植生混凝土在水利工程中的应用

植生混凝土在水利工程中的应用

蒲 石

（辽宁省水利工程技术审核与造价管理中心，辽宁 沈阳 110003）

［摘要］植生混凝土是一种生态友好型工程材料。是采用特殊工艺由水泥、粗骨料和水拌制而成的，可适应植物生长的混凝土。其技术特点为具有较大的空隙率，经过碱性改良，并填充了适生材料。植生混凝土应用在水利护坡工程中，不仅能提高坡面稳定性，而且具有良好的生态效益。

［关键词］混凝土；生态；水利

在水利工程中，为满足堤防等水工建筑物结构强度要求、抗冲刷要求、安全性要求和经济性的要求，常需要建设护坡工程，一般采用水泥、石料、混凝土等硬质材料建成的硬质密实护坡，如浆砌石护坡、混凝土板护坡、钢筋混凝土挡墙等。硬质密实护坡结构强度高、工程耐久性好，经济性强，能经济有效地满足护坡功能的要求。但硬质密实护坡孔隙率低，阻断了坡面和空气之间以及坡面和水之间的物质和能量交换；硬质密实护坡碱性强，破坏了坡面上植物生长所需要的生长环境；而且硬质密实护坡颜色灰暗，视觉效果不佳，景观性不好，破坏了坡面景观性。

为改善水利护坡工程的景观功能和生态功能，发展了多种新的护坡技术。如：格宾笼护坡技术、生态袋护坡技术、植生混凝土护坡技术等。其中植生混凝土护坡技术在护坡结构防护功能、植被发育和构建河床生物系统的生态功能方面都具有较好效果，这已经在一些学术研究以及河流整治工程中得到验证。

1 植生混凝土的发展历程

植生混凝土技术是由多孔混凝土发展起来的。早在1852年，英国就以无砂混凝土的型式，开发出了多孔混凝土，并将其应用在两栋建筑的建设上。此后，许多学者开始对多孔混凝土进行研究。早期的研究主要目的有两个：一是用作建筑墙体，降低建筑自重，以提高建筑高度；二是研究其透水性和透气性上，降低建筑墙体的导热系数，提高其保温性能，达到节能的效果。早期对多孔混凝土的研究并没有对其植物生长的生态功能进行研究和开发。

最先将多孔混凝土结合植物生长，达到生态功能的是日本。在1987年，日本学者就申请了多孔混凝土专利。1993年，日本成功将多孔混凝土结合到植物生长上，开发出了植生型混凝土。1995年，日本混凝土工协会提出了“生态混凝土”的概念，并且成立了“生态混凝土研究会”，专门研究开发生态混凝土。2001年，日本提出了《多孔植被混凝土河川护岸工法》，规范植生混凝土的工程研究和应用，使植生混凝土在工程中的应用变得有据可查。

虽然欧美国家在多孔混凝土方面研究较早，但将其应用到植物生长方面，开发多孔混凝土的生态功能的晚于日本。我国对植生混凝土的研究和开发起步较晚，但近几十年来，国内对植生混凝土做了大量研究，取得了一定的研究成果，并在一些示范工程中得到了应用。

2 植生混凝土的技术特点

植生混凝土是经特殊工艺由水泥、粗骨料和水拌制而成的，具有较大连通孔隙，并在孔隙内填充了适生材料，使植物能够在其中生长的生态混凝土。其技术特点如下：

2.1 具有较大的孔隙率

植生混凝土结构最大的特点就是其孔隙率非常大，而且孔洞尺寸较大。植生混凝土的孔隙率在15%―40%之间不等，一般在20%―30%之间。此外，植生混凝土的孔洞大小较普通混凝土大很多，其孔洞大小平均在15mm左右。

为满足植物生长需要，植生混凝土需要较大孔隙率。但孔隙率会影响混凝土强度，孔隙率增加时，混凝土强度相应会减小。因此需要根据工程实际需要，设计合适的孔隙率，使孔隙直径既能满足工程结构强度要求，不会过大致使结构松散，结构强度达不到工程要求；也不会过小造成透水、透气性能差，适生材料填充不足，植物生长情况不良。根据日本生态混凝土护岸工法规定，对以植生为主的护岸，一般要求植生混凝土的28d抗压强度在10MPa以上；对植生混凝土的孔隙率则要求在21%―30%之间，以使植物的根系能深入到孔隙中。

