CN111827200A - 一种交互式生态河岸绿化混凝土挡墙及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种交互式生态河岸绿化混凝土挡墙及其施工方法,该挡墙包括依次层叠的碎石垫层、混凝土垫层、有机纤维大孔混凝土层,所述有机纤维大孔混凝土层有有机纤维大孔混凝土浇筑而成,所述有机纤维大孔混凝土层孔隙率为20%~35%,孔隙大小为3~25mm,渗透率为10~250mm/s,抗压强度为5~10MPa。本发明通过采用有机纤维大孔混凝土制作河岸挡墙,该有机纤维大孔混凝土内部具有大量的连通孔隙,具有高渗透率,同时具有较强的力学性能,可以提供挡墙内外物质交换所需的孔隙和动力,并避免坍塌移动。

Description

一种交互式生态河岸绿化混凝土挡墙及其施工方法
技术领域
本发明属于水利工程和河道生态修复工程技术领域,尤其涉及一种交互式生态河岸绿化混凝土挡墙及其施工方法。
背景技术
河岸受到水流冲刷,容易发生淘蚀和坍塌,为了保护河岸,在迎流顶冲和坡度较陡的位置需要建造挡墙保护河岸。传统挡墙主要采用浆砌块石、干砌块石、预制混凝土块体、现浇混凝土等硬质化材料和结构形式制成。此类硬质化挡墙引起了各种生态问题:硬质化挡墙将河岸表面封闭起来,阻断了河流水域生态系统与岸上陆地生态系统之间的有机联系,隔绝了二者之间的物质交换,造成生物栖息地丧失或连续性中断,加速了栖息地破碎化与边缘效应的发生。由于河流水域与岸上陆地无法进行物质交换,在河岸上繁衍生息的原生生物食物链被断开,造成大量生物不能继续生存,进而使河流栖息地的多样性受到破坏。而生境多样性是生物群落多样性的基础,从而进一步破坏了生物群落的多样性,影响河流生态系统的健康。生存环境破坏,河岸带具有净水功能的微生物种群受到抑制,河水失去自净能力,水质恶化。河岸生态系统结构的破坏,最终对人们的生活质量和身心健康带来不利影响。同时,此类硬质化护岸挡墙普遍显白色,“硬化、渠化、白化”严重,死板僵硬,使河岸失去了原有的绿色生机,视觉效果不佳。另外,硬质化挡墙造价较高,经济性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种交互式生态河岸绿化混凝土挡墙及其施工方法,该挡墙具有高的孔隙率和渗水性能。
为实现上述目的,本发明采用以下的技术方案。
一种交互式生态河岸绿化混凝土挡墙,包括依次层叠的碎石垫层、混凝土垫层、有机纤维大孔混凝土层。
所述有机纤维大孔混凝土层由有机纤维大孔混凝土浇筑而成,所述有机纤维大孔混凝土配合比参数包括:
胶凝材料用量为180~350kg/m3
单位用水量60~120kg/m3
水胶比0.25~0.35;
硅灰掺量为胶凝材料质量的0~15%;
矿渣粉掺量为胶凝材料质量的0~50%;
粉煤灰掺量为胶凝材料质量的0~25%;
减水剂掺量为胶凝材料质量的0.6%~2.5%;
有机纤维0.2~0.9kg/m3
粗集料用量为1350~1600kg/m3
无砂。
所述粗集料粒径为5~40mm,压碎值不大于10%,针片状颗粒含量(按质量计)不大于10%、含泥量(按质量计)不大于0.8%、表观密度不小于2500kg/m3、紧密堆积密度不小于1350kg/m3、孔隙率不大于47%。
所述有机纤维大孔混凝土层孔隙率为20%~35%,孔隙大小为3~25mm,渗透率为10~250mm/s,抗压强度为5~15MPa。
所述粗集料粒径为5~40mm,例如5~20mm、5~31.5mm或5~40mm。
所述交互式生态河岸绿化混凝土挡墙的抗压强度为20~30MPa。
所述碎石垫层高度为8~20cm。
所述混凝土垫层高度为10~20cm。
所述有机纤维大孔混凝土层厚度为30~100cm,高度为50~300cm,分缝长度为50~100m,缝内可填嵌柔性结构材料。
一种交互式生态河岸绿化混凝土挡墙的施工方法,包括如下步骤:
1)清理、加固地基,使用碎石整平,形成碎石垫层;
2)在碎石垫层上浇筑混凝土垫层;
3)在混凝土垫层上浇筑有机纤维大孔混凝土,形成有机纤维大孔混凝土层。
步骤3)中,所述压实成型采用分层压实成型方法,所述分层厚度为20~50cm。
