生态混凝土的应用论文参考文献

生态混凝土是采用特殊级配的集料和胶凝材料，在力学性能满足工程使用要求的同时，形成蜂窝状的结构，实现其多孔连续的特征，具有良好的透水性和透气性，植物能在其中生长，应用于河湖生态护坡，营造生物多样性的生境。生态混凝土护坡仿效自然岸坡，主要利用其自身的重力、构件间的锚固以及植物的根系“加筋”作用，保障河流岸坡安全与稳定，同时作为河湖水体和陆地之间物质、能量、信息交换的纽带，为河岸带动物、微生物提供了栖息繁衍的生境以及植物生长的基质，增强了水体自净功能，修复了脆弱的生态环境。岸坡是河流、湖泊生态系统的重要组成部分，其护砌方式必然对生态系统产生影响，因此在可控条件下研究生态护坡护砌方式的生态效应对于开发生态堤岸构建技术非常重要。

1.生态混凝土原理及构造

现浇透水·植生高强生态混凝土通过加入一定量的添加剂，提高了水泥浆体的黏聚力和水泥浆体与骨料的黏附力，使水泥浆体不会因坍落而堵塞生态混凝土下部结构的孔隙，确保孔隙在生态混凝土整体结构中的有效形成、强固和均匀排布。其具有理想的透水系数和相当的强度，满足过滤及植物生长的需求，同时满足堤坝加固修复要求。

现浇透水·植生高强生态混凝土技术除了保障高强护堤作用外，还由于其生态混凝土材料自身的多孔性和良好的透气透水性，在形成坡坝整体卓越的反滤效果、消除静水压力，从而确保堤体长期稳定的同时，进一步与环境问题相结合，协调生态环境，降低环境负荷，保存与提高环境景观，实现植物和水中生物的生长，起到改善景观、净化水质和完善生态系统的多重功能，真正实现生态混凝土有益于生态环境、美化自然的目的。

坡面覆盖工程的标准构造——框架构造。框架是现场浇筑的混凝土构造，其中常水位50cm以上为植生型生态混凝土护坡，以下为透水型生态混凝土护坡。框架是将坡面和生态混凝土结合成一体化的构造，因此，考虑到构造物的重要性和生态混凝土的厚度（t＝10cm）等因素，框架的断面形状为最小厚度20cm以上。

生态混凝土护坡分为现浇式和预制构件式。现浇生态混凝土护坡要求河湖岸坡较为平整，能提供较大的施工作业场地，并有养护条件，而且固化后生态混凝土的最大孔径仅为毫米级，不具备大型植物生长的空洞，绿化方式也仅限于液压喷播或铺草皮等。生态混凝土预制构件式护坡突破了现浇式护坡的局限，其孔隙率为20%～35%，具有一定的强度（15～25MPa），并预留较大的孔洞，用于栽植植物，施工方便，适用范围广。黄浦江生态护坡构建采用了生态混凝土预制单球组合、16球联体砌块、圆孔形砌块及矩形砌块四种砌块的护砌方式。

单球组合。单球直径250mm，在球中预留x、y、z三维方向的通孔，球成型后用Φ8钢筋（需防锈蚀处理）进行连接，球体之间形成长度约100mm的方孔，如图10-5（a）所示。多层铺装时，球层与球层之间也可以用钢筋连接，以增加护坡稳定性，装配简单灵活。

16球联体砌块。球联体砌块由上部16个半球体和下部16个圆台组成，中间用多孔混凝土自然连接且预留了9个直径80mm的圆柱形孔洞，如图10-5（b）所示。砌块高度250mm，护坡面积1m2，砌块与砌块通过预留的连接件进行连接，块体质量较大，护坡稳定。

圆孔型砌块。采用新型的几何结构，外形尺寸为500mm×330mm×250mm，在砌块中间预留了三个直径80mm的圆柱形孔洞。组合护坡时，砌块之间也产生直径约为100mm的孔洞［图10-5（c）］，为较大植物的生长预留足够的空间，砌块之间的连接缝也可生长植物。

矩形砌块。外形结构、尺寸与圆孔型砌块相同，成型模具简单，砌块中心没有预留孔洞，只是在砌块护砌组合时，产生直径约为100mm的孔洞，如图10-5（d）所示。用于栽植植物，其孔隙率低于圆孔形砌块，但砌块质量大，护坡稳定。

