混凝土花磚草皮護(hù)坡在北金堤防護(hù)工程中的應(yīng)用
提要:為探討北金堤深水區(qū)堤防工程的防護(hù)措施,確保防洪工程的完整與安全,根據(jù)金堤河近年來(lái)的來(lái)水情況,結(jié)合北金堤的實(shí)際情況,提出了混凝土花磚草皮進(jìn)行堤坡防護(hù)的設(shè)想。通過(guò)對(duì)混凝土花磚草皮護(hù)坡的試驗(yàn)、研究與一年運(yùn)行觀測(cè),收集了一些資料,經(jīng)過(guò)資料分析和比較,認(rèn)為混凝土花磚草皮護(hù)坡適應(yīng)北金堤深水區(qū)堤防防護(hù)的需要,達(dá)到了預(yù)期的防護(hù)效果,且經(jīng)濟(jì),環(huán)保,具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞:黃河 北金堤 金堤河 混凝土花磚 草皮
1項(xiàng)目的提出
金堤河位于黃河北金堤滯洪區(qū)內(nèi),是黃河下游一條重要的支流。1999年金堤河干流一期治理工程完成后,金堤河流域接連發(fā)生幾次較大的洪水,洪水呈現(xiàn)匯流快、偎水時(shí)間長(zhǎng)、排水入黃困難的局面。造成金堤河洪水長(zhǎng)期滯留在金堤河末端20km范圍內(nèi),形成自然蓄水湖,水深達(dá)5.0~6.0m,水量約1億m3,最長(zhǎng)偎堤時(shí)間達(dá)9個(gè)月。堤防由于長(zhǎng)時(shí)間受高水位浸泡,加上夏季多風(fēng)浪,對(duì)岸地勢(shì)開闊,樹株較少,造成堤坡風(fēng)浪坍塌嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì),最大坍塌高度達(dá)2m,使北金堤堤防遭到嚴(yán)重破壞,大堤斷面殘缺不全,殘缺斷面面積16.33m2,土方約30萬(wàn)m3,嚴(yán)重影響了北金堤防洪安全。
為搞好北金堤深水區(qū)堤防工程的防護(hù),確保防洪工程的完整與安全,根據(jù)金堤河近年來(lái)的來(lái)水情況,結(jié)合北金堤的實(shí)際情況,提出了混凝土花磚草皮進(jìn)行堤坡防護(hù)的設(shè)想。通過(guò)對(duì)混凝土花磚草皮護(hù)坡的試驗(yàn)、研究與一年的運(yùn)行觀測(cè),防護(hù)效果良好。
2.方案選擇
根據(jù)金堤河下游積水水深較大、風(fēng)的吹程不算太大(2km左右)、水流沖刷力相對(duì)較小的實(shí)際情況,我們?cè)谶x擇護(hù)坡材料時(shí)對(duì)草皮護(hù)坡、亂石護(hù)坡或混凝土護(hù)坡、空心混凝土花磚草皮護(hù)坡三種護(hù)坡材料進(jìn)行選擇對(duì)比。通過(guò)比較,選用了混凝土花磚草皮護(hù)坡。
2.1草皮護(hù)坡
經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為草皮護(hù)坡在深水區(qū)內(nèi)抗沖刷、抗侵蝕能力較弱,經(jīng)過(guò)多年應(yīng)用,不能滿足抗沖刷、抗侵蝕的要求,達(dá)不到堤坡防護(hù)的目的。另外,在水下草皮不能長(zhǎng)期存活,因此不能使用草皮護(hù)坡。
2.2亂石或混凝土護(hù)坡
亂石護(hù)坡或混凝土護(hù)坡防護(hù)效果較好,能夠滿足金堤河下游防風(fēng)浪的需要,但亂石護(hù)坡或混凝土護(hù)坡造價(jià)較高,且用亂石護(hù)坡或混凝土護(hù)坡缺乏生態(tài)效益和綠色景觀。漿砌或干砌塊石護(hù)坡、現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡、預(yù)制混凝土塊體護(hù)坡等結(jié)構(gòu)形式的護(hù)坡,在保持堤坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、防止水土流失、防洪排澇等方面起到了一定的作用,但這些護(hù)坡工程的造價(jià)相對(duì)較高,且水下維護(hù)養(yǎng)護(hù)難度較大,不同程度上對(duì)景觀、環(huán)境和生態(tài)產(chǎn)生不良影響,造成水體與陸地環(huán)境惡化,威脅人們賴以生產(chǎn)、生活的生態(tài)環(huán)境。
2.3混凝土花磚草皮護(hù)坡
