绿化混凝土在中小河流生态治理与生态护岸中的应用

温林山

(韶关市华源水电建设有限公司，广东 韶关 512026)

在中小河流中，河道护岸的建设十分重要，能够提高河岸的稳定性，加强河岸的抗冲刷能力，因此得到了广泛的重视。近年来，基于可持续发展与生态环保理念，能够实现河道生态恢复，保护河岸的生态护岸概念被提出，并得到了较为显著的发展[1]。陈沛璇研究了生态护岸在大河小流域工程中的应用模式与应用效果，从而为生态护岸在河道综合整治工程中的应用提供了理论指导[2]。谢红忠等人研究了植被混凝土生态护坡技术，并将该技术应用到黄金峡水利枢纽，探讨了该项技术在生态治理中的作用[3]。绿化混凝土是上个世纪90年代研发问世的一种无砂生态混凝土，除了具有较高的强度和稳定性外，还能够供给植物生长。因此，利用绿化混凝土进行河道护岸施工，建设生态护岸，不仅能够保证河道护岸的安全性，对河道生态恢复也有着积极的影响[4-6]。为此，研究以浈江区2019年广东省山区五市中小河流治理项目为例，探讨了绿化混凝土在中小河流生态治理与生态护岸中的应用，从而为绿化混凝土的应用以及河流的生态治理提供新的途径。

1 中小河流治理项目工程概况

研究以浈江区2019年广东省山区5市中小河流治理项目为例，探讨了绿化混凝土在中小河流生态治理与生态护岸中的应用。在该项目中，包括了黄坑水治理和铣鸡坑水(五四村段)治理。两个治理工程项目的基本情况见表1。

表1 河流治理工程项目的基本情况

该项目区多处河段处于未设防状态，防洪能力低，洪灾频发，每次洪水均造成巨大损失。为此，每年汛期需要投入大量的财力和人力抗洪抢险，且洪水对河岸的不断冲刷造成了部分城镇塌岸现象普遍，导致了城市发展所需的宝贵土地资源的流失，直接影响到区域的经济发展与社会稳定。因此，加快堤防及岸坡整治等工程建设，提高沿河城镇防洪标准，对减轻洪涝灾害的危害，保证经济又好又快发展及维持社会和谐稳定具有极其重要的意义，项目的实施是十分必要的。

2 绿化混凝土在生态治理与生态护岸中的应用

2.1 生态护岸中绿化混凝土的处理

绿化混凝土的主要成分是无砂混凝土，在实际的生产过程中，由于施工水平、施工质量等因素，容易导致部分水泥浆流淌，在底部形成一个落淤层，导致植物的根系生长受限[7-8]。因此，在浇筑绿化混凝土的过程中，需要预先在土面或工布上铺垫粒径较小的碎石层，以分散水泥浆，阻止落淤层的形成，如图1所示。

图1 碎石层的作用

表2 孔隙填充材料配料表

2.2 生态护岸施工技术分析

在上述内容中，研究对绿化混凝土进行了一定的处理，从而使其能够更加适用于生态护岸施工。在进行生态护岸的建设工程时，需要同时考虑到两点。第一点是植物的生长要求，第二点是材料的构造要求。从第一点植物的生长要求角度出发，植物根系都具有一定的长度，因此在植物生长时需要有一定的土厚度[13-15]。若生态护岸所在的土层不具备植物生长所需的厚度时，如风化岩石、砂砾、贫瘠土等环境，此时要求绿化混凝土的生长基要有一定的厚度，使其孔隙空间足够贮存植物生长介质。绿化混凝土的生长基厚度h1通过公式(1)来确定。

(1)

式中，τ—介质填充能力；k—绿化混凝土的孔隙率；δ—植物生长所需的最小厚度。

在绿化混凝土孔隙中，填充土壤与填充介质材料可能会因为水流的流通而流失。因此，需要设置一个宽度大于或等于防护厚度的隔离带，来避免这种情况产生。在隔离带的材质选择中，可以采用薄木片或者无纺布。通过这种方式，能够避免绿化混凝土孔隙中土壤与填充介质材料的流失，维持生态模拟环境的稳定性，促进植物生长。在土坝背坡的裸土上，一般利用碎石护坡的方式，来提升坡面的抗滑性和稳定性。在利用绿化混凝土浇筑建设生态护岸，从而对碎石防护进行生态修复后，背坡松散的碎石会被粘聚成一个整体，从而提升了土坝的压载能力和滑动稳定性。在选择植物播种时，需要考虑到环境、气候、生态修复效果以及经济等条件。匍匐型紫羊茅-派尼具备一些较为有利的特性，例如耐寒、耐旱、对土壤要求较低等，适合应用到河道生态修复中，因此研究选用匍匐型紫羊茅-派尼来播种。但匍匐型紫羊茅-派尼的草茎容易腐烂，因此研究选用紫羊茅-极地来与其进行混播。有研究显示，当混凝土的孔隙率高于12%时，即具备较为优秀的透水性。而研究采用的绿化混凝土的孔隙率在30%以上，因此透水性较强，在强降水量的环境下也不容易产生径流。

