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1、新材料在河道整治工程中的应用探究第24卷2008年3月上海水务ShanghaiWaterVo1.23No.4Mar.2008新材料在河道整治工程中的应用探究徐峰舒叶华梁海3(1,上海市堤防(泵闸)设施管理处,上海200232;2,上海市水务工程设计研究院有限公司上海200063;3.上海市水务业务受理中心,上海200050)摘要当代河道整治的目标和要求是建生态型河道,以安全性,可靠性和经济性为前提,强化景观和生态方面的建设.河道整治目标和要求的提高带来河道整治工程应用材料的革新.本文首先探讨了河道护岸材料的选择问题.选材时应考虑安全,耐久,经济和生态及其与原有环境的协调性.阐述了新老护岸连接运
2、用的不同材料和施工方法.详细介绍了近年来边坡保护方面运用的较为成熟的新材料和新技术.文末提出了工程实例.关键词河道整治新技术新材料前言随着经济和社会的发展,人们环境意识的不断提高,河道作为城市基础建设的重要组成部分,其功能在不断演变.河道在自然生态系统中的纽带作用,在促进城市可持续发展,提高综合竞争力方面的作用日趋明显,传统的以泄洪,排涝,航运等为主要功能的河道的概念已发生了根本的变化.以前城市河道整治中人工在河床上铺设的硬质材料,采用混凝土施工,衬砌河床而忽略自然环境的治理方法已被世界各国普遍否定.以人为本,建设生态河道正逐步成为河道整治的目标和要求,即以安全性,可靠性,经济性为基础和前提,
3、以满足资源,环境的可持续发展和多功能开发为目标,逐步形成陆域草木丰茂,生物多样,自然野趣,水体鲜活流动,水质改善,具有多样水生生物物种种群相互依存.形成系统并能达到自我净化,有自我修复能力的水利工程.河道整治目标和要求的提高促使建筑材料的选用必须与之相适应,因势利导,因地制宜,作综合考量,自20世纪6070年代开始,一些发达国家就进行了关于自然的保护与创造的尝试.在河流整治的各种方法中,从生态学的观点出发,对护岸结构的造型,优先采用生物材料方法(植物),其次是混合方法(植物与木材或石料合用),在需要实施河道整治工程时,对生态学和景观方面存有缺陷的河流,努力予以改善,增加植被,利用植物,木材,石
4、料等”自然材料”之间的间隙,形成多孑L的空间,以利生物和植物的生长,或在水流中抛石,为鱼类营造藏身之处.1护岸材料的选择要使护岸结构能融人河流景观.材料的选择是关键之一,选择材料时应考虑安全性,耐久性,经济性,生态性以及与原有环境的协调性.首先,根据河岸的不同土质及周边构筑物的情况确定采用刚性材料或柔性材料,当存在松散的,高压缩性土的时候,可能需要采用刚性材料跨过低承载力地区,或是河岸附近有无法拆除的构筑物时,需要使用刚性材料构筑刚性的,直立式的刚性护岸.而柔性材料的护岸通常允许基础发生限定范围内的位移.其次,在材料选择时应尽量采用当地容易取得的材料,尤其是天然材料;许多情况下,采用人工材料的
5、造价较为昂贵.就地取材还能与当地的环境协调一致.然后,在护岸的植物群落的选择上.要考虑土壤,气候,水文条件;并且要注意与当地自然群落的共生关系;协调好人工植物群落与自然群落的优胜劣汰,还应能给当地生物提供适宜的栖息环境.最后还要考虑经济因素,考虑护岸的造价及土地的成本.除此之外,还应考虑将来的维护,更新和修复的成本.例如采用重力式浆砌块石的护岸主要成本在造价上,其维护费用就较小:而植被护坡有较大一部分费用是在使用阶段的维护过程中发生.2不同材料以及新老护岸之间的连接不同材料护岸的连接可分为纵向和横向的连接.纵向的连接指不同护岸断面间的连接.由于受地形,周边环境或地质等的影响,沿河道需设置不同类
