費開軒
(廣東省水利水電科學研究院,廣州 510635)
鳳凰溪是韓江下游的一級支流,流域內群山挺拔,河流高山環(huán)繞,主峰鳳凰山鳳髻高程為1 498 m,流域面積為293 km2,河道長為50 km,河道平均比降為8.5‰。沿程主要支流有鳳溪水、東賞水、康美水、鳳北水、南坑水、南溪水及赤坪水等,水系分布如圖1所示。
圖1 鳳凰溪水系分布示意
根據(jù)示范河湖“河暢、水清、岸綠、景美、人和”的要求和“防洪保安全、優(yōu)質水資源、健康水生態(tài)、宜居水環(huán)境”的目標,結合廣東省萬里碧道建設、潮州市歸湖鎮(zhèn)綠道建設、潮安水系連通及農村水系綜合整治試點縣創(chuàng)建工作,開展鳳凰溪綜合整治工程,構建“三帶、二景、一提升”的建設格局,其中“三帶”為:濱水慢行帶、鄉(xiāng)野田園帶休閑暢行帶;“二景”為:明潭橋景觀段、新溝橋景觀段;“一提升”為提高引鳳灌區(qū)灌溉保證率,將引鳳灌區(qū)渠首廢棄的硯田泵站拆除重建,并整治干渠,解決灌區(qū)水源不足問題[1]。以韓江和鳳凰溪為脈絡,展示優(yōu)美自然風光和特色傳統(tǒng)村落,圍繞鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實施,美化沿河環(huán)境,為人民群眾提供親水游憩、健身休閑的公共開敞空間,構建人與自然和諧共生的游憩系統(tǒng)。同時,保障農民賴以生存的土地灌溉需求,提高當?shù)厝嗣竦纳钏?,促進經(jīng)濟社會向前發(fā)展。
原堤防護坡采用了漿砌石和混凝土護面襯砌方式,不符合示范河湖建設要求,需對其進行生態(tài)化改造。本次設計在勘察過程中未發(fā)現(xiàn)堤坡發(fā)生滑坡、塌岸等現(xiàn)象,現(xiàn)狀較為穩(wěn)定??紤]到工期和地形的影響,本次僅對景觀節(jié)點河道常水位以上部分堤防硬質護坡進行生態(tài)化改造。
根據(jù)景觀生態(tài)設計、生態(tài)工程等學科理論,提出鳳凰溪綜合整治工程堤坡生態(tài)化改造設計原則如下[1-5]:① 始終滿足鳳凰溪工程的功能需求,確保工程結構安全、穩(wěn)定;② 尊重鳳凰溪工程所在地的自然環(huán)境,盡可能地避免生態(tài)化改造工程對周邊環(huán)境的擾動;③ 增加鳳凰溪綜合整治工程綠化率,提高其生態(tài)系統(tǒng)緩沖能力;④ 引進生態(tài)景觀理論,促使當?shù)鼐坝^能夠與周邊自然景觀協(xié)調發(fā)展。
2.3.1改造設計方案比選
1) 比選方案1
采用現(xiàn)澆綠化混凝土技術?,F(xiàn)澆綠化混凝土是一種環(huán)保新技術,既適合植物生長,又具有高強度,是實現(xiàn)現(xiàn)場快速施工的硬質護坡綠化材料。綠化混凝土能夠與原有硬質護坡坡面結合牢固,不易脫離,其孔隙率高達25%~35%,抗壓強度在8 N/mm2左右,適應根系3 mm以下的各種草本及水生植物生長?,F(xiàn)澆綠化混凝土剖面如圖2所示。
圖2 方案1現(xiàn)澆綠化混凝土剖面示意
但現(xiàn)澆綠化混凝土在潮州市已有工程實踐中表現(xiàn)出以下缺點:
① 現(xiàn)場施工質量控制難度大。現(xiàn)澆綠化混凝土為一項環(huán)保新技術,近幾年才逐步應用于工程建設中,要確?;炷粮呖紫堵?,配合比為關鍵因素,大規(guī)模鋪設過程中,需要現(xiàn)場專業(yè)人員嚴格把關。
② 由于混凝土pH值影響,需要在表面孔洞內部能存儲一定數(shù)量的養(yǎng)分和水分,才能提高植物成活率?,F(xiàn)場調配難度較大,攪拌不均勻將導致植物成活率很難保證。
③ 工程造價較高。由于這項新技術需要專業(yè)人員現(xiàn)場調配,且混凝土用量較大,導致工程投資增加。
2) 比選方案2
