現澆生態混凝土技術在山區河道防洪工程中的應用

朱志云

(松溪縣水利水電服務中心，福建 松溪 353500)

0 引 言

近幾年隨著生態理念的深入，各地防洪堤工程建設時大都要求防洪與生態應用結合，我國國土面積2/3為山區，山區河道坡降大，汛期水位暴漲，水流急并攜帶砂石，枯水期河床裸露。現澆生態混凝土厚度有限，當遭遇大流速洪水沖刷時，對其防止洪水透過孔隙侵入堤身產生水土流失的性能提出了要求，對布設于主河槽邊緣的防洪堤，堤身低水位應盡量避免使用現澆生態混凝土，以防遭遇洪水攜帶砂石沖撞損壞。文章結合閩江防洪工程南平段四期(松溪)項目建設實例，簡要探討山區河流大流速下現澆生態混凝土技術在防洪工程中的應用。

1 現澆生態混凝土主要技術及抗淘刷能力

1.1 現澆生態混凝土技術

由主體結構、植生基材、植物三部分組成。主體結構即為現澆生態混凝土，它是將粗骨料、保水劑、增強劑、酸堿調節劑、普通硅酸鹽水泥等按一定的比例進行配合、攪拌，分格入倉澆筑及養護，形成孔隙相通的蜂窩狀結構。骨料粒徑控制在20-40mm，確保具有25%-30%的連續孔隙率；添加保水劑吸收水分，均勻釋放，為水泥水化提供水分，防止開裂；添加增強劑提高混凝土的強度，以獲得較好的抗沖刷、抗壓承載等性能；添加酸堿調節劑，有利于植物生長；坡面設置網格狀鋼筋混凝土框架梁，框內鋪設營養型無紡布，同時具有反濾和為植物長期提供營養的作用；利用框架梁將坡面和現澆生態混凝土約束成一整體并提高現澆生態混凝土的施工性能；在孔隙中填充鹽堿改良復合營養植生基材，為植物生長提供養分。在生態混凝土面上覆蓋少量客土并撒播草籽，成長后的植物根部通過生態混凝土孔隙扎入內側的土體中，草與生態混凝土連成一體形成天然的濾網?，F澆生態混凝土技術在水利工程中多用于河道、濱水地帶、大壩等土質坡面的生態治理和保護。

1.2 現澆生態混凝土抗淘刷能力

現澆生態混凝土的透水性是最主要性能指標之一，良好的植生環境需要其孔隙透水系數> 1mm/s，相連的孔隙可使水、空氣自由滲透。山區洪水流速急且流態復雜，洪水破壞性大，可以透過孔隙侵入堤身土體淘刷引起水土流失現象，破壞堤身穩定，因此現澆生態混凝土在大流速水流沖刷下的抗淘刷性能如何是關鍵。楊玉寶等實驗室中取厚度為15cm、20cm的兩組生態混凝土試塊，按照土、土工布、生態混凝土試塊的順序安裝于沖刷試驗設備中，土壤密實度達到90%左右，試驗中采用5.39m/s，6.11m/s兩種流速進行連續8h的水流沖刷試驗。實驗結果表明透過生態混凝土及土工布進入土體的水力淘刷現象不明顯，土體表面高程微降0.1mm左右。因此，整體性好，強度高的現澆生態混凝土不僅自身具有很好的抵抗大流速水流沖刷的能力，而且大流速水流透過生態混凝土后對內側土體淘刷產生的水土流失破壞作用弱小，在生態混凝土種植綠化后，孔隙被營養土充填以及根系發達的植物如狗牙根等扎入，洪水透過生態混凝土后對內側土體淘刷產生水土流失的破壞作用更是大大減弱，適合應用于山區大流速河道防洪工程中[1]。

2 山區河道現澆生態防洪堤應用實例

2.1 工程概況及河道水力

閩江防洪工程南平段四期(松溪)項目位于松溪縣境內，主要保護松溪河兩岸的縣城區、規劃新城區及附近村鎮。在松溪河兩岸新建防洪堤14km，防洪標準按20a一遇設計，堤防工程級別為4級，工程概算總投資1.94億元，資金來源為中央補助和地方配套。縣城以上松溪河流域集水面積1760km2，多年平均降雨量1710mm，每年汛期自四月上旬開始至十月上旬結束，項目建設范圍17km河道內坡降在1.5‰-2.7‰，河道行洪寬度在110-290m，20a一遇洪峰流量3680m3/s，項目建設范圍內采用分段法將河道近視為恒定非均勻流推算出沿程20a一遇洪水位水面線比常水位水面線抬高4.9-7.5m，河道20a一遇分段斷面平均流速在2.4-4.9 m/s。

