一种适用于护坡生态化改造的基质组合设计及其施工方法

一种适用于护坡生态化改造的基质组合设计及其施工方法
【专利摘要】本发明涉及一种适用于护坡生态化改造的基质组合设计及其施工方法，其由聚丙烯或聚氯乙烯制成；利用其疏松多孔但又轻质耐压的特性及特定生态功能（植物可栽种，微生物可在表面生长，同时兼具动物巢穴功能）；将其加工为具有特定结构的形状，然后可以在水利建设中通过固定锚钩迅速直接敷设在原有的岸坡两侧，在其上也可以预先栽培或者扦插上选配的挺水植物，构建出一层附加的景观和生态化功能初步构建完成的护岸结构；本质上来说这种施工模式采用的是模块化的方式，因此如果采用在基地进行植物预先栽培的方式，然后将植物栽培完成的片状模块直接使用，又可以实现工程上迅速改善的效果。
【专利说明】一种适用于护坡生态化改造的基质组合设计及其施工方法
【【技术领域】】
[0001]本发明涉及环保和水利工程【技术领域】，具体地说，是一种适用于护坡生态化改造的基质组合设计及其施工方法。
【【背景技术】】
[0002]长期以来，人们对河道作用的认识仅局限于“防洪、排涝、航运、灌溉、养殖”等功能，忽视了河道的生态功能，造成目前我国河岸生态系统受损严重。河岸生态系统受损原因之一就是在水利工程设计上只考虑工程结构的安全性及耐久性，材料主要是施工性好、耐久性强的混凝上甚至钢筋混凝土 ；没有考虑人工构造物对生物及生态环境的影响。由此产生的结果是自然河流形态的直线或渠道化和河岸的混凝上化，其必然导致河流的生态作用越来越小、水质恶化、生境的丧失或被阻断、物种减少等河流生态系统的退化。
[0003]因此生态护岸技术逐渐得到认识和推广，目前各国专家根据各国国情、河流水文地质、野生动植物种类和习性、上地利用条件以及当地居民的要求等情况建成了不同形式、不同结构的生态护岸。一般说来生态护岸可按结构和使用材料分为3种标准形式:(I)全自然护岸，只采用种植植被保护河岸、保持自然河岸特性的护岸，但此类护岸抵抗洪水的能力较差；(2)半自然护岸，不但种植植被，还适当采用石材、木材等天然材料，增强了护岸抗洪能力；(3)多自然护岸，在自然型护岸的基础上再用混凝上、钢筋混凝土等人工材料，确保了护岸抗洪能力。
[0004](I)全自然护岸
[0005]全自然护岸通常是在经过平整处理的岸坡上种植不同品种的护岸植物，其原理为:通过植被根系的力学效应(深根锚固和浅根加筋)和水力学效应(降低孔压、削弱溅蚀和控制径流)来固土保土、防止水土流失，同时在满足生态环境需要的同时还可进行景观造景。按照不同的施工方法和施工工艺，可将植物护岸分为人工种草护岸、平铺草皮或草毯护岸和液压喷播植草护岸。由于植被生长需要一定时间，一般不能马上起到护岸作用，并且形成的护岸抵抗洪水能力有限，遭遇长期洪水侵袭后植被容易遭受破坏，降低防护作用。因此多应用于河流流速平缓，抗洪要求低的河段。但是这类全自然护岸最贴近实际自然河流岸坡状态，与河流生态系统的物质能量交换能力也最强，物种多样性也最丰富并且造价低廉。目前这类技术应用广泛，在国内外河道堤防的应用也最为广泛。
[0006](2)半自然护岸
[0007]半自然护岸一般是利用工程措施，采用植物与自然材料(石材、木材等)相结合，在坡面构建一个利于植物生长的防护系统。由于使用了部分自然材料起到了加固作用，大幅度提高了岸坡的稳定性和抗侵蚀能力，一般项目施工完成即可起到护岸作用，当植物生长后，通过根系加筋纠结作用，能有效抑制暴雨径流的冲刷作用。常见的半自然护岸有两种类型:一种是使用天然块石或卵石在坡面抛撒形成有间隔的坡面，再种植植物，待植物生长完成后可形成景观良好又具有相当抗侵蚀能力的护岸；另一种是在欧美发达国家常称为土壤生物工程护岸技术(soil b1engineering slope protect1n technology)的箱笼结构，通常是首先使用原木或石材在岸坡做成梯形框架形成一定间隔的空间，再使用柴捆或柳条填充在间隔中防护水流的冲刷作用，同时又可以为鱼类等水生生物提供躲避捕食、繁殖生存的场所，如使用柳条，还可以生长形成一层植被。
[0008](3)多自然护岸
