混凝土花磚草皮護坡在北金堤防護工程中的應用

陳丕虎 · 2008-02-18 00:00 留言

  提要:為探討北金堤深水區(qū)堤防工程的防護措施,確保防洪工程的完整與安全,根據(jù)金堤河近年來的來水情況,結合北金堤的實際情況,提出了混凝土花磚草皮進行堤坡防護的設想。通過對混凝土花磚草皮護坡的試驗、研究與一年運行觀測,收集了一些資料,經(jīng)過資料分析和比較,認為混凝土花磚草皮護坡適應北金堤深水區(qū)堤防防護的需要,達到了預期的防護效果,且經(jīng)濟,環(huán)保,具有較好的推廣應用價值。

  關鍵詞:黃河 北金堤 金堤河 混凝土花磚 草皮

  1項目的提出

  金堤河位于黃河北金堤滯洪區(qū)內,是黃河下游一條重要的支流。1999年金堤河干流一期治理工程完成后,金堤河流域接連發(fā)生幾次較大的洪水,洪水呈現(xiàn)匯流快、偎水時間長、排水入黃困難的局面。造成金堤河洪水長期滯留在金堤河末端20km范圍內,形成自然蓄水湖,水深達5.0~6.0m,水量約1億m3,最長偎堤時間達9個月。堤防由于長時間受高水位浸泡,加上夏季多風浪,對岸地勢開闊,樹株較少,造成堤坡風浪坍塌嚴重。據(jù)統(tǒng)計,最大坍塌高度達2m,使北金堤堤防遭到嚴重破壞,大堤斷面殘缺不全,殘缺斷面面積16.33m2,土方約30萬m3,嚴重影響了北金堤防洪安全。

  為搞好北金堤深水區(qū)堤防工程的防護,確保防洪工程的完整與安全,根據(jù)金堤河近年來的來水情況,結合北金堤的實際情況,提出了混凝土花磚草皮進行堤坡防護的設想。通過對混凝土花磚草皮護坡的試驗、研究與一年的運行觀測,防護效果良好。

  2.方案選擇

  根據(jù)金堤河下游積水水深較大、風的吹程不算太大(2km左右)、水流沖刷力相對較小的實際情況,我們在選擇護坡材料時對草皮護坡、亂石護坡或混凝土護坡、空心混凝土花磚草皮護坡三種護坡材料進行選擇對比。通過比較,選用了混凝土花磚草皮護坡。

  2.1草皮護坡

  經(jīng)過分析認為草皮護坡在深水區(qū)內抗沖刷、抗侵蝕能力較弱,經(jīng)過多年應用,不能滿足抗沖刷、抗侵蝕的要求,達不到堤坡防護的目的。另外,在水下草皮不能長期存活,因此不能使用草皮護坡。

  2.2亂石或混凝土護坡

  亂石護坡或混凝土護坡防護效果較好,能夠滿足金堤河下游防風浪的需要,但亂石護坡或混凝土護坡造價較高,且用亂石護坡或混凝土護坡缺乏生態(tài)效益和綠色景觀。漿砌或干砌塊石護坡、現(xiàn)澆混凝土護坡、預制混凝土塊體護坡等結構形式的護坡,在保持堤坡結構穩(wěn)定、防止水土流失、防洪排澇等方面起到了一定的作用,但這些護坡工程的造價相對較高,且水下維護養(yǎng)護難度較大,不同程度上對景觀、環(huán)境和生態(tài)產(chǎn)生不良影響,造成水體與陸地環(huán)境惡化,威脅人們賴以生產(chǎn)、生活的生態(tài)環(huán)境。

  2.3混凝土花磚草皮護坡

  隨著經(jīng)濟發(fā)展和各種護坡材料的不斷創(chuàng)新,河道建設不僅要使堤岸發(fā)揮出水利工程的功效,而且融入園林景觀、生態(tài)環(huán)保、建筑藝術等多種內容?;炷粱ùu草皮護坡既具有生態(tài)護坡的特點,又有水利工程的功效,得到人們的廣泛關注,進行了一系列的較深入的研究與探索,并且逐步運用到河道工程中,逐漸發(fā)揮著一定的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

  1)護坡機理

  護坡機理是指在邊坡形成以后,通過種植植物,利用植物與土體的相互作用(根系錨固作用)對邊坡表層進行防護、加固,使之既能滿足對邊坡表層穩(wěn)定的要求,又能恢復被破壞自然生態(tài)環(huán)境的一種有效的固坡手段。生態(tài)護坡是“既滿足河道體系的防護標準,又有利于河道系統(tǒng)恢復生態(tài)平衡”的系統(tǒng)工程,體現(xiàn)了“人與自然和環(huán)境協(xié)調發(fā)展”理念。

  2)混凝土花磚草皮護坡的功能

  混凝土花磚草皮護坡,具有良好的抗風浪沖刷能力,比較適應金堤河下游深水區(qū)風浪沖刷的要求,且在護坡上種植草皮,具有生態(tài)效益和綠色景觀效益,造價較低。