2.生态护坡构型

下面以黄浦江为例说明生态护坡构型。

（1）生态护坡结构

黄浦江水流具有涨落分明的特点，属于不规则的半日型感潮河流，其生态护坡示范工程位于黄浦江源水厂临江泵站取水口两侧。黄浦江生态护坡的建设有利于岸坡稳定、修复和重建取水口处江岸的生态环境，改善原水水质。由于黄浦江水流较快，一天两次潮汐的江水混流，水体与坡面的交互时间短，300m长的生态护坡对于江水水质改善效果不甚明显。因此不同护砌方式生态护坡的生态性能主要从覆土保持能力、植被生长状况及护坡稳定性等方面予以探讨。

图10-5 生态混凝土预制护坡构件

（尺寸单位：mm）

生态护坡工程于2005年底完成坡面施工，2006年4月底开始覆土、植物植生。护坡总长度为300m，坡面宽度15m，设计潮高水位3.44m，潮低水位1.20m，坡顶高程设计为4.5m，坡底高程设计为2.5m（以上高程均相对于上海吴淞0点），设计坡度1：7.5，护坡断面如图10-6所示。为比较不同护坡构件的护坡生态效应，分别采用上述四种砌块，各类砌块护砌方式的护坡长度为60～90m不等。

图10-6 黄浦江生态护坡断面图

（2）覆土及植被建植

植被植生前，生态护坡坡面及砌块孔隙间应覆土填实，以诱导植物根茎贯通孔隙生长。覆土原则上就地选取地表层20cm厚的土壤，覆土厚度不低于球或砌块的顶端。覆土后，不宜立即植被植生，应放置20d左右，雨水浇灌及自然风化使土壤密实。另外，土壤一般呈弱酸性，可以中和生态混凝土的碱性，使之更适宜植被生长。根据生物多样性理论，物种的多样性会使生态系统的网状食物链结构更加复杂，使生态系统更趋向稳定，故植物物种的选择应多样化，促使处于平衡的生物群落容量增加，宜选择4～6种生物生态型搭配合理的植物品种进行混种，并以当地物种为主。根据黄浦江水位特征，生态坡面可分为水位变动区和水位变动以上区。水位变动区坡面宽8m，由于江水的潮汐运动，一天两次受到潮水淹没，选择美人蕉、香蒲、水葱、高芭、黄菖蒲等分区栽植；水位变动以上区坡面宽7m，除特大洪水或潮汛外，均位于水面以上，适宜种植水土保持能力较强的多年生草本植被，拦截通过坡面进入河道的面源污染，选用液压喷播的方式种植狗牙根、黑麦草。

3.护坡生态效应

（1）覆土保持能力

覆土的作用是诱导植物生长，促进植物根系延伸至生态混凝土内部，起到锚固和加筋生态坡面的功能。覆土保持能力越强，越容易促进植物生长，生态坡而的护坡能力越好。

水位变动以上区，覆土受到雨水的浇灌并自然沉降，覆土15d时，上层下降约2cm，且逐渐密实。水位变动区的覆土由于受到黄浦江潮水的冲刷，尤其在潮高水位，大型船舶通过时，水面形成冲击力大的连续型水浪冲蚀砌块及覆土。覆上15d时，单球组合、16球联体砌块由于上部为球形状，球体间覆土受到水流的抽拉，受到侵蚀，单球组合、16球联体砌块的覆土已经下沉到球体半径处，但经受冲击后的土壤更为密实，以沉积层的形式留存在球体间的孔隙内及砌块的下部，损失的土壤厚度约为原来的1/2；表面为平面的圆孔形砌块和矩形砌块，表面的覆土被侵蚀，孔洞内及砌块间的土壤留存较多，且比较密实。

通过以上分析，水位变动以上区，四种护砌方式的覆土保持能力均较好；而对于水位变动区，圆孔形砌块及矩形砌块的覆土保持能力好于球形结构的砌块。因此，单球组合、球联体砌块适用于水位变动以上区及水面相对平静的河、湖的生态护坡；对于江水冲刷严重的岸坡，适宜选用圆孔形砌块、矩形砌块等预制件构件生态护坡。

（2）草本植被生长状况

水位变动以上区的植被植生，是将草种子、保水剂、黏合剂、复合肥以及纤维覆盖物等与水按比例混合成喷浆，于2006年6月初用液压喷播机均匀喷播至生态坡面。喷播后3d，浇水养护一次；5d时，草种开始发芽，由于不受江水的干扰，各类护砌方式的植物种子发芽率基本一致；10d时，幼苗长出2～4 片真叶，然而覆土未能覆盖的砌块顶部，种子虽然有发芽，但生长几乎停滞，植株发蔫，甚至枯死。由此可见，生态混凝土护坡的植被植生必须有土壤诱导植物生根发芽；30 d时，狗牙根青苗已成长至20cm左右，而黑麦草相对矮些，植物较多地生长在球体间和砌块的孔隙内，而真正生长在生态混凝土表面的植株较少，从坡面上部来看，可以看到植物沿着砌块孔隙分布，沿球顶或砌块表面产生明显的界限；只有在覆土较厚的区域，植株分布较为均匀。60d时，植株生长至50cm左右，植物叶茎匍匐生长，已全部覆盖生态坡面，延伸的茎部已在生态混凝土表面产生新根，并向内部延伸，与此同时，生态坡面也富集了微生物、昆虫、爬行动物、两栖动物、蟹类等动物，甚至鸟类在此觅食、筑巢，形成了完整的生物链。

