現澆綠化混凝土護坡在農村河道整治工程中的應用

王 潔，王忠凱，李章林，曹 明

(1.揚州市水利局，江蘇 揚州 225009；2.泰興市水務局，江蘇 泰州 225400)

現澆綠化混凝土作為一種生態混凝土，萌芽在20世紀中葉的歐洲，由于砂子短缺，英國發明了無砂混凝土。20世紀90年代中期開始，日本進行了混凝土和綠色植物相結合為目標的研究[1]，并于2000年成立了綠化混凝土協會。與此同時，國內學者也進行了大量綠化混凝土研究[2- 9]。現澆綠化混凝土抗沖刷能力強，具有良好的生態型和景觀性，是對傳統護岸技術的一次重大改變，真正實現了在混凝土上種草的愿望，使剛性護砌與環境綠化完美地結合起來。目前，現澆綠化混凝土廣泛應用于上海、浙江、江蘇、四川、湖北等地河湖水系、農田水利以及道路交通護岸工程中[10- 16]，2017年揚州市在農村河道整治工程中將現澆混凝土應用于河道護岸工程。

1 揚州市農村河道提標整治工程

農村河道疏浚整治及長效管護是建設水生態文明城市的重要內容，疏浚農村河道、整治農村環境，是農民群眾最關心、最直接的現實問題，揚州市委、市政府2014—2015年每年安排1億元，完成了全市農村河道疏浚整治全覆蓋。

隨著城鎮化建設步伐的加快，對城鎮周邊水生態環境提出了更高的要求，農村河道疏浚整治及管護需要與水生態文明建設、新型城鎮化建設、水美鄉村建設相結合，還要積極響應國家“海綿城市”戰略要求。市委、市政府在農村河道疏浚整治兩年全覆蓋基礎上，提出開展農村河道提標整治工程建設，加快實施農村水環境、水生態示范工程。

揚州市生態科技新城九圩河先行試點。生態科技新城氣候濕潤，四季分明，雨量充沛。年平均氣溫15.2℃，冬冷夏熱較為突出。年均降水量1015.9mm，最高1608.6mm(1991年)，最小389.2mm(1978年)，年變幅達3.4倍，且降雨量時空分布不均，年際、年內差異較大，經常出現先旱后澇、旱澇急轉、旱澇交替的天氣形勢。地表沉積以砂壤土為主，俗稱“高沙土”。九圩河位于揚州市生態科技新城杭集鎮南部圩區，穿越雙隆、八圩兩個村，與夾江相連，長約2.7km，是圩區內骨干引排河道，保障農田灌溉5000畝，受益人口6000多人。河道自1978年開挖，規劃了道路，栽植了水杉，一直處于較好的管理狀態。但是，由于河水長期沖刷且“高沙土”，迎水坡多處出現了掏空、斷崖式坍塌現象，高大的水杉根部裸露，河床淤積增高，引排能力大打折扣。九圩河提標整治工程涉及整治長度2.43km，河道清淤2.43km，新建護岸4.69km(兩岸)，設計河道底寬4.50～6.00m，設計河底高程為0.00m。

2 護岸結構方案比選

項目區河道基本未建護岸，南端排澇站附近建有漿砌塊石護坡，其余大部分河段存在岸坡坍塌的現象。規劃中該工程的護岸結構主要有綠化混凝土護坡、自嵌式加筋擋墻、漿砌塊石擋墻、鋼筋混凝土懸臂式擋墻等型式。護岸型式對比見表1。

3 現澆綠化混凝土構造形式及技術要求

3.1 構造形式

綠化混凝土護坡分預制和現澆兩種，本工程采用底柱表孔現澆綠化混凝土護坡新技術，主要由底梁、現澆綠化混凝土、客土及營養土、草籽組成。其中綠化混凝土原材料主要為水泥、石子、水、綠化混凝土添加劑。水泥采用強度等級42.5普通硅酸鹽水泥，石子粒徑為5～20mm。

九圩河現狀河道兩邊為成林成行的參天水杉，風景優美。參照九圩河原設計標準，設計河道底寬4.50～6.00m，河底高程為0.00m；結合現場條件，設計邊坡1∶1.60。河道常水位2.20m，護坡底高程0.60m，設0.3m×0.4m底梁；為不破壞現狀水杉，護坡頂高程3.20m，不設置隔梗、頂梁，護坡頂部以斜坡連接至原坡面。斷面如圖1所示。

