生態(tài)混凝土球在上海青草沙水庫護(hù)坡工程中的應(yīng)用

上海南匯水利市政工程有限公司 上海 201399

1 工程概況

青草沙水庫北堤1#平臺生態(tài)護(hù)坡工程地處上海市崇明縣長興島，位于青草沙水庫上游取水泵閘工程內(nèi)側(cè)以東水域的1#平臺處，緊鄰上游取水泵閘和新建北堤上段，改造工程全長820.83 m。工程主要包括上游取水泵閘以東約820 m范圍的北堤段庫內(nèi)側(cè)地形塑造、生態(tài)護(hù)坡工程和碼頭引航道疏浚工程。其中，敷設(shè)生態(tài)球共約42.5 萬個(gè)，敷設(shè)總面積約為2.5 萬m2；種植黃花鳶尾、路易斯安那鳶尾、旱傘草、花葉蘆竹及金邊石菖蒲面積為7.5 萬m2。生態(tài)塑造及生態(tài)護(hù)坡區(qū)設(shè)計(jì)斷面見圖1、圖2。

圖1 生態(tài)塑造及生態(tài)護(hù)坡區(qū)斷面一

圖2 生態(tài)塑造及生態(tài)護(hù)坡區(qū)斷面二

2 生態(tài)混凝土球護(hù)坡特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

2.1 生態(tài)混凝土球護(hù)坡特點(diǎn)[1-4]

（a）高透水性：孔隙率為20%～30%，立體三維設(shè)置3 個(gè)通孔，有利于土中養(yǎng)分、水的自由流動(dòng)，植物根系在孔隙中可以生長。

（b）高透氣性能：高透氣性能使得植物根系有效吸收所需養(yǎng)分并呼出氧氣，能保持土與空氣的交換，創(chuàng)造了一個(gè)有利于植物生長的環(huán)境。

（c）有一定的強(qiáng)度：混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為12 MPa，球狀的外形使受力結(jié)構(gòu)更合理。

（d）工藝不算復(fù)雜，單位造價(jià)相對較低：采用的材料均為普通材料，800 套模具每天可以翻澆6 次，共能生產(chǎn)4 800 個(gè)生態(tài)混凝土球。

2.2 生態(tài)混凝土球護(hù)坡優(yōu)點(diǎn)

（a）工程與生態(tài)環(huán)境和諧統(tǒng)一：生態(tài)混凝土球護(hù)坡具有生態(tài)親和性、良好力學(xué)性能、長期耐久性，在保持護(hù)坡原有防護(hù)作用的前提下起到降低混凝土環(huán)境負(fù)荷的效果[5]。其自身多孔性與良好透氣透水性能，旱生、水生植物能在其中生長，也可以進(jìn)行植被作業(yè)，起到凈化水質(zhì)、改善景觀、修復(fù)與保護(hù)自然環(huán)境和完善生態(tài)系統(tǒng)等功能。

（b）混凝土成為生態(tài)材料意義重大：生態(tài)混凝土球在生態(tài)護(hù)坡工程中的成功應(yīng)用，使混凝土成為與自然融合的、對自然環(huán)境和生態(tài)平衡具有積極保護(hù)作用的生態(tài)材料。

（c）生態(tài)效果見效快：通過水生植物根系，生態(tài)球與土結(jié)合在了一起，牢固地將泥土固住，形成一個(gè)有機(jī)的整體，本工程水生植物栽植完成后短短半年就已經(jīng)達(dá)到了很好的景觀效果，生態(tài)改造工程見效快。

（d）景觀效果明顯：本工程在生態(tài)混凝土球護(hù)坡平臺上栽植了多種水生植物，選用不同觀賞期的植物，避免護(hù)坡景觀視覺上的單一，四季景觀各有不同，確保了植物的多樣性。

（e）有利生物多樣性：本工程平臺護(hù)坡最高點(diǎn)標(biāo)高為5 m，庫區(qū)設(shè)計(jì)咸潮期最高水位可達(dá)到7 m，所種植的水生植物將全部浸在水中，特別在最寬為170 m斷面的生態(tài)平臺護(hù)坡，處于水波中成片的多種水生植物將形成一道蔚為壯觀的景象。

3 生態(tài)混凝土球護(hù)坡施工工藝

（a）外觀特征：生態(tài)混凝土球預(yù)制構(gòu)件單個(gè)混凝土球Φ250 mm，預(yù)制過程中在球中預(yù)留孔徑為25 mm，三維方向3 個(gè)通孔（圖3）。