[0009]多自然护岸是利用工程措施，较大规模的使用混凝土、高分子材料及药剂等人工材料与植物相结合，形成一个具有较大抗侵蚀能力的护岸结构。这类护岸一般用于对护岸抗冲击侵蚀能力要求较高或坡岸空间较小、陡峭，不适合修建以上两种类型护岸的河道岸坡。随着现代科学技术，特别是材料科学的发展，多自然护岸出现了很多不同的结构类型，下面列举国内外多见的几种类型:
[0010]I)石笼护岸，将方形式圆柱形的铁丝笼内装满直径不太大的自然石头，利用其挠性大和允许护堤坡变形的特点，置于河岸边坡和坡脚，形成具有设定抗洪能力并具高孔隙率、多流速变化带形的特点。与此同时，种植的植物生长后，繁茂的根须可紧缚土壤、增强抗洪能力，且在铁丝腐蚀前就裹住了石笼石材，石笼寿命得以延长；
[0011]2) 土工材料网垫结构护岸，常采用无纺布或高分子材料编织成网状垫层铺设在坡岸上，再填充土壤、沙砾等材料，种植的植物根系可以穿过网孔均匀生长，将网垫、泥土表层与植被牢固地结合再一起。植被一般选择草籽喷播技术以达到均勻生长的目的；
[0012]3) 土工格栅结构护岸，一般使用混凝土或高分子材料在坡面上形成格栅结构，进行土体加固，然后在岸坡上种植植物完成。由于土工格栅增加了岸坡土壤摩擦力，同时土壤中的孔隙水压力也能迅速消散，所以岸坡土体整体稳定性和承载力得到加强，而植被生长后与格栅形成一体也提高了护岸的稳定性；
[0013]4)生态混凝土护岸，生态混凝土采用多孔混凝土(由粗石料、炉渣与水组成)，混合保水材料(泥炭或高分子吸水材料)和缓释肥料等构成。生态混凝土具有多孔性，可为植被提供一定生长空间，而保水材料和缓释肥料可提供植物发芽初期所需养分，只需施工完毕后维护一段时间，待植物初步生长即可。这种结构组成特点使得施工可以使用预制模块直接砌放安装作为护岸；
[0014]5) 土壤固化剂，土壤固化剂是以水泥为主体加入特殊的化学药剂制成。其原理是:固化剂中的水分子调节剂与土壤中的水分子发生化学反应，对水分子形成很强的吸附作用，药剂中含有的微晶体可在土壤中发育形成针状晶体，填充土壤孔隙，形成骨架结构，而固化剂中的固化药剂分子又通过交联形成三维网状结构，从而提高土壤的抗压抗折性能以达到稳定土层、防止冲刷侵蚀作用的目的。
[0015]纵观国内外研究现状，现有大多数生态护岸工程大多需要拆除原有硬质护岸，有的甚至需要抽干河道，才能施工，时间长，代价高昂，在现有国情下大规模使用有较大难度。而一些城市现在推广的生态浮床类技术虽然施工比较快，但是存在景观改善有限，使用时间有限，维护工作偏大，不耐航运冲击等的缺点，同时从原理上说不属于护岸技术，因此存在功能缺陷。
【
【发明内容】
】
[0016]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于河道护坡生态化改造的基质及施工方法；本发明的目的在于克服现有生态护坡施工复杂，成本高昂的设计缺点，提供一种新型材料作为护坡表面的直接接水面材料，在大大提高施工便利性的同时具有良好的生物相容性，能同时提供植物、微生物和水生动物的栖息场所。如果因为使用条件发生变化，需要拆除，其施工也极为简单迅速。
[0017]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
[0018]一种适用于河道护坡生态化改造的基质，其由聚丙烯或聚氯乙烯制成；
[0019]所述的基质的形状为长方体或圆柱体(长、宽或直径为30?1000mm)，还可以根据需要在结构上加工为中空结构，比如在长方体或圆柱体中间加工形成矩形或圆形孔洞(长、宽或直径均为10?200mm)。
[0020]所述的基质中间孔状结构和栽种层纤维基质条间的空隙能起到模拟自然界河岸孔洞的作用，成为鱼类等水生动物的繁衍生息的场所，实现“鱼巢”的功能作用。最后在栽种层外层可选择再叠加一层同材质或者使用实心片状纤维基质材料作为结构加强层。
