绿化混凝土在中小河流治理工程中的应用

黄锦林　王立华

(1.广东省水利水电科学研究院， 广东 广州　510635；2.河口水利技术国家地方联合工程实验室， 广东 广州　510635)



绿化混凝土在中小河流治理工程中的应用

黄锦林1，2王立华1，2

(1.广东省水利水电科学研究院， 广东 广州510635；2.河口水利技术国家地方联合工程实验室， 广东 广州510635)

本文介绍了绿化混凝土的分类模式和应用特点，并针对其制作问题，阐述了绿化混凝土中骨料、胶凝材料、填充材料的技术要求，提出了栽种草种的选择原则，论述了绿化混凝土施工方法和施工注意事项，结合具体工程给出了绿化混凝土在河道治理中的应用案例，可作为工程技术人员中小河流治理的参考。

中小河流治理； 绿化混凝土； 应用特点； 材料要求； 草种选择

1　前　言

绿化混凝土是能够适应植物生长，可进行植被作业，具有保持原有防护功能、保护环境、改善生态条件的混凝土及其制品。绿化混凝土又称为植物相容混凝土或植被混凝土，是生态混凝土的一种[1]。绿化混凝土技术最早起源于日本，目前已被广泛应用于建筑物墙面绿化、屋顶花园、停车场绿化、住宅小区绿化、城市休闲绿地、高速公路边坡等工程建设当中，近年来，也被引入水利工程建设。

当前，中国正在大力开展中小河流治理工作，需要完成5000多条中小河流重点河段的治理任务，涉及9000多个项目，治理河长高达6万多千米。工程投资大、任务重、要求高，要完成好此项工作，实现“流畅、水清、岸绿、景美”的治理目标，河道岸坡及堤防工程护坡必须满足绿色、生态要求。传统浆砌石或混凝土护坡由于不利于生态平衡和环境绿化，不能满足河道绿色、生态的治理要求，在中小河流治理工程中应尽量少用或不用，而绿化混凝土由于其自身独特优势，却是中小河流治理工程中可推广应用的生态型护坡材料。

2　绿化混凝土分类模式

绿化混凝土种类较多，有“广义”和“狭义”两种分类模式。“广义”的绿化混凝土包括“敷设式绿化混凝土”“孔洞型绿化混凝土”和“随机多孔型绿化混凝土”，“狭义”的绿化混凝土特指“随机多孔型绿化混凝土”。本文中所谈到的绿化混凝土，专指“狭义”的绿化混凝土，即随机多孔型绿化混凝土。

2.1敷设式绿化混凝土

敷设式绿化混凝土是在普通混凝土的表面固定植被网，通过在植被网上喷涂一定比例配制的胶黏材料(胶黏材料由植物秸壳粉末、肥料、保水剂、草籽混合物等组成)，构成植物生长的基体，通过一定养护便可以长草。敷设式绿化混凝土多用于裸露岩石面和既有混凝土面的绿化。

2.2孔洞型绿化混凝土

孔洞型绿化混凝土的实体与普通混凝土材料相同，与普通混凝土不同的是在混凝土结构上设置了一定比例的孔洞。孔洞型绿化混凝土铺筑后，这些孔洞中填入土或其他植物生长基质，填土或植物生长基质通过孔洞能与混凝土结构下的土壤相连，孔洞中栽种绿色植物，通过一定养护便可以成活。孔洞型绿化混凝土目前被广泛应用于人行道、停车场。

2.3随机多孔型绿化混凝土

随机多孔型绿化混凝土以多孔混凝土作为骨架结构，骨架结构由粗骨料、水泥和水拌制而成，其中粗骨料可以是卵石、碎石或人造轻骨料，骨料中不含普通混凝土中的细骨料砂。混凝土在拌制过程中，由于没有细骨料，胶凝材料不能完全填充粗骨料的孔隙，从而形成了具有大量孔洞的混凝土，在孔洞内填充土或其他植物生长基质，便可以栽种绿色植物。由于这种混凝土的孔洞结构大小不一，随机分布，故将其称为随机多孔型绿化混凝土。随机多孔型绿化混凝土特别适合用作中小河流治理工程中的生态护坡材料。图1是随机多孔型绿化混凝土构造。

