防洪型混凝土預制植草磚在堤防工程中的應用

劉俊杰，張鵬飛

（中交四航局廣州南沙工程有限公司，廣東 廣州 510300）

1 工程概況

廣州南沙新區明珠灣區起步區靈山島尖北段海岸及濱海景觀帶建設工程位于蕉門水道右岸，屬于內河不規則半日潮汐河段，結合城市景觀布設堤防（含水閘、船閘），建成人-水-城和諧的防洪（潮）工程，形成完善的防洪（潮）排澇體系，建立可靠的城市水安全，堤岸長3 054m，設計防洪（潮）標準為200年一遇，根據附近南沙水牛頭潮汐監測站數據，200年一遇洪水水位標高為7.900m。

堤岸防護工程主要是防止水流和波浪對岸坡基土的沖蝕、掏刷、踏岸，是保證堤坡安全的預防措施。本標段堤岸主體設計采用三級平臺：一級平臺為拆除原舊堤，利用舊堤漿砌石堤身，新建鋼筋混凝土結構護坡擋墻，擋墻標高為6.800m；二級平臺為原舊堤堤身修坡、整平后新建鋼筋混凝土結構護岸擋墻，擋墻標高為7.500m；三級平臺為新建堤身修坡、整平后新建鋼筋混凝土結構防浪擋墻，擋墻標高為8.200m。堤身景觀帶設置堤頂步道，作用為防越浪結構，堤頂步道標高為8.500m。其中二級平臺與三級平臺之間砌筑防洪型混凝土預制植草磚（以下簡稱植草磚），堤岸主體結構斷面如圖1所示。

圖1 堤岸主體結構斷面

2 植草磚設計

2.1 規格型號

植草磚長500mm、寬500mm、高400mm，采用定制鋼模預制，材料為C30混凝土（見圖2～4），為提高混凝土結構在海水環境下的耐久性，要求植草磚須摻入混凝土高效抗海水腐蝕劑，高效抗海水腐蝕劑相關要求如下。

圖2 植草磚俯視

圖3 植草磚縱剖面

圖4 植草磚拼裝

1）高效抗海水腐蝕劑摻入量為混凝土膠凝材料的5%，即20kg/m3。

2）高效抗海水腐蝕劑技術要求：電通量合格范圍為800～1 200C；氯離子擴散系數≤0.01；抗蝕系數≥0.95；通氣量≤3.0%；凝結時間與基準混凝土相當；28d抗壓強度比≥120%；14d混凝土限制膨脹率≤1.5×10-4；相對耐久性指標90%；抗硫酸鹽極限濃度［SO4-2］為15 000mg/L。

3）高效抗海水腐蝕劑執行GB 8076—2008《混凝土外加劑》和JC/T 1011—2006《混凝土抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑》標準。

2.2 安全驗算

1）風速計算確定 風速計算可采用歷年汛期最大風速平均值的 1.5 倍，V=42.5×1.5=63.75m/s。

2）風向確定 按夏季主導風向南風或東南風考慮，風浪造成的沖擊波接近正向波。

3）風區長度確定 根據工程區河道地形，風區長度按0.55km計算。

4）水域平均水深確定 水域平均水深=設計水位-河底高程，經水下地形圖測算，取15m。

5）平均波高確定 采用莆田試驗方法計算，公式如下：

6）塊體質量及厚度確定 采用人工塊體，單個塊體質量Q及護面厚度可根據下式計算：

式中，Q 為塊體個體質量（kg）；γb為塊體容重（kN/m3）；γ 為水的密度（kN/m3）；H 為設計波高（m）；KD為穩定系數；τ為塊體護面層厚度（m）；n為護面塊體的層數；c為系數。

計算得：Q=1.67kg，τ=0.266m。

根據上述計算可知，塊體質量Q=1.67kg＜164.22kg，塊體厚度τ=0.266m＜0.400m，現場采用混凝土植草磚規格完全滿足抗風浪沖刷要求。

2.3 施工方法

植草磚施工內容包括：清基修坡、植草磚預制加工、植草磚運送準備、植草磚鋪裝、植草磚內填充耕植土等工作。

2.3.1 清基修坡

清基與修坡直接影響工程總體質量。在清基時，將施工范圍內的堤基表層不合格土、雜物等清除干凈，堤基范圍內的坑、槽、溝等按碾壓筑堤法進行填筑，分層碾壓使其壓實度滿足設計要求。修坡以鏟坡為主，盡量不回填，保證工程完成后總體外觀平順、美觀。

2.3.2 植草磚預制加工

在施工場地周邊選擇一處便于運輸安裝的預制場地，采用外購商品混凝土進行預制加工，商品混凝土通過溜槽均勻鋪入模具型腔，經過預壓、振動成型、脫模等工序，成型后在室內進行濕養護3d，然后送到成品堆場養護10～15d即可出廠。

2.3.3 植草磚轉運

采用15t隨車吊平板車進行轉運，植草磚疊放不能超過2層，確保混凝土轉運過程中不出現缺邊掉角等情況。

2.3.4 植草磚鋪裝

植草磚的強度、形狀、平面尺寸和厚度等應送檢且檢驗符合設計要求。植草磚鋪設時，自下而上進行，表面平整、砌縫緊密、整齊有序。植草磚底部墊平填實，無架空，塊間緊密連接，縫隙寬度符合規范要求，確保護坡整體性及穩定性。對周邊不能被植草磚覆蓋的坡面，采用現澆混凝土封堵。

2.3.5 植草磚內填充耕植土

植草磚安裝完成后，對植草磚內及植草磚間回填腐殖土、植草，腐殖土回填時，必須夯實并填至與植草磚高度相同，以確保綠化面積。

3 質量控制標準

3.1 植草磚預制

根據工程量、材料和產品進出情況建立預制場，應離堤岸施工點較近，可通過施工便道將植草磚送往各施工點。

植草磚采用外購商品混凝土，生產采用塑料模具，澆筑前先在模內涂刷脫模劑然后澆筑。振搗采用振動臺振搗，待混凝土振搗至表面泛漿、平坦不再下沉為止，用木模子收平。

植草磚預制允許偏差、檢驗數量和方法如表1所示。

表1 植草磚預制允許偏差、檢驗數量和方法

3.2 清基修坡

待堤防沉降穩定后或一級開挖完成后或在自然坡面，按設計坡度進行刷坡修整，填補坑洼，清除坡面浮土。刷坡量比較大的段落，先用挖機修坡，預留20cm人工修坡，坡面應平整、穩定，不得扭曲和貼坡；坡面邊線要求整齊、順直，曲線線形應圓滑。局部回填部位采用人工回填，要求用小型機具夯實，壓實度不小于95%。具體要求及檢驗數量和方法如表2所示。

表2 清基修坡允許偏差、檢驗數量和方法

3.3 植草磚鋪砌施工

植草磚沿坡面砌筑前，先檢查坡度、平整度是否達到設計和規范要求，滿足要求后方可鋪砌。鋪砌要掛線施工，防護與坡面密貼結合，植草磚咬口緊密，無干縫、瞎縫，砌縫寬度不大于3cm。植草磚鋪砌的質量要求如表3所示。

表3 植草磚鋪砌允許偏差、檢驗數量和方法

4 結語

防洪型混凝土預制植草磚護坡是一種剛柔相濟的護坡形式，有較廣泛的適用性。它集中了各種護坡形式的優點，具有整體性好、抗風浪、防掏刷、施工簡單、經濟實用等優點，且能進行綠化種植，改善河道周邊生態環境。防洪型混凝土預制植草磚護坡作為一種新型護坡形式，優點突出，未來會有廣闊的應用前景。