河道整治中反滤型生态混凝土的制备及施工技术

罗 媚

（清远市启源水利水电建设有限公司，广东 清远）

在绿色发展背景下，生态混凝土不仅具有传统混凝土的力学性能，而且还能减少环境负荷、与生态环境协调，因此工程建设中得到了广泛应用。在河道整治工程中，用反滤型生态混凝土作为护坡材料，一方面可以提高岸坡的抗冲刷性能，即便是在夏季强降雨冲刷情况下，也能减少护坡土颗粒的流失，维护岸坡稳定；另一方面则能利用反滤型生态混凝土的过滤作用，达到净化水质的效果。在这一背景下，提高反滤型生态混凝土的制备质量和加强施工管理，成为提高河道整治效果的关键所在。

1 工程概况

某河坝上游河段整治工程治理河道总长7.85 km，堤防加固长度3.345 km，防冲护岸长度6.77 km，河道清淤长度3.30 km 等。基于工程效益和生态效益统筹兼顾的原则，提出了一种由石笼网固脚、植生型和反滤型生态混凝土组成的护坡结构，在提高河道抗冲刷能力的基础上，还能发挥净化水质的效果。

2 反滤型生态混凝土的制备

2.1 原材料的选择

反滤型生态混凝土的组成材料主要有水泥、粗骨料（碎石）、细骨料（河砂）、外加剂（SR-3）和水，选择合适的材料对提升反滤型生态混凝土的抗压强度、抗渗性能有显著效果，本工程中各物料的选择如下：

2.1.1 水泥

反滤型生态混凝土是一种多孔材料，要想在孔隙率较高的情况下保证足够的强度，需要优先考虑强度较高、掺合料较少的普通硅酸盐水泥。

2.1.2 骨料

选用单一级配的人工碎石作为粗骨料，粒径在6～10 mm 之间。粒径会直接影响混凝土的强度，通常来说粒径越小，相应的反滤型生态混凝土强度更高。选用细度模数为2.2 的河砂作为细骨料，起到填充空隙、缓解收缩应力的效果，对提高反滤型生态混凝土的抗裂能力有一定帮助[1]。两种骨料的技术指标见表1。

表1 反滤型生态混凝土骨料的技术指标

2.1.3 外加剂

适当加入不同类型的外加剂，能够让反滤型生态混凝土的某一项性能得到明显的提升。例如加入高效减水剂能降低混凝土的水灰比、提高可塑性和流动性；加入缓凝剂能延长凝固时间，使混凝土在较长时间内保持塑性。本工程中使用SR-3 减水剂，其作用是提高混凝土的力学性能和耐久性能。

2.1.4 水

使用PH 为7.0 左右的干净自来水。

2.2 配合比设计

在确定各物料的选用标准后，还要科学设计物料配合比，保证反滤型生态混凝土的性能最优。鉴于目前并未出台可应用于反滤型生态混凝土的规范，本工程中参考《透水水泥混凝土路面技术规程》(CJJ134-2009)中提供的技术指标，结合河道治理工程的施工要求，确定了反滤型生态混凝土的性能指标。抗压强度方面，在28 d 龄期时应达到30 MPa，方可达到河岸护坡的使用要求；孔隙率方面，透水路面的孔隙率通常在12%～15%之间，考虑到反滤型生态混凝土多数情况下位于水面以下，对透水性要求更为严格，因此孔隙率至少要达到18%；pH 值方面，为了避免反滤型生态混凝土改变河水水质、影响生物和微生物的生存，要求其pH 值在8 左右[2]。

基于上述性能要求，本工程中使用“体积法”确定反滤型生态混凝土的配合比设计。以1 m3的混凝土为例，各物料应满足以下公式：

式中，M1～M5分别代表了每1 立方米反滤型生态混凝土中碎石、水泥、河砂、水、外加剂的用量，单位为kg；相应的，ρ1～ρ5分别对应了五种材料的表观密度，单位为kg/m3；P 表示目标空隙率，单位为%。按照上式分别求得各物料的用量，由此确定配合比，见表2。

表2 反滤型生态混凝土的配合比

2.3 反滤型生态混凝土的性能测定

按照上文确定的配合比制作反滤型生态混凝土的试块。将各物料投放到小型搅拌机的料斗中，启动搅拌3 分钟后使物料均匀混合。取一个尺寸为10 cm×10 cm×15 cm 的长方体模具，在模具内部均匀涂刷脱模剂，然后将制备的混凝土倒入模具中，采用人工振捣的方式，反复振捣10 次后进行养护。首先养护24 小时，然后将试件从模具中取出，放入标准养护室内继续养护7 d。在反滤型生态混凝土的抗压强度测试中，共制作了5 个试件，测定结果见表3。

