三維排水柔性生態(tài)邊坡系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用

1、1三維排水柔性生態(tài)邊坡工程系統(tǒng)概述三維排水柔性生態(tài)邊坡工程系統(tǒng), 其結(jié)構(gòu)面通過(guò)植 被的發(fā)達(dá)根系與坡體結(jié)合成一個(gè)整體, 使人工邊坡和原 自然邊坡之間不會(huì)產(chǎn)生分離、 坍塌現(xiàn)象, 隨著時(shí)間的延 續(xù), 日趨強(qiáng)壯的植被根系使邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和固定性 加強(qiáng), 是自然的、 有生命的永久性生態(tài)工程。 1.1系統(tǒng)材料組件系統(tǒng)材料組件見(jiàn)圖1所示。 生態(tài)袋:具有目標(biāo)性透水不透土的過(guò)濾功能, 既能 防止填充物 (土壤和營(yíng)養(yǎng)成分混合物 流失, 又能實(shí)現(xiàn)水 分在土壤中的正常交流, 植物生長(zhǎng)所需的水分得到了有 效的保持和及時(shí)的補(bǔ)充, 對(duì)植物非常友善, 使植物穿過(guò) 袋體自由生長(zhǎng)。根系進(jìn)入工程基礎(chǔ)土壤中, 如無(wú)數(shù)根錨 桿完成了

2、袋體與主體間的再次穩(wěn)固作用,時(shí)間越長(zhǎng), 越 加牢固, 更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了建造穩(wěn)定性永久邊坡的目的, 大大降低了維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)具有抗紫外、 抗老化、 無(wú)毒、 不助燃、 裂口不延伸的特點(diǎn), 并永不降解, 百分之百回 收, 真正實(shí)現(xiàn)了零污染。 三維排水聯(lián)結(jié)扣:將同一力學(xué)數(shù)學(xué)模型下設(shè)計(jì)的綠 霸抗紫外生態(tài)袋相互聯(lián)結(jié), 形成穩(wěn)定的三角內(nèi)摩擦緊鎖 結(jié)構(gòu)。扎口帶和縫袋線:扎口帶在施工中起到將已裝滿填 充物的生態(tài)袋扎緊袋口的作用, 扎帶小巧, 使用方便快 捷, 更重要的是它具有抗紫外線及抗拉性強(qiáng)的特點(diǎn)。加筋格柵 (選配材料 :是一種以合成樹(shù)脂為粘結(jié) 劑, 復(fù)合纖維為增強(qiáng)材料制成的復(fù)合材料, 采用拉擠成 型方法制成的

3、復(fù)合纖維桿體, 具有抗拉強(qiáng)度大、 耐腐蝕性強(qiáng)、 重量輕、 錨固反應(yīng)快等特點(diǎn)。生態(tài)錨桿 (選配材料 :在構(gòu)筑較陡的回填土邊坡 時(shí), 三維排水聯(lián)結(jié)扣把加筋格柵和抗紫外生態(tài)袋進(jìn)行聯(lián) 結(jié), 對(duì)工程的堅(jiān)固和穩(wěn)定起到重要作用。1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理三維排水生態(tài)邊坡工程系統(tǒng)的邊坡、 擋土墻結(jié)構(gòu)是 在成熟的土木工程建設(shè)理論與科學(xué)的生態(tài)恢復(fù)理論基 礎(chǔ)上, 賦予柔性邊坡結(jié)構(gòu)所必需的具有特殊功能要求的 優(yōu)質(zhì)材料前提下的一種高級(jí)形態(tài)的結(jié)構(gòu)體系, 與傳統(tǒng)的 剛性結(jié)構(gòu)之別僅是柔與剛的區(qū)別。2三維排水柔性生態(tài)邊坡工程系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)三維排水生態(tài)邊坡工程系統(tǒng)的邊坡結(jié)構(gòu)是在成熟 的土木工程建設(shè)理論與科學(xué)的生態(tài)恢復(fù)理論基礎(chǔ)上, 賦 予