[0021]基质材料原料采用与常规水处理中所使用的纤维填料一样的材质，由聚丙烯或聚氯乙烯制成，具有良好的生物相容性，并且耐久性好(采用防老化配方，其性能稳定，具有抗紫外线、耐高温、耐腐蚀等特点，因此在水下十年以上也能保持结构稳定)。其结构特点在于使用原材料经乱丝热熔相互搭结再经模具挤压成型而形成框架结构，具有孔隙率高(可达80%?85%)、抗压强度高(25t/m2压力下孔隙率仍可达60%以上)、不易损坏的特点；而且纤维基质可以根据需要加工成各种形状，比如加工成长方体或圆柱体(长、宽或直径为30?1000mm)，还可以根据需要在结构上加工为中空结构，比如在长方体或圆柱体中间加工形成矩形或圆形孔洞(长、宽或直径均为10?200mm)。
[0022]而且新型纤维基质中间孔状结构和栽种层纤维基质条间的空隙能起到模拟自然界河岸孔洞的作用，成为鱼类等水生动物的繁衍生息的场所，实现“鱼巢”的功能作用。最后在栽种层外层可选择再叠加一层同材质或者使用实心片状纤维基质材料作为结构加强层，而如果无航运等冲击，不需要加强结构，最外层的结构加强层可以取消。
[0023]一种适用于护坡生态化改造的基质的施工方法，其具体步骤为:
[0024]A在护坡护岸表面水面以上或以下打孔安装钢筋或钢管制成的固定锚钩；
[0025]所述的护坡护岸包括浆砌石块或混凝土材质；
[0026]B将根据护坡施工场地情况选择长方体或圆柱体纤维基质进行灵活组装以构建成符合需要的矩形或其他形状护坡模块，需要种植植物的部分采用中空结构的纤维基质模块；
[0027]C将纤维基质模块运输至施工现场，直接在基质模块上打孔后穿过锚钩固定或者安装悬挂式挂架，然后与固定锚钩相连即可；
[0028]如河水抽干，直接在基质模块上打孔后穿过锚钩固定；如果河水不能抽干，可安装悬挂式挂架，然后与固定锚钩相连即可；
[0029]D纤维基质模块外表面设置孔洞；
[0030]可根据情况开不同尺寸的孔洞以创造利于小型鱼类或其他水生动物繁殖或躲避天敌的空间。
[0031]与现有技术相比，本发明的积极效果是:
[0032]由于本项设计使用的是新型纤维基质体积密度相当低，而且采用模块化设计，因此施工起来非常容易。首先，可以预先栽种植物幼苗在植物栽种条孔洞中进行繁育，待植物长大后，然后以模块的形式运输到施工场地，直接迅速敷设，因此可以迅速实现河岸生态功能的部分恢复；第二，对于河道原有护坡，特别是城市中多见的水泥硬质坡面，不需进行硬质人工材料拆除，只需要钻孔，安装固顶钢筋或钩杆即可，河道也不需要进行任何预作业(如排水抽干等)；第三，由于选择的填料原料与水处理中的填料一致，使得其具有膜处理工艺的特性，细菌等微生物能在填料(丝状结构具有巨大的表面积)表面形成生物膜；第四，如果由于其他原因需要调整河道设施，本项发明实施后的材料也不需要拆除废弃，完全可以很方便的转移到其他地方重新安装起来继续发挥作用。
【【专利附图】

【附图说明】】
[0033]图1a为本发明的实施例的工艺示意图一；
[0034]图1b为本发明的实施例的工艺示意图二 ；
[0035]图2为新型纤维基质的特性照片；2a左图为各种可选形状，2b右为植物栽种条状基质剖面；
[0036]图3为本发明的新型纤维基质组合单元设想的模块构建方式示意图；
[0037]图4为本发明中实施例2情况下需要的一种悬挂式挂架示意图。
[0038]附图中的标记为:1_栽种植物，2-新型纤维基质组合单元，3-固定锚钩，4-实心接触坡面纤维基质(可选择是否加上此层)，5-中空植物栽种条状纤维基质，6-可在外表面开不同尺寸孔的外层结构强化纤维基质(可选择是否加上此层)，7-植物栽种条间的空隙。
【【具体实施方式】】
[0039]以下提供本发明一种适用于河道护坡生态化改造的基质应用方法及施工方法的【具体实施方式】。
[0040]实施例1:
[0041]由图la、图2、图3，应用方式按图1a所示，对于大多数城镇河道，其护岸表现为以浆砌石块为代表的硬质化形式，完全丧失了生态功能，但大范围拆除重建式的生态化改造代价高昂且难以实施，本发明将组合式的新型纤维基质用于传统护坡的生态化改造。该实施例适用于河道需同时抽干露出河岸的情况，这时候只需要简单在河岸浆砌石块或混凝土表面选择常水位以下适当位置(例如常水位以下10?20cm处)钻孔，使用钢筋或其他坚固材质制成的锚钩作为固定点，然后再在第一个孔垂直下方20?30cm处钻孔，安置固定锚钩。然后等待其他工程全部实施完毕，准备放水前一天，安装上已经培育好植物的(或者后面移栽植物)基质模块，河道放水即可。