图1　随机多孔型绿化混凝土

3　绿化混凝土应用特点

3.1结构孔隙率高、透水性强，能满足物质交换和生物生存需求

绿化混凝土孔隙率通常高达30%以上，孔隙可从混凝土表面通到地面，多孔的特性使其透水性强，这样的结构特点能满足植物生长所需的空间、水分、营养物质交换与存贮等各方面的需求，为植物生长创造条件。在中小河流治理工程中，绿化混凝土水上、水下部位可选择性地栽种相应植物，其中水上植物可为陆上昆虫、鸟类提供觅食、繁衍的环境，水下部位的孔洞及栽种的水生植物根、茎、叶能成为水生动物的巢穴和繁殖场所。采用绿化混凝土护坡，可以维护河岸透气性要求，形成水土相连的“能呼吸”的河岸生态结构，实现人与自然的和谐相处。

3.2具有一定强度，能提高河岸的抗淘刷能力

绿化混凝土由水泥、粗骨料和水拌制而成，具备一定的强度。与天然河道相比，绿化混凝土岸坡抗冲能力更强，在一定流速范围内，对土体的防护有效，能够避免岸坡的冲刷与坍塌。研究表明，天然状态下一般的浅草护坡抗冲流速为1m/s，而绿化混凝土护坡的抗冲流速可达4m/s[2]。采用绿化混凝土护坡，当栽种的植物根系穿透混凝土并充分生长至下层土体中时，通过植被根系的锚固作用，能够大大提高岸坡的稳定性。栽种的绿色植物还能起到消浪作用，降低波浪对岸坡稳定的影响。

3.3能栽种绿色植物，实现建筑垃圾再生利用，满足生态建设要求

与常规混凝土相比，绿化混凝土可以在孔隙中填充土或其他植物生长基质，营造适合植物生长的环境，通过种草绿化，既达到堤岸防护、防止水土流失的目的，又能保持河道天然环境，提高绿化效果。此外，随着现代科技的发展，再生骨料在绿化混凝土中得到应用，该技术将废弃混凝土和建筑垃圾破碎、清洗、分级，作为绿化混凝土骨料加以利用，减少了天然骨料的使用，满足新时期建筑材料环保要求。建筑垃圾再生材料具有密度小、孔隙率高、吸水性强等特点，能满足绿化混凝土对骨料的基本要求。建筑垃圾再生材料利用技术提高了绿化混凝土的推广应用价值，符合混凝土技术生态化发展方向。

3.4能促进水体自净，改善河流水质

绿化混凝土栽种位于护岸水位变动区，水生植物能吸收水中的无机盐类物质(如氮、磷等)，其根、茎又是藻类和微生物附着的介质，也能吸收水中的无机盐类物质。绿化混凝土的多孔隙结构及栽种的水生植物能帮助水体形成不同的流速带和紊流区，有利于增加水中的溶解氧，帮助好氧微生物、鱼类等水生生物的生长。这将有助于水体中生物群落的形成，水体有了生物群落，将逐步发展成水体生态自净系统，在光合作用和食物链的共同影响下，实现水中物质的循环、交换和转移，有效提高水体自净能力，改善河流水质。这种生态治污手段正是中小河流治理所追求的目标，在目前中小河流普遍遭受不同程度污染的情况下，绿化混凝土技术对于河流治污无疑会是一种好的选择。

4　绿化混凝土制作材料

4.1骨料

骨料是绿化混凝土制作的主要材料，骨料按颗粒粒径大小可分为4级[3]：粗碎(卵)石(颗粒粒径在40～150mm)、中碎(卵)石(颗粒粒径为20～40mm)、细碎(卵)石(颗粒粒径为5～20mm)和特细碎(卵)石(颗粒粒径为5～10mm)。根据有关材料[4]：粒径为13～20mm的碎石制成的绿化混凝土，平均孔径约为3.5mm；5～13mm碎石的平均孔径约为1.8mm；2.5～5mm碎石的平均孔径约为0.7mm。有研究表明[5]，当选择平均粒径为27mm、58.5mm、81mm的3种粒级碎石按体积比1∶1∶1制成绿化混凝土，其平均孔径约为17.3mm，结构孔隙率均在30%以上，能满足植物生长所需要的连通孔隙率在25%以上的要求。骨料粒径越大，级配越单一，则孔隙率越大。孔隙率越大，植物根部生长的空间越大，保存水分、营养的能力就越强。因此，可根据所栽植物的种类和填充物的要求，相应选择合适的骨料级配。

除碎(卵)石外，绿化混凝土的骨料应尽量选用吸水性好的轻质多孔材料，如：沸石、陶粒、珍珠岩、碎砖石、混凝土再生骨料等，这类骨料孔隙率高，可吸附大量水分，与孔隙中的土或其他生长基质一起为植物根系供水。

