)建設(shè)要求

與常規(guī)混凝土相比，綠化混凝土可以在孔隙中填充土或其他植物生長基質(zhì)，營造適合植物生長的環(huán)境，通過種草綠化，既達到堤岸防護、防止水土流失的目的，又能保持河道天然環(huán)境，提高綠化效果。此外，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，再生骨料在綠化混凝土中得到應(yīng)用，該技術(shù)將廢棄混凝土和建筑垃圾破碎、清洗、分級，作為綠化混凝土骨料加以利用，減少了天然骨料的使用，滿足新時期建筑材料環(huán)保要求。建筑垃圾再生材料具有密度小、孔隙率高、吸水性強等特點，能滿足綠化混凝土對骨料的基本要求。建筑垃圾再生材料利用技術(shù)提高了綠化混凝土的推廣應(yīng)用價值，符合混凝土技術(shù)生態(tài)化發(fā)展方向。

3.4能促進水體自凈，改善河流水質(zhì)

綠化混凝土栽種位于護岸水位變動區(qū)，水生植物能吸收水中的無機鹽類物質(zhì)(如氮、磷等)，其根、莖又是藻類和微生物附著的介質(zhì)，也能吸收水中的無機鹽類物質(zhì)。綠化混凝土的多孔隙結(jié)構(gòu)及栽種的水生植物能幫助水體形成不同的流速帶和紊流區(qū)，有利于增加水中的溶解氧，幫助好氧微生物、魚類等水生生物的生長。這將有助于水體中生物群落的形成，水體有了生物群落，將逐步發(fā)展成水體生態(tài)自凈系統(tǒng)，在光合作用和食物鏈的共同影響下，實現(xiàn)水中物質(zhì)的循環(huán)、交換和轉(zhuǎn)移，有效提高水體自凈能力，改善河流水質(zhì)。這種生態(tài)治污手段正是中小河流治理所追求的目標，在目前中小河流普遍遭受不同程度污染的情況下，綠化混凝土技術(shù)對于河流治污無疑會是一種好的選擇。

4　綠化混凝土制作材料

4.1骨料

骨料是綠化混凝土制作的主要材料，骨料按顆粒粒徑大小可分為4級[3]：粗碎(卵)石(顆粒粒徑在40～150mm)、中碎(卵)石(顆粒粒徑為20～40mm)、細碎(卵)石(顆粒粒徑為5～20mm)和特細碎(卵)石(顆粒粒徑為5～10mm)。根據(jù)有關(guān)材料[4]：粒徑為13～20mm的碎石制成的綠化混凝土，平均孔徑約為3.5mm；5～13mm碎石的平均孔徑約為1.8mm；2.5～5mm碎石的平均孔徑約為0.7mm。有研究表明[5]，當選擇平均粒徑為27mm、58.5mm、81mm的3種粒級碎石按體積比1∶1∶1制成綠化混凝土，其平均孔徑約為17.3mm，結(jié)構(gòu)孔隙率均在30%以上，能滿足植物生長所需要的連通孔隙率在25%以上的要求。骨料粒徑越大，級配越單一，則孔隙率越大。孔隙率越大，植物根部生長的空間越大，保存水分、營養(yǎng)的能力就越強。因此，可根據(jù)所栽植物的種類和填充物的要求，相應(yīng)選擇合適的骨料級配。

除碎(卵)石外，綠化混凝土的骨料應(yīng)盡量選用吸水性好的輕質(zhì)多孔材料，如：沸石、陶粒、珍珠巖、碎磚石、混凝土再生骨料等，這類骨料孔隙率高，可吸附大量水分，與孔隙中的土或其他生長基質(zhì)一起為植物根系供水。

4.2膠凝材料

綠化混凝土通常以水泥作為膠凝材料，當水泥用量相同時，綠化混凝土強度一般與水灰比成反比，但水灰比過大或過小，都將導(dǎo)致綠化混凝土強度降低。水灰比過大，除水泥漿體自身強度降低外，水泥漿也容易從骨料顆粒上滑下，出現(xiàn)頂層水泥漿偏少而底層偏多的現(xiàn)象，導(dǎo)致強度降低；水灰比過小，則水泥漿不能均勻包裹粗骨料，導(dǎo)致強度降低[6]。在最佳水灰比條件下，綠化混凝土抗壓強度和抗折強度與單方水泥用量呈線性遞增關(guān)系。因此，可根據(jù)工程實際需要和所用原材料情況，選擇一個既能滿足工程要求又比較經(jīng)濟的水泥用量。

由于植物生長需要偏酸性的環(huán)境(土壤的pH值一般在4.5～7.0之間)，而水泥等膠凝材料水化時會產(chǎn)生Ca(OH)2，其pH值高達12以上，呈堿性。在這樣的堿性環(huán)境下，植物難以生長，必須采取措施中和這樣的堿性環(huán)境，滿足植物生長需要。在日本，綠化混凝土配制時采用低堿度的高爐B型、C型水泥，可使孔隙水pH值降到5～9，而國內(nèi)一般以普通水泥作為膠凝材料，要改善孔隙內(nèi)的堿性水環(huán)境，可采取一些針對性的物理或化學(xué)方法，如在膠凝材料中摻入粉煤灰、酸性聚合物等，不僅提高漿體強度、減少水泥用量，也能降低水化產(chǎn)物中Ca(OH)2的釋放，此外還可以考慮加入降堿外加劑等，使孔隙水達到植物生長所需的pH值水平。

