多径向水柔性生态边坡系统在山区河道中的应用

多径向水柔性生态边坡系统在山区河道中的应用

1河岸生态环境红河是汉江的发源地，是辽河流域的一部分。河流流经抚顺、沈阳、辽阳、鞍山、营口入渤海。森林覆盖率占74.6%,自然覆盖率80.9%,其中大苏河、湾甸子部分森林仍保持着原始状态。红河流域具有良好的生态环境,适宜野生动物繁衍生息。红河流域面积较大,集雨面积845km2,多年平均径流深327mm,多年平均径流量2.62亿m3,丰富的水源使下游的抚顺、沈阳、辽阳等城市的工农业用水得到保障。红河是东部山区的高寒极地,冻胀破坏严重,河道边坡受水流淘刷,是典型的山区性河道,因而不易治理。2000—2006年汛前,红河河道整治防洪标准提高到10年一遇,防护多采用石笼丁坝型式,部分为混凝土现浇板。2满足复杂的技术难点柔性生态边坡系统是用软体特殊环保材料取代高耗能的钢筋、混凝土、石材等硬体材料,通过创新设计的联结组件构建稳定边坡的全新护坡技术。柔性生态边坡系统解决了多种传统刚性边坡不可突破的技术难题,如施工基础要求高、施工难度大、分离塌陷、静水压力、冻融冻胀、不能绿化、阻断水土等等。使结构稳定、水土保持与绿化一次完成,是生态、环保、节能与柔性结构四位一体的边坡建设新技术,已广泛应用于水利、交通、市政、园林、地产及高尔夫球场、盐碱地边坡、湿地维护与建设等领域。软体材料(生态袋)和特殊联结组件(多向导水联结扣)是多向导水柔性生态边坡系统的两个主要系统材料组件。2.1从材料与材料等方面进行研究1)材质。生态袋是以改性聚丙烯(PP)为原料,采用无纺针刺工艺经烧结制成,具有较高的科技含量,是一种新型的高级土工合成织物,在正常工况条件下,其使用寿命长达120年。生态袋充分考虑了材料力学、水利学、生物学、植物学等诸多学科的要求,对材料的受力、满足植物生长的等效孔径(O95)、良好的透水不透土等方面进行了严格的界定,具有抗紫外线、抗酸碱盐、抗微生物侵蚀、防冻涨、无毒、耐老化、裂口不延伸的特点,并且永不降解,百分之百回收,真正实现了零污染。较目前常用的采用国内相类似土工产品优势明显。2)外形尺寸。生态袋充分考虑了人体工程学理论,常用规格的生态袋尺寸更符合国人的身体体质,更便于搬运及堆砌。3)厚度。保证了透水不透土的特性,能将坡体内的渗水迅速排出,减少了边坡静水压力,同时满足植物根系的穿透和生长,从而更加保证了坡体的稳定性。2.2生态护坡的基础多向导水连接扣特有的倒钩棘爪位置及数量的分布,从材料力学角度分析,形成了蜂巢式紧锁结构,将集中应力合理分散;多向通道凹槽、及非流线性凸肋,形成了多向导水网,从水利学角度分析,能够将边坡渗水迅速排出,减少静水压力对坡体的破坏;垂直空洞间距及孔径布局、大小等,从植物学角度分析,较传统的平板连接扣更适合植物根系的生长,利于植物根系在边坡体内的生长和穿透,更容易形成生态锚杆效应;通过拉力试验证明,设置了多向导水联结扣的坡体的抗拉力为3000N以上,是普通平板连接方式的1.5倍以上,且随着植物根系形成的生态锚杆效应,抗拉力将成倍增加。2.3结构的稳定机理柔性边坡系统特别适合东北地区冬季冻涨的实际情况:冻涨搅动后产生体积膨胀,使结构产生很大的附加应力,造成结构局部或整体的破坏;而柔性结构能够适应这种变形和挤压,同时还可将局部的集中膨胀力化解为均布应力,起到很好的以柔克刚的效果使结构保持稳定。水位涨落带部位,在水位变动和波浪的淘蚀下,植被的根系土被淘空,地表立刻荒芜化,土体慢慢液化带入水底,柔性结构中具有特殊功能的袋体防止液化和流失,让植被得以生根和生长,同时对于坡面的局部空隙能及时填压和补充,切断了水流的通道,植被根系得以扎入和锚固,从而形成稳定生态边坡。3施工质量,设备全未充放电红河马前寨段护坡长度700m,护坡坡度1∶1.5,护坡高度3.6～4.3m。整体施工完全采用人力搬运和垒砌,未动用任何大型机械设备,主体施工期10d,绿化施工期(植被长至10cm)约30d,总工期不超过50d。设计简图见图1。4在100年前的洪水中4.1测试流域洪水特征总量为5.10102010年7月31日,清原地区遭遇特大暴雨灾害,红河流域洪峰流量为2485m3/s,平均流速高达4.6m/s,红河水位最高时上涨了5.8m,达到了100年一遇的洪水。4.2生态护坡物理环境在这百年不遇的洪水中,柔性生态护坡坡体完全被淹没。在洪水自涨到落的110多h中,生态护坡经历了高速水流冲刷、泥沙冲击覆盖、上游冲流下来的树木石块撞击等恶劣物理性水环境考验,生态袋袋体无任何损坏,坡体无沉降和塌陷现象。其透水不透土的材料特性,有效地保障了河流边坡的水土无流失。4.3近2/3生长情况播种后已生的植被中,厌水耐旱性的紫花苜蓿草在被水淹没5d后,近2/3停止生长;禾本科植被基本全部保持存活。在洪水过后对损失植被的坡体表面重新进行绿化补种,原植被依旧正常生长。20d左右之后,生态护坡效果完全显现。5生态护坡的稳定1)生态袋的材料特性、生态护坡的结