2.2 碱性改良

普通混凝土中，水泥的水化反应会产生Ca（OH）2，使混凝土呈现强碱性，一般混凝土的 PH值大概在12以上，而植物的生长环境pH值范围在3.5―9.5之间，因此，一般混凝土不适宜植物生长。为了满足植物生长需要，需降低混凝土的碱性，对植生混凝土进行碱性改良。

为满足植物生长需要，需降低混凝土的pH，但降低混凝土的pH值会减小其结构强度。因此，需根据工程实际需要，试验并调节混凝土合适的pH值，使其既能满足植生需求又不妨碍混凝土长期性能。一般植生混凝土 PH位于8―9之间较好。

为降低混凝土的pH，可采用低碱度水泥制备植生混凝土。我国低碱度水泥储备不多，通常采用硅酸盐水泥代替理想的低碱度水泥。但硅酸盐混凝土的pH值一般要超过9，仍会对植物的生长产生一定的阻碍作用，仍需进行碱性改良。

对植生混凝土碱性改良的方法主要三种方法：①中和法：在混凝土的混合原料中，加入适量的酸性物质，以中和水泥水化作用产生的氢氧化钙，从而达到降低PH值的目的；②释放消除法：延长植生混凝土的自然氧化时间，释放消除混凝土中的碱性物质。主要是通过必要的阳光照射、紫外线照射等方法进行消除；③封闭法：在成型的植生混凝土表面，喷洒一层氧化薄膜，将混凝土内的碱性物质封闭在薄膜内，使其碱性物质不能释放，从而使混凝土释放的碱性物质不会进入植物根系环境，改善植物生长环境，避免碱性物质影响到对植物的根系。

2.3 填充适生材料

植物生长需要养分和锁住养分以及固定根系的载体，单靠多孔混凝土无法为植物生长提供必需的养分。因此，需要在植生混凝土的孔隙中填充酸碱度适宜、渗透性良好、并且能锁住养分的适生材料，为植物生长提供原料和养分，并为根系生长和固定提供载体。

适生材料一般由土壤、肥料、保水保肥添加剂组成，也可以直接采用天然土壤。适生材料的原料取材范围比较广泛，天然土壤、粉煤灰、草木灰、蛭石、珍珠岩、泥炭土等均可作为适生材料的原料。但蛭石、珍珠岩、泥炭土来源范围较窄，价格昂贵，在工程应用时，取材不便，且不经济，因此工程应用价值小；而天然土壤、粉煤灰、草木灰等原料来源范围广，原料价格低廉，工程应用要更广泛一些。粉煤灰作为工业废料，使用粉煤灰可化废为宝，更符合节能环保理念，有较好的生态效益和经济效益。

适生材料填充方法主要分为动力法和非动力法。非动力法填充不需提供动力，主要利用适生材料自身重力，使泥浆体自然渗入植生混凝土孔隙内，填充植生混凝土的孔隙。动力法主要有震动法和高压法，震动法是使用震动的方式，将泥浆捣入植生混凝土的孔隙中；高压法是使用高压喷枪，将调配好的适生材料泥浆喷入植生混凝土的孔隙中。

3 植生混凝土在水利工程中的应用案例

1993年，日本研究开发出了植生型混凝土。随后，在1994年，日本研究者将植生混凝土应用到茨城县那珂河中进行工程实验。该工程实验中，选用的植物主要有立文斯牛毛草、狗牙根和肯塔基早熟稻等。实验中，植物播种后，不再进行人工管理，使植物自然生长，当植物生长到一定高度后，再进行人工收割、焚烧，完成一次植物生长周期。经过38个月的实验研究发现，所选用的各种植物，种植在植生混凝土上的萌芽率均较高，而且萌芽后植物生长状况良好。该实验的成功，证明了植生混凝土可以用做植物生长生的基层，植物可以长期良好地在植生混凝土中生长。并且，植生混凝土可以很好地应用于河道整治工程中，具有良好的生态效果。

