劉敬晶

(深圳市龍崗區(qū)水務(wù)局，廣東 深圳 518000)

湖泊河道是在特定水文、氣候、地理?xiàng)l件下不斷演化而形成的，是一套平衡而又完整的生態(tài)系統(tǒng)。然而在人類(lèi)生產(chǎn)生活活動(dòng)的不斷干預(yù)下，湖泊河道產(chǎn)生了很多問(wèn)題，例如，在對(duì)某河段進(jìn)行局部治理的過(guò)程中對(duì)其他河段的環(huán)境、安全問(wèn)題造成影響；人工化河道破壞湖泊中的生物多樣性，降低其自我修復(fù)能力，帶來(lái)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的退化；人類(lèi)生活不斷侵占河道，使河道越來(lái)越窄，對(duì)其過(guò)流能力造成影響等[1]。這些問(wèn)題也影響了河道的安全性，由此，湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)成為湖泊河道領(lǐng)域的重點(diǎn)研究課題。湖泊河道修筑防護(hù)是一種系統(tǒng)化的，集美學(xué)、園林學(xué)、城市規(guī)劃學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、水利工程學(xué)等學(xué)科為一體的水利工程，是修復(fù)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要建設(shè)部分，受到越來(lái)越多人的重視[2]。

對(duì)于湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的研究，全世界都非常重視，并取得了多樣化的研究成果。其中國(guó)外對(duì)于湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的研究歷史較為悠久，主要側(cè)重于對(duì)自然的護(hù)岸工程進(jìn)行構(gòu)建，也就是構(gòu)建自然型湖泊河道。有學(xué)者提出一種基于天然材料的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)。這種技術(shù)主要通過(guò)天然材料包括卵石、竹籠、木樁等對(duì)護(hù)岸工程進(jìn)行構(gòu)建。我國(guó)對(duì)于湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的研究在近幾十年來(lái)也取得了突破性的進(jìn)展，并對(duì)先進(jìn)建筑材料進(jìn)行研發(fā)。對(duì)比以往湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)，在工程效能、工程成本以及施工工藝等方面都有了很大進(jìn)步。有學(xué)者提出了一種基于加筋土護(hù)岸的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)，這種技術(shù)主要是利用加筋土這種新型材料進(jìn)行湖泊河道修筑防護(hù)。以上技術(shù)在抗沖刷性、施工難易度、材料透水性等方面存在性能較低的問(wèn)題，因此在湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的研究中應(yīng)用生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)，提出一種基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)湖泊河道的生態(tài)型修筑防護(hù)。

1 基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)

1.1 選擇工程材料

基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)對(duì)湖泊河道進(jìn)行修筑防護(hù)，其中混凝土材料選用隨機(jī)多孔型綠化混凝土這種新型材料[3]。隨機(jī)多孔型綠化混凝土在生長(zhǎng)基部分需要的水泥和集料要求具體如表1所示。

表1 生長(zhǎng)基部分需要的水泥和集料要求

隨機(jī)多孔型綠化混凝土的制作要求具體如下：

攪拌要求具體如下：使用的攪拌機(jī)類(lèi)型為強(qiáng)制式，具體如圖1所示。水泥漿需充分、均勻的對(duì)集料進(jìn)行包裹。拌和使用的加水方式為二次加水，也就是首先在集料里加入一半水，起到濕潤(rùn)集料的作用，然后加水泥，在攪拌過(guò)程中加入剩下的水，直至水泥漿完全包裹集料[4]。將攪拌時(shí)間整體控制在4 min左右。

圖1 使用的強(qiáng)制式攪拌機(jī)

澆注要求具體如下：使用分隔式模具，在外框模具中注入混凝土，并將其振搗成型。此時(shí)在內(nèi)框模具內(nèi)進(jìn)行無(wú)砂混凝土的注入，并進(jìn)行拍擊、插搗，接著拿出內(nèi)框模具，進(jìn)行振搗，粘合兩種混凝土，振搗力度不能過(guò)大[5]。

養(yǎng)護(hù)要求具體如下：初凝之后，通過(guò)濕養(yǎng)護(hù)的方式對(duì)其進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，每天進(jìn)行四次大水量水澆[6]。養(yǎng)護(hù)時(shí)間要求具體如表2所示。