4、柔性邊坡結(jié)構(gòu)所必需的具有特殊功能要求的優(yōu)質(zhì)材 料前提下的一種高級(jí)形態(tài)的結(jié)構(gòu)體系,使得結(jié)構(gòu)穩(wěn)定, 水土保持和生態(tài)植被同步實(shí)現(xiàn)。與傳統(tǒng)的剛性結(jié)構(gòu)之 別僅是柔與剛的區(qū)別, 但有著不可比擬的優(yōu)點(diǎn):生態(tài)環(huán)保、 效音美觀, 并且可以和自然生態(tài)環(huán)境完 美融合。施工時(shí)不產(chǎn)生建筑垃圾和施工噪音; 植被選擇三維排水柔性生態(tài)邊坡系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用陳國(guó)芳(雷州市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)室, 廣東 湛江 524200摘 要:該文介紹了三維排水柔性生態(tài)邊坡系統(tǒng)的材料組件、 結(jié)構(gòu)原理、 優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)及其在水利工程中的應(yīng)用情況, 說(shuō)明這種 生態(tài)邊坡在水土保持、 岸坡加固方面具有良好的應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞:三維排水; 生態(tài)邊坡; 柔性結(jié)

5、構(gòu)。 中圖分類號(hào):TV861文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1008-0112(200803-0026-02收稿日期:2008-03-13; 修回日期:2008-05-07作者簡(jiǎn)介:陳國(guó)芳 (1968- , 男, 大專, 工程師, 從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。第 3期 2008年 6月 廣東水利水電GUANGDONG WATER RESOURCES AND HYDROPOWER No. 3Jun. 2008圖 1系統(tǒng)材料組件三角內(nèi)摩擦緊鎖結(jié)構(gòu) 綠霸生態(tài)袋綠霸三維排水聯(lián)結(jié)扣三角內(nèi)摩擦緊鎖結(jié)構(gòu) +三維排水 +植被根系 復(fù)合穩(wěn)定的生態(tài)邊坡26 可多樣化, 有利于生態(tài)系統(tǒng)的快速恢復(fù), 有利于將邊坡 環(huán)境迅速還原

6、成自然狀態(tài); 采用三角內(nèi)摩擦緊鎖結(jié)構(gòu), 整體受力, 具有科學(xué)的穩(wěn)定性, 對(duì)外界沖擊力有吸能緩 沖作用, 與抗震性能傳統(tǒng)邊坡無(wú)法比擬; 結(jié)構(gòu)面通過(guò)植 被的發(fā)達(dá)根系與坡體組合成一個(gè)同質(zhì)整體, 使人工邊坡 和原自然邊坡之間不會(huì)產(chǎn)生分離、 坍塌等現(xiàn)象, 并且隨 著時(shí)間的延續(xù), 日趨強(qiáng)壯的植被根系使邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定 性及牢固性更強(qiáng), 所以它是自然的, 有生命的永久生態(tài) 工程; 施工簡(jiǎn)單、 快捷、 方便, 不需要 “三通一平” , 材料搬 運(yùn)輕便, 在施工指南和技術(shù)人員的指導(dǎo)下, 沒(méi)有任何邊 坡建設(shè)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的男女勞動(dòng)力均可參加施工, 可以解決 大量剩余勞動(dòng)力的就業(yè)問(wèn)題; 一般不需要對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行工 程處理,對(duì)不

7、均勻沉降的適應(yīng)性是本系統(tǒng)的特點(diǎn)之一, 同時(shí)結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力, 無(wú)需設(shè)置溫度縫; 可以自 成良性的生態(tài)植被體系, 喬、 灌、 藤、 花、 草的有機(jī)結(jié)合, 使植被不易退化, 大大減少后期維護(hù)費(fèi)用; 主要工程組 件采用生態(tài)袋與三維排水聯(lián)結(jié)扣的特殊功能設(shè)計(jì), 基本 上不對(duì)邊坡結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滲水壓力,使得坡體結(jié)構(gòu)更加自 然、 穩(wěn)固; 填充作業(yè)時(shí)能合理和精確地補(bǔ)充土壤中缺少 的元素成分和養(yǎng)料, 更利于植被的生長(zhǎng); 可在00900度 之間建造任何坡角的邊坡, 節(jié)約工程建設(shè)占地; 采用此 系統(tǒng)時(shí), 結(jié)構(gòu)可以和傳統(tǒng)的土木工程結(jié)構(gòu)結(jié)合使用, 有 良好的匹配性和組合性; 施工安全性大大提高, 沒(méi)有剛 性物致傷的可能。