2004年，江苏在三阳河整治工程中采用了植生混凝土护坡，护坡坡面面积约1200m2，该工程中，坡面植物选取了白三叶、结缕草、千屈菜、狗牙根、雨久花、黄营蒲等。施工完毕并播种2周后，植物幼苗开始出土生长，种植2个月后，坡面植物高度达5―150cm，植物生长良好，植被根系基本穿透植生混凝土，深入坡内土层。

2005年，江苏在淮河入海水道防护工程中，采用了植生混凝土护坡，防护的坡面面积约33000m2，坡面植物主要采用狗牙根、三叶草。工程实施后，坡面植被生长茂盛，长势喜人，生态景观良好。

2007年，陈杨辉等[1]报道，对上海市黄浦江生态护坡示范工程采用植生混凝土生态护坡，示范工程长400m，护坡宽15m。工程中，除前期的栽苗、施肥和浇水外，其生长过程基本采用粗放式管理。结果植物长势喜人，植物多样性良好，多种植物错落有致，并且在混凝土间隙中，发现有螃蟹等动物，形成了良好的生态景观，重现了生物多样性。既保护了岸坡安全稳定，又保护了水体生态环境。

2008年，刘峰等[2]在泰州周山河河道治理工程中，采用了植生混凝土护坡技术。该工程整治河道长约120m。结果既实现了加固、保护岸坡的功能，又实现了植物在水中生长，改善了河道的景观，完善了河道生态系统，达到了净化水质的作用。

2010年，吕立祥[3]报道了绿化用的多孔混凝土成了上海浦东新区建设生态河道的主力军。该研究结合园林绿化的实际需要，根据立体环境特点进行植生混凝土植被砖的制备研究。筛选适合种植的植物，主要选用了水葱、黄菖蒲、水生美人蕉等。最后研究出了一套能够应用于立体绿化的植生混凝土的植被砖的制备方法，进行小范围立体绿化示范点建设。

2016年，罗建安[4]报道，在乌涂溪河道堤坡加固处理中，采用植生混凝土预制块护坡，该工程治理总河长5.971km。工程建成后，岸坡结构安全稳定，而且水土保持效果良好，植物生长茂盛，还在混凝土生态孔中观察到多种水生动植物。河道生物多样性和生态环境得到显著的改善。

4 结语

植生混凝土通过植物与混凝土结合，在水利护坡工程中应用，不仅能提高坡面稳定性和抗侵蚀性，避免坡面滑坡、泥石流、水土流失等地质灾害，而且对坡面动植物生长发育，生物多样性的改善，河道生态环境的改善，以及整个自然生态系统的改善，都是有利的。植生混凝土作为一种兼顾生物相容性和工程功能性的新型防护材料，在水利护坡工程中发挥重要作用，具有十分重要的研究意义。□

参考文献：

[1]陈杨辉，吴义锋，吕锡武.生态混凝土在河道护坡中的应用[J].中国水土保持，2007（6）：42-43.

[2]刘峰，颜庭成.现浇透水性生态混凝土在河道边坡工程中的应用[J].地质学刊，2011（4）：416-423.

[3]吕立祥.绿化混凝土成浦东建设生态河道主力军[N].中华建筑报,2010-05-25（004）.

[4]罗建安.浅析生态混凝土预制块在中小河流治理中的运用.江西建材，2016（22）：120．

Application of Eco-Porous Concrete in Hydraulic Engineering

Pu Shi

Abstract：Eco-porous concrete is a kind of environment friendly concrete with high porosity.It is improved in its alkaline and filled by suitablematerials，and plants can grow on it.It can improve the ecological environment by using eco-porous concrete in slope protection.

Keywords：concrete；ecological；hydraulic engineering

［中图分类号］TU 528.38

［文献标识码］B

［文章编号］1009-2846(2017)09-0008-03

［收稿日期］2017-08-21

［作者简介］ 蒲石(1987-)，男，辽宁本溪人，助工，从事水利工程管理。