自嵌式植生擋土墻在水環(huán)境中的應(yīng)用

自嵌式植生擋土墻在水環(huán)境中的應(yīng)用摘要：針對傳統(tǒng)重力式擋墻護岸工程費用高、維修頻繁、破壞生態(tài)、影響景觀等缺點，自嵌式植生擋土墻技術(shù)，無需砂漿，直接干壘，本身結(jié)構(gòu)可以為水生動植物生長提供空間，利用植物修復(fù)和生態(tài)護岸技術(shù)達到對水質(zhì)的凈化。既滿足擋墻的要求，又在景觀、環(huán)保及河道防污治污防洪等綜合效果方面具有優(yōu)勢。本文對這種擋土墻的特點和在水環(huán)境中的應(yīng)用方面做了闡述。關(guān)鍵詞：自嵌式植生擋土墻；水環(huán)境；植物修復(fù)；生態(tài)護岸；景觀ApplicationofSelf-anchoredgreenretainingwallinwaterenvironmentGUOJun-hui1,2,XUJian3,CHENWei-guo1(1.NanjingUni-sureblockCo.,Ltd,SureBlockGroup,Nanjing210005,China;2.DepartmentoftheEarthScienceofNanjingUniversity，Nanjing210093,China;3.WuxiDesignInstituteofWaterResourcesCo.,Ltd.)Abstract:Accordingtotraditionalgravityretainingwalldisadvantages,suchashighcost,effectinglandscape,frequentrepairact,thepaperintroducestheself-anchoredgreenretainingwallwhichcansolesuchproblems.Invariouswaterenvironments,itprovidesspaceforthegrowthanddevelopmentofaquaticanimalsandplants.Alsoit’sstructurecreatestheconditionforpurifyingwaterusingthetechnologyofPhytoremediationandecologicalembankment.Notonlyitcanreachrequirementofretainingwallbutalsohavetheadvantageoflandscape,environmentalprotection,pollutionprevention,floodcontroletc.Thispaperdiscussesthecharacteristic,structureprinciple,andapplicationofself-anchoredgreenretainingwallinwaterenvironment.Keywords:Self-anchoredgreenretainingwall;waterenvironment;Phytoremediation;ecologicalembankment;landscape我國水環(huán)境問題形勢嚴峻，江河湖的水質(zhì)呈現(xiàn)出惡化的趨勢，在滿足水利工程水利功能的前提下，利用水生動植物營造水景，美化環(huán)境，改善河湖水質(zhì)越來越引起人們的重視。傳統(tǒng)的混凝土護岸擋墻，雖可以滿足加固岸邊的作用，但耐久性差，局部破壞可導(dǎo)致更大破壞，加上本身難以植草，造成沿河岸一片灰色，影響城市和河道景觀，不透水性也破壞了自然生態(tài)系統(tǒng)，加劇水質(zhì)惡化。在國外，早在20世紀60年代就出現(xiàn)了聯(lián)鎖型干壘擋土塊最并得到廣泛應(yīng)用[1-3]，自嵌式植生擋土結(jié)構(gòu)作為一種新型擋土結(jié)構(gòu)是對這種結(jié)構(gòu)的引進和創(chuàng)新。此結(jié)構(gòu)以預(yù)制混凝土塊為建筑材料，無需砂漿砌筑直接層層錯位干壘而成，依靠帶有后緣的塊與塊之間嵌鎖作用和以及加筋體防止滑動傾覆；塊體生態(tài)孔可實現(xiàn)快速綠化，起到植物修復(fù)作用?！棒~槽設(shè)計”也為魚類等水生動物產(chǎn)卵提供場所。擋而不隔的滲透性可保證河岸與河流水體之間的物質(zhì)交換，實現(xiàn)生態(tài)護岸功能。目前，該技術(shù)已開始在我國水利工程中得到應(yīng)用[4-6]。1我國水環(huán)境現(xiàn)狀及植物修復(fù)技術(shù)據(jù)近期的水資源評價反映，我國七大水系、主要河流，湖泊、近岸海域及部分地區(qū)的地下水都受到不同程度的污染[7,8]。水環(huán)境污染主要包括江河水污染問題和湖泊、水庫的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)富營養(yǎng)化等方面。