采用錨桿固定的現(xiàn)澆混凝土底梁以上鋪設PA水土保護毯、回填種植土,頂層面鋪設混合植物纖維毯,也可采用間隔種植觀賞花卉進行搭配。PA水土保護毯通過錨桿固定在坡面上,由于植物具有強大的地下莖系,和PA水土保護毯一同形成不易破裂的草土層,能夠減少土體對底梁的壓力,混合植物纖維毯可極大提高生態(tài)護坡的抗沖能力和植物的成活率。水土保護毯剖面如圖3所示。
圖3 方案2PA水土保護毯剖面示意
PA水土保護毯是一種新型的河道邊坡處理材料,由聚酰胺(pa)干拉一次成型,材料性能穩(wěn)定,厚度可達6~20 mm,孔隙率≥95%,抗張強度2.2/1.6 kN/m(縱向/橫向),惰性材料,耐酸堿腐蝕,具有良好的抗老化和抗紫外線能力,使用壽命長達50 a。
PA水土保護毯產(chǎn)品特點:① 土壤握持率高:實驗表明,草皮形成以前,該產(chǎn)品的土壤握持率高達98%以上;② 抗水流沖刷能力強:該系列產(chǎn)品能夠抵御7 m/s的流水沖刷,保護坡、岸及河道的穩(wěn)定,防止水土流失;③ 在陽光下能保持溫度,即使施工季節(jié)氣溫較低,也能確保種子順利發(fā)芽;④ 無毒無污染,可用于水源工程;⑤ 網(wǎng)墊凹凸起伏的形狀可以促使水流形成細小旋渦,達到消能的效果,為邊坡提供整體穩(wěn)定的保護環(huán)境;⑥ 在草皮沒有長成之前可使路堤免遭風雨的侵蝕;⑦ 可以保持草籽均勻的分布在坡面上,免受風吹雨淋而散失。
但方案2也存在缺點:錨桿數(shù)量大,為保證PA水土保護毯的固土作用,需要在坡面上每2 m間距打1根錨桿。
3) 方案選擇
方案1和方案2工程量對比情況見表2所示。經(jīng)對比,投資上方案2將節(jié)約造價約 1/3;工藝上方案2施工更便捷;質量控制上方案2更容易;成活率上方案1更容易受到pH值影響。因此,生態(tài)化護坡堤坡改造選擇方案2。
表2 護坡工程量對比
2.3.2生態(tài)化改造實施
生態(tài)化改造過程中,需要充分考慮各類工況,采取合適的施工手段進行生態(tài)改造活動中主要措施如下[8-12]:
在堤頂及現(xiàn)狀水位上50 cm位置處順水流方向每間隔2 m鉆Φ40孔,灌M20水泥砂漿,植入長1.5 mΦ25@1000螺紋鋼錨桿,露出基面35 cm,依托錨桿澆筑250×500底梁。底梁每10 m分一縫,縫寬20 mm,中間用瀝青木板填充。生態(tài)護坡每隔8 m布置一條縱向C25混凝土縱梁,在分級護坡中點位置各布置一道橫梁,梁的截面尺寸為200×300,縱橫梁錨桿形式同底梁。
坡面上每間隔2 m鉆Φ40孔,灌M20水泥砂漿,植入長1 mΦ25@2 000螺紋鋼錨桿,露出基面5 cm用于固定PA水土保護毯。坡面鋪設的PA水土保護毯用于固土,其三維立體結構可以使植物根系纏繞,使坡面成為整體,保證穩(wěn)定性。其上填30 cm厚種植土,均勻撒播花草種子。土上覆蓋一層混合植物纖維毯,可以在花草成長前防止雨水沖刷,還可以為土壤保墑,防止水分蒸發(fā)。植物纖維毯作為純植物制品,廣泛用于工程建設中,后期可逐步降解成為肥料,為花草提供生長所需的養(yǎng)分。
堤坡改造橫斷面示意見圖4,PA保護毯及混合植物纖維毯鋪設示意見圖5~圖6,堤坡改造前后對比示意見圖7。
圖4 堤坡生態(tài)化改造橫斷面示意
圖5 PA水土保護毯及鋪設現(xiàn)場示意
圖6 混合植物纖維毯鋪設示意
圖7 改造案例堤坡前后對比照片示意
1) 針對于鳳凰溪綜合整治工程而言,對其堤防開展生態(tài)改造設計時,需要從堤防穩(wěn)定性入手,結合水位情況及堤防現(xiàn)狀情況,采用PA水土保護毯和混合植物纖維毯等措施,對現(xiàn)狀硬質護坡進行生態(tài)化改造,為人們提供一個親水游憩的區(qū)域,提高鳳凰溪堤防的生態(tài)性,從而達到廣東省示范河湖“河暢、水清、岸綠、景美、人和”的要求。
2) 本文針對硬質護坡生態(tài)化改造措施的選取,通過對綠化混凝土護坡方案及PA水土保護毯護坡方案的比選,分析了兩個方案的優(yōu)缺點,最終選定了PA水土保護毯護坡方案,可供類似工程設計參考。