4.2胶凝材料

绿化混凝土通常以水泥作为胶凝材料，当水泥用量相同时，绿化混凝土强度一般与水灰比成反比，但水灰比过大或过小，都将导致绿化混凝土强度降低。水灰比过大，除水泥浆体自身强度降低外，水泥浆也容易从骨料颗粒上滑下，出现顶层水泥浆偏少而底层偏多的现象，导致强度降低；水灰比过小，则水泥浆不能均匀包裹粗骨料，导致强度降低[6]。在最佳水灰比条件下，绿化混凝土抗压强度和抗折强度与单方水泥用量呈线性递增关系。因此，可根据工程实际需要和所用原材料情况，选择一个既能满足工程要求又比较经济的水泥用量。

由于植物生长需要偏酸性的环境(土壤的pH值一般在4.5～7.0之间)，而水泥等胶凝材料水化时会产生Ca(OH)2，其pH值高达12以上，呈碱性。在这样的碱性环境下，植物难以生长，必须采取措施中和这样的碱性环境，满足植物生长需要。在日本，绿化混凝土配制时采用低碱度的高炉B型、C型水泥，可使孔隙水pH值降到5～9，而国内一般以普通水泥作为胶凝材料，要改善孔隙内的碱性水环境，可采取一些针对性的物理或化学方法，如在胶凝材料中掺入粉煤灰、酸性聚合物等，不仅提高浆体强度、减少水泥用量，也能降低水化产物中Ca(OH)2的释放，此外还可以考虑加入降碱外加剂等，使孔隙水达到植物生长所需的pH值水平。

4.3填充材料

填充材料可以为绿化混凝土所栽种植物生长初期提供水分和养分，当植物的根系穿透绿化混凝土到达下层土体后，植物就摆脱了对填充材料的依赖，可以直接从土体中吸收水分和养分。填充材料可以是土或其他植物生长基质，可采用当地的耕土，也可以添加缓释复合肥料、土壤菌、保水剂等植物生长基质，将这些植物生长基质拌和在耕土中，能增加填充材料中的有机质和腐殖质，提高植物成活率和生长效果。

植物生长基质中的保水材料可采用高吸水性树脂，其吸水性高，在缺水时能释放出吸收存储的水分，满足绿化混凝土中植物初期生长所需水分要求。此外，为了改善绿化混凝土孔隙内的碱性水环境，也可在植物生长基质中掺入部分酸性物质，中和绿化混凝土中的强碱性，降低pH值，将其调整为弱酸或弱碱性，更有利于植物的生长。

5　绿化混凝土栽种草种选择

绿化混凝土必须选择合适的草种来种植，草种必须适应能力强，耐碱、耐践踏、耐干旱，适应当地气候环境和生长条件。在草种选择时，还应注意以下几方面问题：ⓐ草种要求根系发达、粗糙、强健，穿透能力强，入土深；ⓑ生长迅速，成坪快，以达到迅速绿化的效果；ⓒ选择两个或两个以上的草种进行混播，使其优劣互补，利于繁殖；ⓓ尽量选择本地草种，有条件的情况下花、草、灌木结合使用，立体防护，更加美观。

绿化混凝土中可采用的常见草种有多年生黑麦草、结缕草、细叶结缕草、野牛草、高羊茅、狗牙根、假俭草和马尼拉草等，下表给出了各自的情况介绍，可供参考。

绿化混凝土可采用的常见草种情况表

6　绿化混凝土护坡施工

绿化混凝土护坡的主要施工工序如下：

a.对需要砌筑绿化混凝土的坡岸进行开挖或回填，按设计坡比修整坡面。

b.在修整后的坡面铺设营养型土工布，注意土工布在边坡上的固定，避免产生滑移。

c.按设计分块大小浇筑钢筋混凝土框格梁，框格梁边框宽度一般为15cm，高度比绿化混凝土厚度高2～3cm。

d.按设计要求在混凝土框格内浇注绿化混凝土，绿化混凝土由骨料、水泥和水按一定配比均匀搅拌而成，厚度一般为10～15cm。

e.待绿化混凝土达到设计强度后，向其孔隙中填充含植物生长基质的填充料。

f.填充料充填后，在绿化混凝土表面铺2～3cm松散、粉状的表层耕土，表层耕土要求不漫过混凝土框格梁边框。

g.条件许可时，按设计要求将草籽撒播在绿化混凝土上的表层耕土中。

h.撒播完草籽后，在表层耕土上覆盖湿草帘等遮光透气物，进行撒水养护，直至植物长成。

浇筑绿化混凝土时，适当的插捣和锤击对浇筑有利，但不能过度，过度将会使水泥浆大量往下流，导致底层水泥浆过多，较为密实，孔隙率小，不利于植物根系穿过绿化混凝土底层到达下部土壤，影响植物生长。同时插捣和锤击还会使顶层水泥浆过少，使骨料颗粒黏结不牢，降低绿化混凝土的强度。

