杨 蕾

(阜新市水利勘测设计研究院有限公司，辽宁 阜新 123099)

0 引 言

近年来，河道护岸护坡生态修复技术作为水利部重点推广的实用新技术，已广泛应用于我国水生态修复、河道综合治理等诸多领域。该项技术能够综合考虑绿化与生态效益，解决传统刚性混凝土存在的问题[1]。为满足堤防安全需求该项技术配置有较高强度的大骨料，此外配合活性菌剂的混凝土骨料层能够明显改善植被的生长条件，充分发挥生态修复中生物基质的功能作用。因此，有效结合生物基质与混凝土骨料层能够满足河道生态、堤防安全的双重功能需求，在山体边坡生态修复、河湖滨海植被抗冲刷性修复、城市河道黑臭水体治理以及生态护岸护坡综合治理等工程实例中，该项技术均有所应用，而将其应用于辽宁地区的实例研究却鲜有报道[2-4]。鉴于此，文章结合区域实际情况和河道特点，从实施效果、施工工艺、技术指标的角度系统探究了该项生态修复新技术，以期为流域水生态修复、河道综合治理及其整治方案的优化设计提供参考。

1 研究方法

1.1 骨料层基础平台设计

采用多孔骨料充填六棱混凝土预制块，并以C20框架梁为基础完成护岸的浇筑施工，该过程无需对原有堤防实施破坏、拆除等结构性措施。将水、减水剂、P.O42.5水泥、粒径45mm的单一石料均匀混合，机械搅拌120min后制成骨料基础层，控制浇筑时间不宜超过30min。

1.2 护岸植被配置

通过野外实地调研，选择虉草、紫羊茅、高冰草等适合于寒冷地区的禾木科，以及紫花苜蓿、波斯菊等豆科和菊科类地被植物，生态植物选用了藜科的驼绒藜，护岸植被配置方案见表1。

表1 植被生物基质配置

1.3 土壤菌群分析

为深入探究生物基质对不同植物生长的综合影响，选择试验植物为高冰草，试验播种量25g/m2，播种面积40m2，土壤有机质含量取适合于植物生长的5.2%，生物机质与试验土壤养分见表2。

表2 土壤养分和有效菌数

对基础骨料层利用机械的方式进行试验现场搅拌、浇筑，试验所用设备有1台搅拌机和1台装载机，采用人工辅助结合机械的方式混拌、充填现场基质，利用人工的方式播种作物种子、铺设无纺布。

1.4 试验流程

步骤1：清理整平达标河段坡面，在密实度符合试验要求的基础上支框架梁模板，并按标准规范完成浇筑试验处理。

步骤2：按设计配合比将生物基质混凝土骨料层、BSC-WY系列添加剂、石料、水泥等依次加入搅拌机，经均匀搅拌处理出料运至工作面浇筑、整平。

步骤3：控制搅拌机与浇筑作业面之间的距离不超过120m，对于超过要求的应对试验作业面或搅拌地点转场，为了保证试验质量控制整个操作流程不超过10min。

步骤4：拌合料浇筑完成后，必须对其表面做整平处理，3d内严禁加载负荷、行车以及行走。每天早晚2次对试验作业面进行养护，连续养护3d，若3d内雨阴雨天气则无需养护。

步骤5：完成浇筑7d后开展生物基质层试验，初期保墒可用20-50g/m2的无纺布覆盖，并利用竹签或铅丝扦插固定无纺布。

步骤6：结合天气情况对生物基质层进行浇水养护，阴雨天气无需浇水而蒸发量较大的晴热天气应在早7点前浇水。

1.5 质量检验

设计生物基质试验模块尺寸为200mm×200mm，将混凝土骨料层标准养护30d后取出以备试验使用，按照GB/T50082的要求控制模块制作尺寸误差、维护方法和试验制件方式，由此完成混凝土骨料层的质量检验[5]。

现场采集已播种的高冰草试样，并检测分析所采集的多种处理方式下的植物样品。然后采集表层基质5cm土壤试样，测定其含水量、孔隙率、酸碱度等指标，为保证检测精准度现场开展4组平行试验。样品采集范围取50m2，按照标准计量6t/hm2、高剂量12t/hm2两种比例掺入生物菌剂[6-7]。对植物生长试验设置不施肥、施有机肥两种方式，并对土壤孔隙水含量、表层基质5cm土壤酸碱度、分蘖数、单株重量等指标，按照不同生长时期分别测定。

2 结果与分析

2.1 添加剂用量影响分析

试验分析不同添加剂用量、相同配合比方案下的骨料层抗压强度，见表3所示。

表3 不同添加剂用量试验结果

由表3可知，使用添加剂后明显增强了生物基质减少骨料层的功能，其它成分的调节和添加剂的黏合作用显著提高了骨料层的抗压强度，在较少水泥用量的情况下具有较为明显的提升其抗压强度的效果。此外，在不同生物基质型号相同配合比方案下骨料层的抗压强度存在一定差异，实际施工过程中要考虑不同设计需求合理选择相应的型号，也可考虑设计单位、施工条件等要求定制单独的型号。