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和各種護(hù)坡材料的不斷創(chuàng)新,河道建設(shè)不僅要使堤岸發(fā)揮出水利工程的功效,而且融入園林景觀、生態(tài)環(huán)保、建筑藝術(shù)等多種內(nèi)容?;炷粱ùu草皮護(hù)坡既具有生態(tài)護(hù)坡的特點(diǎn),又有水利工程的功效,得到人們的廣泛關(guān)注,進(jìn)行了一系列的較深入的研究與探索,并且逐步運(yùn)用到河道工程中,逐漸發(fā)揮著一定的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
1)護(hù)坡機(jī)理
護(hù)坡機(jī)理是指在邊坡形成以后,通過(guò)種植植物,利用植物與土體的相互作用(根系錨固作用)對(duì)邊坡表層進(jìn)行防護(hù)、加固,使之既能滿足對(duì)邊坡表層穩(wěn)定的要求,又能恢復(fù)被破壞自然生態(tài)環(huán)境的一種有效的固坡手段。生態(tài)護(hù)坡是“既滿足河道體系的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn),又有利于河道系統(tǒng)恢復(fù)生態(tài)平衡”的系統(tǒng)工程,體現(xiàn)了“人與自然和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展”理念。
2)混凝土花磚草皮護(hù)坡的功能
混凝土花磚草皮護(hù)坡,具有良好的抗風(fēng)浪沖刷能力,比較適應(yīng)金堤河下游深水區(qū)風(fēng)浪沖刷的要求,且在護(hù)坡上種植草皮,具有生態(tài)效益和綠色景觀效益,造價(jià)較低。
3)混凝土花磚草皮護(hù)坡的結(jié)構(gòu)
混凝土花磚草皮護(hù)坡是在結(jié)構(gòu)上留出圓孔網(wǎng)格式的土壤用來(lái)種植連接水體的植物,以增加抗沖能力。花磚與堤身處進(jìn)行透水墊層技術(shù)處理,利用植物根系與坡面土壤的結(jié)合,改善土壤結(jié)構(gòu),提高迎水坡面的抗蝕性、抗淘刷性,利用混凝土花磚壓蓋來(lái)抑制暴雨徑流和風(fēng)浪對(duì)邊坡的侵蝕,增加土體的抗剪強(qiáng)度,大幅度提高護(hù)坡的穩(wěn)定性和抗沖刷能力。兩者相結(jié)合,不僅美觀大方,而且對(duì)避免邊坡水毀和恢復(fù)綠化功能發(fā)揮著較好的作用。
4)混凝土花磚草皮護(hù)坡的優(yōu)越性
與傳統(tǒng)的護(hù)坡技術(shù)相比,混凝土花磚草皮護(hù)坡除具有增強(qiáng)岸坡穩(wěn)定性、滿足防止水土流失等功能外,還成功地解決了“綠化與硬化”的矛盾,對(duì)于營(yíng)造生態(tài)景觀、改善環(huán)境,起到了積極作用?;炷粱ùu草皮護(hù)坡只考慮了護(hù)坡上的植物,忽略了動(dòng)物及微生物,忽略了生態(tài)護(hù)坡作為一個(gè)完整生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性,忽略了真正意義上的生態(tài)護(hù)坡應(yīng)該是在保證邊坡穩(wěn)定的基礎(chǔ)上,以營(yíng)造邊坡系統(tǒng)的生物多樣性為主要目標(biāo)。因此,現(xiàn)有生態(tài)護(hù)坡技術(shù),雖帶有一定的生態(tài)色彩,卻是不完善的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)?! ?/FONT>
與傳統(tǒng)的工程措施相比,植物工程措施復(fù)合護(hù)坡技術(shù),具有效率高、適應(yīng)性好、環(huán)境景觀協(xié)調(diào)性好等優(yōu)點(diǎn),在坡面不穩(wěn)定時(shí),可以調(diào)整自身狀況,來(lái)適應(yīng)坡面變化,維持較高侵蝕控制能力,不斷發(fā)揮護(hù)坡的工程潛能。
3實(shí)施過(guò)程
為了驗(yàn)證混凝土花磚草皮護(hù)坡防風(fēng)浪的實(shí)際效果,本次試驗(yàn)選位在北金堤堤防的深水區(qū),相應(yīng)北金堤樁號(hào)為0+100-0+150,該處是歷年堤身坍塌最嚴(yán)重的部位。試驗(yàn)段沿堤線長(zhǎng)50m,臨河堤坡的下半部,此處堤頂高程50.2m,兩邊坡均為1:3,堤腳高程為39.8m,歷史上風(fēng)浪沖刷高度一般為43.5m,按超高1m即44.5m計(jì)算,凈高4.7m,順坡寬15m,試驗(yàn)面積為750m2。上鋪砌6cm厚的混凝土花磚,下鋪15cm厚的中砂作為反濾層;三邊修有底寬50cm、頂寬70cm、深40cm的混凝土排水溝,底邊沿堤腳線修建頂寬30cm、高50cm、底寬45cm的砌石阻滑趾墻,埋于地下30cm,即阻滑趾墻底高程為39.5m,阻滑趾墻頂高程為40m。