步骤1)中,所述碎石的粒径为5~50mm(例如选自5~20mm、5~31.5mm、5~40mm、16~31.5mm、20~40mm、30~50mm中的任意一种或几种的任意组合)压碎值不大于15%、表观密度不小于2500kg/m3、紧密堆积密度不小于1350kg/m3、孔隙率不大于45%。
步骤2)中,所述混凝土垫层由配比参数如下的混凝土浇筑而成:水胶比0.40~0.60;砂率28%~38%;单位用水量150~220kg/m3;硅灰掺量为胶凝材料质量的0~15%;矿渣粉掺量为胶凝材料质量的0~50%;粉煤灰掺量为胶凝材料质量的0~30%;减水剂掺量为胶凝材料质量的0~2.5%。
所述硅灰总碱量不大于1.5%、二氧化硅含量不小于85%、氯含量不大于0.1%、含水量(粉料)不大于3.0%、含固量(液料)生产控制值的±2.0%、烧失量不大于4.0%、需水量比不大于125%、比表面积(BET法)不小于15m2/kg、活性指数(7天快速法)不小于105%、抑制碱骨料反应性14天膨胀率降低值不小于35%、抗氯离子渗透性28天电通量之比不大于40%。
所述有机纤维为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维、聚乙烯醇纤维、芳纶纤维中的至少一种,长度3~15mm。
相对于现有技术,本发明通过采用特定配比的有机纤维大孔混凝土制作河岸挡墙,由于有机纤维大孔混凝土内部具有大量的连通孔隙、高渗透率及较强的力学性能,使得制得的挡墙能够为内外物质交换提供所需的孔隙和动力,并避免坍塌移动。
附图说明
图1为实施例1的挡墙结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种交互式生态河岸绿化混凝土挡墙(以下简称挡墙),其结构如图1所示,在素土夯实上由下而上包括依次层叠的碎石垫层、混凝土垫层和有机纤维大孔混凝土层。
其施工方法包括如下步骤:
1)开挖清理地基土,对软弱基土进行加固处理,使用碎石整平,形成高度为8cm的碎石垫层。
2)在碎石垫层上浇筑高度为10cm的混凝土垫层。
3)在混凝土垫层上立模(钢模板),模内浇筑有机纤维大孔混凝土,分层(分层高度为25cm)压实成型,形成厚度为30cm,高度为100cm,分缝长度为50m的有机纤维大孔混凝土层,在缝内填嵌聚乙烯泡沫板软性结构材料。
4)洒水养护至28天。
在浇筑挡墙前可在河岸表面铺设土工布;在有机纤维大孔混凝土层养护结束后可以在有机纤维大孔混凝土层顶部浇筑压顶混凝土层,以便建造护栏、景观台等。
所述碎石的粒径为5~20mm,压碎值7.5%、表观密度2630kg/m3、紧密堆积密度1600kg/m3、孔隙率39.2%。
所述有机纤维大孔混凝土配合比参数为:胶凝材料用量为250kg/m3;单位用水量75kg/m3;水胶比0.30;粉煤灰掺量为胶凝材料质量的15%;减水剂掺量为胶凝材料质量的1.5%;有机纤维0.3kg/m3;粗集料用量为1600kg/m3;无砂。
用于制备所述胶凝材料的水泥采用42.5R普通硅酸盐水泥。
水采用天然水。
粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。
减水剂采用萘系高效减水剂。
有机纤维采用聚丙烯纤维。
所述粗集料选自连续级配碎石,粒径规格为5~20mm,压碎值7.5%,针片状颗粒含量(按质量计)3.8%、含泥量(按质量计)0.2%、表观密度2630kg/m3、紧密堆积密度1600kg/m3、孔隙率39.2%。
所述混凝土垫层由配比参数如下的混凝土浇筑而成:水胶比0.50;砂率37%;单位用水量165kg/m3;粉煤灰掺量为胶凝材料质量的25%;减水剂掺量为胶凝材料质量的0.8%。其中所用水泥、水、粉煤灰和减水剂种类与有机纤维大孔混凝土相同。
对有机纤维大孔混凝土进行测试,测试结果表明,本实施例采用的有机纤维大孔混凝土孔隙率为30.5%,孔隙大小分布在5~14mm之间,渗透率为87mm/s,抗压强度6.5MPa。同时,对垫层进行力学性能测试,结果表明垫层的抗压强度26.7MPa。
实施例2
本实施例提供一种交互式生态河岸绿化混凝土挡墙,由下而上依次包括碎石垫层、混凝土垫层和有机纤维大孔混凝土层。
其施工方法包括如下步骤:
1)开挖清理地基土,对软弱基土进行加固处理,使用碎石整平,形成高度为20cm的碎石垫层.