表2 養(yǎng)護(hù)時(shí)間要求

起?；虿鹉Ｒ缶唧w如下：等到水泥漿具備一定硬化強(qiáng)度，并且外框混凝土和無(wú)砂混凝土徹底粘合時(shí)進(jìn)行起?；虿鹉7]。

對(duì)于隨機(jī)多孔型綠化混凝土來(lái)說(shuō)，其生長(zhǎng)基處的無(wú)砂混凝土較為薄弱，需要對(duì)其抗壓強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行控制[8]。

其抗壓強(qiáng)度與水泥用量、集料粒徑有關(guān)，在32.5硅酸鹽水泥實(shí)際用量不同、碎石粒徑不同的情況下，對(duì)隨機(jī)多孔型綠化混凝土植物生長(zhǎng)基進(jìn)行抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)[9]。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3、表4所示。

表3 抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)表

表4 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，選擇骨料粒徑為261.5～31.5 mm、灰骨比為1比4的無(wú)砂混凝土配比[10]。

以該無(wú)砂混凝土配比對(duì)隨機(jī)多孔型綠化混凝土進(jìn)行快速凍融實(shí)驗(yàn)，其中一個(gè)凍融循環(huán)的時(shí)間為四小時(shí)。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示[11]。

表5 快速凍融實(shí)驗(yàn)具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該無(wú)砂混凝土配比具備很好的抗凍融能力。

1.2 構(gòu)造混凝土板塊

利用隨機(jī)多孔型綠化混凝土制作混凝土板塊，并對(duì)其進(jìn)行濕度環(huán)境與表面溫度的觀測(cè)研究，獲取板塊的最佳植物種植情況[12]。其中利用隨機(jī)多孔型綠化混凝土制作的混凝土板塊具體如圖2所示。

圖2 利用隨機(jī)多孔型綠化混凝土制作的混凝土板塊

利用隨機(jī)多孔型綠化混凝土制作的混凝土板塊表面積較大，能夠帶來(lái)很大的植物可播種范圍，其邊長(zhǎng)為520 mm，可以達(dá)到0.20 m2的播種面積，在總板塊面積中可以達(dá)到85%的占比，其表面吸熱面積在總板塊面積中則僅占15%，能夠降低板塊的實(shí)際溫度，為植物帶來(lái)更好的生長(zhǎng)環(huán)境。其凹槽具備一定厚度，能夠承載較多土壤，并且能夠降低土壤流失率，提高植物的發(fā)芽率[13]。在植被發(fā)芽初期，為提升其成活率，降低養(yǎng)護(hù)植物的工作量，可以在凹槽中對(duì)切塊草坪卷進(jìn)行鋪設(shè)。

對(duì)于板塊的外框，需要考慮三種因素：成本造價(jià)、工藝難度以及耐久性和強(qiáng)度[14]。綜合以上三項(xiàng)因素，確定外框的具體配比，具體如表6所示。

表6 外框的具體配比

對(duì)混凝土板塊進(jìn)行表層溫度的統(tǒng)計(jì)與觀測(cè)，結(jié)果顯示板塊適合播種植物種子的時(shí)間比較提前，更適合對(duì)茂密型、耐熱型植物進(jìn)行種植，并且板塊具有積蓄低溫的情況[15]。

并對(duì)混凝土板塊進(jìn)行濕度環(huán)境的統(tǒng)計(jì)與觀測(cè)，結(jié)果顯示在板塊孔隙中填充營(yíng)養(yǎng)材料后，孔隙需要保持在60%～90%的相對(duì)濕度，才能保證植物的良好生長(zhǎng)。

制作板塊時(shí)使用的機(jī)具為綠化混凝土專(zhuān)用的成型構(gòu)件制作機(jī)組，具體如圖3所示。該機(jī)組的起降模式為氣壓式，模板材質(zhì)為塑料，且機(jī)身自重較輕、操作簡(jiǎn)單[16]。

圖3 綠化混凝土專(zhuān)用的成型構(gòu)件制作機(jī)組

1.3 選擇護(hù)坡植物

對(duì)于混凝土板塊這種特殊的植物種植環(huán)境，需要保證低溫、干旱、貧瘠、高溫等環(huán)境下植被的可再生性，以及較小的養(yǎng)護(hù)工作量和易成活性。加上湖泊河道這一特殊環(huán)境，需要食物的地面錨固能力較強(qiáng)，增強(qiáng)湖泊河道防護(hù)功能[17]。因此在選擇植被時(shí)，需要選擇具備以下特點(diǎn)的植被：