隨著經(jīng)濟發(fā)展及水利現(xiàn)代化進程的加快，國家提出了在本世紀末使全國水生態(tài)系統(tǒng)得到基本修復(fù)的目標。為了實現(xiàn)這一目標，以植物修復(fù)為主的生態(tài)修復(fù)技術(shù)的研究及應(yīng)用成為了當今水環(huán)境污染綜合治理領(lǐng)域的熱點[9-13]。近年來，該技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到我國江、河、湖、庫等水體污染治理上，并有了許多成功的工程實例。例如，滇池東北岸的植物修復(fù)工程、長江流域植物修復(fù)工程、長江口杭州灣海洋植物修復(fù)工程、云南撫仙湖、星云湖植物修復(fù)工程等[8]。植物修復(fù)技術(shù)對水環(huán)境的凈化機理主要是：在適宜的生長條件下，與水中微生物、藻類等生物共同作用的水生植物，根據(jù)其自身特點，將水中的富營養(yǎng)化物質(zhì)，如N、P、重金屬污染物等吸收在根、莖、葉等不同部位，從而既提供自身的營養(yǎng)需求，又達到凈化水質(zhì)的作用。它的理論基礎(chǔ)是基于仿生學(xué)的理論對自然界恢復(fù)能力的人工強化[9]。與其他水環(huán)境污染治理的方法相比，植物修復(fù)技術(shù)主要有以下幾個方面的優(yōu)點[8]：(1)植物修復(fù)可以現(xiàn)場進行，減少了運輸費用和人類直接接觸污染物的機會；(2)對水體的富營養(yǎng)化物質(zhì)、有機污染物、重金屬污染物等有良好的處理效果；(3)能實現(xiàn)水體營養(yǎng)平衡，改善水體的自凈能力；(4)工程造價相對較低，不需耗能或低耗能；(5)在治理水體的過程中，無須投放藥劑，不會形成二次污染。2自嵌式植生擋土墻簡介自嵌式植生擋土墻，由自嵌式植生擋土塊、塑膠棒、加筋材料、濾水填料和土體組成。獨特的后緣設(shè)計使得墻體砌筑成了簡單的“堆碼”，楔形結(jié)構(gòu)可形成任意曲線墻體，具有傳統(tǒng)鋼筋混凝土或毛石擋土墻無法比擬的環(huán)境裝飾效果?；境叽纾?00mm×305mm×150mm（長×寬×高），具體細部構(gòu)造見圖1，其中植生孔A回填土壤種植水生植物，B孔填級配碎石。擋土塊實物圖見圖2。植生孔Ａ栽培水生植物植生孔Ａ栽培水生植物大孔Ｂ加入級配碎石增加抗剪強度凸的后緣可引導(dǎo)安裝形成一致傾斜角度小孔Ｃ插橡膠棒固定格柵增加抗剪強度劈裂面增強景觀效果粗糙表面抵抗塊體之間以及塊體與網(wǎng)片之間的滑動圖1自嵌式植生擋土塊構(gòu)造圖圖2自嵌式植生擋土塊實物圖與其它擋土墻系統(tǒng)相比自嵌式植生擋土墻做了很多改進：①相對柔性結(jié)構(gòu)。它對擋土墻基礎(chǔ)要求不高，能承受一定的位移與沉降而不產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中，因此特別適應(yīng)在松軟基礎(chǔ)上應(yīng)用。②采用干壘成墻，允許水持續(xù)透過擋土墻，而這一透水作用有效降低了擋土結(jié)構(gòu)后水壓力作用。也是由于這個特性，在河、渠護岸中應(yīng)用，可以促進擋墻外河水與擋墻內(nèi)地下水交換，提高了河道渠道的自凈能力，也有利于各種水生物生長，是保持生態(tài)環(huán)境的良好擋土墻結(jié)構(gòu)。③砌塊擋土結(jié)構(gòu)可以在現(xiàn)場設(shè)計擋土墻位置、層位、高度與施工方法。可以改變砌塊形狀、大小并在相當困難的場地施工(即可不用機械施工)，而無漿砌的施工方法可以大大提高施工速度，縮短建設(shè)工期。建成后自嵌式植生擋土墻生態(tài)景觀效果見圖3。圖3自嵌式植生擋土墻生態(tài)景觀示意圖3自嵌式植生擋土墻的工作原理自嵌式植生擋土結(jié)構(gòu)是依靠自嵌式擋土塊干壘而形成的柔性擋土結(jié)構(gòu)。主要依靠自嵌式擋土塊塊體自重來抵抗動靜荷載，達到穩(wěn)定的作用。此結(jié)構(gòu)無須砂漿砼施工，依靠帶有凸緣的塊與塊之間嵌鎖作用和自身重量來防止滑動傾覆。自嵌式植生擋土塊也可水平分層布置拉接網(wǎng)片構(gòu)成加筋擋土墻，土體中的拉接網(wǎng)片使塊體擋土墻與土體成為一個整體，從而加大了墻身寬度和重量[14]。這樣砌塊和加筋土共同作用相當于重力式擋土墻抵抗土壓力和頂部荷載等的破壞作用。自嵌式植生擋土墻因砌塊后緣槽口的存在自然形成12°的坡度，使墻體重心偏內(nèi)，增加墻體在側(cè)向土壓力作用下的抗傾覆能力。自嵌式植生擋土墻結(jié)構(gòu)如圖4所示。