2)在碎石垫层上浇筑高度为20cm的混凝土垫层。
3)在混凝土垫层上立模(可采用木模板),模内浇筑有机纤维大孔混凝土,分层(分层高度为30cm)压实成型,浇筑成厚度为60cm,高度为300cm,分缝长度为50m的有机纤维大孔混凝土层,在缝内填嵌沥青模板。
4)覆盖28天。
所述碎石的粒径为5~40mm,压碎值6.9%、表观密度2580kg/m3、紧密堆积密度1560kg/m3、孔隙率39.5%。
所述有机纤维大孔混凝土配合比参数为:胶凝材料用量为280kg/m3;单位用水量70kg/m3;水胶比0.25;硅灰掺量为胶凝材料质量的8%;减水剂掺量为胶凝材料质量的2.0%;有机纤维0.6kg/m3;粗集料用量为1600kg/m3;无砂。
用于制备所述胶凝材料的水泥采用52.5R普通硅酸盐水泥。
水采用河水。
硅灰总碱量0.9%、二氧化硅含量92%、氯含量0.04%、含水量(粉料)1.6%、烧失量2.7%、需水量比116%、比表面积(BET法)17.2m2/kg、活性指数(7天快速法)120%、抑制碱骨料反应性14天膨胀率降低值57%、抗氯离子渗透性28天电通量之比29%。
减水剂采用聚羧酸系高效减水剂。
有机纤维采用聚丙烯腈纤维。
所述粗集料选自连续级配碎石,粒径规格为5~31.5mm,压碎值8.7%,针片状颗粒含量(按质量计)7.2%、含泥量(按质量计)0.1%、表观密度2620kg/m3、紧密堆积密度1600kg/m3、孔隙率37.0%。
所述混凝土垫层由配比参数如下的混凝土浇筑而成:水胶比0.55;砂率38%;单位用水量165kg/m3;粉煤灰掺量为胶凝材料质量的20%;减水剂掺量为胶凝材料质量的1.2%。其中粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰,所用水泥、水和减水剂种类与有机纤维大孔混凝土相同。
对有机纤维大孔混凝土进行测试,测试结果表明,本实施例采用的有机纤维大孔混凝土孔隙率为31.8%,孔隙大小分布在5~23mm之间,渗透率为152mm/s,抗压强度达到10.3MPa。同时,对垫层进行力学性能测试,结果表明垫层的抗压强度为27.6MPa。
可见,本发明采用特定的有机纤维大孔混凝土制作河岸挡墙,可以提供丰富的孔隙,具有良好的透水性,并具有较高的力学性能,不仅建立了挡墙内外物质、信息、能量交流的廊道和桥梁,实现堤岸与河道的水文循环和能量交换,实现河岸挡墙内外物质、能量、信息和生物的交互,而且可以阻止河岸土壤被河水浸泡软化后,在水文和引力作用下的坍塌移动,起到护岸作用。
在水流作用下,挡墙的有机纤维大孔混凝土孔隙内将填充淤泥土料和植物种子,形成垂直绿化植被,显著改善了挡墙的生态特性,为水生动植物和微生物创造了多样化生存环境,保障河流水域生态系统和河岸陆地生态系统的连续性,促进河岸生态廊道的发育和桥梁作用的发挥,改善了河岸带的生态平衡;水生植物通过光合作用吸收、消耗、降解水体中的氮磷等污染物质,向水体输送氧气,促进水体动物和微生物生长,同时可把水体中的微小颗粒絮凝、吸附在枝叶和根部,从而使水体得到显著净化,其枝叶成为水生动物的食物。河岸带微生物种群的增加,也可以净化水质。同时绿化植被还能够美化环境。
对比例1
本对比例提供一种挡墙,其施工方法、结构与实施例1相似,不同之处在于将有机纤维大孔混凝土的粗集料用量增加至2000kg/m3,且粗集料改用粒径规格为30~50mm的碎石,测试结果表明,本实施例采用的有机纤维大孔混凝土孔隙率为38%,孔隙大小分布在20~42mm之间,渗透率为285mm/s,抗压强度1.5MPa。结构孔隙过大,粘结质量差,整体松散,强度很低,难以承受荷载,无实用价值。