4.3填充材料

填充材料可以為綠化混凝土所栽種植物生長初期提供水分和養(yǎng)分，當植物的根系穿透綠化混凝土到達下層土體后，植物就擺脫了對填充材料的依賴，可以直接從土體中吸收水分和養(yǎng)分。填充材料可以是土或其他植物生長基質(zhì)，可采用當?shù)氐母粒部梢蕴砑泳忈審?fù)合肥料、土壤菌、保水劑等植物生長基質(zhì)，將這些植物生長基質(zhì)拌和在耕土中，能增加填充材料中的有機質(zhì)和腐殖質(zhì)，提高植物成活率和生長效果。

植物生長基質(zhì)中的保水材料可采用高吸水性樹脂，其吸水性高，在缺水時能釋放出吸收存儲的水分，滿足綠化混凝土中植物初期生長所需水分要求。此外，為了改善綠化混凝土孔隙內(nèi)的堿性水環(huán)境，也可在植物生長基質(zhì)中摻入部分酸性物質(zhì)，中和綠化混凝土中的強堿性，降低pH值，將其調(diào)整為弱酸或弱堿性，更有利于植物的生長。

5　綠化混凝土栽種草種選擇

綠化混凝土必須選擇合適的草種來種植，草種必須適應(yīng)能力強，耐堿、耐踐踏、耐干旱，適應(yīng)當?shù)貧夂颦h(huán)境和生長條件。在草種選擇時，還應(yīng)注意以下幾方面問題：?草種要求根系發(fā)達、粗糙、強健，穿透能力強，入土深；?生長迅速，成坪快，以達到迅速綠化的效果；?選擇兩個或兩個以上的草種進行混播，使其優(yōu)劣互補，利于繁殖；?盡量選擇本地草種，有條件的情況下花、草、灌木結(jié)合使用，立體防護，更加美觀。

綠化混凝土中可采用的常見草種有多年生黑麥草、結(jié)縷草、細葉結(jié)縷草、野牛草、高羊茅、狗牙根、假儉草和馬尼拉草等，下表給出了各自的情況介紹，可供參考。

綠化混凝土可采用的常見草種情況表

6　綠化混凝土護坡施工

綠化混凝土護坡的主要施工工序如下：

a.對需要砌筑綠化混凝土的坡岸進行開挖或回填，按設(shè)計坡比修整坡面。

b.在修整后的坡面鋪設(shè)營養(yǎng)型土工布，注意土工布在邊坡上的固定，避免產(chǎn)生滑移。

c.按設(shè)計分塊大小澆筑鋼筋混凝土框格梁，框格梁邊框?qū)挾纫话銥?5cm，高度比綠化混凝土厚度高2～3cm。

d.按設(shè)計要求在混凝土框格內(nèi)澆注綠化混凝土，綠化混凝土由骨料、水泥和水按一定配比均勻攪拌而成，厚度一般為10～15cm。

e.待綠化混凝土達到設(shè)計強度后，向其孔隙中填充含植物生長基質(zhì)的填充料。

f.填充料充填后，在綠化混凝土表面鋪2～3cm松散、粉狀的表層耕土，表層耕土要求不漫過混凝土框格梁邊框。

g.條件許可時，按設(shè)計要求將草籽撒播在綠化混凝土上的表層耕土中。

h.撒播完草籽后，在表層耕土上覆蓋濕草簾等遮光透氣物，進行撒水養(yǎng)護，直至植物長成。

澆筑綠化混凝土?xí)r，適當?shù)牟鍝v和錘擊對澆筑有利，但不能過度，過度將會使水泥漿大量往下流，導(dǎo)致底層水泥漿過多，較為密實，孔隙率小，不利于植物根系穿過綠化混凝土底層到達下部土壤，影響植物生長。同時插搗和錘擊還會使頂層水泥漿過少，使骨料顆粒黏結(jié)不牢，降低綠化混凝土的強度。

綠化混凝土填充料的充填可采用吹填、水填和振動填等方法，吹填可采用空氣壓縮機以高壓(5～8個大氣壓)近距離吹填，以孔隙基本充滿、無法繼續(xù)吹入充填物為準，吹填時可根據(jù)實際需要調(diào)整風(fēng)壓，減少飛濺量。水填可采用低水壓噴頭噴水，將充填物注入孔隙中，噴水時注意避免水流帶走充填材料。振動填時，可采用小功率振搗器振動構(gòu)件外沿，使充填材料沉入孔隙內(nèi)，振搗器功率不可過大，以免造成構(gòu)件破壞。