表3 反滤型生态混凝土试件的抗压强度测定结果

由表3 数据可知，参与测定的5 个混凝土试件在养护28 d 后，抗压强度均达到了设计强度，符合本工程的使用需要。

3 反滤型生态混凝土施工技术

3.1 施工方案的设计

从现场调查情况来看，本工程所在地区夏季雨水集中，易发生洪；河流上游水土流失情况比较严重，在下游河水流速变慢后出现泥沙沉积、河床抬高现象；少部分河岸采用砌筑片石的方式进行防护，大部分河岸未采取防护措施。结合地质勘察资料，河道岸坡岩土层以砾砂、卵石、粉质壤土、中风化花岗岩为主，在受到河水冲刷后容易出现坡脚临空失稳情况。基于上述情况，在河道整治中设计了“石笼网固脚+植生型生态混凝土+反滤型生态混凝土”复合加固体系，断面结构如图1 所示。

图1 生态混凝土护坡断面

如图1 所示，在石笼网中装入较为一定数量的石头，取代了浆砌石作为护坡固脚。由于石块之间存在较大的孔隙，保证了良好的水体交换能力；同时，还能为水中的生物、微生物等提供栖息和繁衍的良好环境，对净化水质有一定帮助[3]。岸坡由2 种护坡材料组成，位置偏低、位于水面以下的是反滤型生态混凝土，此类材料属于多孔状结构，具有较强的抗冲刷能力，能够发挥良好的滤水保土作用，在夏季出现强降雨时，能够保护岸坡土体减少水土流失。除此之外，反滤型生态混凝土与底部石笼网相连，混凝土内的孔隙也能为苔藓类、藻类生物提供生存环境，过滤河水中的有害物质，达到净化水质的效果。位置偏高、位于水面以上的是植生型生态混凝土，该混凝土的下方为砂砾石垫层和营养基层，上方为充填土基营养层和绿化覆土。

从平面布置上看，整个护坡采用C20 混凝土坡面框架，单个框架的尺寸为120 cm×120 cm，相邻两个框架之间的混凝土厚度为20 cm，排列成整体的框格，如图2 所示。

图2 生态混凝土护坡平面布置

3.2 生态混凝土护坡施工要点

3.2.1 修筑围堰

本工程中反滤型生态混凝土的施工需要在水下开展，为加快施工效率和保证浇筑质量，需要修筑挡水围堰。选择坡脚处设置围岩，利用束窄后的河道断面进行导流。从施工现场附近选择一处合适的料场，提供围堰施工的土料。修筑围堰时采用以机械施工为主、人工作业为辅的方式。

3.2.2 浇筑护坡

围堰设置完毕后，人工进行坡面修整，通过削坡整平处理使坡面坡度达到1:2。使用钢丝编制成石笼网，在石笼网内装入石块，要求石块的直径必须大于石笼网的孔径。在坡脚处放置石笼网，相邻两个石笼网用钢丝连接、固定，形成一条完整、稳定的岸坡固脚。固脚施工完毕后，在整平的坡面上立模并浇筑混凝土坡面框架[4]。在立模时，把钢模板插入坡面土体至少10 cm，保证模板稳定，防止浇筑混凝土时模板出现偏移。相邻两块模板之间做好密封，经检查无误后开始浇筑C20 混凝土。浇筑后开始养护，在混凝土设计强度达到设计强度的80%后拆除钢模板。在形成的坡面框格底部铺上一层厚度为10 cm 的碎石垫层，并按照图3 的流程现场制备反滤型生态混凝土。

图3 现场制备反滤型生态混凝土的流程

本工程中反滤型生态混凝土为现配现用，保证了混凝土的和易性、坍落度等性能处于最佳，对提高坡面抗冲刷效果和抗压强度有积极帮助。在现场填筑混凝土时，首先将单个框格填满，保证框格内混凝土高度与框格齐平，整个坡面形成一个平面[5]。用一块尺寸为60 cm×60 cm 的钢板平铺在护坡上，通过人工夯实的方式提高混凝土的密实度。

3.2.3 成品养护

完成护坡反滤型生态混凝土的浇筑后，立即进行成品养护。考虑到野外环境下混凝土在光照、风力作用下水分蒸发较快，容易出现干缩裂缝，因此养护作业以保湿为主。在坡面上覆盖用水浸湿的草垫或棉毡，养护时间为7 d。

结束语

在河流生态治理与生态修复中，构建生态护坡尤为重要，在满足防洪条件、提高岸坡抗冲刷性能的基础上，达到净化水质、改善水生态环境的效果。在生态护坡施工中，反滤型生态混凝土得到了广泛运用。相比于普通混凝土，反滤型生态混凝土具有低碱、孔隙率大、透水性好、抗冲刷能力强等特点。在反滤型生态混凝土施工中，要重点加强物料选取、配合比设计、现场浇筑等方面的技术控制。通过落实全过程、精细化管理，确保河道治理达到理想效果。