上海南汇水利市政工程有限公司 上海 201399

1 工程概况

青草沙水库北堤1#平台生态护坡工程地处上海市崇明县长兴岛，位于青草沙水库上游取水泵闸工程内侧以东水域的1#平台处，紧邻上游取水泵闸和新建北堤上段，改造工程全长820.83 m。工程主要包括上游取水泵闸以东约820 m范围的北堤段库内侧地形塑造、生态护坡工程和码头引航道疏浚工程。其中，敷设生态球共约42.5 万个，敷设总面积约为2.5 万m2；种植黄花鸢尾、路易斯安那鸢尾、旱伞草、花叶芦竹及金边石菖蒲面积为7.5 万m2。生态塑造及生态护坡区设计断面见图1、图2。

图1 生态塑造及生态护坡区断面一

图2 生态塑造及生态护坡区断面二

2 生态混凝土球护坡特点和优点

2.1 生态混凝土球护坡特点[1-4]

（a）高透水性：孔隙率为20%～30%，立体三维设置3 个通孔，有利于土中养分、水的自由流动，植物根系在孔隙中可以生长。

（b）高透气性能：高透气性能使得植物根系有效吸收所需养分并呼出氧气，能保持土与空气的交换，创造了一个有利于植物生长的环境。

（c）有一定的强度：混凝土设计强度为12 MPa，球状的外形使受力结构更合理。

（d）工艺不算复杂，单位造价相对较低：采用的材料均为普通材料，800 套模具每天可以翻浇6 次，共能生产4 800 个生态混凝土球。

2.2 生态混凝土球护坡优点

（a）工程与生态环境和谐统一：生态混凝土球护坡具有生态亲和性、良好力学性能、长期耐久性，在保持护坡原有防护作用的前提下起到降低混凝土环境负荷的效果[5]。其自身多孔性与良好透气透水性能，旱生、水生植物能在其中生长，也可以进行植被作业，起到净化水质、改善景观、修复与保护自然环境和完善生态系统等功能。

（b）混凝土成为生态材料意义重大：生态混凝土球在生态护坡工程中的成功应用，使混凝土成为与自然融合的、对自然环境和生态平衡具有积极保护作用的生态材料。

（c）生态效果见效快：通过水生植物根系，生态球与土结合在了一起，牢固地将泥土固住，形成一个有机的整体，本工程水生植物栽植完成后短短半年就已经达到了很好的景观效果，生态改造工程见效快。

（d）景观效果明显：本工程在生态混凝土球护坡平台上栽植了多种水生植物，选用不同观赏期的植物，避免护坡景观视觉上的单一，四季景观各有不同，确保了植物的多样性。

（e）有利生物多样性：本工程平台护坡最高点标高为5 m，库区设计咸潮期最高水位可达到7 m，所种植的水生植物将全部浸在水中，特别在最宽为170 m断面的生态平台护坡，处于水波中成片的多种水生植物将形成一道蔚为壮观的景象。

3 生态混凝土球护坡施工工艺

（a）外观特征：生态混凝土球预制构件单个混凝土球Φ250 mm，预制过程中在球中预留孔径为25 mm，三维方向3 个通孔（图3）。

图3 单个生态混凝土球实景

（b）生态混凝土球配合比：生态球预制件设计抗压强度为12 MPa，P.O 42.5水泥∶水∶Φ10～Φ20 mm碎石=1∶0.36∶5.4。

（c）生态混凝土球制作：在整个生态球模具中分3 次加料振捣，第1次在模具中加入1/3的拌合料，振捣10～15 下，然后再加入1/3的拌合料，并振捣10～15 下，第3次将模具加满拌合料，继续振捣10～15 下，人工拍压模具的顶部拌合料，使其表面圆整，然后振动1～2 s，最后进行表面小范围人工修整成型。

（d）生态混凝土球养护：预制球成型后，由于孔隙率较大，自然条件下干燥很快，容易失水，必须做好早期养护，浇筑后用塑料薄膜覆盖，并及时浇水养护。

（e）生态混凝土球运输：生态球从预制厂堆场采用卡车直接运送到北堤堤顶道路上。北堤堤顶道路面标高为8.2 m，现场塑造地面标高为3.5～5.0 m，高差3.2～4.7 m，斜长在7 m以上。从北堤顶路面到生态塑造区铺设Φ400 mm UPVC加筋管作为溜管，Φ250 mm的生态球从北堤顶装入UPVC加筋管，在管内滚向敷设点，通过接长或减短UPVC加筋管长度，即可按需要将生态球输送到不同的敷设点。

（f）生态混凝土球敷设：采用预先进行防锈处理的Φ8 mm钢筋将生态混凝土球进行串联，在两端采用垫片和螺母固定，16 个生态球串联成的面积为1 m2，球体之间形成长宽约100 mm的方孔。每平方米生态球之间再采用电焊连接，从而使每个格埂区域的生态球全部互相连接成整体。图4为生态混凝土球护坡施工现场实景。

图4 生态混凝土球护坡施工现场实景

4 生态混凝土球护坡改进措施的建议

（a）加铺土工隔栅：水下部分生态球护坡可增加铺设土工隔栅，以加强固土和防冲刷作用。

（b）打设挡浪桩：在水位变化较大处，建议打设1 排仿木或实木挡浪桩，以减小风浪对该处护坡的影响。

（c）增设过水结构：在纵向素混凝土格埂断面上间隔增设过水结构，加强格埂内外的水交流，确保水库库区低水位时格埂内侧的生态球也尽可能浸泡在水中，便于其中的水生植物根系吸收水和养分。

（d）生态工程同步实施：为了建设一个生态文明的环境，在堤坝护坡主体工程施工的同时，生态工程应与主体工程同步进行工程可行性研究、设计、施工、验收。这样能让生态工程尽早发挥作用，并可减少二次生态改造的费用。

5 结语

水利工程对生态环境的影响广泛而深远，生态混凝土球在本工程1#平台生态护坡中的首次成功应用，是水利工程与生态环境工程有机结合的成功案例，综合效果很好。该方法体现了水资源的开发与生态环境保护相协调，确保了生态利益、经济利益、社会利益三者的进一步统一，是可持续发展的保证，下一阶段生态混凝土球将在青草沙水库其余平台护坡生态改造中大面积应用。