常晨CHANG Chen

（中國(guó)鐵建港航局集團(tuán)有限公司，珠海 519000）

1 案例背景

多孔混凝土作為環(huán)保生態(tài)型混凝土的一種，其與普通混凝土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)區(qū)別在于多孔混凝土制備時(shí)缺失細(xì)骨料顆粒，使得骨料間不完全充填，由此形成了聯(lián)通孔隙的特性，具有透水透氣、降噪吸聲、輕質(zhì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。由于其高滲透性的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于水利、土木和交通工程等海綿城市的建設(shè)中。作為一種工業(yè)廢棄物，鋼渣強(qiáng)度高、棱角性好，產(chǎn)量日益增加。但現(xiàn)有廢棄鋼渣再利用技術(shù)與途徑不足，目前主要處理方式為堆積填埋，造成了土地資源的浪費(fèi)，并可能污染環(huán)境。將廢棄鋼渣回收利用，代替多孔混凝土中的粗骨料，不僅可以消化鋼鐵生產(chǎn)的工業(yè)廢料、解除耕地占用、減少環(huán)境污染，還可以提供廉價(jià)的綠色建筑材料，節(jié)省天然砂石資源，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

山東小清河復(fù)航工程范圍為規(guī)劃的濟(jì)南港主城港區(qū)至羊口港段復(fù)航工程，復(fù)航起點(diǎn)為濟(jì)南市荷花路跨小清河橋下200m 處（遷建柴莊節(jié)制閘處），終點(diǎn)為壽光羊口港，擬建航道全長(zhǎng)169.2km。試驗(yàn)段鋼渣多孔混凝土護(hù)坡方案考慮到示范效果和相關(guān)試驗(yàn)開(kāi)展的便利性，選擇小清河復(fù)航工程的濟(jì)南段開(kāi)展，擬定長(zhǎng)度3km。

2 護(hù)岸方案

2.1 護(hù)岸高程設(shè)計(jì)

確定護(hù)岸及護(hù)坡頂高程為兩側(cè)灘地高程，無(wú)灘地區(qū)段護(hù)岸頂高程以不影響大堤安全為準(zhǔn)；并頂部防護(hù)至河道原有河灘地，底部為防止基礎(chǔ)受進(jìn)一步淘刷而防護(hù)至河底；為保障生態(tài)效果，確定一級(jí)戧臺(tái)高程為最低通航水位+0.5m。方案設(shè)計(jì)合理，可操作性強(qiáng)。

圖1 生態(tài)混凝土護(hù)坡原理示意圖

圖2 小清河流域范圍及主要水系分布圖

2.2 護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

小清河河道較為順直，金家堰以上中心距較寬，約300～340m；金家堰至金家橋樞紐間大堤中心距較窄，約100～160m；金家橋以下航道水面變寬。小清河的土質(zhì)主要為粉土和粉質(zhì)粘土，地基承載力較好。斜坡式護(hù)岸和直立式護(hù)岸均具備建設(shè)條件?，F(xiàn)有護(hù)岸結(jié)構(gòu)選擇主要考慮結(jié)構(gòu)適應(yīng)性、穩(wěn)定性、環(huán)保性等要求，主要選擇原則如下：①一般區(qū)域采用現(xiàn)澆混凝土板+預(yù)制連鎖塊；②城鎮(zhèn)區(qū)域采用生態(tài)混凝土+生態(tài)拱；③在港口規(guī)劃作業(yè)區(qū)主要采用連鎖塊護(hù)面，作業(yè)區(qū)對(duì)岸考慮生態(tài)及水流影響，采用現(xiàn)澆混凝土板+生態(tài)拱；④在部分規(guī)劃作業(yè)區(qū)及其附近采用連鎖塊/生態(tài)混凝土+麥克加筋墊；⑤船閘附近護(hù)岸，部分區(qū)段采用生態(tài)混凝土護(hù)面。

以論文所選的試驗(yàn)段-濟(jì)南段為例，護(hù)坡方案如圖3所示。

圖3 小清河復(fù)航工程（濟(jì)南段） A 型護(hù)坡斷面

2.3 護(hù)岸施工方案

護(hù)岸工程主要包含格構(gòu)植草護(hù)坡（三級(jí)邊坡）、生態(tài)混凝土護(hù)坡（二級(jí)邊坡）、模袋混凝土護(hù)坡（一級(jí)）施工，按照開(kāi)挖一級(jí)、防護(hù)一級(jí)的原則實(shí)施護(hù)岸工程。岸坡開(kāi)挖成型、驗(yàn)收后立即實(shí)施護(hù)岸防護(hù)，減少邊坡暴露的時(shí)間。護(hù)岸工程施工工藝流程見(jiàn)圖4。

