朱志云

(松溪縣水利水電服務(wù)中心，福建 松溪 353500)

0 引 言

近幾年隨著生態(tài)理念的深入，各地防洪堤工程建設(shè)時(shí)大都要求防洪與生態(tài)應(yīng)用結(jié)合，我國(guó)國(guó)土面積2/3為山區(qū)，山區(qū)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(xiàn)澆生態(tài)混凝土厚度有限，當(dāng)遭遇大流速洪水沖刷時(shí)，對(duì)其防止洪水透過(guò)孔隙侵入堤身產(chǎn)生水土流失的性能提出了要求，對(duì)布設(shè)于主河槽邊緣的防洪堤，堤身低水位應(yīng)盡量避免使用現(xiàn)澆生態(tài)混凝土，以防遭遇洪水?dāng)y帶砂石沖撞損壞。文章結(jié)合閩江防洪工程南平段四期(松溪)項(xiàng)目建設(shè)實(shí)例，簡(jiǎn)要探討山區(qū)河流大流速下現(xiàn)澆生態(tài)混凝土技術(shù)在防洪工程中的應(yīng)用。

1 現(xiàn)澆生態(tài)混凝土主要技術(shù)及抗淘刷能力

1.1 現(xiàn)澆生態(tài)混凝土技術(shù)

由主體結(jié)構(gòu)、植生基材、植物三部分組成。主體結(jié)構(gòu)即為現(xiàn)澆生態(tài)混凝土，它是將粗骨料、保水劑、增強(qiáng)劑、酸堿調(diào)節(jié)劑、普通硅酸鹽水泥等按一定的比例進(jìn)行配合、攪拌，分格入倉(cāng)澆筑及養(yǎng)護(hù)，形成孔隙相通的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。骨料粒徑控制在20-40mm，確保具有25%-30%的連續(xù)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(kāi)裂；添加增強(qiáng)劑提高混凝土的強(qiáng)度，以獲得較好的抗沖刷、抗壓承載等性能；添加酸堿調(diào)節(jié)劑，有利于植物生長(zhǎng)；坡面設(shè)置網(wǎng)格狀鋼筋混凝土框架梁，框內(nèi)鋪設(shè)營(yíng)養(yǎng)型無(wú)紡布，同時(shí)具有反濾和為植物長(zhǎng)期提供營(yíng)養(yǎng)的作用；利用框架梁將坡面和現(xiàn)澆生態(tài)混凝土約束成一整體并提高現(xiàn)澆生態(tài)混凝土的施工性能；在孔隙中填充鹽堿改良復(fù)合營(yíng)養(yǎng)植生基材，為植物生長(zhǎng)提供養(yǎng)分。在生態(tài)混凝土面上覆蓋少量客土并撒播草籽，成長(zhǎng)后的植物根部通過(guò)生態(tài)混凝土孔隙扎入內(nèi)側(cè)的土體中，草與生態(tài)混凝土連成一體形成天然的濾網(wǎng)。現(xiàn)澆生態(tài)混凝土技術(shù)在水利工程中多用于河道、濱水地帶、大壩等土質(zhì)坡面的生態(tài)治理和保護(hù)。

1.2 現(xiàn)澆生態(tài)混凝土抗淘刷能力

現(xiàn)澆生態(tài)混凝土的透水性是最主要性能指標(biāo)之一，良好的植生環(huán)境需要其孔隙透水系數(shù)> 1mm/s，相連的孔隙可使水、空氣自由滲透。山區(qū)洪水流速急且流態(tài)復(fù)雜，洪水破壞性大，可以透過(guò)孔隙侵入堤身土體淘刷引起水土流失現(xiàn)象，破壞堤身穩(wěn)定，因此現(xiàn)澆生態(tài)混凝土在大流速水流沖刷下的抗淘刷性能如何是關(guān)鍵。楊玉寶等實(shí)驗(yàn)室中取厚度為15cm、20cm的兩組生態(tài)混凝土試塊，按照土、土工布、生態(tài)混凝土試塊的順序安裝于沖刷試驗(yàn)設(shè)備中，土壤密實(shí)度達(dá)到90%左右，試驗(yàn)中采用5.39m/s，6.11m/s兩種流速進(jìn)行連續(xù)8h的水流沖刷試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明透過(guò)生態(tài)混凝土及土工布進(jìn)入土體的水力淘刷現(xiàn)象不明顯，土體表面高程微降0.1mm左右。因此，整體性好，強(qiáng)度高的現(xiàn)澆生態(tài)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(guò)生態(tài)混凝土后對(duì)內(nèi)側(cè)土體淘刷產(chǎn)生的水土流失破壞作用弱小，在生態(tài)混凝土種植綠化后，孔隙被營(yíng)養(yǎng)土充填以及根系發(fā)達(dá)的植物如狗牙根等扎入，洪水透過(guò)生態(tài)混凝土后對(duì)內(nèi)側(cè)土體淘刷產(chǎn)生水土流失的破壞作用更是大大減弱，適合應(yīng)用于山區(qū)大流速河道防洪工程中[1]。