3.2 關鍵點控制技術要求

綠化混凝土與普通混凝土相比，其組分缺少沙子，粗骨料之間沒有沙子的填充，孔隙增多，孔隙率增大，有些孔隙相互連通，連通的孔隙貫穿混凝

土的厚度方向，貫通孔隙為植物根系生長提供空間，使混凝土上長草具有理論可行性。綠化混凝土保護環境、改善生態條件及基本保持原有防護作用等基本功能的實現，需要注意以下關鍵點。

3.2.1 孔隙率控制

孔隙率指塊狀材料中孔隙體積與材料占自然狀態下總體積的百分比。綠化混凝土的孔隙率是綠化混凝土一個至關重要的參數，有效孔隙能夠儲存水分、養料，并且連通孔隙允許植物根系的穿過。有效孔隙率可以用排水法測得。研究表明，綠化混凝土連通孔隙率在25%以上，就能滿足植物生長對孔隙率的要求[17]。本工程綠化混凝土使用具有發明專利“底柱表孔型現澆綠化混凝土及制備方法和設備”(申請號201610158057.3)和實用新型專利“現澆混凝土護坡結構”(申請號201621085759.5)規定的原材料組分制備，孔洞孔隙率在25%～35%之間，滿足植物生長對孔隙率的要求。

3.2.2 孔隙鹽堿環境改造

植物生長需要適宜的酸堿環境，一般適合植物生長的pH值為7～8，而普通混凝土中由于存在大量水泥水化產物，其孔隙間堿性水環境的pH值為12.5～13.5，因此要取得良好的綠化和防護效果必須要降低綠化混凝土的堿性。本工程使用具有發明專利“綠化混凝土添加劑”(申請號201610158058.8)中規定的添加劑組分，其成分主要由水、保水劑、氮磷鉀肥、氨基酸、黃腐酸、生根劑、赤霉素等組成，能中和混凝土堿性，儲存微量的多種能促進植草生長的營養元素，保障植物正常生長。

表1 護岸型式比選

圖1 九圩河CS0+900斷面結構圖

3.2.3 護坡強度

綠化混凝土不僅要種植出植物，還要保持其基本的結構功能，應具有一定的強度，尤其是應用在河岸護坡的綠化混凝土。綠化混凝土孔隙率越高，強度越低，本工程使用的綠化混凝土孔洞孔隙率在25%～35%之間，能滿足護坡強度要求。且底柱表孔制備方法及施工工藝，結構合理，強度大，表面均勻分布的孔洞特別適合根系較粗的植物生長，而且底部插入泥土中的混凝土柱狀體像釘子一樣牢牢扎入河坡中，能有效防止混凝土的滑落等現象，使護坡更牢固。

4 護坡效果

本工程現澆綠化混凝土護坡整體穩定好，2017年汛前完工后，已經經受住2017、2018年汛期洪水及暴漲暴落水位條件的持久性適應性考驗，同時表現出良好的生態功能，生態效果如圖2所示?，F澆綠化混凝土護坡在自然地形、地貌、不破壞現有水杉的基礎上，建立起陽光、水、植物、生物、邊坡之間的生態系統。此外，綠化混凝土護坡利用植草生長和自身的多孔隙結構起到緩沖過濾、水質凈化的作用，夯實堤坡，防止水土流失，甚至在綠化混凝土上發現了生長的螺螄，同時還能調節氣候，在一定程度上減少城鎮熱島效應?？傊?，通過現澆綠化混凝土護坡，治理后的九圩河“水清、河暢、岸綠、景美”，實現了真正意義上的水生態修復。

圖2 九圩河現澆綠化混凝土生態效果圖

5 結語

現澆綠化混凝土護坡技術是目前非大流量行洪河道護坡中較先進的技術，具有護坡固土、生態景觀、節省材料、廣泛適用、施工簡便等特點，是治理河坡坍塌、城市黑臭河道生態整治的最佳選擇，應用前景廣闊。九圩河護坡現澆綠化混凝土整治效果顯現后，揚州市陸續在揚泰機場護場河、開發區大寨河、邗江區運西中心河、團結河及江都區農村河道整治工程中進行了應用，效果顯著。