草籽播種前，必須對選定草籽進行發(fā)芽率試驗，所選草籽必須是發(fā)芽率80%以上的新草籽。草籽播種應(yīng)選擇在春、秋季節(jié)，盡量選擇在適宜的氣溫條件下進行，不能在雨季播種，以免沖走草籽。播種時將草籽均勻地播撒在綠化混凝土的表層耕土上，可以撒少量土覆蓋，覆蓋土厚度不要大于5mm，以免影響草籽生長。澆水養(yǎng)護時應(yīng)采用噴頭澆水，不能用噴嘴直射，以免沖走草籽。如采用栽種方式種草，應(yīng)將草株每2～3株分為一捆，用細木棍插入綠化混凝土的孔隙中，栽上草株，周圍培土并澆水養(yǎng)護。

7　已實施項目介紹

瀛洲生態(tài)公園位于廣州市東南郊海珠區(qū)新滘鎮(zhèn)小洲村，公園內(nèi)林木茂密，環(huán)境優(yōu)美，被譽為廣州市的“南肺”。公園總面積142hm2，園內(nèi)種有各類果樹5萬多株，是廣州市海珠區(qū)果樹保護區(qū)的核心地帶，亦是廣州最大的農(nóng)業(yè)生態(tài)公園。瀛洲生態(tài)公園的河道屬于感潮河道，在該公園的河道整治項目中，水位變動區(qū)采用了現(xiàn)澆綠化混凝土護坡和鋪開孔式護土磚護坡兩種護坡型式。其中綠化混凝土骨料采用了粒徑為31.5～63mm的花崗巖碎石，現(xiàn)場澆筑配合比(單方)為：碎石(干燥狀態(tài))1620kg，水泥240kg，水84kg。施工中要求達到的設(shè)計指標為：28d 抗壓強度不小于5.6 MPa，28d抗折強度不小于1.2MPa，孔隙率不小于22%。此外，設(shè)計的綠化混凝土護坡厚度為20cm，并要求每隔1.5m設(shè)置一道結(jié)構(gòu)縫，每隔25cm人工預(yù)留一直徑為7cm的孔洞，以便后期栽種挺水植物。

該項目由廣東省水利水電科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)材料研究所進行了綠化混凝土材料試驗，骨料粒徑選擇、現(xiàn)場澆筑配合比均由試驗結(jié)果給出，有力地指導(dǎo)了工程現(xiàn)場施工。實施情況表明，與護土磚相比，綠化混凝土造價更低，且因其表面粗糙，容易留住感潮河段的回淤土，更容易長出野草，看起來更為自然，生態(tài)效果更好。圖2是采用綠化混凝土護坡的瀛洲生態(tài)公園河岸，可以看出效果良好，外觀接近自然土坡。

圖2　采用綠化混凝土護坡的瀛洲生態(tài)公園河岸

8　結(jié)　語

黨的十八大把生態(tài)文明建設(shè)擺在至關(guān)重要的位置，提出建設(shè)“美麗中國”的號召，并在新“四化”(新型工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、信息化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化)的基礎(chǔ)上，進一步闡明了“綠色化”的發(fā)展方向，這對新時期水利工程建設(shè)提出了更高要求。在當前中小河流治理中，要落實生態(tài)治水理念，建設(shè)“自然的、能呼吸的、有生命的、清潔的、原生態(tài)的、低碳的”河道，應(yīng)大力推廣綠化混凝土技術(shù)，不斷總結(jié)經(jīng)驗，提高應(yīng)用水平，讓河流在滿足防洪排澇安全的前提下，兩岸能更綠、更美、更自然。

[1]焦鳳紅.綠化混凝土及其應(yīng)用前景[J].亞熱帶水土保持，2006，18(4)：49-51.

[2]王明龍，趙建民，侯英龍.中小河流治理工程設(shè)計融入生態(tài)理念的思考[J].中國水利，2013(12)：1-3.

[3]徐偉，蘇宏陽，金安福.土木工程手冊(上、下冊)[M].北京：中國計劃出版社，2002.

[4]朱航征.多孔混凝土(POC)的特性和生態(tài)環(huán)保技術(shù)[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2002，29(2)：67-69.

[5]馮輝榮，羅仁安，樊建超.“沙琪瑪骨架”綠化混凝土抗壓與植草試驗研究[J].混凝土，2005(7)：49-53.

[6]王立華.無砂大孔綠化混凝土在河涌整治護岸工程中的應(yīng)用研究[J].中國農(nóng)村水利水電，2007(8)：51-53.

Application of green concrete in middle and small river regulation project

HUANG Jinlin1,2, WANG Lihua1,2

(1.GuangdongInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch,Guangzhou510635,China；2.HekouWaterResourcesTechnicalStateLocalJointEngineeringLaboratory,Guangzhou510635,China)

In the paper, classification mode and application characteristics of greening concrete are introduced. Technical requirements of aggregate, gelled material and filling materials in greening concrete are described. Selection principle of planting grass seed is proposed. Greening concrete construction method and construction precautions are described. Concrete projects are combined to give application case of greening concrete in river control, which can be regarded as reference of engineering technicians in small and medium river control.

small and medium-sized river control; greening concrete; application characteristics; material requirements; grass seed selection

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.09.015

TV431

B

1005-4774(2016)09- 0059- 05