欽志強(qiáng),祝 卓,胡獻(xiàn)明

(1.桐鄉(xiāng)市水利工程公司,浙江 桐鄉(xiāng) 314500;2.桐鄉(xiāng)市河道管理站,浙江 桐鄉(xiāng) 314500)

1 工程概況

桐鄉(xiāng)市地處浙江省北部,杭嘉湖平原腹地,素有“魚(yú)米之鄉(xiāng)、絲綢之府”的美譽(yù)。隨著城市化進(jìn)程的進(jìn)一步加快,新一輪的經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)該地區(qū)的水環(huán)境改善提出了新的要求[1]。因此,整治河道、改善水環(huán)境勢(shì)在必行。

無(wú)量橋港生態(tài)堤岸試驗(yàn)工程位于桐鄉(xiāng)市河山鎮(zhèn)堰頭村。原河道堤頂高程3.0m,河底高程-0.5m,不足以抵制20 a一遇的設(shè)計(jì)洪水,且塌損嚴(yán)重,屬不安全圩堤。原河道堤岸的主要結(jié)構(gòu)形式大多為單一的漿砌塊石、干砌塊石或鋼筋混凝土直立式擋土墻等,這些傳統(tǒng)的硬質(zhì)護(hù)坡雖然能提高河道的防洪排澇能力,但此種“兩面光”的護(hù)坡結(jié)構(gòu)阻隔了水-岸之間的物質(zhì)能量交換,破壞了河道生態(tài)系統(tǒng)的整體平衡[2]。因此,桐鄉(xiāng)市結(jié)合浙江省萬(wàn)里清水河道建設(shè)與嘉興市河道清淤工程,以尋求河道防洪和河流生態(tài)修復(fù)之間的最佳平衡點(diǎn)為目標(biāo),開(kāi)展了無(wú)量橋港綜合整治工程。

作為萬(wàn)里清水河道生態(tài)堤岸試驗(yàn)研究中平原河道的代表,無(wú)量橋港建設(shè)生態(tài)試驗(yàn)河道1 100 m,主體工程為河道兩側(cè)的生態(tài)護(hù)岸。在河岸設(shè)計(jì)洪水位處設(shè)置寬為0.5 m的小平臺(tái),平臺(tái)以上的設(shè)計(jì)邊坡為1∶2,進(jìn)行植物群落建設(shè),營(yíng)造喬灌草相結(jié)合的植物配置模式;平臺(tái)以下的設(shè)計(jì)邊坡為1∶1.5,部分河段引進(jìn)了柔性生態(tài)袋邊坡工程系統(tǒng);同時(shí)在堤腳常水位處覆土種植水生植物。

2 柔性生態(tài)袋的主要特點(diǎn)

柔性生態(tài)袋邊坡工程系統(tǒng)是集土木工程結(jié)構(gòu)、綠化、環(huán)保、節(jié)能、降耗于一體,由具備特殊功能及特定技術(shù)參數(shù)要求的組件構(gòu)成。組件主要包括:生態(tài)袋、扎口帶、縫袋線及滿足多向排水功能與強(qiáng)度要求的網(wǎng)肋型聯(lián)結(jié)扣等。柔性生態(tài)袋邊坡工程系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

圖1 柔性生態(tài)袋邊坡工程系統(tǒng)圖

2.1 生態(tài)袋

生態(tài)袋以聚丙烯為主要原料,采用無(wú)紡針刺工藝經(jīng)單面燒結(jié)而成,具有抗紫外線、抗老化、抗酸堿鹽、抗微生物侵蝕、透水不透土等特點(diǎn)。袋體材料不含對(duì)環(huán)境有危害性影響的聯(lián)苯胺等物質(zhì)。生態(tài)袋透水不透土的過(guò)濾功能,既能防止填充物 (土壤和營(yíng)養(yǎng)成分混合物)流失,又能實(shí)現(xiàn)水分在土壤中的正常交流,使得植物生長(zhǎng)所需的水分得到有效的保持和及時(shí)的補(bǔ)充。植物根莖能自由穿透袋體快速生長(zhǎng),一旦植物根系進(jìn)入坡體土壤中,就如無(wú)數(shù)根錨桿完成了袋體與土體間的再次穩(wěn)固,時(shí)間越長(zhǎng),越加穩(wěn)固,故大大降低了工程的維護(hù)費(fèi)用。

2.2 聯(lián)結(jié)扣

柔性生態(tài)袋邊坡工程系統(tǒng)不是生態(tài)袋的簡(jiǎn)單堆砌,而是通過(guò)聯(lián)結(jié)扣將一個(gè)個(gè)生態(tài)袋單體聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體,形成穩(wěn)定的三角內(nèi)摩擦緊鎖結(jié)構(gòu),使護(hù)坡形成安全穩(wěn)固的柔性邊坡。