圖4 護(hù)岸工程施工工藝流程圖

3 試驗(yàn)段鋼渣多孔混凝土護(hù)坡方案

3.1 生態(tài)材料選擇

粗骨料：考慮骨料來(lái)源和成本，試驗(yàn)段使用工業(yè)廢棄鋼渣骨料代替天然石子骨料，以此實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢料的二次利用。鋼渣粒徑選用5～15mm，滿足《透水瀝青路面用鋼渣》GB/T 24766-2009 的要求。

礦物摻合料：采用粉煤灰、硅灰和礦粉等工業(yè)副產(chǎn)品部分替代建筑水泥，在提高生態(tài)混凝土性能的同時(shí)，進(jìn)一步減少環(huán)境負(fù)荷。其中粉煤灰滿足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596-2017）的要求，硅灰滿足《砂漿和混凝土用硅灰》（GB/T 27690-2011）的要求，礦粉滿足《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》（GB/T 18046-2008）的要求。

3.2 試驗(yàn)段護(hù)坡的結(jié)構(gòu)型式

護(hù)坡結(jié)構(gòu)平面布置、斷面和形式與原設(shè)計(jì)一致，設(shè)計(jì)強(qiáng)度滿足《港口及航道護(hù)岸工程設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》要求，坡面采用“會(huì)呼吸”的生態(tài)混凝土現(xiàn)澆完成，具體如下：

為滿足航道日常通航的順暢，河岸設(shè)計(jì)分兩部分澆筑：第一部分為航道底高程至一級(jí)平臺(tái)，第二部分為一級(jí)平臺(tái)至灘地頂。具體設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

護(hù)腳采用原方案中C25 混凝土格埂作為護(hù)底結(jié)構(gòu)，尺寸為1.5m×0.8m（高×寬），現(xiàn)有航道底高程為8.64～9.9m。航道底至一級(jí)平臺(tái)斜坡比為1:3，采用現(xiàn)澆生態(tài)混凝土護(hù)坡。其中航道底生態(tài)混凝土板厚度為0.15m，下面分別為0.1m 厚碎石墊層和400g/m2的土工布?？紤]到船型波的影響，一級(jí)平臺(tái)頂高程生態(tài)混凝土板厚度為0.3m，下面分別為0.1m 厚碎石墊層和400g/m2的土工布。

一級(jí)平臺(tái)頂高程為14.20m，中間設(shè)置2 道素混凝土格埂，尺寸為0.7m×0.35m（高×寬）；平臺(tái)寬度為2m，兩側(cè)分別設(shè)置0.7m×0.28m（高×寬）C25 素混凝土格埂，中間1.44m 采用現(xiàn)澆生態(tài)混凝土鋪面，厚度0.1m。

一級(jí)平臺(tái)至灘地頂高程之間采用生態(tài)混凝土護(hù)坡，斜坡坡比為1∶2.5，生態(tài)混凝土板厚度為0.15m，下面分別為0.1m 厚碎石墊層和400g/m2的土工布。生態(tài)混凝土上方土層為3-5cm，鋪撒草種后再覆蓋的土層厚度為3-5mm。坡頂采用0.7m×0.35m（高×寬）格埂壓頂。格埂外側(cè)種植灌木等綠植。斷面的結(jié)構(gòu)形式如圖5 所示。

圖5 現(xiàn)澆生態(tài)混凝土護(hù)坡設(shè)計(jì)示意圖

3.3 主要技術(shù)特點(diǎn)

采用相關(guān)專利工藝使戧臺(tái)以上的現(xiàn)澆鋼渣多孔混凝土表面產(chǎn)生分布均勻的直徑2.5cm，深6-8cm 的孔洞，內(nèi)部可以儲(chǔ)存一定數(shù)量的營(yíng)養(yǎng)土及水分，利于植物（百慕大、馬尼拉或高羊茅等）生長(zhǎng)和氣土間空氣與水分交換，同時(shí)提升景觀和生態(tài)功能。且生態(tài)混凝土底柱密布，使其能夠牢固的抓住底部土壤層，從而有效地起到抗沖刷，抗滑坡等效果。

