某組合生態砌塊技術研究與應用分析

陳 健 鄭俊芳

浙江建工水利水電建設有限公司 浙江 杭州 310012

目前，人工生態護岸技術主要有石籠護岸、三維土工網墊護岸、土工格柵石墊、介質篩護岸、生態混凝土護岸、鏈鎖式生態磚塊護岸、自嵌式生態磚植被護岸、固化技術護岸、凈水箱護岸、生態袋護岸、種植槽護岸、傳統型護岸改造成生態型護岸砌塊護岸等[1-2]。然而仿生態工程技術效果始終與自然生態效果存在一定差距，在保證安全性的前提下，盡可能地接近自然生態成為人工生態護岸技術追求的目標。經過近二十年的發展，一種組合生態砌塊技術得到了大量的應用，它兼具鏈鎖式生態磚塊的穩定透水保護、石籠護岸高孔隙抗沖刷、三維土工網墊護岸適宜植物生長、土工格柵石墊保證陸地與河道的水汽連續性、介質篩護岸防治水土流失、生態混凝土護岸具有的良好透水性、自嵌式生態磚植被護岸滿足水生生物的生存需要、種植槽護岸可栽種各種植物等優點[3]，是一種施工方便，社會、生態、經濟效益極高的生態護岸技術。

1 主要技術原理

該生態砌塊技術主要由錨固孔和阻滑埂設計技術、生態結構技術、剛性護坡柔性化技術、資源循環再利用技術、自動化流水線制造工藝技術等組成。主要原理是在生態砌塊中，設計錨固孔和阻滑埂，在錨固孔內插筋灌漿，采用上下層砌塊錯位砌筑工藝，使上下砌塊連成一體；同時砌塊阻滑埂可增加層間水平滑動阻力，防止砌塊沿層間水平位移產生破壞，配合土工格柵，使河道擋墻形成“縱構橫聯”的整體結構，擋墻結構具有較高的整體安全性、穩定性；設計生態腔和縱向、橫向及垂向生態孔，在河道常水位以下，生態腔和縱向及橫向生態孔能為水生動物提供良好的生長環境；在河道常水位以上，生態腔和橫向及垂向生態孔能為植物提供生長載體，使河道護岸具備了良好的生態效果；設計雙面迎水砌塊、雙層互鎖砌塊等多樣式組合砌塊，可根據不同功能、不同區域河段需要，組合成直立式、復合式等多種斷面形式的護岸，塊體構聯曲直有致，適應河湖凹凸岸線走向，平順銜接（圖1）。

圖1 組合生態砌塊結構示意

2 主要優點分析

2.1 生態結構分析

該生態砌塊護岸生態空間率在25%～60%、可持土體積率5%～25%、橫向生態孔最大處開口尺寸≥40 mm、縱向生態孔最大處開口尺寸≥80 mm。該護岸的幾何結構可在很大程度上影響河岸生態及河道生態。改善效益主要為：表面不僅可為附著型生物（田螺、苔蘚等）提供生長活動場地，也為功能性微生物（如反硝化細菌）提供重要的群落成長場所；護岸的生態空間水下部分可為小型水生和兩棲類動物提供生長庇護所，水上部分則可在填上耕作土后種植景觀濕生植物和陸生植物，構成水-土-植物小型生態系統，或在有效空間內填上水質凈化材料，可凈化河道水體和地表漫流水體；生態砌塊燒制材料不但具有較好的力學性能，而且材料內部連通的微孔結構大幅增加了材料的吸附和過濾能力，同時也為水中的微生物提供了必要的生長環境，這些結構及微生物對水體污染物具有極好的降解凈化效力；生態砌塊護岸迎水面的橫向波浪結構、縱向階梯結構及相鄰砌塊間的空間可有效地護岸消浪。

2.2 穩定性分析

在該生態砌塊中設計了錨固孔、阻滑埂以及互鎖榫頭結構。錨固孔可使砌塊豎向上下連通，通過灌漿或加筋灌漿使砌塊連成整體，既提高了擋墻的抗剪強度，又使砌塊上下、左右連成了整體，大大提高了擋墻的穩定性。阻滑埂的存在首先為砌塊層間水平滑動增強了阻力，防止砌塊沿層間水平位移產生破壞，可大大提高擋墻的抗剪強度；其次在施工時只要貼緊阻滑埂，砌塊護岸就自然形成一個向內傾斜的斜坡，使墻體重心偏內，增加墻體在側向土壓力作用下的抗傾覆能力，提高了砌塊擋墻的整體穩定性，施工工效也大幅度提高，為施工便捷創造了良好的條件。同時互鎖的榫頭結構，使2塊砌塊徹底連接，進一步增加擋墻穩定性，提高抗傾覆能力。生態砌塊護岸主要承受的荷載是土壓力，為了檢驗砌塊擋墻的性能，了解該生態砌塊擋墻在土壓力作用下的變形及穩定情況，通過現場試驗，對該生態砌塊擋墻在側壓力作用下的性能進行了研究。根據試驗結果，實測1.4 m高未灌漿的砌塊擋墻，單寬承受側向力的能力約為4.4 kN。而現場試驗是采用集中力，且作用力位置為墻高的1/2處，與實際土壓力產生的三角形分布荷載和作用位置是不同的，現場試驗是更為不利的情況。在不考慮超載的情況下，作用在1.4 m高砌塊擋土墻上的主動土壓力約為4.0 kN/m，由此可見，未灌漿擋墻墻體本身完全可以滿足承載要求，具備較好的抗側壓力能力，結構穩定性良好。為了確保安全，建議在施工時對下部幾層砌塊進行灌漿孔灌漿或植筋，以進一步提高墻身穩定性。