  3)混凝土花磚草皮護坡的結構

  混凝土花磚草皮護坡是在結構上留出圓孔網(wǎng)格式的土壤用來種植連接水體的植物,以增加抗沖能力?;ùu與堤身處進行透水墊層技術處理,利用植物根系與坡面土壤的結合,改善土壤結構,提高迎水坡面的抗蝕性、抗淘刷性,利用混凝土花磚壓蓋來抑制暴雨徑流和風浪對邊坡的侵蝕,增加土體的抗剪強度,大幅度提高護坡的穩(wěn)定性和抗沖刷能力。兩者相結合,不僅美觀大方,而且對避免邊坡水毀和恢復綠化功能發(fā)揮著較好的作用。

  4)混凝土花磚草皮護坡的優(yōu)越性

  與傳統(tǒng)的護坡技術相比,混凝土花磚草皮護坡除具有增強岸坡穩(wěn)定性、滿足防止水土流失等功能外,還成功地解決了“綠化與硬化”的矛盾,對于營造生態(tài)景觀、改善環(huán)境,起到了積極作用?;炷粱ùu草皮護坡只考慮了護坡上的植物,忽略了動物及微生物,忽略了生態(tài)護坡作為一個完整生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)性,忽略了真正意義上的生態(tài)護坡應該是在保證邊坡穩(wěn)定的基礎上,以營造邊坡系統(tǒng)的生物多樣性為主要目標。因此,現(xiàn)有生態(tài)護坡技術,雖帶有一定的生態(tài)色彩,卻是不完善的生態(tài)護坡技術?! ?/FONT>

  與傳統(tǒng)的工程措施相比,植物工程措施復合護坡技術,具有效率高、適應性好、環(huán)境景觀協(xié)調性好等優(yōu)點,在坡面不穩(wěn)定時,可以調整自身狀況,來適應坡面變化,維持較高侵蝕控制能力,不斷發(fā)揮護坡的工程潛能。

  3實施過程

  為了驗證混凝土花磚草皮護坡防風浪的實際效果,本次試驗選位在北金堤堤防的深水區(qū),相應北金堤樁號為0+100-0+150,該處是歷年堤身坍塌最嚴重的部位。試驗段沿堤線長50m,臨河堤坡的下半部,此處堤頂高程50.2m,兩邊坡均為1:3,堤腳高程為39.8m,歷史上風浪沖刷高度一般為43.5m,按超高1m即44.5m計算,凈高4.7m,順坡寬15m,試驗面積為750m2。上鋪砌6cm厚的混凝土花磚,下鋪15cm厚的中砂作為反濾層;三邊修有底寬50cm、頂寬70cm、深40cm的混凝土排水溝,底邊沿堤腳線修建頂寬30cm、高50cm、底寬45cm的砌石阻滑趾墻,埋于地下30cm,即阻滑趾墻底高程為39.5m,阻滑趾墻頂高程為40m。

  試驗于2006年5月28日開始實施,6月5日全部完成,共完成混凝土花磚鋪設750m2,中砂墊層112.5m3,混凝土排水溝80m,砌石阻滑趾墻52m2,植草750m2,總投資4.32萬元。每平方米造價: 57.6元。

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  4實施效果

  4.1混凝土花磚

  混凝土花磚護坡整體美觀、牢固,混凝土花磚本身對防沖就具有一定的保護作用。

  4.2草皮

  本次試驗最初選擇了矮生高羊茅草,由于是種植在鋪有中砂的土質上,且在混凝土花磚空隙中,經(jīng)過兩次種植,高羊茅草成活率很低,分析原因是矮生高羊茅草不適于在混凝土花磚空隙中生長。隨后,又選用了葛芭草,用量為16墩/m2,種植后進行撒水,經(jīng)過一段時間的養(yǎng)護管理,草皮生長較為理想。葛芭草根系發(fā)達、耐旱,適合粗放管理,經(jīng)過一段時間生長后,根系聯(lián)為一體,對護坡起到較好的保護作用,能夠改善生態(tài)環(huán)境,改善工程管理面貌,具有一定的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和生態(tài)效益。

  4.3整體效果

  混凝土花磚草皮護坡試驗整體效果較為理想,混凝土花磚本身具有一定的保護作用,加上草皮根系形成網(wǎng)狀結構的保護,護坡能力大大加強。同時,混凝土花磚草皮生態(tài)護坡還能美化工程面貌,改善生態(tài)環(huán)境。

  4.4與其它結構的護坡經(jīng)濟效益比較

  1)混凝土護坡

  混凝土厚度按20cm計算,試驗面積750m2,需混凝土150m3。

  每平方米造價: 109.22元。

  是混凝土花磚草皮護坡的1.9倍。

  2)石護坡:

  石護坡厚度按30cm計算,試驗面積750m2,需石方量225m3。

  每平方米造價: 79.22元。

  是混凝土花磚草皮護坡的1.38倍。

  3)草皮護坡

  草皮:試驗面積750m2,需要植草15000墩

  每平方米造價: 16.52元。

  雖然草皮護坡的造價較低,但護坡防護效果較差,每年都要造成大量的土方流失,按沿堤線長度每米沖蝕1 m3土方計算并恢復,每年需恢復投資35元/m,是混凝土花磚草皮護坡的12.3倍。

