现浇生态混凝土技术在山区河道防洪工程中的应用

朱志云

(松溪县水利水电服务中心，福建 松溪 353500)

0 引 言

近几年随着生态理念的深入，各地防洪堤工程建设时大都要求防洪与生态应用结合，我国国土面积2/3为山区，山区河道坡降大，汛期水位暴涨，水流急并携带砂石，枯水期河床裸露。现浇生态混凝土厚度有限，当遭遇大流速洪水冲刷时，对其防止洪水透过孔隙侵入堤身产生水土流失的性能提出了要求，对布设于主河槽边缘的防洪堤，堤身低水位应尽量避免使用现浇生态混凝土，以防遭遇洪水携带砂石冲撞损坏。文章结合闽江防洪工程南平段四期(松溪)项目建设实例，简要探讨山区河流大流速下现浇生态混凝土技术在防洪工程中的应用。

1 现浇生态混凝土主要技术及抗淘刷能力

1.1 现浇生态混凝土技术

由主体结构、植生基材、植物三部分组成。主体结构即为现浇生态混凝土，它是将粗骨料、保水剂、增强剂、酸碱调节剂、普通硅酸盐水泥等按一定的比例进行配合、搅拌，分格入仓浇筑及养护，形成孔隙相通的蜂窝状结构。骨料粒径控制在20-40mm，确保具有25%-30%的连续孔隙率；添加保水剂吸收水分，均匀释放，为水泥水化提供水分，防止开裂；添加增强剂提高混凝土的强度，以获得较好的抗冲刷、抗压承载等性能；添加酸碱调节剂，有利于植物生长；坡面设置网格状钢筋混凝土框架梁，框内铺设营养型无纺布，同时具有反滤和为植物长期提供营养的作用；利用框架梁将坡面和现浇生态混凝土约束成一整体并提高现浇生态混凝土的施工性能；在孔隙中填充盐碱改良复合营养植生基材，为植物生长提供养分。在生态混凝土面上覆盖少量客土并撒播草籽，成长后的植物根部通过生态混凝土孔隙扎入内侧的土体中，草与生态混凝土连成一体形成天然的滤网。现浇生态混凝土技术在水利工程中多用于河道、滨水地带、大坝等土质坡面的生态治理和保护。

1.2 现浇生态混凝土抗淘刷能力

现浇生态混凝土的透水性是最主要性能指标之一，良好的植生环境需要其孔隙透水系数> 1mm/s，相连的孔隙可使水、空气自由渗透。山区洪水流速急且流态复杂，洪水破坏性大，可以透过孔隙侵入堤身土体淘刷引起水土流失现象，破坏堤身稳定，因此现浇生态混凝土在大流速水流冲刷下的抗淘刷性能如何是关键。杨玉宝等实验室中取厚度为15cm、20cm的两组生态混凝土试块，按照土、土工布、生态混凝土试块的顺序安装于冲刷试验设备中，土壤密实度达到90%左右，试验中采用5.39m/s，6.11m/s两种流速进行连续8h的水流冲刷试验。实验结果表明透过生态混凝土及土工布进入土体的水力淘刷现象不明显，土体表面高程微降0.1mm左右。因此，整体性好，强度高的现浇生态混凝土不仅自身具有很好的抵抗大流速水流冲刷的能力，而且大流速水流透过生态混凝土后对内侧土体淘刷产生的水土流失破坏作用弱小，在生态混凝土种植绿化后，孔隙被营养土充填以及根系发达的植物如狗牙根等扎入，洪水透过生态混凝土后对内侧土体淘刷产生水土流失的破坏作用更是大大减弱，适合应用于山区大流速河道防洪工程中[1]。

2 山区河道现浇生态防洪堤应用实例

2.1 工程概况及河道水力

闽江防洪工程南平段四期(松溪)项目位于松溪县境内，主要保护松溪河两岸的县城区、规划新城区及附近村镇。在松溪河两岸新建防洪堤14km，防洪标准按20a一遇设计，堤防工程级别为4级，工程概算总投资1.94亿元，资金来源为中央补助和地方配套。县城以上松溪河流域集水面积1760km2，多年平均降雨量1710mm，每年汛期自四月上旬开始至十月上旬结束，项目建设范围17km河道内坡降在1.5‰-2.7‰，河道行洪宽度在110-290m，20a一遇洪峰流量3680m3/s，项目建设范围内采用分段法将河道近视为恒定非均匀流推算出沿程20a一遇洪水位水面线比常水位水面线抬高4.9-7.5m，河道20a一遇分段断面平均流速在2.4-4.9 m/s。