圖3 單個(gè)生態(tài)混凝土球?qū)嵕?/p>

（b）生態(tài)混凝土球配合比：生態(tài)球預(yù)制件設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度為12 MPa，P.O 42.5水泥∶水∶Φ10～Φ20 mm碎石=1∶0.36∶5.4。

（c）生態(tài)混凝土球制作：在整個(gè)生態(tài)球模具中分3 次加料振搗，第1次在模具中加入1/3的拌合料，振搗10～15 下，然后再加入1/3的拌合料，并振搗10～15 下，第3次將模具加滿拌合料，繼續(xù)振搗10～15 下，人工拍壓模具的頂部拌合料，使其表面圓整，然后振動(dòng)1～2 s，最后進(jìn)行表面小范圍人工修整成型。

（d）生態(tài)混凝土球養(yǎng)護(hù)：預(yù)制球成型后，由于孔隙率較大，自然條件下干燥很快，容易失水，必須做好早期養(yǎng)護(hù)，澆筑后用塑料薄膜覆蓋，并及時(shí)澆水養(yǎng)護(hù)。

（e）生態(tài)混凝土球運(yùn)輸：生態(tài)球從預(yù)制廠堆場采用卡車直接運(yùn)送到北堤堤頂?shù)缆飞稀１钡痰添數(shù)缆访鏄?biāo)高為8.2 m，現(xiàn)場塑造地面標(biāo)高為3.5～5.0 m，高差3.2～4.7 m，斜長在7 m以上。從北堤頂路面到生態(tài)塑造區(qū)鋪設(shè)Φ400 mm UPVC加筋管作為溜管，Φ250 mm的生態(tài)球從北堤頂裝入U(xiǎn)PVC加筋管，在管內(nèi)滾向敷設(shè)點(diǎn)，通過接長或減短UPVC加筋管長度，即可按需要將生態(tài)球輸送到不同的敷設(shè)點(diǎn)。

（f）生態(tài)混凝土球敷設(shè)：采用預(yù)先進(jìn)行防銹處理的Φ8 mm鋼筋將生態(tài)混凝土球進(jìn)行串聯(lián)，在兩端采用墊片和螺母固定，16 個(gè)生態(tài)球串聯(lián)成的面積為1 m2，球體之間形成長寬約100 mm的方孔。每平方米生態(tài)球之間再采用電焊連接，從而使每個(gè)格埂區(qū)域的生態(tài)球全部互相連接成整體。圖4為生態(tài)混凝土球護(hù)坡施工現(xiàn)場實(shí)景。

圖4 生態(tài)混凝土球護(hù)坡施工現(xiàn)場實(shí)景

4 生態(tài)混凝土球護(hù)坡改進(jìn)措施的建議

（a）加鋪土工隔柵：水下部分生態(tài)球護(hù)坡可增加鋪設(shè)土工隔柵，以加強(qiáng)固土和防沖刷作用。

（b）打設(shè)擋浪樁：在水位變化較大處，建議打設(shè)1 排仿木或?qū)嵞緭趵藰叮詼p小風(fēng)浪對該處護(hù)坡的影響。

（c）增設(shè)過水結(jié)構(gòu)：在縱向素混凝土格埂斷面上間隔增設(shè)過水結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)格埂內(nèi)外的水交流，確保水庫庫區(qū)低水位時(shí)格埂內(nèi)側(cè)的生態(tài)球也盡可能浸泡在水中，便于其中的水生植物根系吸收水和養(yǎng)分。

（d）生態(tài)工程同步實(shí)施：為了建設(shè)一個(gè)生態(tài)文明的環(huán)境，在堤壩護(hù)坡主體工程施工的同時(shí)，生態(tài)工程應(yīng)與主體工程同步進(jìn)行工程可行性研究、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收。這樣能讓生態(tài)工程盡早發(fā)揮作用，并可減少二次生態(tài)改造的費(fèi)用。

5 結(jié)語

水利工程對生態(tài)環(huán)境的影響廣泛而深遠(yuǎn)，生態(tài)混凝土球在本工程1#平臺生態(tài)護(hù)坡中的首次成功應(yīng)用，是水利工程與生態(tài)環(huán)境工程有機(jī)結(jié)合的成功案例，綜合效果很好。該方法體現(xiàn)了水資源的開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)，確保了生態(tài)利益、經(jīng)濟(jì)利益、社會利益三者的進(jìn)一步統(tǒng)一，是可持續(xù)發(fā)展的保證，下一階段生態(tài)混凝土球?qū)⒃谇嗖萆乘畮炱溆嗥脚_護(hù)坡生態(tài)改造中大面積應(yīng)用。