聯(lián)結(jié)扣上下表面具備倒鉤特性的棘爪能將生態(tài)袋緊密相連。棘爪的總數(shù)應(yīng)不少于12個(gè),高度不小于25 mm,按結(jié)構(gòu)力學(xué)要求科學(xué)合理分布。單個(gè)棘爪的抗剪切力不小于360 N,任意2個(gè)棘爪均不在同一剪切破壞軌跡上,以便能將集中應(yīng)力合理分散,最大限度地發(fā)揮每個(gè)棘爪的力學(xué)作用,使得柔性邊坡在沉降過(guò)程中,聯(lián)結(jié)扣不會(huì)因受力不均而使坡體產(chǎn)生位移,破壞結(jié)構(gòu)。

聯(lián)結(jié)扣上滿足植物生長(zhǎng)和排水的垂直孔洞應(yīng)不少于32個(gè),每個(gè)孔洞直徑須大于15 mm,為植物根系提供無(wú)障礙的生長(zhǎng)通道,有利于植物根系在生態(tài)袋邊坡體內(nèi)的自由生長(zhǎng)和穿透,形成對(duì)基礎(chǔ)坡體的錨桿作用。同時(shí)異株植物根系的盤(pán)根交織也可與坡體有機(jī)的融為一體。孔洞透水面積應(yīng)不小于聯(lián)結(jié)扣總面積的45%,以滿足多向排濾水的要求,從而減小邊坡的靜水壓力,進(jìn)而消除滲水對(duì)邊坡的破壞。同時(shí)雙向通道凹槽和垂直孔洞合成相互交錯(cuò)的非流線型凸肋,加大了聯(lián)結(jié)扣表面與生態(tài)袋之間的摩擦力。其網(wǎng)孔狀結(jié)構(gòu)使得聯(lián)結(jié)部位剛?cè)岵?jì),倒鉤棘爪與生態(tài)袋能始終保持垂直緊貼,充分發(fā)揮其柔性結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)。

2.3 扎口帶、縫袋線、填充物

(1)扎口帶。生態(tài)袋的扎口帶在施工中起到將已裝滿填充物的生態(tài)袋扎緊袋口的作用。黑色扎口帶必須具有抗紫外線、抗拉性強(qiáng)以及單向自鎖結(jié)構(gòu)功能。從而保證生態(tài)袋的完整性和有效性。

(2)縫袋線?？p袋線的強(qiáng)度必須與袋體材料的性能匹配,并須具備抗紫外線、抗老化、抗磨損的功能,保證生態(tài)袋系統(tǒng)整體的使用強(qiáng)度和使用壽命。這是結(jié)構(gòu)安全中不可忽視的重要因素。

(3)填充物。生態(tài)袋的填充物應(yīng)根據(jù)不同工程、坡體巖土狀況和植被品種的具體要求進(jìn)行配置,由專業(yè)技術(shù)單位提供必要的技術(shù)和施工方案。該工程生態(tài)袋填充料為黏土,有條件的可適當(dāng)摻入沙礫,同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定有機(jī)肥的種類和摻入量。生態(tài)袋填充后的尺寸約為:580 mm×320 mm×145 mm(長(zhǎng)×寬×高)。

3 工程應(yīng)用案例

該工程在河道兩岸部分河段構(gòu)建了柔性生態(tài)袋護(hù)坡。從項(xiàng)目實(shí)施后所取得的應(yīng)用成果來(lái)看,此種生態(tài)護(hù)岸新構(gòu)型在確保防洪安全的同時(shí),對(duì)恢復(fù)河道的生態(tài)環(huán)境具有良好的效果。

3.1 植物措施應(yīng)用

該工程在生態(tài)袋護(hù)岸上進(jìn)行了植物群落建設(shè),營(yíng)造了喬灌草相結(jié)合的植物配置模式。

在河道植物的選擇上,該工程根據(jù)區(qū)域自然條件、河道基本功能和特點(diǎn),選擇了一些適應(yīng)性強(qiáng)、自繁殖能力強(qiáng)的鄉(xiāng)土植物。堤頂選用濕地松、香樟、紅葉李、紫荊、夾竹桃、孝順竹;設(shè)計(jì)洪水位至堤頂選用楓香、紫薇、截葉胡枝子、垂柳、女貞、珊瑚樸、木槿、小蠟、黑麥草、高羊茅;常水位以上、設(shè)計(jì)洪水位以下的生態(tài)袋上選用高羊茅、黑麥草、三葉草進(jìn)行草種撒播;常水位處覆土種植水蔥、再力花、水燭。

河岸植物群落建設(shè)以喬、灌、草相結(jié)合為主,常綠與落葉相配合為輔,構(gòu)建仿自然的生態(tài)河道[3]。通過(guò)植物間的相互作用不僅能有效增強(qiáng)堤岸的防護(hù)能力,同時(shí)還能獲得了良好的景觀視覺(jué)效果。

3.2 生態(tài)袋護(hù)岸的特點(diǎn)