2.2 水泥用量影响分析

试验分析生物基质骨料层抗压强度受不同水泥用量的影响，如表4所示。

表4 不同水泥用量试验结果

续表4 不同水泥用量试验结果

由表4可知，水泥用量与抗压强度在相同试验条件下存在显著的正相关性，骨料层的抗压强度试着水泥用量的增加而增大，即骨料试样的抗压强度由增加的水泥用量提供。然而，增加的水泥用量必然会导致工程成本的增大，所以为优化工程造价成本应重点控制水泥的用量。此外，孔隙度与水泥用量总体上存在负相关性，骨料模块的孔隙度随着水泥用量的增加而减小，水泥用量达到370g/cm3时孔隙度达到30%左右，试验孔隙度在不同水泥用量条件下存在较为显著的差异。

2.3 植物生物量指标影响

一般地，可以利用总体草量和叶面两个指标反映植物生物量的分蘖数、单株总量，试验分析植物生物量指标受生物基质不同菌群的影响，结果见表5。

表5 不同生物基质菌落试验结果

由表5可知，高冰草的单株重量在高剂量生物基质菌落条件下明显高于其它组，其它试验组的差异不明显；正常施普通有机肥和分蘖指标在正常生物基质菌落剂量条件下处于相同水平，均低于高剂量试验组，与对照组相比分蘖指标较高。研究表明，植物生物量随着生物基质菌落的增加而明显增大。

2.4 骨料层抗冻性能

考虑到辽宁地区气候寒冷的实际情况，在标养条件下对骨料层模块养护28d，然后选用水灰比为0.35的骨料层混凝土开展冻融循环试验，统计分析不同冻融条件下的强度损失率和质量损失度，如表6。研究表明，骨料层模块的强度损失率、质量损失度与冻融循环次数存在显著正相关性，即随着冻融循环次数的增加其强度损失率和质量损失度不断增大，特别是超过160次冻融循环时出现较为明显的强度损失率、质量损失度变化，可达到F200抗冻等级。将该项生态修复技术应用于北方地区时，需要合理设计其抗冻性能，为提高生物基质骨料层抗冻性能可以增加活性的矿物掺合料[8]。

表6 骨料层抗冻性试验结果

2.5 植物生态修复效果

在生态修复技术实施3个月后，全面调查试验区生物基质下的植物以及自然修复区内的植物品种如表7所示。为更好的对比植物生态修复效果，在试验区播种植物群并在相同自然生态修复区设置了植物生长对比区。结果表明，河岸生态修复后明显改善了采样生物基质的植物高度、覆盖度以及种类，并在一定程度上丰富了植物种类，明显增加了单株植物数量。实地调查显示，对河道生态系统利用生物基质技术修复，能够显著增加植物量；此外，对养护28d的试验骨料层模块开展室内抗冲试验，结果发现其抗冲能力达到5m/s。

表7 试验区与自然修复区的植物品种

续表7 试验区与自然修复区的植物品种

3 技术优势与应用潜力

3.1 生态混凝土技术优势

在河道治理中应用生物基质生态修复技术，能够明显改善土壤的活性、物理与化学性能，显著增加其生物菌落。在基质层中活用菌落的丰富度较高，这为满足植物生长所需要的养分、快速分解土壤中的有机物等提供了有利条件，同时可以防止水体受有机化肥的二次污染，在改善水质条件的基础上满足河流生态景观需求，为维持较长的生态效应以及良好的植物生长状况奠定坚实的基础[9]。通过专业化拨冗多样性的生态植物，试验区取得了非常显著的生态修复效果。多种保水、保肥材料的施用为生物基质上植物的生长提供了有利环境，生物基质技术具有明显的植被修复效果，在河道治理工程中其生态效果显著，且能够保证河道防洪安全。

3.2 生态技术的应用潜力

通过试验分析植物生态修复效果以及生物基质下的生态修复技术，该项技术可结合实际施工条件、土壤类型、气候特点等应用于城市段河流和中小河流的生态修复[10]。文章结合辽宁地区气候环境设计组合的植物措施，在实施工程措施的基础上达到长期的修复效果。此外，试验配合比为0.35的骨料层混凝土能够达到F200抗冻等级，满足河道防冲和寒冷气候要求。在北方地区该项技术具有广泛应用的潜力，在不调整骨料、普通水泥用量配比的情况下，BSC-WY系列添加的使用也可使混凝土达到F200抗冻等级，因此具有较好的实际应用能力。

4 结 论

1)实际工程施工时宜选用框格约束生物基质骨料层，为保证骨料层整体稳定性可采取施工现场浇筑的方式。此外，植物根系能够穿过骨料层内孔隙，在河岸、边坡扎根发挥加筋的作用，并并与骨料层形成整体增强堤防、河岸的抗冲化能力和稳定性。

2)在植被覆盖度、施工难易程度、工程造价、填充方式等方面，框格梁式混凝土均优于工字砖及六棱砌筑形式，可结合实际情况利用框格梁式充填浇筑。