綠化混凝土在中小河流生態治理與生態護岸中的應用

溫林山

(韶關市華源水電建設有限公司，廣東 韶關 512026)

在中小河流中，河道護岸的建設十分重要，能夠提高河岸的穩定性，加強河岸的抗沖刷能力，因此得到了廣泛的重視。近年來，基于可持續發展與生態環保理念，能夠實現河道生態恢復，保護河岸的生態護岸概念被提出，并得到了較為顯著的發展[1]。陳沛璇研究了生態護岸在大河小流域工程中的應用模式與應用效果，從而為生態護岸在河道綜合整治工程中的應用提供了理論指導[2]。謝紅忠等人研究了植被混凝土生態護坡技術，并將該技術應用到黃金峽水利樞紐，探討了該項技術在生態治理中的作用[3]。綠化混凝土是上個世紀90年代研發問世的一種無砂生態混凝土，除了具有較高的強度和穩定性外，還能夠供給植物生長。因此，利用綠化混凝土進行河道護岸施工，建設生態護岸，不僅能夠保證河道護岸的安全性，對河道生態恢復也有著積極的影響[4-6]。為此，研究以湞江區2019年廣東省山區五市中小河流治理項目為例，探討了綠化混凝土在中小河流生態治理與生態護岸中的應用，從而為綠化混凝土的應用以及河流的生態治理提供新的途徑。

1 中小河流治理項目工程概況

研究以湞江區2019年廣東省山區5市中小河流治理項目為例，探討了綠化混凝土在中小河流生態治理與生態護岸中的應用。在該項目中，包括了黃坑水治理和銑雞坑水(五四村段)治理。兩個治理工程項目的基本情況見表1。

表1 河流治理工程項目的基本情況

該項目區多處河段處于未設防狀態，防洪能力低，洪災頻發，每次洪水均造成巨大損失。為此，每年汛期需要投入大量的財力和人力抗洪搶險，且洪水對河岸的不斷沖刷造成了部分城鎮塌岸現象普遍，導致了城市發展所需的寶貴土地資源的流失，直接影響到區域的經濟發展與社會穩定。因此，加快堤防及岸坡整治等工程建設，提高沿河城鎮防洪標準，對減輕洪澇災害的危害，保證經濟又好又快發展及維持社會和諧穩定具有極其重要的意義，項目的實施是十分必要的。

2 綠化混凝土在生態治理與生態護岸中的應用

2.1 生態護岸中綠化混凝土的處理

綠化混凝土的主要成分是無砂混凝土，在實際的生產過程中，由于施工水平、施工質量等因素，容易導致部分水泥漿流淌，在底部形成一個落淤層，導致植物的根系生長受限[7-8]。因此，在澆筑綠化混凝土的過程中，需要預先在土面或工布上鋪墊粒徑較小的碎石層，以分散水泥漿，阻止落淤層的形成，如圖1所示。

圖1 碎石層的作用

表2 孔隙填充材料配料表

2.2 生態護岸施工技術分析

在上述內容中，研究對綠化混凝土進行了一定的處理，從而使其能夠更加適用于生態護岸施工。在進行生態護岸的建設工程時，需要同時考慮到兩點。第一點是植物的生長要求，第二點是材料的構造要求。從第一點植物的生長要求角度出發，植物根系都具有一定的長度，因此在植物生長時需要有一定的土厚度[13-15]。若生態護岸所在的土層不具備植物生長所需的厚度時，如風化巖石、砂礫、貧瘠土等環境，此時要求綠化混凝土的生長基要有一定的厚度，使其孔隙空間足夠貯存植物生長介質。綠化混凝土的生長基厚度h1通過公式(1)來確定。

(1)

式中，τ—介質填充能力；k—綠化混凝土的孔隙率；δ—植物生長所需的最小厚度。

在綠化混凝土孔隙中，填充土壤與填充介質材料可能會因為水流的流通而流失。因此，需要設置一個寬度大于或等于防護厚度的隔離帶，來避免這種情況產生。在隔離帶的材質選擇中，可以采用薄木片或者無紡布。通過這種方式，能夠避免綠化混凝土孔隙中土壤與填充介質材料的流失，維持生態模擬環境的穩定性，促進植物生長。在土壩背坡的裸土上，一般利用碎石護坡的方式，來提升坡面的抗滑性和穩定性。在利用綠化混凝土澆筑建設生態護岸，從而對碎石防護進行生態修復后，背坡松散的碎石會被粘聚成一個整體，從而提升了土壩的壓載能力和滑動穩定性。在選擇植物播種時，需要考慮到環境、氣候、生態修復效果以及經濟等條件。匍匐型紫羊茅-派尼具備一些較為有利的特性，例如耐寒、耐旱、對土壤要求較低等，適合應用到河道生態修復中，因此研究選用匍匐型紫羊茅-派尼來播種。但匍匐型紫羊茅-派尼的草莖容易腐爛，因此研究選用紫羊茅-極地來與其進行混播。有研究顯示，當混凝土的孔隙率高于12%時，即具備較為優秀的透水性。而研究采用的綠化混凝土的孔隙率在30%以上，因此透水性較強，在強降水量的環境下也不容易產生徑流。