2.2 防洪堤型式選擇原則

閩江防洪工程南平段四期(松溪)項目建設范圍內河道20a一遇分段斷面平均流速在2.4-4.9 m/s，均低于實驗室中生態混凝土抗淘刷5.39m/s的試驗流速。實驗表明，大流速水流透過生態混凝土后對內側土體淘刷產生的水土流失破壞作用弱小，因此現澆生態混凝土技術可以應用在閩江防洪工程南平段四期(松溪)項目。項目所在地均屬山區地形地貌，地質鉆探揭露工程大部分場地上部土層主要為第四系堆積物，分別有雜填土、素填土、粉砂、粉細砂、中粗砂、粉質黏土及砂礫石等組成，根據受不同護堤受力情況細砂、粉質砂可作為坡式防洪堤護腳的基礎，中粗砂、砂礫石可作為重力式、復合式基礎。項目地處縣城區，根據河道地形、地質條件、建筑材料、堤后場地情況等各種因素分別對堤后房屋密集段，堤后場地較寬段的防洪堤型式進行選擇。

2.3 現澆生態防洪堤型式選擇

2.3.1 現澆生態混凝土復合堤

對于河岸建堤場地較寬，建堤面地勢較低接近常水位，堤腳接近主河槽邊緣，下部易受洪水砂石沖撞，宜選擇復合式。下部為混凝土重力式擋墻，上部為土堤。在土堤迎水坡面設置網格狀鋼筋混凝土框架梁，框架梁內現澆厚度為15cm的生態混凝土，堤頂設防汛路，背水坡采用草皮護坡；復合式可結合地形及市政需要在重力式擋墻頂設置一定寬度的親水平臺(休閑步道)，親水平臺高程從防洪與親水因素考慮可設在5a一遇洪水位高程上，親水平臺與防汛路之間即現澆生態混凝土坡面上設置適量下堤臺階相連，見圖1。

圖1 現澆生態混凝土復合式堤

2.3.2 現澆生態混凝土土堤

對于河岸建堤場地較寬，堤外灘地較寬，堤腳離主河槽邊緣較遠，且建堤面高出河道常水位較多，宜選擇土堤結構，堤身采用夯填土，在土堤迎水坡面設置網格狀鋼筋混凝土框架梁，框架梁內現澆厚度為15cm的生態混凝土，坡腳采用混凝土或砌體護腳，堤頂設防汛路，背水坡采用草皮護坡?，F澆生態混凝土坡面上設置適量下堤臺階，可從防汛路下到河灘地[2]。

2.4 現澆生態混凝土施工

現澆生態混凝土是一項新技術，新工藝，混凝土澆筑應由具有專業施工資質隊伍來承擔，以確保施工質量。其施工程序主要有迎水坡面鋼筋混凝土框架梁澆筑→坡面清理→營養型無紡布鋪設→生態混凝土添加劑→現澆生態混凝土→營養土填充及種植土回填→綠化種植(撒播草籽)及養護。

3 應用效果

1)閩江防洪工程南平段四期(松溪)項目地處城區，項目于2016年初動工，至2020年底大部分現澆生態防洪堤已完成施工任務，在2021年汛期中經歷了兩次洪水的考驗，防洪堤迎水坡現澆生態混凝土未出現脫落、坍塌、松動、開裂等缺陷，個別臨近主河槽的凹岸急流段以及攔河壩(當地為改善枯水期河道白灘現象，拓寬水面而在城區河道上修建的梯級攔河低壩)下游段防洪堤迎水坡現澆生態混凝土面上少量客土及植草被洪水沖走缺失，但生態混凝土孔隙內的營養土大部分存在未流失，表明洪水沒有或僅少量透過生態混凝土孔隙侵入堤身內側，對堤身土體產生的淘刷破壞可忽略不計，現澆生態混凝土防淘刷性能良好，現澆生態防洪堤安全、穩定、可靠，汛后將坡面缺失部分客土回填及撒播草籽既可。

2)綜合項目運用的各種堤型工程建安投資及永久征占地投資可比投資看，現澆生態土堤投資最小，重力式堤投資最大，現澆生態復合堤投中。從堤型結構對基礎要求上，重力式要求最高，其次為復合式和土堤。現澆生態土堤和現澆生態復合堤可滿足山區河道防洪、抗淘刷等功能要求，同時具有生態功能，投資較為合理。該縣城區防洪工程建設堤防總長14km，其中85%為生態防洪堤，堤身迎水坡面采用現澆生態混凝土技術。

3)項目沿縣城河道實施生態防洪堤線路長，不僅保護了項目范圍內人民生命財產的安全，而且通過在迎水坡面現澆生態混凝土上種植綠化，形成規?；⑴c周邊環境相結合，具有較強的視覺沖擊力，景觀效果好；堤頂防汛路上視野開闊，吸引眾多市民前來踏足、漫步休閑，倚靠欄桿，俯看生態綠色，呼吸河流帶來的清新空氣；下到親水平臺，靜聽水聲，拉近了人與水之間的距離。

4 結 語

松溪縣屬山區縣，沿河兩岸原有防洪堤絕大部分都是漿砌石堤?，F澆生態混凝土在坡面框架梁網格內一次性澆筑成型，具有整體性好、強度高、可種植綠化及良好的防淘刷護堤等性能，其技術應用于閩江防洪工程南平段四期(松溪)項目建設中并經歷了洪水的考驗，效果良好。松溪縣現澆生態防洪堤的建設既滿足了城區防洪需要，又建立了綠色生態空間，使河岸成為一條融入生態性、休閑性的城區景觀長廊，為該縣建設“水美松溪”打下了扎實的基礎。