（3）水生植物生长状况

水位变动区选种美人蕉、香蒲、黄菖蒲、高芭、水葱等水生植物，植株粗壮，根系完整，并截去上部枝叶，保留30～40cm长的青苗，从坡底至水位变动区上限的范围内分区移栽，以考察不同植物对生态混凝土护坡的适用性。涨潮时，坡底水深1m左右，江浪对植物产生较强的冲刷作用，影响植物根系的固着。水生植物于2006年5月底移栽，植物的牛长状况见表10-5。

表10-5 黄浦江生态护坡水生植物生长状况

从表10-5可以看出：美人蕉适用于浅水区域，耐江水冲刷，栽种60d时全部开花，景观性较好；尽管黄菖蒲常年能保持绿色，预期景观性较好，但不能适用生态混凝土护坡的生境，水花生等杂草较多，而其他区域的杂草较少，甚至无杂草生长，说明长势好的水生植物对杂草生长有抑制作用；香蒲、高芭均为黄浦江当地品种，表现出较好的适用性，适用于粗放管理，但高芭景观性差，不宜多载植；水葱是被证明为水质净化最理想的水生植物，而且也能较好地适用生态混凝土护坡的生境，但景观性比不上美人蕉。

水生植物移栽80d时，依据前期各类水生植物的生长状况予以补苗和重新栽植。枯萎的美人蕉区由香蒲代替，原来黄葛蒲区上部由美人蕉代替，下部由香蒲、水葱代替。重新调整后的生态坡面，美人蕉、香蒲、水葱连城一片，加上水位变动以上区的草本植被，以及富集的生物群落，俨然勾画出黄浦江岸边的原生态景象。

（4）生态坡面稳定性

植株绿化后，即迎来汛期，生态护坡经受住了汛期雨水、潮水的冲蚀，草本植被和水生植物均能有效地保持覆土。水位变动区的下半部，砌块本身没有明显受到江水的侵蚀，砌块形状较为完整。植株移栽80d时，在实验区分别敲开未固定的各类护砌方式的砌块并连同覆上、植物、孔隙水进行现场称重，发现植物根系已经穿透生态混凝土块体，并穿入下部土层，将生态护坡与坡体基面锚固为整体，加强了坡体的稳定性。砌块前后两次的质量及变化量见表10-6。

表10-6 生态混凝土预制砌块质量 单位：kg

注：括号内的数字为质量增加倍数。

表10-6可以看出，植被植生80d时，生态混凝土砌块（含泥土、植株、孔隙水）的质量相比原始质量都有不同程度的增加。质量增加越多，表明其固土能力越强，植物生长量越大，护坡更趋于稳定。草本植被区砌块质量增加大于水生植物区的砌块质量增加，主要因为水位变动区，覆土部分被江水冲蚀，沉积土、水量含量少。4种砌块中，预制单球组合、圆孔形砌块质量增加较多，表明两种砌块护坡的生态性能较好。矩形砌块由于孔隙率较小，质量增加不多。单球组合、16球联体砌块较适于水位变动以上区的生态护坡，圆孔形砌块适应于水位变动区的生态护坡。

综上所述，水位变动区，表面平整的圆孔形砌块、矩形砌块的护砌方式覆土保持能力优于球体构型的单球组合、16球联体砌块，其中圆孔形砌块更适用于水位变动区的生态护坡。水位变动以上区，各类构型护砌方式均能有效保持覆土。单球组合、圆孔形砌块的孔隙率大，更容易促进种子发芽、生根，且16球联体砌块体质量大，护坡较稳定，适宜在水位变动以上区选用。通过植被植生实验，狗牙根、黑麦草等草本植被均能较好地适用于水位变动以上区的生态护坡。水位变动区的水生植物应优先选择香蒲、美人蕉、水葱等，适于粗放管理，其中美人蕉适于浅水区域，且景观性好，黄菖蒲等水生植物不适用生态混凝土护坡的生境。