8、另外, 三維排水生態(tài)邊坡可以解決傳統(tǒng)剛性結(jié)構(gòu)無(wú) 法解決的工程難題:1在凍融地區(qū)傳統(tǒng)擋土墻背填土中的水份在溫度 為0以下時(shí), 冰的體積會(huì)變成1. 11倍, 使擋土墻背部產(chǎn) 生很大的附加應(yīng)力, 造成結(jié)構(gòu)局部或整體破壞; 同時(shí)結(jié) 構(gòu)縫中的水也同時(shí)結(jié)冰膨脹造成局部破壞和開(kāi)裂。柔 性擋墻沒(méi)有結(jié)構(gòu)縫, 不會(huì)產(chǎn)生局部破壞, 同時(shí)生態(tài)袋內(nèi) 土體的水份和背填土的水份結(jié)冰時(shí)會(huì)聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體, 形成一個(gè)無(wú)限大的整體結(jié)構(gòu), 不會(huì)產(chǎn)生破壞。2膨脹土地區(qū)膨脹土在攪動(dòng)后產(chǎn)生體積膨脹, 使 擋土墻背部產(chǎn)生很大的附加應(yīng)力, 造成結(jié)構(gòu)局部或整體 破壞; 軟體柔性結(jié)構(gòu)則能適應(yīng)這種變形和擠壓; 同時(shí)還 可將局部的集中膨脹力化解為均布

9、應(yīng)力, 起到很好的以 柔克剛的效果, 使結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。3庫(kù)區(qū)水位漲落帶部位,在水位變動(dòng)和浪的淘蝕 下, 植被的根系土被淘空, 地表立刻荒蕪化, 土體慢慢液 化帶入庫(kù)底。柔性結(jié)構(gòu)中具有特殊功能的袋體防止液 化和流失, 有效阻止土體和營(yíng)養(yǎng)流失, 讓植被得以生根 和生長(zhǎng),同時(shí)對(duì)于坡面的局部空隙能及時(shí)填壓和補(bǔ)充, 切斷了水流的通道, 植被根系得以扎入和錨固, 從而形 成穩(wěn)定生態(tài)邊坡。4采用三維排水柔性生態(tài)邊坡工程系統(tǒng)做柔性檔 土墻結(jié)構(gòu), 造價(jià)比傳統(tǒng)漿砌石擋墻結(jié)構(gòu)節(jié)約30%60%; 在北方凍融地區(qū),重力式擋墻基礎(chǔ)深度為1. 52. 0m , 造 價(jià)再節(jié)省10%以上; 在近水軟基部位, 還可大大降低工 程

10、造價(jià)。3在水利工程中的應(yīng)用3.1生態(tài)濕地生態(tài)濕地的邊坡加固一直是水利工程中的一大難 題, 在使用三維排水柔性生態(tài)邊坡工程系統(tǒng)后得到完美 解決。如圖2為北京某生態(tài)濕地工程施工前后的對(duì)比效 果圖。3.2生態(tài)河道讓水體和邊坡土體進(jìn)行較充分的水份和養(yǎng)份交流, 便于為微生物提供良好的生存環(huán)境, 為河道提供自然的 生態(tài)環(huán)境 (見(jiàn)圖3 。3.3水土保持柔性生態(tài)邊坡技術(shù)具有良好的固土及透水性能, 并 有相當(dāng)?shù)目箾_刷能力, 土體不會(huì)液化流動(dòng), 給植被生長(zhǎng) 提供穩(wěn)定的生長(zhǎng)平臺(tái), 保證了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 (見(jiàn)圖4 。3.4生態(tài)湖岸生態(tài)湖岸對(duì)于湖泊生物恢復(fù)過(guò)程起到重大作用, 生 態(tài)護(hù)岸把水體和堤岸的生物及植被連成一體, 構(gòu)成

11、一個(gè) 完整的湖泊生態(tài)系統(tǒng)。 生態(tài)湖泊繁茂的圖 2 生態(tài)濕地工程施工前后效果圖 3生態(tài)河道工程圖 4生態(tài)邊坡水土保持工程2008年 6月 第 3期 陳國(guó)芳:三維排水柔性生態(tài)邊坡系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用 No.3Jun. 2008(下轉(zhuǎn)第 30頁(yè) 27 綠樹(shù)草叢為魚(yú)類、 昆蟲(chóng)、 鳥(niǎo)類等提供了覓食、 繁衍的優(yōu)良場(chǎng) 所, 形成一個(gè)水陸復(fù)合型生物共生的生態(tài)系統(tǒng) (見(jiàn)圖5 。3.5水渠工程運(yùn)用柔性生態(tài)邊坡工程系統(tǒng)修建的水渠生態(tài)邊坡, 可根椐地形需要建成自然、 生態(tài)的邊坡結(jié)構(gòu) (見(jiàn)圖6 。4應(yīng)用效果幾十年來(lái), 國(guó)內(nèi)外相關(guān)行業(yè)的專家對(duì)三維排水柔性生 態(tài)邊坡工程系統(tǒng)的革命性、創(chuàng)新性技術(shù)進(jìn)行了深入的探 討,對(duì)該系統(tǒng)