2 山區(qū)河道現(xiàn)澆生態(tài)防洪堤應(yīng)用實(shí)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(xiàng)目位于松溪縣境內(nèi)，主要保護(hù)松溪河兩岸的縣城區(qū)、規(guī)劃新城區(qū)及附近村鎮(zhèn)。在松溪河兩岸新建防洪堤14km，防洪標(biāo)準(zhǔn)按20a一遇設(shè)計(jì)，堤防工程級(jí)別為4級(jí)，工程概算總投資1.94億元，資金來(lái)源為中央補(bǔ)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(kāi)始至十月上旬結(jié)束，項(xiàng)目建設(shè)范圍17km河道內(nèi)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(xiàng)目建設(shè)范圍內(nèi)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(xiàng)目建設(shè)范圍內(nèi)河道20a一遇分段斷面平均流速在2.4-4.9 m/s，均低于實(shí)驗(yàn)室中生態(tài)混凝土抗淘刷5.39m/s的試驗(yàn)流速。實(shí)驗(yàn)表明，大流速水流透過(guò)生態(tài)混凝土后對(duì)內(nèi)側(cè)土體淘刷產(chǎn)生的水土流失破壞作用弱小，因此現(xiàn)澆生態(tài)混凝土技術(shù)可以應(yīng)用在閩江防洪工程南平段四期(松溪)項(xiàng)目。項(xiàng)目所在地均屬山區(qū)地形地貌，地質(zhì)鉆探揭露工程大部分場(chǎng)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(xì)砂、中粗砂、粉質(zhì)黏土及砂礫石等組成，根據(jù)受不同護(hù)堤受力情況細(xì)砂、粉質(zhì)砂可作為坡式防洪堤護(hù)腳的基礎(chǔ)，中粗砂、砂礫石可作為重力式、復(fù)合式基礎(chǔ)。項(xiàng)目地處縣城區(qū)，根據(jù)河道地形、地質(zhì)條件、建筑材料、堤后場(chǎng)地情況等各種因素分別對(duì)堤后房屋密集段，堤后場(chǎng)地較寬段的防洪堤型式進(jìn)行選擇。

2.3 現(xiàn)澆生態(tài)防洪堤型式選擇

2.3.1 現(xiàn)澆生態(tài)混凝土復(fù)合堤

對(duì)于河岸建堤場(chǎng)地較寬，建堤面地勢(shì)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(fù)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(shè)置網(wǎng)格狀鋼筋混凝土框架梁，框架梁內(nèi)現(xiàn)澆厚度為15cm的生態(tài)混凝土，堤頂設(shè)防汛路，背水坡采用草皮護(hù)坡；復(fù)合式可結(jié)合地形及市政需要在重力式擋墻頂設(shè)置一定寬度的親水平臺(tái)(休閑步道)，親水平臺(tái)高程從防洪與親水因素考慮可設(shè)在5a一遇洪水位高程上，親水平臺(tái)與防汛路之間即現(xiàn)澆生態(tài)混凝土坡面上設(shè)置適量下堤臺(tái)階相連，見(jiàn)圖1。

圖1 現(xiàn)澆生態(tài)混凝土復(fù)合式堤

2.3.2 現(xiàn)澆生態(tài)混凝土土堤

對(duì)于河岸建堤場(chǎng)地較寬，堤外灘地較寬，堤腳離主河槽邊緣較遠(yuǎn)，且建堤面高出河道常水位較多，宜選擇土堤結(jié)構(gòu)，堤身采用夯填土，在土堤迎水坡面設(shè)置網(wǎng)格狀鋼筋混凝土框架梁，框架梁內(nèi)現(xiàn)澆厚度為15cm的生態(tài)混凝土，坡腳采用混凝土或砌體護(hù)腳，堤頂設(shè)防汛路，背水坡采用草皮護(hù)坡?，F(xiàn)澆生態(tài)混凝土坡面上設(shè)置適量下堤臺(tái)階，可從防汛路下到河灘地[2]。

