“柔性生态砼护坎”在生态治理中的应用试验

陈小明 李小军

摘要：我县乃至陕南坡耕地数量多、分布广泛，是水土流失的主要策源地。治理水土流失的是保护耕地资源、实现脱贫、振兴乡村的重要措施。由于地形陡、降水量大、膨胀土分布广泛。传统石坎梯田工程量大、造价高，施工周期长，石料消耗多，环保限采后石料来源非常困难。在省水保局提出“柔性生态砼护坎”概念设计的基础上，我们结合水保工程治理实地情况进行了一系列实验，并取得了初步成功，该实验充分体现了环保成本低、经济效益优、施工效率高、功能稳定、群众欢迎，体现生态性、筒单性、经济性和效率性。保证了水保工程能够满足社会发展需求，同时进一步提高水保工程建设质量，进而推动水保工程适应现代的发展。

关键词：柔性生态砼；治理；试验

引言

我县陆续试验过钢筋砼构件和砼预制砖护坎，均没有很好的解决造价、地形适应性、施工简便性、功能稳定性等问题。柔性生态砼护坎的柔性生态体现在两个方面，是外观可绿化，二是力学原理是“柔性的”，构件允许适量变形、抗变形。可绿化是护坎留有台阶式土壤空隙，可供植物生长。柔性力学原理是将砼预制件与土体形成结合体，充分利用土体自身重量和护坎的柔性结构抵抗水力侵蚀、膨胀变形或冻土变形造成的边坡破坏，完全不同于传统石坎被动抵抗土压力的挡墙式设计。结构设计是利用“L”型薄壁砼构件，与土壤形成结合体，留台叠压形成护坎。

1概述

从2017年秋季至2019年秋季，我县率先进行了实地试验，经过3年时间的冬春季低温和夏秋降水考验，目前已完成的还未发现破坏和失稳现象，概念试验获得初步成功。主试验区位于白水江镇权力村和徐家坪镇猫儿沟村，试验面积约140亩，实验坎高1.2～3.0米，相比传统石坎梯田，工程量节省3/4，施工速度提高3倍，施工安全性显著提高，很受当地群众欢迎，施工单位也比较积极，因此我们在后两年将试验扩大到500亩以上，局部试验坎高达到了3米。从实验至今均保存完好，无一损坏。

2应用试验

预制“L”薄板护坎主要采用断面两翼宽30cm，长度50cm，厚度5cm左右，内侧倒圆角，采用C20混凝土预制，混凝土预制件内配φ4.5的冷拔丝，为保证稳定，预制件不宜超过6层，田坎高可为1.8m以内。砌筑时基础埋深20cm,每层的预制板平行咬合紧密排列，每2层之间预制板错缝排列，每层错后10cm，错台栽植韭菜，埂坎顶部栽植当地红葱作生物护埂。其主要优势有：

①缓解了石坎梯地石料供应不足的矛盾。近年来随着环保督查力度不断加强，致使项目建设所用的石料、河砂、水泥等主要原材料价格暴涨，工程建设投资剧增。特别是全县所有采石厂和采砂厂全部关停，导致石料无法保证，影响了工程进展。柔性生态砼护坎所用材料主要为水泥、河砂、石子，避免了开山取石对植被和山体的破坏，造成人为水土流失，既保护了生态环境，又保证工程建设进度的需要。

②突破了梯地施工的季节限制。柔性砼护坎在筑坎材料上突破了原来土坎、石坎、土石混合坎和草灌坎梯地的局限，应用混凝土薄板构件挡住流失的土壤，施工受季节限制不大，可以常年预制，冬春农闲季节集中安装。

③与传统石坎梯地对比投资错差不大，安装速度明显提高。以地坎高1.8 m为例，石坎梯地顶宽0.4m,底宽0.8m,基础埋深0.3m，每米需砌石1.14m³，块石采购价加二次到运费，以及砌筑人工费为200元/ m³，每米综合成本在230元左右；柔性生态砼护坎6层，12块板,每块板安装到位25元计算，每米综合成本为240元。施工速度对比，人工干砌块石每人每天为1.4m³,每天砌筑1.2m,柔性生态砼护坎平均每人每天安装44块，可安装3.6m。施工速度上大大提高。由于单个预制件重量在32kg左右，人力搬运也比较方便，安装完成后田块内基本无废渣。而石坎砌筑后田块内残留废石渣较多，需要进行处理。

④整体稳定性好，抗变形能力强。我县2018年7.14洪灾前后的35天，累计降水369mm，最大单日降水89mm，土坎和石坎梯田出现严重损毁（见图），但柔性生态砼护坎在设计高度（1.5m）左右完好无损，超设计高度1倍（3m）情况下仅有较大变形（约35cm）而整体稳定（见图）。主要优缺点对比见下表。

传统石坎与柔性生态砼坎优缺点对比表
序号	对比项	传统石坎	柔性生态砼坎
1	造价	合适	稍高
2	稳定性	断面大，自重大	自重小，稳定性较好，抗变形能力强。
3	材料来源	采石场购买	可现场生产，可厂家购买
4	优点	对地形条件、土质要求不高。	材料来源方便，易于制作运输。
5	缺点	采石厂关停，石料来源少，运距远倒运费高。	对基础土质夯实要求较高
6	群众接受度	传统方法，群众易接受。	试验区群众接受度高
7	推广难度	受原材料影响大面积实施较难。	容易

初步安装成型整体效果图

绿化后效果图

同期石坎损毁情况（7.14暴雨）

超高实验坎变形情况（7.14暴雨）

3施工注意事项

3.1做好混凝土预制构件生产。一是在实施地块就近选择水、电、路三通的地块，平整夯实后作为预制场地；二是按确定的构件设计方案，制作出相应的模具并购置配套的振捣器；三是做好水泥、钢筋、铁丝、河砂、石子等主要材料质量关，严格按照设计配合比施工，做好浇筑、震捣、养护。

3.2预制件安装。安装时按照水平等高、大弯就势、小弯取直的原则，总体上按照布局合理、坎埂舒展、圆滑流线、地面平坦、长宽适宜、挖填平衡的要求，确定坎埂线，按设计安装构型构件，再逐层填土、夯实，直到设计的坎高。

3.3做好地面平整和防护措施。就近运土，生土垫下，熟土盖面，挖填结合，填方要求预留一定的沉陷高度。在构件板缝间种上黄花、韭菜等经济植物，既可护埂，又有一定的经济收益。

4结语

从目前情况看，该试验项目是可行的。现行结构尺寸在坎高1.8米以下保持稳定是非常可靠的。下一步试验的主要任务:一是优化构件预制工艺，节约预制成本，进一步降低工程造价。二是继续观察较高坎的变形稳定。我们将再试验再总结再提高，力争完成好该项目并做好技术推广工作。

参考文献

[1]陕西省水土保持局办公室.陕西水土保持生态建设报.2018第期,2018,05/13.

[2]张克恭, 刘松玉.《土力学》（第三版）.2010,10月.

[3]李廉锟. 《结构力学》（第四版）.  2004,07月.

[4]孙训方. 《材料力学》（第五版）. 2020,9月.

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