[0042]纤维填料单元模块构建方式见图3，根据护坡施工场地情况可选择适当尺寸的长方体或圆柱体纤维基质进行灵活组装以构建成符合需要的矩形或其他形状护坡模块。比如选择高宽为500X50mm规格(长度视河岸水平线上两个安装锚点间距调整，建议2?4m)适当长度的实心长方体纤维基质(参见图2)作为新型护坡基础面材(此层为可选层)，设计原则为500mm尺寸作为相交于水面的长度，敷设在原有河岸上，上端可设置为常水位以下5?20cm。然后选择长宽为150X50mm规格的长方体纤维基质(中空尺寸为55mmX25mmX2)作为植物栽种层按一定间隔(间隔尺寸不定，根据要求和施工经费调整)敷设在基础层之上，中间的中空孔结构使得栽种植物也将变得十分方便；通常可选择美人蕉、旱伞草(水竹)、千屈菜、四季鸢尾及其他水生植物。由于本发明采用的新型纤维基质模块体积密度极低(即使是全实心的基质体积密度仅为100kg/m3，而中空结构的植物栽种层或片材体积密度更低，传统的碎石或其他实质填料一般密度为2000?3000kg/m3)，且采用模块化施工，因此施工起来极为方便，节约时间且不需附加大型设备，植物可选择在育种基地预先培育苗高一定程度再将基质一起运输至施工现场直接安装，极为迅速。
[0043]实施例2:
[0044]由图lb、图2、图3、图4，应用方式按图1b所示。这种情况下，河水并没有被抽干，此种情况更为多见，此种情形下，为保证新型纤维基质正确没入水中并安装牢固，需要使用类似图4形式的悬挂式挂架。方式如下:
[0045]在河岸浆砌石块或混凝土表面选择常水位以上适当位置(例如5?1cm处)钻孔，使用钢筋或其他坚固材质制成的锚钩作为固定点，然后将安装好悬挂式挂架的新型纤维基质模块运至施工现场，直接与锚钩链接即可。由于组合模块密度极低，因此安装也很简单。
[0046]新型纤维基质组合式模块构建方式见图3，与上一实施例相同，不再陈述。
[0047]本发明基于新型纤维基质材料，利用其疏松多孔但又轻质耐压的特性及特定生态功能(植物可栽种，微生物可在表面生长，同时兼具动物巢穴功能)。将其加工为具有特定结构的形状，然后可以在水利建设中通过固定锚钩迅速直接敷设在原有的岸坡两侧，在其上也可以预先栽培或者扦插上选配的挺水植物，构建出一层附加的景观和生态化功能初步构建完成的护岸结构。本质上来说这种施工模式采用的是模块化的方式，因此如果采用在基地进行植物预先栽培的方式，然后将植物栽培完成的片状模块直接使用，又可以实现工程上迅速改善的效果。
[0048]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种适用于护坡生态化改造的基质，其特征在于，其由聚丙烯或聚氯乙烯制成。
2.如权利要求1所述的一种适用于护坡生态化改造的基质，其特征在于，所述的基质的形状为长方体或圆柱体，或者在结构上加工为中空结构。
3.如权利要求1所述的一种适用于护坡生态化改造的基质，其特征在于，所述的基质中间孔状结构和栽种层纤维基质条间的空隙能起到模拟自然界岸坡孔洞的作用，成为水生动物的繁衍生息的场所，实现“鱼巢”的功能作用；最后在栽种层外层可选择再叠加一层同材质或者使用实心片状纤维基质材料作为结构加强层。
4.一种适用于护坡生态化改造的基质的施工方法，其特征在于，其具体步骤为: A在护坡护岸表面水面以上或以下打孔安装钢筋或钢管制成的固定锚钩； 所述的护坡护岸包括衆砌石块或混凝土材质； B将根据护坡施工场地情况选择长方体或圆柱体纤维基质进行组装以构建成矩形，需要种植植物的部分采用中空结构的纤维基质模块； C将纤维基质模块运输至施工现场，直接在基质模块上打孔后穿过锚钩固定或者安装悬挂式挂架后与固定锚钩相连即可； D纤维基质模块外表面设置孔洞。
【文档编号】A01G1/00GK104213537SQ201410218578
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】葛利云, 邓欢欢, 张明华, 李淑娟, 赵长容 申请人:温州医科大学