2.4 現(xiàn)澆生態(tài)混凝土施工

現(xiàn)澆生態(tài)混凝土是一項(xiàng)新技術(shù)，新工藝，混凝土澆筑應(yīng)由具有專業(yè)施工資質(zhì)隊(duì)伍來(lái)承擔(dān)，以確保施工質(zhì)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(yíng)養(yǎng)型無(wú)紡布鋪設(shè)→生態(tài)混凝土添加劑→現(xiàn)澆生態(tài)混凝土→營(yíng)養(yǎng)土填充及種植土回填→綠化種植(撒播草籽)及養(yǎng)護(hù)。

3 應(yīng)用效果

1)閩江防洪工程南平段四期(松溪)項(xiàng)目地處城區(qū)，項(xiàng)目于2016年初動(dòng)工，至2020年底大部分現(xiàn)澆生態(tài)防洪堤已完成施工任務(wù)，在2021年汛期中經(jīng)歷了兩次洪水的考驗(yàn)，防洪堤迎水坡現(xiàn)澆生態(tài)混凝土未出現(xiàn)脫落、坍塌、松動(dòng)、開(kāi)裂等缺陷，個(gè)別臨近主河槽的凹岸急流段以及攔河壩(當(dāng)?shù)貫楦纳瓶菟诤拥腊诪┈F(xiàn)象，拓寬水面而在城區(qū)河道上修建的梯級(jí)攔河低壩)下游段防洪堤迎水坡現(xiàn)澆生態(tài)混凝土面上少量客土及植草被洪水沖走缺失，但生態(tài)混凝土孔隙內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)土大部分存在未流失，表明洪水沒(méi)有或僅少量透過(guò)生態(tài)混凝土孔隙侵入堤身內(nèi)側(cè)，對(duì)堤身土體產(chǎn)生的淘刷破壞可忽略不計(jì)，現(xiàn)澆生態(tài)混凝土防淘刷性能良好，現(xiàn)澆生態(tài)防洪堤安全、穩(wěn)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(xiàng)目運(yùn)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(xiàn)澆生態(tài)土堤投資最小，重力式堤投資最大，現(xiàn)澆生態(tài)復(fù)合堤投中。從堤型結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)要求上，重力式要求最高，其次為復(fù)合式和土堤?，F(xiàn)澆生態(tài)土堤和現(xiàn)澆生態(tài)復(fù)合堤可滿足山區(qū)河道防洪、抗淘刷等功能要求，同時(shí)具有生態(tài)功能，投資較為合理。該縣城區(qū)防洪工程建設(shè)堤防總長(zhǎng)14km，其中85%為生態(tài)防洪堤，堤身迎水坡面采用現(xiàn)澆生態(tài)混凝土技術(shù)。

3)項(xiàng)目沿縣城河道實(shí)施生態(tài)防洪堤線路長(zhǎng)，不僅保護(hù)了項(xiàng)目范圍內(nèi)人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，而且通過(guò)在迎水坡面現(xiàn)澆生態(tài)混凝土上種植綠化，形成規(guī)?；⑴c周邊環(huán)境相結(jié)合，具有較強(qiáng)的視覺(jué)沖擊力，景觀效果好；堤頂防汛路上視野開(kāi)闊，吸引眾多市民前來(lái)踏足、漫步休閑，倚靠欄桿，俯看生態(tài)綠色，呼吸河流帶來(lái)的清新空氣；下到親水平臺(tái)，靜聽(tīng)水聲，拉近了人與水之間的距離。

4 結(jié) 語(yǔ)

松溪縣屬山區(qū)縣，沿河兩岸原有防洪堤絕大部分都是漿砌石堤?，F(xiàn)澆生態(tài)混凝土在坡面框架梁網(wǎng)格內(nèi)一次性澆筑成型，具有整體性好、強(qiáng)度高、可種植綠化及良好的防淘刷護(hù)堤等性能，其技術(shù)應(yīng)用于閩江防洪工程南平段四期(松溪)項(xiàng)目建設(shè)中并經(jīng)歷了洪水的考驗(yàn)，效果良好。松溪縣現(xiàn)澆生態(tài)防洪堤的建設(shè)既滿足了城區(qū)防洪需要，又建立了綠色生態(tài)空間，使河岸成為一條融入生態(tài)性、休閑性的城區(qū)景觀長(zhǎng)廊，為該縣建設(shè)“水美松溪”打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。