12、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與科學(xué)性給予了肯定和好評(píng)。 2006年11月,在深圳市生態(tài)護(hù)岸理論與方法專家論壇上, 幾十位工程領(lǐng)域的博士、 專家及業(yè)內(nèi)人士共同就三維排水柔性生態(tài)邊坡工程系統(tǒng)在生態(tài)護(hù)岸領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行論證,并對(duì)其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及發(fā)展前景給予充分肯定。 5結(jié)語(yǔ)綜上所述, 三維排水柔性生態(tài)邊坡工程系統(tǒng)作為邊 坡?lián)跬翂ㄔO(shè)領(lǐng)域中, 用軟體的特殊環(huán)保材料, 取代高 耗能的鋼筋、 混凝土、 石材等硬體材料, 構(gòu)建柔性生態(tài)邊 坡的新技術(shù), 解決了多種傳統(tǒng)剛性邊坡不可突破的技術(shù) 難題, 使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、 水土保持與綠化一次完成, 是生態(tài)、 環(huán)保、 節(jié)能與柔性結(jié)構(gòu)四位一體的邊坡建設(shè)新技術(shù)。除 應(yīng)用于水利工程外, 還涉及公

13、路、 鐵路、 山體復(fù)綠、 園林 景觀、 地產(chǎn)小區(qū)、 市政工程等多個(gè)領(lǐng)域。 該技術(shù)的廣泛應(yīng) 用, 將為國(guó)家節(jié)約80%以上的能源消耗, 節(jié)約數(shù)以億萬(wàn) 元計(jì)的二氧化碳等溫室氣體、 有害氣體的排污費(fèi), 其經(jīng) 濟(jì)效益和社會(huì)效益不可估量, 是中國(guó)土木工程邊坡建設(shè) 史上的一次革命。參考文獻(xiàn):1何清連.西部大開(kāi)發(fā)的環(huán)境憂思 J . 社會(huì)學(xué)論文, 2003, 10(3 . 2杜明遠(yuǎn).沙漠綠洲的開(kāi)發(fā)與環(huán)境變化的相互影響 J .社會(huì)學(xué)論文, 2003, 10(15 .3鄧友生, 孫寶俊.巖土生態(tài)加固的應(yīng)用技術(shù) J .建筑技術(shù).2004, (2 .4江世祥.南方巖質(zhì)坡地生態(tài)恢復(fù)探討 J .廣東科技, 2006, (5

14、 . 5綠霸三維排水柔性生態(tài)邊坡工程系統(tǒng) EB/O L.www. wxt f . cn.圖 5生態(tài)湖岸工程圖 6生態(tài)邊坡水渠工程(上接第 27頁(yè)!環(huán)保的時(shí)代要求。因而筆者認(rèn)為, 薄墻完全可以更多地 代替普通地下連續(xù)墻, 作為防滲墻用于江河、 湖泊、 水庫(kù) 堤壩的防滲加固、 地下水環(huán)境污染的治理以及垃圾廢棄 填埋場(chǎng)的地下防滲處理等等, 在水利和環(huán)保等工程領(lǐng)域 中發(fā)揮更大的作用。然而,目前薄墻技術(shù)的應(yīng)用并未能得到廣泛的拓 展。究其原因,主要在于薄墻技術(shù)本身存在的弱點(diǎn)上。 由于墻體薄、 深度大, 在現(xiàn)有的技術(shù)、 設(shè)備條件下各個(gè)單 元墻段的垂直度控制難度比較大, 很容易發(fā)生單元墻段 之間錯(cuò)縫搭接,導(dǎo)致防滲效果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的情況, 對(duì)此, 筆者認(rèn)為可以借鑒傳統(tǒng)地下混凝土連續(xù)墻或其他 相關(guān)的防滲技術(shù)措施, 從接頭形式、 接頭材料、 成槽機(jī)導(dǎo)向控制系統(tǒng)以及成槽器結(jié)構(gòu)與功能等多方面入手, 尋求 提高薄墻垂直度、 改善墻段搭接結(jié)構(gòu)、 確保薄墻防滲效 果的有效手段。只要勇于探索和實(shí)踐, 相信在不久的將 來(lái), 射水法薄墻建造技術(shù)將會(huì)有