試驗(yàn)于2006年5月28日開始實(shí)施,6月5日全部完成,共完成混凝土花磚鋪設(shè)750m2,中砂墊層112.5m3,混凝土排水溝80m,砌石阻滑趾墻52m2,植草750m2,總投資4.32萬(wàn)元。每平方米造價(jià): 57.6元。
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4實(shí)施效果
4.1混凝土花磚
混凝土花磚護(hù)坡整體美觀、牢固,混凝土花磚本身對(duì)防沖就具有一定的保護(hù)作用。
4.2草皮
本次試驗(yàn)最初選擇了矮生高羊茅草,由于是種植在鋪有中砂的土質(zhì)上,且在混凝土花磚空隙中,經(jīng)過(guò)兩次種植,高羊茅草成活率很低,分析原因是矮生高羊茅草不適于在混凝土花磚空隙中生長(zhǎng)。隨后,又選用了葛芭草,用量為16墩/m2,種植后進(jìn)行撒水,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的養(yǎng)護(hù)管理,草皮生長(zhǎng)較為理想。葛芭草根系發(fā)達(dá)、耐旱,適合粗放管理,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間生長(zhǎng)后,根系聯(lián)為一體,對(duì)護(hù)坡起到較好的保護(hù)作用,能夠改善生態(tài)環(huán)境,改善工程管理面貌,具有一定的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和生態(tài)效益。
4.3整體效果
混凝土花磚草皮護(hù)坡試驗(yàn)整體效果較為理想,混凝土花磚本身具有一定的保護(hù)作用,加上草皮根系形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的保護(hù),護(hù)坡能力大大加強(qiáng)。同時(shí),混凝土花磚草皮生態(tài)護(hù)坡還能美化工程面貌,改善生態(tài)環(huán)境。
4.4與其它結(jié)構(gòu)的護(hù)坡經(jīng)濟(jì)效益比較
1)混凝土護(hù)坡
混凝土厚度按20cm計(jì)算,試驗(yàn)面積750m2,需混凝土150m3。
每平方米造價(jià): 109.22元。
是混凝土花磚草皮護(hù)坡的1.9倍。
2)石護(hù)坡:
石護(hù)坡厚度按30cm計(jì)算,試驗(yàn)面積750m2,需石方量225m3。
每平方米造價(jià): 79.22元。
是混凝土花磚草皮護(hù)坡的1.38倍。
3)草皮護(hù)坡
草皮:試驗(yàn)面積750m2,需要植草15000墩
每平方米造價(jià): 16.52元。
雖然草皮護(hù)坡的造價(jià)較低,但護(hù)坡防護(hù)效果較差,每年都要造成大量的土方流失,按沿堤線長(zhǎng)度每米沖蝕1 m3土方計(jì)算并恢復(fù),每年需恢復(fù)投資35元/m,是混凝土花磚草皮護(hù)坡的12.3倍。
通過(guò)比較,混凝土花磚草皮護(hù)坡每平方米造價(jià)較低,且項(xiàng)目實(shí)施后,可增加該段堤防的抗沖能力,提高工程抗洪強(qiáng)度,減少土方流失和風(fēng)波坍塌險(xiǎn)情的發(fā)生,能使防洪工程安全度汛,具有較高的社會(huì)效益和較好的經(jīng)濟(jì)效益。
4.5流失土方恢復(fù)的經(jīng)濟(jì)效益
使用混凝土花磚護(hù)坡后,基本沒(méi)有流失土方,堤身的維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用減少,只是一次性投資較大。每年都有部分土方流失,若按沿堤線長(zhǎng)度每米沖蝕土方1m3計(jì)算并恢復(fù),需投資35元/m,若包括草皮護(hù)坡的恢復(fù),平均每年沖刷坡長(zhǎng)5米計(jì)算,每年需要增加16.52元/平方米×5m= 82.6元/m,23公里的堤線全部使用混凝土花磚草皮護(hù)坡每年可節(jié)約因土方流失和草皮護(hù)坡恢復(fù)費(fèi)用270.48萬(wàn)元, 混凝土花磚草皮護(hù)坡建設(shè)費(fèi)用864元/m×23 km =1987萬(wàn)元,僅相當(dāng)于7.35年恢復(fù)費(fèi)用,而混凝土花磚草皮護(hù)坡可使用20年,其經(jīng)濟(jì)效益顯著。
4.6生態(tài)效益與社會(huì)效益