2.3 生態護岸設計方案

綜合上述內容，結合中小河流治理項目的實際情況，研究提出了生態護岸的設計方案。對于需治理的岸坡，采用綠化生態混凝土護岸，對現狀邊坡高度低于設計防洪標準的進行加高，加高后堤頂設計寬度3m，背水坡采用草皮護坡。護腳擋土墻設計墻身凈高2m，基礎埋深0.8m，迎水坡設計坡比1∶0.1，背水坡設計坡比1∶0.45。生態護坡及背水側草皮護坡設計坡比均為1∶1.5，其壓頂采用0.4m×0.4m(寬×高)的C20混凝土護頂。護腳擋墻及壓頂每10m設置一道伸縮縫，縫寬度2cm，瀝青柵木板嵌縫。對于特別重要保護易沖毀、出險地段(樁號K0+365.8、K1+273.4、K2+023.6、K4+189.7)采用組合式預制樁生態護岸。本次治理對黃坑水和銑雞坑水(五四村段)共計6Km的河段進行河道清淤，清除槽內植被，以擴大河道的行洪面積，恢復提高河道行洪能力。分別在樁號K1+464.5、K1+574.7、K2+005.8新建3座機耕橋，3座橋均采用簡支板橋結構，共設一跨，凈跨9.8m，支座均采用GPZ(Ⅱ)-0.8支座，公路—Ⅱ級汽車荷載進行設計，3座機耕橋結構一致。

3 綠化混凝土在生態護岸中的應用效果分析

研究基于綠化混凝土設計生態護岸，以實現河流生態治理。為了驗證設計方案的有效性，研究分別設計了不同實驗對該方案進行驗證。植物生長代謝材料的填充能夠提供植物成長所需的養料，對植物的生存、成長有促進作用，有利于植物根系的生長發育。針對綠化混凝土孔隙中土壤的不同特性，研究采用不同的策略，即填充不同的介質來維持土壤環境的穩定性，以維持土壤的PH值，進而提升植物的緩沖能力。

綠化混凝土孔隙中土壤析出液的PH值變化如圖2所示。其中前10天是未加入填充介質的變化曲線，后10天是加入了填充介質的變化曲線。可以看到，在未加入填充介質時，土壤析出液的PH值變化十分劇烈，而在加入填充介質后，土壤析出液的PH值變化變平緩。這表明研究提出的介質填充策略能夠維持綠化混凝土孔隙土壤環境的穩定性，有利于植物的生長。在傳統的水利堤壩工程中，河道護岸土壤貧瘠、腐殖性物質稀少且常為失水狀態，因此不適合植物生長，河道生態系統也無法得到改善和修復。在可持續發展理念下，水利工程在建設的過程中，除了要滿足人們對水資源的需求，還需要重視河流生態治理。綠化混凝土是一種無砂生態混凝土，除了具有較高的強度和穩定性外，還能夠供給植物生長。澆筑式的綠化混凝土可以被視為人工制造的小型生態系統，因此，綠化混凝土常常被應用到擬自然生態修復技術中。澆筑式綠化混凝土在不同條件下的孔隙率見表3。

圖2 研究策略對土壤PH值的影響

表3 綠化混凝土在不同條件下的孔隙率

普通混凝土的孔隙率在1%～3%之間，遠低于綠化混凝土。而較高的孔隙率可貯存植物生長介質，并為植物生長介質的流通提供基礎條件，使得綠化混凝土具有較好的水循環和氣循環功能，為植物的生長提供條件。此外，較高的孔隙率會使綠化混凝土在高降水的環境下也不會輕易形成徑流。除此之外，綠化混凝土可以持續析出具備可溶性質的碳酸鹽，使得綠化混凝土能夠在孔隙之間構建一個鹽堿性的環境，這個鹽堿性環境可以作為植物生長基。對綠化混凝土孔隙中的土壤的電導率和PH值進行測試，如圖3所示。

圖3 綠化混凝土孔隙中的土壤的電導率和PH值

在圖3中可以看到，隨著時間的增加，綠化混凝土孔隙中的土壤的電導率和PH值也在逐漸增加。這是因為在綠化混凝土孔隙中的土壤中可溶性碳酸鹽析出量增加，使得電導率升高。在此過程中，土壤環境逐漸堿化，使得綠化混凝土孔隙中的土壤的PH值升高。基于上述分析可以得知，綠化混凝土的空隙率較高，因此水流通能力較強，相對的其滯水能力就比較低。因此，需要在孔隙中填充一些具有較強水漲性的物質，以促進植物系統的水循環。在綠化混凝土中，孔隙可析出大量的可溶性碳酸鹽，使得綠化混凝土孔隙能夠被視為一個碳素庫，促進生態系統的碳循環。在以往的研究中證實，綠化混凝土孔隙中除了水循環和碳循環以外，還存在氮循環、磷循環、鉀循環、鈣循環、硫循環等，為植物的生長提供必要條件。利用Braun-Blanqu分級法來分析在研究提出的方案下，河道生態修復效果。見表4。

在2019年、2020年和2021年間，研究方案的植被覆蓋率比傳統方案分別高16%、50%和51%。可以看到研究采用的方案的成本相比傳統方案稍高，但生態修復效果更好，社會效益更大。此外，由于綠化混凝土能夠將松散的碎石聚集粘結，能夠提升護岸的穩定性。綜上所述，研究提出的方案效果更好，能夠有效地實現河道生態修復。

4 結語

在河流治理工程中，河道護岸的建設對河道安全和生態修復均有重要的作用。但傳統的河道護岸建設方案在河道生態治理中的效果較差。綠化混凝土具有較高的強度和穩定性，同時能夠提供一個供給植物生長環境的無砂生態混凝土。因此，研究利用綠化混凝土進行河道護岸施工，建設生態護岸，不僅能夠保證河道護岸的安全性，對河道生態恢復也有著積極的影響。研究結果顯示，在3年間，研究方案的植被覆蓋率比傳統方案分別高16%、50%和51%。上述結果證明，基于綠化混凝土建設生態護岸，有助于中小河流生態治理，具有較好的實用性。