对比例2
本对比例提供一种挡墙,其施工方法、结构与实施例1相似,不同之处在于在有机纤维大孔混凝土中加入砂,砂用量为650kg/m3,测试结果表明,对比例2混凝土孔隙率为0,渗透率为0mm/s,抗压强度达到36.8MPa。混凝土密实,无透水功能,不能实现挡墙内外水分等物质的交互,无生态效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种交互式生态河岸绿化混凝土挡墙,其特征在于:包括依次层叠的碎石垫层、混凝土垫层、有机纤维大孔混凝土层;
所述有机纤维大孔混凝土层由有机纤维大孔混凝土浇筑而成,所述有机纤维大孔混凝土配合比参数包括:
胶凝材料用量为180~350kg/m3
单位用水量60~120kg/m3
水胶比0.25~0.35;
硅灰掺量为胶凝材料质量的0~15%;
矿渣粉掺量为胶凝材料质量的0~50%;
粉煤灰掺量为胶凝材料质量的0~25%;
减水剂掺量为胶凝材料质量的0.6%~2.5%;
有机纤维0.2~0.9kg/m3
粗集料用量为1350~1600kg/m3
所述粗集料粒径为5~40mm,压碎值不大于10%,针片状颗粒含量不大于10%、含泥量不大于0.8%、表观密度不小于2500kg/m3、紧密堆积密度不小于1350kg/m3、孔隙率不大于47%。
2.根据权利要求1所述交互式生态河岸绿化混凝土挡墙,其特征在于:所述有机纤维大孔混凝土层孔隙率为20%~35%,孔隙大小为3~25mm,渗透率为10~250mm/s,抗压强度为5~15MPa。
3.根据权利要求1所述交互式生态河岸绿化混凝土挡墙,其特征在于:所述碎石垫层高度为8~20cm。
4.根据权利要求1所述交互式生态河岸绿化混凝土挡墙,其特征在于:所述混凝土垫层高度为10~20cm。
5.根据权利要求1所述交互式生态河岸绿化混凝土挡墙,其特征在于:所述有机纤维大孔混凝土层高度为50~300cm。
6.根据权利要求5所述交互式生态河岸绿化混凝土挡墙,其特征在于:所述有机纤维大孔混凝土层厚度为30~100cm。
7.权利要求1~6任意一项所述交互式生态河岸绿化混凝土挡墙的施工方法,其特征在于:包括如下步骤:
1)清理、加固地基,使用碎石整平,形成碎石垫层;
2)在碎石垫层上浇筑混凝土垫层;
3)在混凝土垫层上浇筑有机纤维大孔混凝土,形成有机纤维大孔混凝土层。
8.根据权利要求7所述施工法方法,其特征在于:步骤3)中,所述有机纤维大孔混凝土层经分层压实成型而成,所述分层厚度为20~50cm。
9.根据权利要求7所述施工法方法,其特征在于:步骤1)中,所述碎石的粒径为5~50mm,压碎值不大于15%、表观密度不小于2500kg/m3、紧密堆积密度不小于1350kg/m3、孔隙率不大于45%。
10.根据权利要求7所述施工法方法,其特征在于:步骤2)中,所述混凝土垫层由配比参数如下的混凝土浇筑而成:水胶比0.40~0.60;砂率28%~38%;单位用水量150~220kg/m3;硅灰掺量为胶凝材料质量的0~15%;矿渣粉掺量为胶凝材料质量的0~50%;粉煤灰掺量为胶凝材料质量的0~30%;减水剂掺量为胶凝材料质量的0~2.5%。
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