聯鎖式生態護坡嵌草磚的塊型設計

王 欣 安尚豪 周文浩 席圣武

(唐山學院藝術系,河北 唐山063000)

近年來,隨著礦山資源和城市河道的開發建設,其在創造社會和經濟效益的同時,也產生了大量裸露山體邊坡和河湖坡岸。這些裸露坡面的生態系統遭受破壞,動植物失去棲息場所；同時坡面經過人工擾動,穩定性差,極易發生次生地質災害。我國生態文明建設進程的推進,落實綠色發展理念的提升,裸露邊坡生態修復與環境治理成為亟待解決的熱點問題。2016 年國務院印發的《“十三五”生態環境保護規劃》中指出要實施一批重大工程以體現生態環境保護,其中包括河道生態環境恢復；2019年中國礦業聯合會召開生態產品發布會指出,推廣生態環保技術與材料,利用本土植物,促進生態、社會、經濟效益協調平衡發展。可以看出新型的生態修復材料和生態修復方法是解決問題的關鍵,傳統的工程措施的硬化護坡將逐漸退出歷史舞臺,加快研制新型生態護坡塊型是當務之急。

1 國內外研究進展

與傳統的單純工程措施護坡相比,生態聯鎖嵌草磚兼具生態性和聯鎖性兩個特征。由于植被的存在,保證了生態系統平衡,有利于恢復生物多樣性；由于嵌草磚之間聯鎖,提高了鋪砌的施工效率,節約了人力、物力。20 世紀50 年代德國最先研制成功側面具有聯鎖功能的混凝土鋪地磚,在歐洲得到廣泛使用。1973 年日本引進這項技術并進一步改進,應用到景觀道路中使用。20 世紀70 年代末,我國混凝土制品主要集中在建筑墻用砌塊和道路砌塊領域,開始出現具有聯鎖原理的建筑墻用砌塊產品；1985 年引進聯鎖混凝土鋪地磚,在此基礎上研制出聯鎖空心砌塊；于20 世紀90 年代在全國范圍內推廣應用。目前,我國園林景觀用混凝土砌塊、砌磚制品多種多樣,生態聯鎖砌塊產品迎來了新的市場機遇。

世界各國針對于嵌草磚的設計和施工進行了大量研究,嵌草磚的種類很多,根據其是否聯鎖以及聯鎖的形式可以分為:無聯鎖、線性聯鎖、平面聯鎖和立體聯鎖,代表的塊型如圖1-3 所示。無聯鎖生態嵌草磚是指砌塊塊型一致,相互之間各自獨立,砌塊之間不會限制某方向的移動。線性聯鎖生態嵌草磚是指砌塊之間可相互限定某一方向上的移動。平面聯鎖嵌草磚是指砌塊之間相互限定在一個平面上的移動。立體聯鎖嵌草磚是指砌塊之間相互限定X、Y、Z 軸三個方向上的移動。

圖1 無聯鎖嵌草磚

無聯鎖和線性聯鎖嵌草磚是道路、停車場、高速公路邊坡綠化的常用方法,在其內部空心部分填充營養基質,栽種植物以實現生態修復的功能。由于磚體側向無連接,僅依靠摩擦力固定,自身穩定性差,只適用于無坡度或坡度平緩的邊坡。平面聯鎖嵌草磚可以在平面上形成聯鎖,適合河道護坡,要求坡度小、過渡平緩且均一的坡面。

2 高陡邊坡聯鎖式生態護坡嵌草磚

高陡邊坡表面不穩定,易造成坡體垮塌,同時水流沖刷力強,又缺少植物賴以生存的土壤,生態修復難度大。由于坡度較大而且坡度不固定,需要在每塊磚之間多點聯鎖,增大整體性和抗震性；為實現施工和運輸方法,塊型要簡單,不易損壞。

基于榫卯原理,聯鎖式生態護坡嵌草磚實現了帶有卯眼和榫頭的空心砌塊的立體聯鎖,在X、Y、Z 軸上均能限制位移,如圖4 所示；針對于不同地形地貌可形成多種拼接方式,提高了適應性。當無坡度時,嵌草磚之間正對咬合,平鋪成平面,如圖5 所示；當坡度較小時,嵌草磚側面咬合,后砌塊上抬壓住前砌塊的齒牙,如圖6 所示；當坡度較大時,嵌草磚側面咬合,后砌塊壓在前砌塊上,同時用錨桿插入卯眼中并固定于邊坡上,如圖7 所示；增大砌塊之間的摩擦力以增加穩定性。

圖2 線性聯鎖嵌草磚

圖3 平面聯鎖嵌草磚

圖4 立體聯鎖嵌草磚

圖5 平鋪形式

圖6 坡度均一時鋪砌方法

圖7 坡度較大時鋪砌方法

3 聯鎖式生態護坡嵌草磚的優點

3.1 超強聯鎖。帶有榫卯結構的生態護坡嵌草磚互相咬合,必要時可穿錨桿固定于坡面,實現了三維空間上的定位和聯鎖,增強了坡面的整體性,同時適應多種坡度,尤其是高陡邊坡,解決了山體生態修復的瓶頸。

3.2 生態護坡。聯鎖嵌草磚可以利用礦山尾礦渣、工業廢渣制作,因地制宜、就地取材,生產過程中無需燒結。磚體中的空心部位既可節約材料,又能種樹植草和補充地下水,保證了生態性。同時砌筑的時候可以做到不用或少用砂漿,減少人工對生物圈的阻隔。

3.3 施工簡捷。施工簡單,免砂漿砌筑,對施工技術人員要求不高,為提高施工效率奠定了基礎。與傳統的硬質護坡相比,節省費用約40%。

4 結論

立體聯鎖是在平面基礎上增加上下兩方向的連鎖功能來進行實現穿插固定,這是連鎖砌磚以后的未來發展趨勢,具有巨大的發展潛能和市場需要,應該大力推廣應用。

聯鎖式嵌草磚可基于立體聯鎖形式的基礎上繼續開發和使用,針對于實踐過程中的實際情況進行不斷研發,提出適應性更強的解決方案,使其具有更好的便捷性和實用性,更好的實現節能資源、節約人力、便捷使用的目標。