混凝土花磚草皮護(hù)坡實(shí)施后,能夠保持堤坡的完整,改變堤防的工程面貌,改善生態(tài)環(huán)境,提高防洪工程的抗洪強(qiáng)度,減少出險(xiǎn)幾率,確保黃河防洪安全,保證沿黃地區(qū)群眾生活、生產(chǎn)不受影響,加快沿黃地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,其經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益非常顯著。
5項(xiàng)目運(yùn)行存在的問(wèn)題
5.1草皮選擇存在的問(wèn)題
草皮的品種選擇有限,對(duì)草皮的生長(zhǎng)特性和適應(yīng)性了解較少,加上試驗(yàn)時(shí)間較短,無(wú)法對(duì)可能的草皮逐一進(jìn)行試驗(yàn),試驗(yàn)選擇的矮生高羊茅草,由于不適宜在鋪有中砂的混凝土花磚空隙中種植,經(jīng)過(guò)兩次種植成活率很低。隨后,又嘗試了葛芭草,種植后生長(zhǎng)較為理想,但對(duì)其它草皮未進(jìn)行試驗(yàn),如馬尼拉草、百慕大草、狗牙根草、中華結(jié)縷草、剪股穎草等草皮的試驗(yàn)。
5.2混凝土花磚選擇存在的問(wèn)題
在混凝土花磚鋪設(shè)中,更改掉了原來(lái)的內(nèi)外皆是六棱體空心花磚,采用外邊為六棱體,空心為圓柱體的花磚。一是受項(xiàng)目資金約束,建材市場(chǎng)此類材料價(jià)格相對(duì)較高;二是試驗(yàn)時(shí)間工期所限,無(wú)法籌集更多的資金進(jìn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)及阻滑、抗剪力的測(cè)驗(yàn)。
5.3護(hù)坡下部深水區(qū)草皮不能存活
通過(guò)試驗(yàn)在護(hù)坡下部深水區(qū)草皮不能存活,水下部分草皮全部被淹死,達(dá)不到草皮護(hù)坡的目的,起不到生態(tài)護(hù)坡的作用。
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6項(xiàng)目的改進(jìn)建議
6.1混凝土花磚的改進(jìn)
此次選用的花磚外邊為六棱體,中間為圓柱體空心,內(nèi)孔面積小,磚體面積大,浪費(fèi)了材料,加大了項(xiàng)目費(fèi)用,致使孔內(nèi)種植草數(shù)量達(dá)不到預(yù)想的目標(biāo)。擬在今后項(xiàng)目中,在充分考慮磚體沿斜坡面向下分力的累積壓力情況下,參照鐵路部門所用的翼墻護(hù)坡磚(內(nèi)外均為六棱狀)進(jìn)行選型,鐵路部門所用的翼墻護(hù)坡磚與本次試驗(yàn)所用花磚相比,更節(jié)省材料,結(jié)構(gòu)上更堅(jiān)固,內(nèi)徑比現(xiàn)在鋪設(shè)的花磚大,可種植更多草皮,效果可能會(huì)更理想一些。
6.2草皮品種選擇的改進(jìn)
草皮選擇上應(yīng)進(jìn)行多草皮的試驗(yàn)選擇,可再考慮選擇馬尼拉草、百慕大草、狗牙根草、中華結(jié)縷草、剪股穎草等草皮的試驗(yàn)。
6.3增加水下防護(hù)措施
考慮到汛期洪水偎堤時(shí)間長(zhǎng),偎堤水深大,堤防長(zhǎng)時(shí)間受高水位浸泡等情況,增加水下防護(hù)措施非常必要。水下防護(hù)措施可選用土工織物作為抗?jié)B和反濾材料。
在水下的部份坡面上和堤腳處可采用深栽柳護(hù)坡。柳樹為坐地柳(柳撅)株行間距均為1.0m,,柳間栽爬根草。按設(shè)計(jì)間距栽柳,栽深2.0m,外露0.2m。栽柳處,用火或燒紅的鐵器,在栽柳樹的地方將土工織物布燒出或烙出一個(gè)5~8cm的洞,套在柳桿上,這樣可避免洞的四周織造土工織物脫絲而破壞其保土性。
7.結(jié)論
綜上所述混凝土花磚草皮護(hù)坡達(dá)到了預(yù)期的試驗(yàn)效果,混凝土花磚草皮護(hù)坡應(yīng)用在北金堤護(hù)坡防護(hù)工程中是可行的,在金堤河下游深水區(qū)內(nèi),在有限的吹程等特定環(huán)境中防止風(fēng)浪坍塌和水土流失效果是明顯的,其經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益是顯著的,有較好的推廣應(yīng)用前景。同時(shí)通過(guò)試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)了一些需要改進(jìn)的地方,如:混凝土花磚的形狀改進(jìn),防止坍滑;草皮草種的選育;草皮在水下不能存活等問(wèn)題都有待于進(jìn)一步試驗(yàn)研究。
作者單位:山東省聊城市湖西路聊城黃河河務(wù)局
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