2.3 生态护岸设计方案

综合上述内容，结合中小河流治理项目的实际情况，研究提出了生态护岸的设计方案。对于需治理的岸坡，采用绿化生态混凝土护岸，对现状边坡高度低于设计防洪标准的进行加高，加高后堤顶设计宽度3m，背水坡采用草皮护坡。护脚挡土墙设计墙身净高2m，基础埋深0.8m，迎水坡设计坡比1∶0.1，背水坡设计坡比1∶0.45。生态护坡及背水侧草皮护坡设计坡比均为1∶1.5，其压顶采用0.4m×0.4m(宽×高)的C20混凝土护顶。护脚挡墙及压顶每10m设置一道伸缩缝，缝宽度2cm，沥青栅木板嵌缝。对于特别重要保护易冲毁、出险地段(桩号K0+365.8、K1+273.4、K2+023.6、K4+189.7)采用组合式预制桩生态护岸。本次治理对黄坑水和铣鸡坑水(五四村段)共计6Km的河段进行河道清淤，清除槽内植被，以扩大河道的行洪面积，恢复提高河道行洪能力。分别在桩号K1+464.5、K1+574.7、K2+005.8新建3座机耕桥，3座桥均采用简支板桥结构，共设一跨，净跨9.8m，支座均采用GPZ(Ⅱ)-0.8支座，公路—Ⅱ级汽车荷载进行设计，3座机耕桥结构一致。

3 绿化混凝土在生态护岸中的应用效果分析

研究基于绿化混凝土设计生态护岸，以实现河流生态治理。为了验证设计方案的有效性，研究分别设计了不同实验对该方案进行验证。植物生长代谢材料的填充能够提供植物成长所需的养料，对植物的生存、成长有促进作用，有利于植物根系的生长发育。针对绿化混凝土孔隙中土壤的不同特性，研究采用不同的策略，即填充不同的介质来维持土壤环境的稳定性，以维持土壤的PH值，进而提升植物的缓冲能力。

绿化混凝土孔隙中土壤析出液的PH值变化如图2所示。其中前10天是未加入填充介质的变化曲线，后10天是加入了填充介质的变化曲线。可以看到，在未加入填充介质时，土壤析出液的PH值变化十分剧烈，而在加入填充介质后，土壤析出液的PH值变化变平缓。这表明研究提出的介质填充策略能够维持绿化混凝土孔隙土壤环境的稳定性，有利于植物的生长。在传统的水利堤坝工程中，河道护岸土壤贫瘠、腐殖性物质稀少且常为失水状态，因此不适合植物生长，河道生态系统也无法得到改善和修复。在可持续发展理念下，水利工程在建设的过程中，除了要满足人们对水资源的需求，还需要重视河流生态治理。绿化混凝土是一种无砂生态混凝土，除了具有较高的强度和稳定性外，还能够供给植物生长。浇筑式的绿化混凝土可以被视为人工制造的小型生态系统，因此，绿化混凝土常常被应用到拟自然生态修复技术中。浇筑式绿化混凝土在不同条件下的孔隙率见表3。

图2 研究策略对土壤PH值的影响

表3 绿化混凝土在不同条件下的孔隙率

普通混凝土的孔隙率在1%～3%之间，远低于绿化混凝土。而较高的孔隙率可贮存植物生长介质，并为植物生长介质的流通提供基础条件，使得绿化混凝土具有较好的水循环和气循环功能，为植物的生长提供条件。此外，较高的孔隙率会使绿化混凝土在高降水的环境下也不会轻易形成径流。除此之外，绿化混凝土可以持续析出具备可溶性质的碳酸盐，使得绿化混凝土能够在孔隙之间构建一个盐碱性的环境，这个盐碱性环境可以作为植物生长基。对绿化混凝土孔隙中的土壤的电导率和PH值进行测试，如图3所示。

图3 绿化混凝土孔隙中的土壤的电导率和PH值

在图3中可以看到，随着时间的增加，绿化混凝土孔隙中的土壤的电导率和PH值也在逐渐增加。这是因为在绿化混凝土孔隙中的土壤中可溶性碳酸盐析出量增加，使得电导率升高。在此过程中，土壤环境逐渐碱化，使得绿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，绿化混凝土的空隙率较高，因此水流通能力较强，相对的其滞水能力就比较低。因此，需要在孔隙中填充一些具有较强水涨性的物质，以促进植物系统的水循环。在绿化混凝土中，孔隙可析出大量的可溶性碳酸盐，使得绿化混凝土孔隙能够被视为一个碳素库，促进生态系统的碳循环。在以往的研究中证实，绿化混凝土孔隙中除了水循环和碳循环以外，还存在氮循环、磷循环、钾循环、钙循环、硫循环等，为植物的生长提供必要条件。利用Braun-Blanqu分级法来分析在研究提出的方案下，河道生态修复效果。见表4。

在2019年、2020年和2021年间，研究方案的植被覆盖率比传统方案分别高16%、50%和51%。可以看到研究采用的方案的成本相比传统方案稍高，但生态修复效果更好，社会效益更大。此外，由于绿化混凝土能够将松散的碎石聚集粘结，能够提升护岸的稳定性。综上所述，研究提出的方案效果更好，能够有效地实现河道生态修复。

4 结语

在河流治理工程中，河道护岸的建设对河道安全和生态修复均有重要的作用。但传统的河道护岸建设方案在河道生态治理中的效果较差。绿化混凝土具有较高的强度和稳定性，同时能够提供一个供给植物生长环境的无砂生态混凝土。因此，研究利用绿化混凝土进行河道护岸施工，建设生态护岸，不仅能够保证河道护岸的安全性，对河道生态恢复也有着积极的影响。研究结果显示，在3年间，研究方案的植被覆盖率比传统方案分别高16%、50%和51%。上述结果证明，基于绿化混凝土建设生态护岸，有助于中小河流生态治理，具有较好的实用性。