2.3 組合形式分析

該生態砌塊由工廠生產，現場拼裝，具備產品標準化及裝配式的特點。為滿足不同河道護岸要求的應用，該生態砌塊進行了擋墻典型斷面設計及施工工藝的研究，形成多種自由組合護岸形式，通過不同規格、形式、色彩、構造的多種組合，造就出形式各異、曲直有致、充滿生機的生態擋墻，使得該生態砌塊類似于“生態魔方”，滿足不同河道護岸的需求。

3 施工要點

基礎施工應注意控制好頂面高程、尺寸，基礎埋筋或植筋位置應準確，深度滿足要求，混凝土強度達到70%后方可施工上部護岸墻身。安裝砌塊時應確保每層頂面沿口線齊平，層與層之間的砌塊應錯位疊砌，錯位長度為1/2砌塊寬度，注漿孔上下對齊，砌筑完畢的砌塊不得有晃動、脫空等現象。高1.0 m及以上的擋墻宜在錨固剪力孔內設置鋼筋并注漿加固；墻高在1.8 m及以上時應每高50 cm左右按要求設置一層土工格柵。砌塊空腔內應一邊砌筑一邊回填，水下塊空腔內宜回填碎石或小卵石，常水位以上應填入耕作土或營養土。墻后土方須分層回填，最上層應采用植物土，人工搗實整平即可，以利于植物生長。綠化植物宜選擇四季常青、多年生長、耐干旱耐水淹、綠化效果快、養護簡單的品種，優先采用本土植物，宜在蓋板安裝前及時種入，植物根部盡量往墻體背部靠近，以利于其扎入墻外土壤，加強養護，及時澆水，確保植物存活率。

4 應用效果分析

該生態砌塊護岸技術采用了全新的護岸結構并運用全新的生態理念，做到了剛性護岸的生態化，具有明顯的生態效益，已廣泛應用于各類河道治理、河湖生態修復工程，有效解決了傳統護岸破壞水生物棲息、繁衍環境，影響河湖生態與河湖健康的難題。為更加客觀地評價該生態砌塊的應用效果，對嘉興市海鹽縣百步鎮潛龍溪（3個該生態砌塊護岸樣點與2個傳統堤岸樣點）、嘉興市南湖區長板塘（3個該生態砌塊護岸樣點與2個傳統堤岸樣點）、嘉興市南湖區思仙河（1個該生態砌塊護岸樣點與1個傳統堤岸樣點）等3個實際案例進行較為全面的環境、生態系統調查與測試，該生態砌塊護岸實施生態效果顯著，具體如下：

1）該生態砌塊獨特的幾何結構使其組合成的生態護岸具有較大體積的空間，空間的水下部分可以為小型水生和兩棲類動物提供有效的生長庇護場所，水上部分則可在砌塊空腔內填上耕作土后種植景觀濕生植物和陸生植物。

2）由于該生態砌塊護岸為水生動植物提供了較為適宜的生境條件，相比傳統的直立護岸具有更為完善的生態系統和食物鏈，生物多樣性明顯高于傳統的直立護岸區，浮游植物香農-威納指數（香農-威納指數是評價生物群落局域生境內多樣性最常用的指標）平均提升了40%以上。

3）由于該生態砌塊護岸構建了較為合理的河岸環境和生態結構，增強了河道水體的自凈能力。通過對水質檢測結果進行對比，該生態砌塊護岸所在河段的水質較傳統直立護岸所在河段的水質有明顯改善，其中氨氮、正磷酸鹽、總氮總磷等指標有所降低。

4）該生態砌塊護岸的砌塊內護坡植物生長較好，新生枝條和根系的生長量均達到了較高的水平，其水土保持效果逐漸增強，能有效消納吸收部分因短時間內高強度暴雨帶來的面源污染，防止其直排河道。

5）該生態砌塊護岸由于其物理結構合理，為其他本地植被的恢復提供了穩定的生境，對土壤的固結作用非常明顯，對土壤的保護作用明顯強于傳統的直立護岸。

5 結語

該組合生態砌塊采用科學的結構設計，使得該生態砌塊具有獨特的生態腔和縱向、橫向及垂向生態孔，可以為水上、水下不同動植物提供良好的生存繁衍和生長環境。另外，擋墻結構還具有較高的整體安全性、穩定性，同時能自由組合成多種斷面形式的護岸結構，滿足不同河道的需求。

該生態砌塊與類似生態砌塊產品相比，總體技術水平領先，成熟性和適用性強，已廣泛應用于長三角骨干河道、高等級航道、河湖生態修復、水土流失防治等水利、交通、市政多個領域的護岸護坡工程建設，實施生態效果十分顯著，有效解決了傳統護岸破壞水生物棲息、繁衍環境，影響河湖生態與河湖健康的難題，取得了顯著的社會、生態和經濟效益。

[1] 李佳皓,宋啟蒙,劉佳安,等.航道生態護岸消波效能的研究進展[J].中國水運(下半月),2019,19(9):136-137;140.

[2] 黃小鵬,謝軍.河道整治中常用生態護岸類型[J].水運工程,2017(11):109-113.

[3] 陳丙法,黃蔚,陳開寧,等.河道生態護岸的研究進展[J].環境工程,2018,36(3):74-77;168.