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        基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)研究

        2021-08-27 02:30:24劉敬晶
        地下水 2021年4期
        關(guān)鍵詞:難易度生態(tài)型透水性

        劉敬晶

        (深圳市龍崗區(qū)水務(wù)局,廣東 深圳 518000)

        湖泊河道是在特定水文、氣候、地理?xiàng)l件下不斷演化而形成的,是一套平衡而又完整的生態(tài)系統(tǒng)。然而在人類生產(chǎn)生活活動的不斷干預(yù)下,湖泊河道產(chǎn)生了很多問題,例如,在對某河段進(jìn)行局部治理的過程中對其他河段的環(huán)境、安全問題造成影響;人工化河道破壞湖泊中的生物多樣性,降低其自我修復(fù)能力,帶來湖泊生態(tài)系統(tǒng)的退化;人類生活不斷侵占河道,使河道越來越窄,對其過流能力造成影響等[1]。這些問題也影響了河道的安全性,由此,湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)成為湖泊河道領(lǐng)域的重點(diǎn)研究課題。湖泊河道修筑防護(hù)是一種系統(tǒng)化的,集美學(xué)、園林學(xué)、城市規(guī)劃學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、水利工程學(xué)等學(xué)科為一體的水利工程,是修復(fù)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要建設(shè)部分,受到越來越多人的重視[2]。

        對于湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的研究,全世界都非常重視,并取得了多樣化的研究成果。其中國外對于湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的研究歷史較為悠久,主要側(cè)重于對自然的護(hù)岸工程進(jìn)行構(gòu)建,也就是構(gòu)建自然型湖泊河道。有學(xué)者提出一種基于天然材料的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)。這種技術(shù)主要通過天然材料包括卵石、竹籠、木樁等對護(hù)岸工程進(jìn)行構(gòu)建。我國對于湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的研究在近幾十年來也取得了突破性的進(jìn)展,并對先進(jìn)建筑材料進(jìn)行研發(fā)。對比以往湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù),在工程效能、工程成本以及施工工藝等方面都有了很大進(jìn)步。有學(xué)者提出了一種基于加筋土護(hù)岸的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù),這種技術(shù)主要是利用加筋土這種新型材料進(jìn)行湖泊河道修筑防護(hù)。以上技術(shù)在抗沖刷性、施工難易度、材料透水性等方面存在性能較低的問題,因此在湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的研究中應(yīng)用生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu),提出一種基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù),實(shí)現(xiàn)湖泊河道的生態(tài)型修筑防護(hù)。

        1 基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)設(shè)計(jì)

        1.1 選擇工程材料

        基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)對湖泊河道進(jìn)行修筑防護(hù),其中混凝土材料選用隨機(jī)多孔型綠化混凝土這種新型材料[3]。隨機(jī)多孔型綠化混凝土在生長基部分需要的水泥和集料要求具體如表1所示。

        表1 生長基部分需要的水泥和集料要求

        隨機(jī)多孔型綠化混凝土的制作要求具體如下:

        攪拌要求具體如下:使用的攪拌機(jī)類型為強(qiáng)制式,具體如圖1所示。水泥漿需充分、均勻的對集料進(jìn)行包裹。拌和使用的加水方式為二次加水,也就是首先在集料里加入一半水,起到濕潤集料的作用,然后加水泥,在攪拌過程中加入剩下的水,直至水泥漿完全包裹集料[4]。將攪拌時間整體控制在4 min左右。

        圖1 使用的強(qiáng)制式攪拌機(jī)

        澆注要求具體如下:使用分隔式模具,在外框模具中注入混凝土,并將其振搗成型。此時在內(nèi)框模具內(nèi)進(jìn)行無砂混凝土的注入,并進(jìn)行拍擊、插搗,接著拿出內(nèi)框模具,進(jìn)行振搗,粘合兩種混凝土,振搗力度不能過大[5]。

        養(yǎng)護(hù)要求具體如下:初凝之后,通過濕養(yǎng)護(hù)的方式對其進(jìn)行養(yǎng)護(hù),每天進(jìn)行四次大水量水澆[6]。養(yǎng)護(hù)時間要求具體如表2所示。