自嵌植生擋土自嵌植生擋土砌塊錯臺錯臺低滲透性土擋土區(qū)開挖邊線墊層排水骨料加筋土區(qū)拉接網(wǎng)片地面標高12圖4自嵌式植生擋土墻結(jié)構(gòu)示意圖自嵌式植生擋土墻塊具有良好的耐腐蝕性、耐水性和抗凍性，適于各種臨水工程；結(jié)構(gòu)上，它是柔性重力式結(jié)構(gòu)，能適應(yīng)較大的整體沉降和一定程度的不均勻沉降，允許塊體微小的位移。流水條件下的堤岸一定程度的沉降和位移是難以避免的。比較各種類型混凝土護岸，它的適應(yīng)性更強；從水力學(xué)角度，采用墻身和墻趾同時排水的干壘擋土墻排水結(jié)構(gòu)(見圖4)，比較傳統(tǒng)的磚石結(jié)構(gòu)，自嵌式植生擋土墻系統(tǒng)排水效果更好，墻體水壓力較小，穩(wěn)定性更好。所以，無論從材性、結(jié)構(gòu)還是水力學(xué)各種角度上考慮，自嵌式植生擋土墻擋土墻都是適用于各種水環(huán)境工程如河堤、湖泊護岸、水渠、海濱堤岸等。另外，方便快捷的施工、美觀自然的裝飾效果和相對經(jīng)濟的投入在臨水工程中也一樣能得到充分體現(xiàn)。自嵌式植生擋土墻擋土墻用于臨水工程時，必須考慮水速、水位急降以及浮冰等因素的影響，通常須采用加筋土擋土墻結(jié)構(gòu)并使用適當?shù)臑V水材料，墻趾應(yīng)得到有效的保護以抵御流水沖刷和侵蝕，冬季尚須考慮適當?shù)拇胧┓乐垢”钠茐摹?自嵌式植生擋土墻在水環(huán)境中的特點自嵌式植生擋土墻墻面上生態(tài)孔可以植草、種花，墻體填土中可以種小型喬木，各種水環(huán)境中，水下部分可以種植水草。塊體后緣內(nèi)孔A（見圖1）用于填充植生土壤，立體式的植生效果，景觀化良好。研究表明[9]，水生植物對水體具有良好的凈化效果，可以有效去除水體中的氮、磷，能耗低，簡單易行。同時植物的根系可以穿過擋土塊，達到固化墻體的作用；長期的水力作用帶起的泥沙等物遇到墻體的阻擋減速后，在重力的作用下會沉積在內(nèi)孔A和B內(nèi)，提供水生植物生長的土壤，而積淀的礦物元素更是植物的生長所需，實現(xiàn)可持續(xù)的綠化效果；“魚巢”設(shè)計和生長起來的水生植物為魚類產(chǎn)卵繁殖提供場所，發(fā)揮了“以魚養(yǎng)水”的作用，為水體的整體生態(tài)平衡起到一定的作用；自嵌式植生型擋土墻由于不用砂漿，擋而不隔的滲透性可以充分保證河岸與河流水體之間的水分交換和調(diào)節(jié)功能，有效抑制藻類的生長繁殖，發(fā)揮水體自凈作用，并調(diào)整生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)，重建河道以及河堤的生態(tài)系統(tǒng)。同時具有一定的抗洪強度；5結(jié)論水體富營養(yǎng)化已經(jīng)成為當前河湖管理中的一個重大難題。利用水生植物凈化河湖等水體必將具有非常廣闊的發(fā)展前景。自嵌式植生擋土墻充分利用植物修復(fù)和生態(tài)護岸技術(shù)達到對水環(huán)境的改善。無砂漿構(gòu)砌的滲透性可使得河岸與河流水體之間物質(zhì)交換，發(fā)揮了水體的自凈作用，提高水生動植物的成活率。且能以迅速、低成本和可持續(xù)的最優(yōu)技術(shù)實現(xiàn)擋土墻的綠化，為水環(huán)境中的擋土結(jié)構(gòu)向景觀化、生態(tài)化發(fā)展提供了新的途徑。參考文獻ChungsikYooandKwang-MoonLee，InstrumentationofAnchoredSegmentalRetainingWall[J].GeotechnicalTestingJournal,2003,26(4):382-389TelleriaMichealD.AStudyinSegmentalRetainingWalls[J].BuilderandDeveloperMagazine,2001,3:1-3KoernerRobertM.andSoongTe-Yang,Geosyntheticreinforcedsegmentalretainingwalls[J].GeotextilesandGeomembranes,2001,19,(6):359-386王錠一.自嵌式擋土墻的應(yīng)用與研究[J].福建建設(shè)科技,2007,3:5-7盛蓉,潘明華.自嵌式加筋擋土墻在河道整治工程中的運用[J].江蘇水利,2007,8:13-17鄭炳寅,鄭克紅,何運水.優(yōu)凝舒布洛克自嵌式景觀擋土墻在水利工程中的應(yīng)用[J].水利科技與經(jīng)濟2006,10:708－709.雷川華,吳運卿.我國水資源現(xiàn)狀、問題與對策研究[J].節(jié)水灌溉,2007,4:41－43.王會肖,王紅瑞.中國水環(huán)境水生態(tài)的若干問題及其對策[J].科學(xué)對社會的影響,2006,1:21-26胡曉東,阮曉紅,宮瑩.植物修復(fù)技術(shù)在我國水環(huán)境污染治理中的可行性研究[J].云南環(huán)境科