联锁式生态护坡嵌草砖的块型设计

王 欣 安尚豪 周文浩 席圣武

(唐山学院艺术系,河北 唐山063000)

近年来,随着矿山资源和城市河道的开发建设,其在创造社会和经济效益的同时,也产生了大量裸露山体边坡和河湖坡岸。这些裸露坡面的生态系统遭受破坏,动植物失去栖息场所；同时坡面经过人工扰动,稳定性差,极易发生次生地质灾害。我国生态文明建设进程的推进,落实绿色发展理念的提升,裸露边坡生态修复与环境治理成为亟待解决的热点问题。2016 年国务院印发的《“十三五”生态环境保护规划》中指出要实施一批重大工程以体现生态环境保护,其中包括河道生态环境恢复；2019年中国矿业联合会召开生态产品发布会指出,推广生态环保技术与材料,利用本土植物,促进生态、社会、经济效益协调平衡发展。可以看出新型的生态修复材料和生态修复方法是解决问题的关键,传统的工程措施的硬化护坡将逐渐退出历史舞台,加快研制新型生态护坡块型是当务之急。

1 国内外研究进展

与传统的单纯工程措施护坡相比,生态联锁嵌草砖兼具生态性和联锁性两个特征。由于植被的存在,保证了生态系统平衡,有利于恢复生物多样性；由于嵌草砖之间联锁,提高了铺砌的施工效率,节约了人力、物力。20 世纪50 年代德国最先研制成功侧面具有联锁功能的混凝土铺地砖,在欧洲得到广泛使用。1973 年日本引进这项技术并进一步改进,应用到景观道路中使用。20 世纪70 年代末,我国混凝土制品主要集中在建筑墙用砌块和道路砌块领域,开始出现具有联锁原理的建筑墙用砌块产品；1985 年引进联锁混凝土铺地砖,在此基础上研制出联锁空心砌块；于20 世纪90 年代在全国范围内推广应用。目前,我国园林景观用混凝土砌块、砌砖制品多种多样,生态联锁砌块产品迎来了新的市场机遇。

世界各国针对于嵌草砖的设计和施工进行了大量研究,嵌草砖的种类很多,根据其是否联锁以及联锁的形式可以分为:无联锁、线性联锁、平面联锁和立体联锁,代表的块型如图1-3 所示。无联锁生态嵌草砖是指砌块块型一致,相互之间各自独立,砌块之间不会限制某方向的移动。线性联锁生态嵌草砖是指砌块之间可相互限定某一方向上的移动。平面联锁嵌草砖是指砌块之间相互限定在一个平面上的移动。立体联锁嵌草砖是指砌块之间相互限定X、Y、Z 轴三个方向上的移动。

图1 无联锁嵌草砖

无联锁和线性联锁嵌草砖是道路、停车场、高速公路边坡绿化的常用方法,在其内部空心部分填充营养基质,栽种植物以实现生态修复的功能。由于砖体侧向无连接,仅依靠摩擦力固定,自身稳定性差,只适用于无坡度或坡度平缓的边坡。平面联锁嵌草砖可以在平面上形成联锁,适合河道护坡,要求坡度小、过渡平缓且均一的坡面。

2 高陡边坡联锁式生态护坡嵌草砖

高陡边坡表面不稳定,易造成坡体垮塌,同时水流冲刷力强,又缺少植物赖以生存的土壤,生态修复难度大。由于坡度较大而且坡度不固定,需要在每块砖之间多点联锁,增大整体性和抗震性；为实现施工和运输方法,块型要简单,不易损坏。

基于榫卯原理,联锁式生态护坡嵌草砖实现了带有卯眼和榫头的空心砌块的立体联锁,在X、Y、Z 轴上均能限制位移,如图4 所示；针对于不同地形地貌可形成多种拼接方式,提高了适应性。当无坡度时,嵌草砖之间正对咬合,平铺成平面,如图5 所示；当坡度较小时,嵌草砖侧面咬合,后砌块上抬压住前砌块的齿牙,如图6 所示；当坡度较大时,嵌草砖侧面咬合,后砌块压在前砌块上,同时用锚杆插入卯眼中并固定于边坡上,如图7 所示；增大砌块之间的摩擦力以增加稳定性。

图2 线性联锁嵌草砖

图3 平面联锁嵌草砖

图4 立体联锁嵌草砖

图5 平铺形式

图6 坡度均一时铺砌方法

图7 坡度较大时铺砌方法

3 联锁式生态护坡嵌草砖的优点

3.1 超强联锁。带有榫卯结构的生态护坡嵌草砖互相咬合,必要时可穿锚杆固定于坡面,实现了三维空间上的定位和联锁,增强了坡面的整体性,同时适应多种坡度,尤其是高陡边坡,解决了山体生态修复的瓶颈。

3.2 生态护坡。联锁嵌草砖可以利用矿山尾矿渣、工业废渣制作,因地制宜、就地取材,生产过程中无需烧结。砖体中的空心部位既可节约材料,又能种树植草和补充地下水,保证了生态性。同时砌筑的时候可以做到不用或少用砂浆,减少人工对生物圈的阻隔。

3.3 施工简捷。施工简单,免砂浆砌筑,对施工技术人员要求不高,为提高施工效率奠定了基础。与传统的硬质护坡相比,节省费用约40%。

4 结论

立体联锁是在平面基础上增加上下两方向的连锁功能来进行实现穿插固定,这是连锁砌砖以后的未来发展趋势,具有巨大的发展潜能和市场需要,应该大力推广应用。

联锁式嵌草砖可基于立体联锁形式的基础上继续开发和使用,针对于实践过程中的实际情况进行不断研发,提出适应性更强的解决方案,使其具有更好的便捷性和实用性,更好的实现节能资源、节约人力、便捷使用的目标。