對(duì)于戧臺(tái)下部來(lái)說(shuō)，鋼渣多孔混凝土凹凸不平的表面和連續(xù)孔隙，能夠使微生物及河流底棲生物等在多孔混凝土中生息，通過(guò)生物層的作用提升生境功能的同時(shí)產(chǎn)生凈化水質(zhì)的效果。

4 鋼渣多孔混凝土護(hù)坡施工工藝

4.1 施工測(cè)量

①建立施工測(cè)量控制網(wǎng)。施工軸網(wǎng)的測(cè)量，按先整體后局部進(jìn)行，用全站儀、水準(zhǔn)儀進(jìn)行網(wǎng)點(diǎn)的測(cè)設(shè)，并進(jìn)行閉合差校核。工程的定位點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置牢固。②軸線控制及測(cè)量方法。根據(jù)地面導(dǎo)線控制網(wǎng)點(diǎn)，利用GPS 將軸線依次引測(cè)到施工場(chǎng)地上，曲線部分先確定軸線主點(diǎn)，再增加曲線內(nèi)鋪點(diǎn)的方法測(cè)定軸線。用經(jīng)緯儀測(cè)放軸線、水準(zhǔn)儀測(cè)量高程。③高程測(cè)量。根據(jù)確定的水準(zhǔn)點(diǎn)或已知高程點(diǎn)引測(cè)，引測(cè)高程可用附合法或往測(cè)法，并進(jìn)行閉合差校核。根據(jù)已知水準(zhǔn)點(diǎn)，引測(cè)并建立施工場(chǎng)地高程控制網(wǎng)，高程控制點(diǎn)引測(cè)時(shí)，儀器宜在兩測(cè)點(diǎn)間等距安放，并進(jìn)行環(huán)向閉合差校核。④施工放樣。根據(jù)施工圖紙測(cè)放生態(tài)混凝土護(hù)坡底格梗軸線和護(hù)坡頂軸并釘入控制樁，通過(guò)水準(zhǔn)儀測(cè)量格梗開(kāi)挖高程及深度。

4.2 坡面整理

按照測(cè)量放好的線，根據(jù)設(shè)計(jì)坡比，進(jìn)行削坡并精整坡面；按設(shè)計(jì)高程、寬度和深度，開(kāi)挖多余土方運(yùn)出場(chǎng)外指定位置。機(jī)械開(kāi)挖預(yù)留10cm 由人工開(kāi)挖，坡面采用人工細(xì)致整平，清除所有的巖石、碎泥塊、樹(shù)根、玻璃、混凝土塊等垃圾和障礙物。清除作業(yè)面雜物及松動(dòng)巖塊，對(duì)坡面轉(zhuǎn)角處及坡頂?shù)睦饨沁M(jìn)行修整，將作業(yè)面平整。施工前作業(yè)面的凹凸度平均為±15cm，最大不超過(guò)±30cm。開(kāi)挖過(guò)程中，經(jīng)常測(cè)量校核開(kāi)挖平面位置、標(biāo)高、控制樁號(hào)、邊坡坡度等是否符合設(shè)計(jì)圖紙要求。

坡面整修后及時(shí)報(bào)驗(yàn)，及時(shí)進(jìn)行下道工序施工，防止整修好的邊坡暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，坡面被人工或雨水破壞。

4.3 錨桿施工

邊坡開(kāi)挖成型后進(jìn)行錨桿鉆孔、安裝、注漿施工，采用Φ28 錨桿，間距3.0m，垂直于坡面方向，孔內(nèi)灌注M30 砂漿，錨桿位于縱橫骨架交叉處。

4.3.1 錨桿鉆孔

按設(shè)計(jì)平面圖要求，在錨桿施工前，測(cè)量放樣固定樁位置，并做好測(cè)量放線交底。

錨桿采用履帶式潛孔鉆機(jī)鉆孔，錨桿鉆孔孔徑為80mm。施工時(shí)，鉆進(jìn)速度應(yīng)與地層巖質(zhì)相對(duì)應(yīng)。鉆至設(shè)計(jì)孔底后于底部穩(wěn)鉆30s，保證孔底深度滿足要求。鉆進(jìn)過(guò)程中如遇鉆進(jìn)困難，地層地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)不符時(shí)停鉆并報(bào)設(shè)計(jì)說(shuō)明情況，鉆孔完成后對(duì)孔深進(jìn)行驗(yàn)收。