  通過比較,混凝土花磚草皮護坡每平方米造價較低,且項目實施后,可增加該段堤防的抗沖能力,提高工程抗洪強度,減少土方流失和風波坍塌險情的發(fā)生,能使防洪工程安全度汛,具有較高的社會效益和較好的經(jīng)濟效益。

  4.5流失土方恢復的經(jīng)濟效益

  使用混凝土花磚護坡后,基本沒有流失土方,堤身的維修養(yǎng)護費用減少,只是一次性投資較大。每年都有部分土方流失,若按沿堤線長度每米沖蝕土方1m3計算并恢復,需投資35元/m,若包括草皮護坡的恢復,平均每年沖刷坡長5米計算,每年需要增加16.52元/平方米×5m= 82.6元/m,23公里的堤線全部使用混凝土花磚草皮護坡每年可節(jié)約因土方流失和草皮護坡恢復費用270.48萬元, 混凝土花磚草皮護坡建設費用864元/m×23 km =1987萬元,僅相當于7.35年恢復費用,而混凝土花磚草皮護坡可使用20年,其經(jīng)濟效益顯著。

  4.6生態(tài)效益與社會效益

  混凝土花磚草皮護坡實施后,能夠保持堤坡的完整,改變堤防的工程面貌,改善生態(tài)環(huán)境,提高防洪工程的抗洪強度,減少出險幾率,確保黃河防洪安全,保證沿黃地區(qū)群眾生活、生產(chǎn)不受影響,加快沿黃地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展,其經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益非常顯著。

  5項目運行存在的問題

  5.1草皮選擇存在的問題

  草皮的品種選擇有限,對草皮的生長特性和適應性了解較少,加上試驗時間較短,無法對可能的草皮逐一進行試驗,試驗選擇的矮生高羊茅草,由于不適宜在鋪有中砂的混凝土花磚空隙中種植,經(jīng)過兩次種植成活率很低。隨后,又嘗試了葛芭草,種植后生長較為理想,但對其它草皮未進行試驗,如馬尼拉草、百慕大草、狗牙根草、中華結縷草、剪股穎草等草皮的試驗。

  5.2混凝土花磚選擇存在的問題

  在混凝土花磚鋪設中,更改掉了原來的內外皆是六棱體空心花磚,采用外邊為六棱體,空心為圓柱體的花磚。一是受項目資金約束,建材市場此類材料價格相對較高;二是試驗時間工期所限,無法籌集更多的資金進行穩(wěn)定性試驗及阻滑、抗剪力的測驗。

  5.3護坡下部深水區(qū)草皮不能存活

  通過試驗在護坡下部深水區(qū)草皮不能存活,水下部分草皮全部被淹死,達不到草皮護坡的目的,起不到生態(tài)護坡的作用。

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  6項目的改進建議

  6.1混凝土花磚的改進

  此次選用的花磚外邊為六棱體,中間為圓柱體空心,內孔面積小,磚體面積大,浪費了材料,加大了項目費用,致使孔內種植草數(shù)量達不到預想的目標。擬在今后項目中,在充分考慮磚體沿斜坡面向下分力的累積壓力情況下,參照鐵路部門所用的翼墻護坡磚(內外均為六棱狀)進行選型,鐵路部門所用的翼墻護坡磚與本次試驗所用花磚相比,更節(jié)省材料,結構上更堅固,內徑比現(xiàn)在鋪設的花磚大,可種植更多草皮,效果可能會更理想一些。

  6.2草皮品種選擇的改進

  草皮選擇上應進行多草皮的試驗選擇,可再考慮選擇馬尼拉草、百慕大草、狗牙根草、中華結縷草、剪股穎草等草皮的試驗。

  6.3增加水下防護措施

  考慮到汛期洪水偎堤時間長,偎堤水深大,堤防長時間受高水位浸泡等情況,增加水下防護措施非常必要。水下防護措施可選用土工織物作為抗?jié)B和反濾材料。

  在水下的部份坡面上和堤腳處可采用深栽柳護坡。柳樹為坐地柳(柳撅)株行間距均為1.0m,,柳間栽爬根草。按設計間距栽柳,栽深2.0m,外露0.2m。栽柳處,用火或燒紅的鐵器,在栽柳樹的地方將土工織物布燒出或烙出一個5~8cm的洞,套在柳桿上,這樣可避免洞的四周織造土工織物脫絲而破壞其保土性。

  7.結論

  綜上所述混凝土花磚草皮護坡達到了預期的試驗效果,混凝土花磚草皮護坡應用在北金堤護坡防護工程中是可行的,在金堤河下游深水區(qū)內,在有限的吹程等特定環(huán)境中防止風浪坍塌和水土流失效果是明顯的,其經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益是顯著的,有較好的推廣應用前景。同時通過試驗也發(fā)現(xiàn)了一些需要改進的地方,如:混凝土花磚的形狀改進,防止坍滑;草皮草種的選育;草皮在水下不能存活等問題都有待于進一步試驗研究。

  作者單位:山東省聊城市湖西路聊城黃河河務局


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