        表2 養(yǎng)護(hù)時間要求

        起?;虿鹉R缶唧w如下:等到水泥漿具備一定硬化強(qiáng)度,并且外框混凝土和無砂混凝土徹底粘合時進(jìn)行起?;虿鹉7]。

        對于隨機(jī)多孔型綠化混凝土來說,其生長基處的無砂混凝土較為薄弱,需要對其抗壓強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行控制[8]。

        其抗壓強(qiáng)度與水泥用量、集料粒徑有關(guān),在32.5硅酸鹽水泥實(shí)際用量不同、碎石粒徑不同的情況下,對隨機(jī)多孔型綠化混凝土植物生長基進(jìn)行抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)[9]。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3、表4所示。

        表3 抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)表

        表4 數(shù)據(jù)分析結(jié)果

        根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),選擇骨料粒徑為261.5~31.5 mm、灰骨比為1比4的無砂混凝土配比[10]。

        以該無砂混凝土配比對隨機(jī)多孔型綠化混凝土進(jìn)行快速凍融實(shí)驗(yàn),其中一個凍融循環(huán)的時間為四小時。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示[11]。

        表5 快速凍融實(shí)驗(yàn)具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該無砂混凝土配比具備很好的抗凍融能力。

        1.2 構(gòu)造混凝土板塊

        利用隨機(jī)多孔型綠化混凝土制作混凝土板塊,并對其進(jìn)行濕度環(huán)境與表面溫度的觀測研究,獲取板塊的最佳植物種植情況[12]。其中利用隨機(jī)多孔型綠化混凝土制作的混凝土板塊具體如圖2所示。

        圖2 利用隨機(jī)多孔型綠化混凝土制作的混凝土板塊

        利用隨機(jī)多孔型綠化混凝土制作的混凝土板塊表面積較大,能夠帶來很大的植物可播種范圍,其邊長為520 mm,可以達(dá)到0.20 m2的播種面積,在總板塊面積中可以達(dá)到85%的占比,其表面吸熱面積在總板塊面積中則僅占15%,能夠降低板塊的實(shí)際溫度,為植物帶來更好的生長環(huán)境。其凹槽具備一定厚度,能夠承載較多土壤,并且能夠降低土壤流失率,提高植物的發(fā)芽率[13]。在植被發(fā)芽初期,為提升其成活率,降低養(yǎng)護(hù)植物的工作量,可以在凹槽中對切塊草坪卷進(jìn)行鋪設(shè)。

        對于板塊的外框,需要考慮三種因素:成本造價(jià)、工藝難度以及耐久性和強(qiáng)度[14]。綜合以上三項(xiàng)因素,確定外框的具體配比,具體如表6所示。

        表6 外框的具體配比

        對混凝土板塊進(jìn)行表層溫度的統(tǒng)計(jì)與觀測,結(jié)果顯示板塊適合播種植物種子的時間比較提前,更適合對茂密型、耐熱型植物進(jìn)行種植,并且板塊具有積蓄低溫的情況[15]。

        并對混凝土板塊進(jìn)行濕度環(huán)境的統(tǒng)計(jì)與觀測,結(jié)果顯示在板塊孔隙中填充營養(yǎng)材料后,孔隙需要保持在60%~90%的相對濕度,才能保證植物的良好生長。

        制作板塊時使用的機(jī)具為綠化混凝土專用的成型構(gòu)件制作機(jī)組,具體如圖3所示。該機(jī)組的起降模式為氣壓式,模板材質(zhì)為塑料,且機(jī)身自重較輕、操作簡單[16]。

        圖3 綠化混凝土專用的成型構(gòu)件制作機(jī)組

        1.3 選擇護(hù)坡植物

        對于混凝土板塊這種特殊的植物種植環(huán)境,需要保證低溫、干旱、貧瘠、高溫等環(huán)境下植被的可再生性,以及較小的養(yǎng)護(hù)工作量和易成活性。加上湖泊河道這一特殊環(huán)境,需要食物的地面錨固能力較強(qiáng),增強(qiáng)湖泊河道防護(hù)功能[17]。因此在選擇植被時,需要選擇具備以下特點(diǎn)的植被:

        (1)匍匐莖或根莖較為發(fā)達(dá),根系具備很強(qiáng)的擴(kuò)展性,可以達(dá)到迅速對地面進(jìn)行覆蓋的效果;分枝和匍匐莖韌性、彈性較強(qiáng);易繁殖、生長勢強(qiáng)、恢復(fù)及再生能力較強(qiáng);具備較長的生存年限且觀賞價(jià)值較高。

        (2)抗逆性較強(qiáng)、適用性強(qiáng)大,能夠抗病蟲害、耐瘠薄、耐高溫、耐寒、耐旱,更雜草相比競爭力更強(qiáng)。

        (3)株型較為低矮,分蘗或分枝較多,具備較大的草枝密度,葉片呈現(xiàn)細(xì)長、直立、繁茂狀態(tài),是陽光能夠照到下層的草坪,避免下層葉片枯死或黃化。

        (4)深根型植物不宜選擇,其根系容易對混凝土結(jié)構(gòu)造成損壞,甚至可能造成決堤的惡果。

        綜合上述要求,重點(diǎn)對當(dāng)?shù)夭莘N進(jìn)行馴化,并對一些成熟的優(yōu)良品種進(jìn)行選擇,將范圍定在牛毛草、多葉老芝麥、菖蒲、冰草、野麥草、大葉樟、白綠苔草、彎囊苔草、翦股穎、草地早熟禾、紫羊茅等。

        2 實(shí)例研究

        2.1 方法設(shè)計(jì)

        對設(shè)計(jì)的基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)進(jìn)行實(shí)例研究。在不同地區(qū)的多個湖泊河道中開展該技術(shù)的實(shí)例研究。實(shí)驗(yàn)地區(qū)的具體情況如表7所示。

        表7 實(shí)驗(yàn)地區(qū)的具體情況

        對于幾個實(shí)驗(yàn)地區(qū),基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)進(jìn)行生態(tài)型護(hù)坡的構(gòu)建。對該技術(shù)的抗沖刷性、施工難易度、材料透水性進(jìn)行測試與記錄作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

        2.2 結(jié)果分析

        基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)構(gòu)建的生態(tài)型護(hù)坡具體如圖4所示。

        圖4 構(gòu)建的生態(tài)型護(hù)坡

        2.2.1 施工難易度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        首先對基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的施工難易度進(jìn)行測試。該技術(shù)的施工難易度測試結(jié)果具體如圖5所示。

        圖5 施工難易度測試結(jié)果

        根據(jù)圖5的施工難易度測試結(jié)果,基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的施工難度整體較低。

        2.2.2 抗沖刷性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        接著對該技術(shù)的抗沖刷性進(jìn)行測試,基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的抗沖刷性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具體如圖6所示。

        根據(jù)圖6的抗沖刷性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,在各個實(shí)驗(yàn)地區(qū),基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的抗沖刷性都很強(qiáng)。

        圖6 抗沖刷性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

        2.2.3 材料透水性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        最后對基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的材料透水性進(jìn)行測試。為增強(qiáng)測試結(jié)果的對比性,將現(xiàn)有的兩種湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)作為實(shí)驗(yàn)中的對比技術(shù)進(jìn)行測試結(jié)果的對比。這兩種技術(shù)分別為基于天然材料、基于加筋土護(hù)岸的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)。記錄三種實(shí)驗(yàn)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)地區(qū)的平均材料透水性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),具體如圖7所示。

        圖7 平均材料透水性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

        根據(jù)圖7的平均材料透水性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),在測試中,基于生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu)的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的平均材料透水性高于基于天然材料、基于加筋土護(hù)岸的湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的平均材料透水性,具備良好的材料透水性能。

        3 結(jié)語

        在湖泊河道修筑防護(hù)技術(shù)的研究中應(yīng)用生態(tài)型護(hù)坡結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了較高的抗沖刷性、較低的施工難度以及較高的材料透水性,并在實(shí)驗(yàn)中取得了良好的防護(hù)效果。

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