鉆孔時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的孔位、孔深與角度進(jìn)行施工。鉆孔的質(zhì)量與速度直接影響錨桿安裝質(zhì)量與速度。

錨桿孔位確定了錨桿的間距，錨桿位置的偏差控制在±50mm 以內(nèi)。

鉆孔直徑符合設(shè)計(jì)要求。避免鉆孔過(guò)小，桿體不能順利安裝；鉆桿過(guò)大，影響錨固效果與錨固長(zhǎng)度。孔徑偏差控制在-20mm～+40mm 內(nèi)。

鉆孔深度嚴(yán)格控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，鉆孔深度過(guò)大，錨桿端頭不能推至孔底，影響錨固長(zhǎng)度與效果。孔深偏差控制在0mm～+250mm 內(nèi)，錨桿外露長(zhǎng)度控制在0mm～50mm 內(nèi)。

鉆孔保持直線，不出現(xiàn)彎曲或臺(tái)階，使桿體能順利插入鉆孔。

鉆孔角度嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)控制，偏差不超過(guò)4°。

4.3.2 錨桿安裝

向鉆孔安放錨桿桿體前，將孔內(nèi)巖粉和土屑清洗干凈。插入錨桿時(shí)將注漿管與錨桿同時(shí)放入鉆孔，注漿管插入距孔底300mm～500mm 處。

4.3.3 孔內(nèi)注漿

錨桿按照后立即進(jìn)行注漿，注漿采用P.O.42.5 普通硅酸鹽水泥配制的M30 砂漿。砂漿自孔底向外灌注，隨著水泥漿的灌入，逐步地注漿管向外拔出直至孔口，拔管過(guò)程中保證管口始終埋在水泥漿內(nèi)。待孔口溢漿，即可停止注漿。注漿后，在砂漿凝固前，不得敲擊、碰撞和拉拔錨桿。

4.4 格梗土方開(kāi)挖及混凝土澆筑

①模板。按放線邊線，安裝定型模板，做到橫平豎直，高程復(fù)測(cè)準(zhǔn)確，支撐固定穩(wěn)定。

②材料配合比。定時(shí)校驗(yàn)，并保持配合比準(zhǔn)確。骨料含水率應(yīng)經(jīng)常測(cè)定。雨天施工時(shí)，應(yīng)增加測(cè)定次數(shù)。

③攪拌。采用JGZR350 自落式攪拌機(jī)。裝料順序?yàn)槭印唷饧觿?/p>

攪拌時(shí)間根據(jù)配合比變化和現(xiàn)場(chǎng)拌合料和易性的不同適當(dāng)調(diào)整。拌制過(guò)程中應(yīng)根據(jù)拌合料所要求的均勻性、硬化強(qiáng)度增長(zhǎng)以及生產(chǎn)效率等多種因素，調(diào)整攪拌時(shí)間。

雨期施工要多次檢測(cè)鋼渣骨料的含水率，隨時(shí)調(diào)整粗骨料和水的用量。

④混凝土的運(yùn)輸?；炷了竭\(yùn)輸采用翻斗車，不便于行駛的地方采用手推車，垂直運(yùn)輸采用溜槽。混凝土應(yīng)以最少轉(zhuǎn)載次數(shù)和最短時(shí)間，從攪拌地點(diǎn)運(yùn)至澆筑地點(diǎn)。

⑤混凝土澆筑?；炷敛捎萌斯?溜槽澆筑。澆筑時(shí)，嚴(yán)格控制混凝土坍落度，確保側(cè)壁、底板一次成型。混凝土振搗時(shí)，加強(qiáng)對(duì)模板的觀察及加固，避免出現(xiàn)漲模等現(xiàn)象。

⑥模板拆除、混凝土養(yǎng)護(hù)。在混凝強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa 時(shí)拆除模板?；炷敛捎脼⑺耩B(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不小于14d。

4.5 現(xiàn)澆鋼渣多孔混凝土護(hù)坡施工

本技術(shù)的主要特點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)澆筑操作簡(jiǎn)便，現(xiàn)澆生態(tài)混凝土有很好的整體性，獨(dú)特的工藝使混凝土表面均勻分布直徑2.5cm、深6-8cm 的孔洞，使其內(nèi)部?jī)?chǔ)存一定的營(yíng)養(yǎng)土及水分，能使表面植物生長(zhǎng)更為理想，并且生態(tài)混凝土底柱密布，能夠牢固地抓住底部土壤層，從而起到抗沖刷、抗滑坡等效果。