绿化混凝土填充料的充填可采用吹填、水填和振动填等方法，吹填可采用空气压缩机以高压(5～8个大气压)近距离吹填，以孔隙基本充满、无法继续吹入充填物为准，吹填时可根据实际需要调整风压，减少飞溅量。水填可采用低水压喷头喷水，将充填物注入孔隙中，喷水时注意避免水流带走充填材料。振动填时，可采用小功率振捣器振动构件外沿，使充填材料沉入孔隙内，振捣器功率不可过大，以免造成构件破坏。

草籽播种前，必须对选定草籽进行发芽率试验，所选草籽必须是发芽率80%以上的新草籽。草籽播种应选择在春、秋季节，尽量选择在适宜的气温条件下进行，不能在雨季播种，以免冲走草籽。播种时将草籽均匀地播撒在绿化混凝土的表层耕土上，可以撒少量土覆盖，覆盖土厚度不要大于5mm，以免影响草籽生长。浇水养护时应采用喷头浇水，不能用喷嘴直射，以免冲走草籽。如采用栽种方式种草，应将草株每2～3株分为一捆，用细木棍插入绿化混凝土的孔隙中，栽上草株，周围培土并浇水养护。

7　已实施项目介绍

瀛洲生态公园位于广州市东南郊海珠区新滘镇小洲村，公园内林木茂密，环境优美，被誉为广州市的“南肺”。公园总面积142hm2，园内种有各类果树5万多株，是广州市海珠区果树保护区的核心地带，亦是广州最大的农业生态公园。瀛洲生态公园的河道属于感潮河道，在该公园的河道整治项目中，水位变动区采用了现浇绿化混凝土护坡和铺开孔式护土砖护坡两种护坡型式。其中绿化混凝土骨料采用了粒径为31.5～63mm的花岗岩碎石，现场浇筑配合比(单方)为：碎石(干燥状态)1620kg，水泥240kg，水84kg。施工中要求达到的设计指标为：28d 抗压强度不小于5.6 MPa，28d抗折强度不小于1.2MPa，孔隙率不小于22%。此外，设计的绿化混凝土护坡厚度为20cm，并要求每隔1.5m设置一道结构缝，每隔25cm人工预留一直径为7cm的孔洞，以便后期栽种挺水植物。

该项目由广东省水利水电科学研究院结构材料研究所进行了绿化混凝土材料试验，骨料粒径选择、现场浇筑配合比均由试验结果给出，有力地指导了工程现场施工。实施情况表明，与护土砖相比，绿化混凝土造价更低，且因其表面粗糙，容易留住感潮河段的回淤土，更容易长出野草，看起来更为自然，生态效果更好。图2是采用绿化混凝土护坡的瀛洲生态公园河岸，可以看出效果良好，外观接近自然土坡。

图2　采用绿化混凝土护坡的瀛洲生态公园河岸

8　结　语

党的十八大把生态文明建设摆在至关重要的位置，提出建设“美丽中国”的号召，并在新“四化”(新型工业化、城镇化、信息化、农业现代化)的基础上，进一步阐明了“绿色化”的发展方向，这对新时期水利工程建设提出了更高要求。在当前中小河流治理中，要落实生态治水理念，建设“自然的、能呼吸的、有生命的、清洁的、原生态的、低碳的”河道，应大力推广绿化混凝土技术，不断总结经验，提高应用水平，让河流在满足防洪排涝安全的前提下，两岸能更绿、更美、更自然。

[1]焦凤红.绿化混凝土及其应用前景[J].亚热带水土保持，2006，18(4)：49-51.

[2]王明龙，赵建民，侯英龙.中小河流治理工程设计融入生态理念的思考[J].中国水利，2013(12)：1-3.

[3]徐伟，苏宏阳，金安福.土木工程手册(上、下册)[M].北京：中国计划出版社，2002.

[4]朱航征.多孔混凝土(POC)的特性和生态环保技术[J].建筑技术开发，2002，29(2)：67-69.

[5]冯辉荣，罗仁安，樊建超.“沙琪玛骨架”绿化混凝土抗压与植草试验研究[J].混凝土，2005(7)：49-53.

[6]王立华.无砂大孔绿化混凝土在河涌整治护岸工程中的应用研究[J].中国农村水利水电，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