园林驳岸设计中工程与美学问题
摘 要:园林驳岸在水景建设中具有重要的地位,既是必要的水工构筑物也是重要的点景要素。为使园林驳岸设计更科学、经济、美观,本文从工程力学与美学两方面分析各类常用驳岸材料的设计要点及应用范围,为设计师在不同的环境下因地制宜的选择驳岸类型提供基础性资料,并建立科学的驳岸设计方法。
关键词:园林驳岸; 构造设计; 驳岸材料
中图分类号:TU289
文献标识码: A
文章编号:1005-569X(2009)07-0011-02
1 引言
水是园林中重要造景要素,古典园林中人们很早就形成了“石令人古,水令人远。园林水石,最不可无”的观点,现代园林中水景仍占有极其重要的地位。园林驳岸是在水陆分界处,既是必要的水工构筑物也是重要的点景要素,对水景建设的成败具有十分重要的作用。本文从驳岸的破坏分析入手,从工程力学的和美学两个角度分析各类园林驳岸材料的景观效果、功能力学特点及应用范围,为设计师在不同的环境下因地制宜地选择驳岸类型提供基础性资料,并建立科学的驳岸设计方法。
2园林驳岸的分类与构造形式
驳岸的分类方法较多,本文为更好的从形式与工程的角度阐述问题,以驳岸的形式为分类标准,可将园林驳岸分为直驳岸和斜驳岸,直驳岸指坡度小于1:1,斜驳岸指岸坡大于1:1的驳岸类型。直驳岸的基本构造包括压顶、墙身、基础、垫层。斜驳岸则由保护层、垫层和基础组成。
3 驳岸构造设计原则
鉴于园林驳岸的特殊要求,我们从工程力学和美学中寻求突破,探讨科学的园林驳岸设计原则
3.1工程力学原则
驳岸主要是用来规范水的流动,因此在实现这一功能的同时也受到来自水流的冲淘和背后土压的破坏,因此驳岸的稳定性是园林驳岸设计的首要前提。水流对驳岸的破坏作用会随着驳岸平面形式和驳岸的不同位置而有所不同,因此在驳岸设计时要依据具体可能出现的破坏情况,选择适宜的驳岸材料和建造方法。
3.2美学原则
园林驳岸不同于其他水工驳岸的主要区别在于,它亦是园林中的一份子,因此园林驳岸首先要满足的美学特征是与整体环境相协调,材料本身具有的力学差异及风格特色,因此在设计中对材料特性的分析选择要注重与整体环境匹配融合,才能形成浑然天成的园林美景。与周围的环境协调,还包括色彩的调和,注重驳岸材料本身的色彩以及与植物和周边环境在色彩与明度上的协调与弥补,应尽量使用补色。其次,人的亲水向往与情感决定了在园林驳岸设计中,应尽力结合现状条件满足人们的此种需求。
3.3驳岸设计原则
基于工程力学原理和美学对驳岸设计的要求与影响分析,我们可看出驳岸设计是一个复杂而多变的设计过程,设计中不同的驳岸材料,以及驳岸的周围环境、土层情况,都会影响到驳岸潜在的破坏情况的不同,因此在驳岸设计中应进行详细的现场踏勘,分析驳岸可能的破坏,从结构稳定与环境协调,选择较为适宜经济的驳岸材料与形式,从而得到满足工程及美学两方面要求的驳岸。
4驳岸破坏可能与构造设计
4.1直驳岸的破坏
直驳岸的破坏由多种因素引起。基础的破坏主要是由两方面的因素引起。其一,基础下面的土层或岩石不能承受上部的荷载而造成基础的沉降;其二,基础埋深在冰冻线以上,由于冻融体积的变坏而影响到基础的稳固。对于墙身的破坏,我们将其分为两部分来分析,其一是常水位以下部分,这段的破坏主要来自于墙体温度变化造成体积变化以及在寒冷地区冬季水进入墙体所引发的冻胀破坏;其二是常水位之上的那部分墙体,主要受水流的冲刷破坏和背后的土推的破坏,如果背后土壤的排水性较差,则土内的积水无论在冬季还是夏季都会增大对驳岸向湖内的推力,从而损坏驳岸的稳定性。
4.1.1 对抗直驳岸破坏的结构设计措施
对于无法承受上部荷载的软土基,可通过地基的加强处理达到使用的强度要求,一般通过桩基,通过挤压和摩擦来增强基土的承载能力。而对于墙体水下部分的破坏,主要通过墙体上变形缝的设置来减少由于温度变坏所引起的墙体体积变化的破坏。对于常水位上部墙体,可通过在墙体上设置排水孔排出多余水分以及将墙体后部土壤由冻胀性的粘土或沙土换为非冻胀性的级配砂石或煤灰来实现。
4.1.2直驳岸的常用材料的设计分析
常用做直驳岸的天然材料有浆砌石、木材、山石。浆砌石驳岸选材很重要,为减少北方地区水进入墙体冻胀后产生的破坏作用,应尽力选择质地坚硬吸水率低的火成岩,根据工程需要选择适宜经济的断面尺寸墙身,需设排水孔及变形缝。浆砌石驳岸兼具了整齐外观和自然属性,可与许多风格环境相融,同时亦能完成有控制的曲线造型驳岸,是园林中应用较为宽泛的一种天然材料的驳岸,可广泛用于驳岸坡度较大甚至是驳岸冲刷程度中等或较强的区域。
木材由于其原料多,在特定的环境下具有较为贴切的景观效果而广泛的使用。由于连接处存在空隙,所以流水能通过驳岸对其后部的基土产生冲淘作用,因此需在其后设置人工反滤层,以减少土对其后基土的冲刷。人工反滤层可由级配颗粒或土工布来构成,但仍会对基土产生一定的冲淘作用,因此适用于冲刷低到中等地段,并具有一定的使用年限。为达到较为理想的效果,木桩的直径应与高度相协调,因此该驳岸不适合水深超过0.8m深水区。效果处理可通过有意的参差排列而创造自然和错落的景观效果。