①現(xiàn)澆鋼渣多孔混凝土物料。廢棄鋼渣骨料、水泥、水、多種元素的添加劑，現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，根據(jù)不同的土質(zhì)、氣候、溫度等情況作適當(dāng)調(diào)整，攪拌時(shí)間應(yīng)滿足每粒石子都有水泥漿包裹。

②生態(tài)混凝土施工。生態(tài)混凝土按配合比將水泥、骨料、添加劑和水加入攪拌機(jī)，拌合后出料運(yùn)至工作面澆筑在格構(gòu)梁內(nèi)整平，生態(tài)混凝土孔隙率控制在20%～30%。

控制好生態(tài)混凝土的澆筑溫度、澆筑次序、澆筑速度，確保生態(tài)混凝土質(zhì)量；要求混凝土外表平整，振搗適宜，不呈現(xiàn)沉降現(xiàn)象，控制好澆筑厚度。澆筑完畢的生態(tài)混凝土表面，3 天內(nèi)禁止人員行走、行車及加載負(fù)荷。澆筑作業(yè)面初步起強(qiáng)后，每天進(jìn)行早晚灑水養(yǎng)護(hù)。

③植草?，F(xiàn)澆鋼渣多孔混凝土澆筑完成后將鋪設(shè)營(yíng)養(yǎng)土和種植土。作業(yè)面澆筑完成7 天后進(jìn)行生態(tài)植被層作業(yè)。將按配比混拌好的生態(tài)土覆蓋在生態(tài)混凝土上，耙平，撒草籽。覆蓋15～50g/m2的無(wú)紡布用于初期保墑，無(wú)紡布用鉛絲或竹簽扦插固定。

覆蓋無(wú)紡布養(yǎng)護(hù)后，28 天內(nèi)視天氣情況澆水養(yǎng)護(hù)：晴熱天氣蒸發(fā)量大時(shí)在早上6 點(diǎn)～7 點(diǎn)澆透水一遍，陰雨天氣無(wú)需澆水。

種草前根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚯闆r，表面撒保濕劑適量，后撒專用營(yíng)養(yǎng)土，灑水后再鋪4cm 厚種植土，使保水劑營(yíng)養(yǎng)土能充分滲入到生態(tài)混凝土孔隙里，更有利植草的生長(zhǎng)，綠化覆蓋率可達(dá)90%以上。

5 應(yīng)用后生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益

施工完成后一個(gè)月對(duì)試驗(yàn)段鋼渣多孔混凝土護(hù)坡進(jìn)行了植被覆蓋效果、水質(zhì)凈化測(cè)試及水土固化測(cè)試，具體效果如下：

①植被覆蓋效果：戧臺(tái)以上的生態(tài)混凝土植被覆蓋率可達(dá)95%以上，具有良好的景觀性，并能提高工程區(qū)的生物多樣性。如圖6 所示。

圖6 生態(tài)混凝土護(hù)坡效果圖

②生態(tài)提升和水質(zhì)凈化效果：戧臺(tái)以下（水中）的生態(tài)混凝土可降解水中的污染物質(zhì)（如氨氮、磷等），使水質(zhì)得到凈化。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)表明：施工完成一個(gè)月后，氨氮累積消去率達(dá)45%，總磷消去率達(dá)70%。生態(tài)混凝土透水表面和連續(xù)孔隙能夠使微生物及河流底棲生物等在其中生息，通過(guò)生物層的作用提升生態(tài)功能的同時(shí)產(chǎn)生凈化水質(zhì)的效果。

③固化水土效果：生態(tài)混凝土上方的植物根系可穿過(guò)孔隙，與基層土相連接，抗沖刷能力大于5m/s，能夠有效阻止水土流失，并實(shí)現(xiàn)氣土間的水分交換。

6 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了綠色航道和生態(tài)護(hù)坡的概念，結(jié)合小清河復(fù)航護(hù)岸工程，提出了基于鋼渣多孔混凝土的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)進(jìn)行綠色航道建設(shè)的設(shè)計(jì)理念、施工工藝，比較了與原設(shè)計(jì)方案之間的差異并對(duì)施工后的護(hù)坡進(jìn)行了生態(tài)效益評(píng)價(jià)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明鋼渣多孔混凝土在生態(tài)護(hù)坡的使用中可有效提高工程的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益，是一種有潛力的綠色航道工程材料。