生態(tài)袋護(hù)岸與傳統(tǒng)的漿砌塊石護(hù)岸、混凝土護(hù)岸等結(jié)構(gòu)相比具有如下特點(diǎn):

(1)生態(tài)環(huán)保?？膳c自然生態(tài)環(huán)境完美融合,施工時(shí)不產(chǎn)生建設(shè)垃圾和施工噪音。

(2)運(yùn)用生態(tài)袋修建生態(tài)邊坡,可根據(jù)地形條件建成仿自然的生態(tài)邊坡。同時(shí)植被選擇可多樣化,有利于邊坡環(huán)境迅速還原成自然狀態(tài)。

(3)生態(tài)袋邊坡結(jié)構(gòu)可通過(guò)植物發(fā)達(dá)的根系與坡體結(jié)合成整體,使人工邊坡和原自然邊坡之間不會(huì)產(chǎn)生分離、坍塌等現(xiàn)象。

(4)生態(tài)袋護(hù)岸屬于柔性結(jié)構(gòu),能夠通過(guò)適應(yīng)變形來(lái)釋放、消減土壓力。同時(shí)結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力,不需設(shè)置溫度縫。

(5)三角內(nèi)摩擦緊鎖結(jié)構(gòu),整體受力對(duì)外界沖擊力有緩沖作用,其抗震性能傳統(tǒng)邊坡無(wú)法比擬。

(6)施工快捷、方便?？煽s短工期,降低造價(jià)。

3.3 生態(tài)袋護(hù)岸的施工工序及質(zhì)量控制要點(diǎn)[4]

作為一種新型邊坡構(gòu)型,生態(tài)袋護(hù)岸應(yīng)用于水利工程中時(shí),在施工過(guò)程中需注意一些質(zhì)量控制要點(diǎn):

(1)清基修坡。護(hù)坡坡面應(yīng)平整,無(wú)碎石、樹(shù)根等雜物。護(hù)坡坡度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

(2)土方回填。有回填土方時(shí),回填標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合堤防工程的有關(guān)要求,必須進(jìn)行分層夯實(shí),確保工程質(zhì)量,以防止發(fā)生不均勻沉降。該工程中原基底土及回填土壓實(shí)度不低于14.5MPa。

(3)生態(tài)袋鋪裝。生態(tài)袋鋪裝時(shí)需嚴(yán)格按照施工技術(shù)手冊(cè)實(shí)施。生態(tài)袋護(hù)岸系統(tǒng)的坡頂宜設(shè)置截水溝,護(hù)坡坡面需設(shè)置橫向排水溝或盲溝。

(4)綠化及養(yǎng)護(hù)。岸坡的植被直接關(guān)系到治理的效果和河道生態(tài)環(huán)境的改善,是最能體現(xiàn)工程建設(shè)效果的關(guān)鍵工序。選擇的護(hù)坡植物要適合當(dāng)?shù)睾拥赖沫h(huán)境條件,可酌情選用播種、栽種等方式進(jìn)行綠化。植被養(yǎng)護(hù)期一定要保證澆水量和澆水次數(shù)。

4 應(yīng)用效果分析

柔性生態(tài)袋護(hù)岸具有很大的柔韌性,可補(bǔ)償和適應(yīng)地基的沉降,不僅能滿足河道岸坡抗沖刷、岸坡穩(wěn)定等工程安全的主要功能要求,更重要的是其溝通了水域與陸域范圍內(nèi)的生態(tài)鏈。該生態(tài)袋護(hù)岸建成后,可有效增加護(hù)岸的穩(wěn)定性,保證堤防不再坍塌,相當(dāng)于每年每公里新增土地100.05m2(按年減少塌損20 cm計(jì)),每年每公里減少清淤600 m3。

生態(tài)袋護(hù)岸擋而不隔的滲透特性,可以充分保證河岸與河流水體之間的水份交換和調(diào)節(jié)功能,能有效抑制藻類的生長(zhǎng)和繁殖,發(fā)揮水體的自凈作用,從而改善水生態(tài)環(huán)境。

該工程經(jīng)過(guò)河道整治,清除了沉積多年的淤泥,大大改善了水質(zhì),增強(qiáng)了河道引水、排水、蓄水、供水能力。同時(shí)在護(hù)岸上進(jìn)行了植物群落的建設(shè),不僅美化了河道兩岸的環(huán)境,而且保持水土、涵養(yǎng)水源,維持了河道生態(tài)系統(tǒng)的平衡。

5 結(jié) 語(yǔ)

生態(tài)袋護(hù)岸融入了生態(tài)環(huán)保、景觀綠化理念,使得河道護(hù)岸更加美觀實(shí)用,同時(shí)其兼?zhèn)淞藢?duì)地基處理要求低、工程施工和養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)?？梢灶A(yù)見(jiàn),這種護(hù)岸新構(gòu)型在水利工程中具有非常廣闊的應(yīng)用前景,并為促進(jìn)生態(tài)水利、和諧水利的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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