自然山石驳岸在中国有着悠久的历史,处理得当可有效地丰富湖岸景观,反之则会造成杂乱堆砌、生硬等问题。因此在山石驳岸的设计与建造中应注意以下问题:其一,要与环境、地形相融合,应将掇山理水综合考量。其二,依据环境选择适宜的石材,并根据石材的特征采用与之相合的叠石手法。其三,山石驳岸线条往往生硬,若能适当地与植物相配合可露美遮丑,有效地柔化并丰富驳岸的感官效果。
常用作直驳岸的人工材料有混凝土、石笼、钢板。混凝土做为直驳岸主要有混凝土连锁砌块材料和钢筋混墙,混凝土砌块,一般不采用胶接材料,采用干垒方法,利用砌体间构件相互咬合形成一个整体,具有一定得柔性和渗排水特性,施工方便快捷。但强度有限,适用于水深较浅,冲刷程度较小到中等的水域。钢筋混凝土驳岸具有不透水性和较高的强度和刚性,可以为驳岸提供稳定而持久的保护,适用于冲刷严重的地段,为防止其破坏,适用于刚性驳岸的排水孔变形缝也适用于该驳岸。但混凝土驳岸的外观较差,缺少变化,人工气息较重,需要利用自然山石和植物进行装点柔化处理。
石笼驳岸,具有施工简单,对现场适应能力强,具有较好的柔性和透水性等优点,适应于流水冲刷程度中等到严重地段。其多孔性能使得流水仍可对其后的基土产生冲刷,因此需要在其后(若是较宽的驳岸可采用内部)增加反滤层来减少流水的冲刷。内部石料对石笼的性能会有很大的影响,多角的砾石可互相连锁在一起,具有比圆石头更好的抗剪切的性能,石笼也不容易变形。石笼内部的块石是网眼尺寸的1.5倍左右时效果较为理想。石笼的多孔性能,有利于植物的生长,使石笼驳岸与周边环境具有更和谐的外观的同时,也容易造成石笼的变形强度减少。
钢材用作驳岸时,可创造精巧、轻薄富有现代感的驳岸形式,因为其断面较小,极大减少驳岸所占的空间,甚至可将驳岸从感官上消隐,仿佛绿地与水直接相连。也可用山石、木桩来装饰其表面来实现具有自然感的驳岸效果。钢板驳岸强度高,应用范围较广,冲刷较强的区域也可使用。
4.2斜驳岸的破坏
对于斜驳岸护面层的稳定性主要取决于各单元材料的重量和相互间的咬合程度,护面层与垫层间的摩檫力,以及驳岸的坡度。不同的材料具有不同的力学参数,因此要根据护面材料选择适宜的驳岸坡度,在此更因注意有些材料吸水后稳定性变化较大,因此驳岸的坡度在常水位上下也应随之变化。斜驳岸另一破坏的主要方面是垫层的破坏。常用的垫层材料有两种,一为级配的颗粒材料,一为土工织物。它们存在各自的优缺点,颗粒材料在使用时注意避免在坡度超过1∶1.5驳岸使用,各级配、厚度要根据要求严格控制。土工织物容易破坏应做好相应的保护,既要保护护面层对它的挤压不产生不利的破坏,还要注意基土层中无尖砺物的破坏,还应注意边缘的保护与固定。因此我们常常将二者混合使用,取长补短获得多种功能。
4.2.1斜驳岸常用护面材料分析
斜驳岸常用自然材料为草皮、块石。草皮一般用于常水位之上的驳岸保护,具有较好的观赏效果,但草皮的驳岸一般在2m/s的水流区域具有很好的保护驳岸的作用,超过这个速度可使用土工织物或混凝土格与草结合来抵抗水的冲刷,通过这样的加固可应用于水流速在4m/s的范围的水域。草不能耐受长期的水淹,因此由于水位变化以及风浪造成受长时间水淹区域的草坡驳岸需做处理,常用水位变化范围内加铺卵石或种植水生植物来减少这样的破坏。
块石护坡可分为卵石和级配块石两类,卵石驳岸较适宜坡度较缓,冲刷强度较小的区域,卵石层应有不少于0.1m的厚度。卵石驳岸可结合块石形成的种植穴,配合水生植物形成丰富的园林观赏效果。级配块石的厚度以及石块的粒径都与水的流速有关,一般水流速在3~4m/s时块石的平均粒径在0.3m,厚度在0.6~1.0m,块石应具有一定的级配,便于小石块填补大石块的空隙,从而增加驳岸的稳定,级配块石可用于坡度在35~42的范围。块石驳岸具有较大可变性和自愈能力,效果也较粗犷自然,但大面积使用会显得单调呆板,需要与园林绿化以及水生植物种植相结合,来丰富景观效果。
用作护面材料的人工材料为石笼,它可随着岸体的变动而变化自身的形状,在发生大的位移时仍需要维持岸体的整体性的地方,采用石笼作为护面材料是十分有效的。其设计要领与直驳岸的石笼设计相同。
5 结语
在驳岸设计中应注重对现状资料的收集与分析,结合不同材料的特性及的应用范围,综合当地材料、经济情况及美学理论,选择适宜的驳岸材料,应用科学的工程力学理论来确保驳岸的稳定,在此基础上结合美学理论来满足人们视觉和心理需求,从而获得稳定性与美感并重的园林驳岸。
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