(1)匍匐莖或根莖較為發(fā)達(dá)，根系具備很強(qiáng)的擴(kuò)展性，可以達(dá)到迅速對(duì)地面進(jìn)行覆蓋的效果；分枝和匍匐莖韌性、彈性較強(qiáng)；易繁殖、生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)、恢復(fù)及再生能力較強(qiáng)；具備較長(zhǎng)的生存年限且觀賞價(jià)值較高。

(2)抗逆性較強(qiáng)、適用性強(qiáng)大，能夠抗病蟲(chóng)害、耐瘠薄、耐高溫、耐寒、耐旱，更雜草相比競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)。

(3)株型較為低矮，分蘗或分枝較多，具備較大的草枝密度，葉片呈現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)、直立、繁茂狀態(tài)，是陽(yáng)光能夠照到下層的草坪，避免下層葉片枯死或黃化。

(4)深根型植物不宜選擇，其根系容易對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成損壞，甚至可能造成決堤的惡果。

綜合上述要求，重點(diǎn)對(duì)當(dāng)?shù)夭莘N進(jìn)行馴化，并對(duì)一些成熟的優(yōu)良品種進(jìn)行選擇，將范圍定在牛毛草、多葉老芝麥、菖蒲、冰草、野麥草、大葉樟、白綠苔草、彎囊苔草、翦股穎、草地早熟禾、紫羊茅等。

2 實(shí)例研究

2.1 方法設(shè)計(jì)

對(duì)設(shè)計(jì)的基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)進(jìn)行實(shí)例研究。在不同地區(qū)的多個(gè)湖泊河道中開(kāi)展該技術(shù)的實(shí)例研究。實(shí)驗(yàn)地區(qū)的具體情況如表7所示。

表7 實(shí)驗(yàn)地區(qū)的具體情況

對(duì)于幾個(gè)實(shí)驗(yàn)地區(qū)，基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)進(jìn)行生態(tài)型護(hù)坡的構(gòu)建。對(duì)該技術(shù)的抗沖刷性、施工難易度、材料透水性進(jìn)行測(cè)試與記錄作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.2 結(jié)果分析

基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)構(gòu)建的生態(tài)型護(hù)坡具體如圖4所示。

圖4 構(gòu)建的生態(tài)型護(hù)坡

2.2.1 施工難易度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

首先對(duì)基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的施工難易度進(jìn)行測(cè)試。該技術(shù)的施工難易度測(cè)試結(jié)果具體如圖5所示。

圖5 施工難易度測(cè)試結(jié)果

根據(jù)圖5的施工難易度測(cè)試結(jié)果，基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的施工難度整體較低。

2.2.2 抗沖刷性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

接著對(duì)該技術(shù)的抗沖刷性進(jìn)行測(cè)試，基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的抗沖刷性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具體如圖6所示。

根據(jù)圖6的抗沖刷性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在各個(gè)實(shí)驗(yàn)地區(qū)，基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的抗沖刷性都很強(qiáng)。

圖6 抗沖刷性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2.3 材料透水性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

最后對(duì)基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的材料透水性進(jìn)行測(cè)試。為增強(qiáng)測(cè)試結(jié)果的對(duì)比性，將現(xiàn)有的兩種湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)作為實(shí)驗(yàn)中的對(duì)比技術(shù)進(jìn)行測(cè)試結(jié)果的對(duì)比。這兩種技術(shù)分別為基于天然材料、基于加筋土護(hù)岸的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)。記錄三種實(shí)驗(yàn)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)地區(qū)的平均材料透水性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，具體如圖7所示。

圖7 平均材料透水性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)圖7的平均材料透水性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在測(cè)試中，基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的平均材料透水性高于基于天然材料、基于加筋土護(hù)岸的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的平均材料透水性，具備良好的材料透水性能。

3 結(jié)語(yǔ)

在湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的研究中應(yīng)用生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了較高的抗沖刷性、較低的施工難度以及較高的材料透水性，并在實(shí)驗(yàn)中取得了良好的防護(hù)效果。