2.2 防洪堤型式选择原则

闽江防洪工程南平段四期(松溪)项目建设范围内河道20a一遇分段断面平均流速在2.4-4.9 m/s，均低于实验室中生态混凝土抗淘刷5.39m/s的试验流速。实验表明，大流速水流透过生态混凝土后对内侧土体淘刷产生的水土流失破坏作用弱小，因此现浇生态混凝土技术可以应用在闽江防洪工程南平段四期(松溪)项目。项目所在地均属山区地形地貌，地质钻探揭露工程大部分场地上部土层主要为第四系堆积物，分别有杂填土、素填土、粉砂、粉细砂、中粗砂、粉质黏土及砂砾石等组成，根据受不同护堤受力情况细砂、粉质砂可作为坡式防洪堤护脚的基础，中粗砂、砂砾石可作为重力式、复合式基础。项目地处县城区，根据河道地形、地质条件、建筑材料、堤后场地情况等各种因素分别对堤后房屋密集段，堤后场地较宽段的防洪堤型式进行选择。

2.3 现浇生态防洪堤型式选择

2.3.1 现浇生态混凝土复合堤

对于河岸建堤场地较宽，建堤面地势较低接近常水位，堤脚接近主河槽边缘，下部易受洪水砂石冲撞，宜选择复合式。下部为混凝土重力式挡墙，上部为土堤。在土堤迎水坡面设置网格状钢筋混凝土框架梁，框架梁内现浇厚度为15cm的生态混凝土，堤顶设防汛路，背水坡采用草皮护坡；复合式可结合地形及市政需要在重力式挡墙顶设置一定宽度的亲水平台(休闲步道)，亲水平台高程从防洪与亲水因素考虑可设在5a一遇洪水位高程上，亲水平台与防汛路之间即现浇生态混凝土坡面上设置适量下堤台阶相连，见图1。

图1 现浇生态混凝土复合式堤

2.3.2 现浇生态混凝土土堤

对于河岸建堤场地较宽，堤外滩地较宽，堤脚离主河槽边缘较远，且建堤面高出河道常水位较多，宜选择土堤结构，堤身采用夯填土，在土堤迎水坡面设置网格状钢筋混凝土框架梁，框架梁内现浇厚度为15cm的生态混凝土，坡脚采用混凝土或砌体护脚，堤顶设防汛路，背水坡采用草皮护坡。现浇生态混凝土坡面上设置适量下堤台阶，可从防汛路下到河滩地[2]。

2.4 现浇生态混凝土施工

现浇生态混凝土是一项新技术，新工艺，混凝土浇筑应由具有专业施工资质队伍来承担，以确保施工质量。其施工程序主要有迎水坡面钢筋混凝土框架梁浇筑→坡面清理→营养型无纺布铺设→生态混凝土添加剂→现浇生态混凝土→营养土填充及种植土回填→绿化种植(撒播草籽)及养护。

3 应用效果

1)闽江防洪工程南平段四期(松溪)项目地处城区，项目于2016年初动工，至2020年底大部分现浇生态防洪堤已完成施工任务，在2021年汛期中经历了两次洪水的考验，防洪堤迎水坡现浇生态混凝土未出现脱落、坍塌、松动、开裂等缺陷，个别临近主河槽的凹岸急流段以及拦河坝(当地为改善枯水期河道白滩现象，拓宽水面而在城区河道上修建的梯级拦河低坝)下游段防洪堤迎水坡现浇生态混凝土面上少量客土及植草被洪水冲走缺失，但生态混凝土孔隙内的营养土大部分存在未流失，表明洪水没有或仅少量透过生态混凝土孔隙侵入堤身内侧，对堤身土体产生的淘刷破坏可忽略不计，现浇生态混凝土防淘刷性能良好，现浇生态防洪堤安全、稳定、可靠，汛后将坡面缺失部分客土回填及撒播草籽既可。

2)综合项目运用的各种堤型工程建安投资及永久征占地投资可比投资看，现浇生态土堤投资最小，重力式堤投资最大，现浇生态复合堤投中。从堤型结构对基础要求上，重力式要求最高，其次为复合式和土堤。现浇生态土堤和现浇生态复合堤可满足山区河道防洪、抗淘刷等功能要求，同时具有生态功能，投资较为合理。该县城区防洪工程建设堤防总长14km，其中85%为生态防洪堤，堤身迎水坡面采用现浇生态混凝土技术。

3)项目沿县城河道实施生态防洪堤线路长，不仅保护了项目范围内人民生命财产的安全，而且通过在迎水坡面现浇生态混凝土上种植绿化，形成规模化、与周边环境相结合，具有较强的视觉冲击力，景观效果好；堤顶防汛路上视野开阔，吸引众多市民前来踏足、漫步休闲，倚靠栏杆，俯看生态绿色，呼吸河流带来的清新空气；下到亲水平台，静听水声，拉近了人与水之间的距离。

4 结 语

松溪县属山区县，沿河两岸原有防洪堤绝大部分都是浆砌石堤。现浇生态混凝土在坡面框架梁网格内一次性浇筑成型，具有整体性好、强度高、可种植绿化及良好的防淘刷护堤等性能，其技术应用于闽江防洪工程南平段四期(松溪)项目建设中并经历了洪水的考验，效果良好。松溪县现浇生态防洪堤的建设既满足了城区防洪需要，又建立了绿色生态空间，使河岸成为一条融入生态性、休闲性的城区景观长廊，为该县建设“水美松溪”打下了扎实的基础。