6、型的护岸,比如上游和下游不同类型护岸间的连接.细小部的处理会影响到整体的观感,粗糙的连接会给人不协调,生硬的感觉.横向的连接指护岸断面在不同标高之间不同材上海水务20o8年料间的连接.一般在连接部位留一定宽度,种植灌木,藤蔓植物等覆盖连接部位,以弱化连接处的视觉冲击.同样,在折坡处种植绿化可以缓和折角给人的尖锐感.新旧护岸可能会采用不同的施工方法和不同的材料.新老构筑物之间会有明显的差异,有时会有明显的差异沉降.对此,可采用覆盖的手段将连接处隐藏起来或干脆利用天然的分割.例如:套口,桥梁等将不同的护岸建造在这些天然分割物的两侧.同样也可利用不同的护岸来划分空间,改变河道冗长呆板的感觉.3新技术
7、,新材料边坡保护一直是工程建设的要点之一,当环境问题成为人类社会重大问题之一的时候,人们对于因边坡工程带来环境负面的影响愈来愈关注.于是高分子材料.环境生态学等学科和新材料被运用到边坡保护.下面介绍几种近年来运用较为成熟的新技术,新材料:3.1基材喷射植被绿化技术基材喷射植被绿化技术指的是将含有植物种子,绿化基质和粘结材料的混合物喷射在岩质或贫瘠土质的边坡上的一种绿化方法.其本质是在坡面覆盖一层与原有坡面稳定粘结的材料,而该材料又能为植物生长提供足够的营养.所以基材喷射植被绿化技术适用于因开挖原有植被被破坏而暴露出的岩面.以及在护坡工程和堤防工程中大量采用的浆砌块石或砼斜坡护面结构表面的绿化.
8、另外已建干砌块石斜坡护面也可采用此方法在坡面上建立植被.植物种子通常选择几种适宜共生的植物种子混合而成,以便形成合理的植物群落.绿化基质的作用是提供植物长期生长所需的养分.并具备一定的保水性.通常由有机质,速效和长效肥料,保水剂,稳定剂,PH值调节剂,消毒剂,纤维等按一定的比例混合而成.粘结剂通常为水泥.也有使用合成树脂类作为粘结材料但较为少见.陡坡施工时.坡面上增设复合?材料网(用锚钉或锚杆固定)以增加基材与陡坡地连接.基材混合物厚度可根据种植植物发芽生长所需厚度,边坡类型及坡度,降水量等情况确定.一般而言土质边坡的基材混合物厚度小于岩质边坡,缓坡基材混合物厚度小于陡坡,降水量大的地区基材混
9、合物厚度小于降水量少的地区.通常基材混合物厚度为3cmlOcm.3_2多孔植物生长砖这种砖采用多孔植物生长混凝土制成,孔隙率在20%以上.且具有一定的压缩强度,在多孔砖内填充有机土壤及覆土后采用绿化材料,随着植物根须的生长和透水性能的增强,使堤坝牢固.植物根须在23月后通过砖孔扎根到土壤中,通过植物根须的繁生及多孔砖合理的构造以确保堤坝的牢固性.参见下图:-穗-3.3土工合成材料土工合成材料指与土结合的具有透水,加固土体和防止水流冲刷功能的合成材料.土工织物具有质轻,有柔性,整体性强,价廉,施工简便,防护工程中的应用较广.主要类型有土工布,土工格栅,三维土工网垫.土工布一般结合其他材料使用,本
10、身作为垫层起反滤,分隔作用.土工格栅常作为加筋材料使用.靠与周围土的相互作用,使受压土体的侧向变形受到限制,由于土工格栅低蠕变性,使其成为理想的加筋材料.三维土工网垫是二维土工网的升级换代产品,在防止雨水冲刷,固土效果方面远胜于二维土工网.因此,近年来三维土工网垫被广泛用于植被护坡.三维土工网由高强度的基础层和凹凸网包层组成,总层数为25层.土工网铺设在土坡表层,网包内应充满覆土,土工网由网钉固定在土坡上.铺设范围:植被应遍及要求防护的部位,在高程上,水上坡应铺到坡顶,再横向延伸不少于0.5m;水下坡下端应至低水位以下lm(斜坡长),上端应达高水位以上0.5m(斜长).3.4植物的配置,上面提
11、到的几种护坡新技术,新材料的运用都需要植物的配合.或者说上述新技术,新材料的最终目的都是为了恢复或建立植被,为了改善,美化环境,绿化已不再是简单的栽上植物或撒播种子,而是一项集岩土工程学,植物学,环境生态工程学的综合工程.而其中植物的合理配置是成功的关键.这牵涉到以下几个方面:(1)环境的调查和分析方面:目前河口及河底的宽度和标高.河道边坡的冲淤情况.河道的纵横断面.河道护岸状况,植被情况,2008年徐峰新材料在河道整治工程中的应用探究55河道相关区域的地形图(2)主要水文资料及水力设计参数:包括地下水水位,高水位,常水位,低水位,流量,最大流速以及行船状况.(3)气象资料:地区海拔;年最高,
12、最低气温;最冷,最热月气温及各月平均气温:年平均降水量,各月降水分布及蒸发量:风速,风向等.(4)地质资料:土层分类及分布,力学参数,土的颗粒分析,渗透性,液化情况等.(5)土壤资料:土壤类型,土壤酸碱度,总含氮量,有机质含量,磷,钾含量等.(6)周边常见物种,借此可以了解适宜该地生长的植物类型,生态要求,也可据此引进相似物种.(7)当地人文情况及已有建筑物的情况,区分民用建筑,工业建筑,商业建筑或是受保护的古建筑等,还需该地区相关的规划资料,了解周边构筑物的可能变化,与周围河网的关系及与交通路网的关系.(8)明确建设要求和财力:根据实际的建设要求和所能运用的财力做最合理的安排.(9)植物群落
13、:植物群落指一定范围内,由各种植物种群所构成的有规律的组合,它具有一定的种类组成,结构和数量,并在植物之间以及植物与环境之间,构成一定的相互关系.植物的合理配置就是为了建立适宜的植物群落.一般要求与当地的植被有类似的形态.植物的配置除了要适应当地水文,气候,土壤还要考虑下列几个方面:群落中应合理的搭配草本植物和木本植物的比例.草本植物发芽生长快,能迅速覆盖土坡,减少表层土裸露时间;木本植物发芽生长慢,仅种植木本植物会使表层土裸露时间过长而遭受侵蚀,但其根系深长可有效防止崩坍.配置木本植物植物时还应选择树冠较小抗风性好的树种,以免在大风时反而危及边坡稳定性.对于不同水质的河道应选择不同的植物种群
14、.应根据水中的有机质,氮和磷等营养盐类,重金属离子和有毒物质的含量,有针对性的选择植物,以起到最大净化水质的效果植物是景观的有机组成部分.水体提供恬静,轻快的风景,植物提供了丰富的色彩和香味.合理配置河中和沿岸的各种水生植物,湿地植物和陆生植物,组成一个层次丰富,多姿多彩的河道,可以给人一种抽象的环境美.配置植物时还应注意到合理安排分别代表四季的植物,用标志性的植物告诉人们季节的变化,利用大自然的力量给人美感.(1O)常用植物:按生长环境可分为水生植物,陆生植物水生植物又可分为浮叶植物:常见的有睡莲,王莲,莼菜(亦名水葵)等;挺水植物:常见的有荷花,石菖蒲,黄菖蒲,金钱蒲,千屈菜,慈姑,水芹,
15、荸荠,美人蕉等.适宜在岸边栽培的陆生植物主要有:水杉,夹竹桃,金叶女贞,垂柳,紫薇等.3_5其它措施在护岸工程中还有一些其它的手段可用于保护护岸,比如:建设控制性工程(闸,坝)使水位稳定,并可控制流速,减少冲刷.此外,还可用活的植物枝条制成柴排,柴捆等用于护岸.4工程实例上述措施是河道护岸建设中经常采用的几种主要工程措施,而在工程的实际应用中,上述几种措施常常会根据实际情况相互结合使用,以期达到预计的最佳效果,举例如下:一一图1图21.园林直立式护岸.用悬垂植物覆盖2.横港水生,湿地植物,陆生植物合理配置一一图3图43.松江张家浜干砌块石护岸石缝内植绿4.莘庄绿地木桩护岸加水生,湿地植物,陆生植物合理配置