用于中小型沟谷河道的拱式生态柔性护岸结构及建造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及中小型沟谷河道岸坡滑坡整治工程技术，特别涉及一种适用于中小沟谷或河道岸坡护岸结构及其建造方法。
【背景技术】
[0002]位于山区的中小型沟谷或河道(下称沟谷河道)，由于坡陡水急，在水流与滚石的冲击下，沟谷河道两边的坡岸频发中小型规模的滑坡，是山区沟谷河道运行面临的主要灾害。为了防止或减少沟谷河道岸坡频发滑坡，目前广泛采取的防治措施是，在沟谷河道岸边修筑以浆砌石、混凝土为材料的刚性拦挡墙护岸结构。在沟谷河道岸边修筑刚性拦挡墙护岸结构，可以减少岸坡滑坡频发，但拦挡墙护岸结构也存在明显的不足，即刚性拦挡墙造价高，与环境不相容，过水性差不利于释放坡体水压力，不具备柔性易被滚石巨大的冲击力破坏，且易风化老化导致设计强度降低。鉴于刚性拦挡墙存在的不足，减少降低岸坡滑坡频发带来的灾害，国家水利部设立公益性行业科研专项项目，国家基金委设立自然科学基金重大研宄计划集成项目，供全国本领域的科技工作者竞标，以研宄开发出一种新型实用的护岸技术，以克服刚性拦挡墙存在的不足，解决本领域迫切需要解决的上述问题。本发明正是发明人在完成水利部公益性行业科研专项项目(No:201301022，No:201201037)以及国家自然科学基金重大研宄计划集成项目(Νο:91215301)过程取得的技术成果。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的刚性拦挡墙护岸结构存在的不足，本发明的第一个目的是提供一种用于中小型沟谷河道的拱式生态柔性护岸结构，以克服目前广泛采用的刚性拦挡护岸结构存在的建造成本高、与环境不相容、过水性差不利于释放坡体水压力、不具备柔性易被滚石巨大的冲击力破坏、易风化老化等不足；本发明的第二个目的是提供一种建造用于中小型沟谷河道的拱式生态柔性护岸结构的新方法。
[0004]针对本发明的第一个目的，本发明提供的用于中小型沟谷河道的拱式生态柔性护岸结构，其构成为:在沟谷河道岸坡的坡脚沿纵向修筑石笼挡墙，沟谷河道内铺设修筑有抵撑住石笼挡墙底部的倒石拱，石笼挡墙上端通过耐腐蚀的金属绳索拉紧系结在上方岸坡的锚固点，所述石笼挡墙由内填充有石料的石笼叠砌构成，上下左右相邻石笼之间通过耐腐蚀的金属绳索连结成一体。
[0005]为了取得更好的技术效果，本发明还可进一步采取下述技术措施。下述技术措施可在上述技术方案的基础上单独采取，也可组合采取，甚至一并采取。
[0006]在本发明的上述技术方案中，构成石笼挡墙的上层石笼与下层石笼，优先考虑采取错缝叠砌；石笼挡墙的断面可呈I型结构，也可呈垂直面面向沟谷河道的L型结构；
[0007]在本发明的上述技术方案中，所述倒石拱可采取由抛填块石铺设筑成，既可以是沿河床满铺修筑，也可以是沿河床纵向间隔一段距离铺设修筑。在沟谷河道内间隔修筑横断面成倒拱状的石拱，在沟谷河道纵向呈台阶状，构成水流消能跌坎，能够有效降低水流对沟谷河道的冲刷，同时也可大大降低工程建造成本，因此优先采用后一种方案。利用倒石拱增强石笼挡墙和岸坡的稳定性，是本发明的一个特点。
[0008]在本发明的上述技术方案中，所述石笼挡墙最好采取用耐腐蚀的金属绳索将相邻石笼对应的四个角缝合扎结在一起筑成，以增强护岸的竖向整体稳定性。
[0009]在本发明的上述技术方案中，所述石笼由填充于耐腐蚀金属笼箱内的不同块径石料构成，由填充于石笼内的石料，最好使大块径的石料位于笼箱内腔外层，小块径的石料位于笼箱内腔内层，这也是本发明的一个特点。
[0010]在本发明的上述技术方案中，所述笼箱优先考虑由耐腐蚀金属丝编织成的金属网片通过耐腐蚀金属绳索缝合构成，所述金属网片具体可由高抗腐蚀、高强度、具有延展性的低碳钢丝编织而成，也可由包裹PVC的钢丝编织而成，优先选用镀锌过塑钢丝使用机械编织而成；所述耐腐蚀金属绳索可为高抗腐蚀、高强度、具有延展性的钢丝绳索，也可为包裹PVC的钢丝绳索，优先选用镀锌过塑钢丝绳索。
[0011]在本发明的上述技术方案中，最好在石笼挡墙后的岸坡坡面上栽植根系发达草本和木本植物，岸坡上部栽植乔本树木。
[0012]在本发明的上述技术方案中，所述锚固点可为栽植于岸坡上部的乔本树木根部，也可为锚固于岸坡上部的锚粧。利用乔木树木根系或锚粧提供的拉力抵抗石笼挡墙所受的滑坡推力，以加强整个系统的整体稳定性，是本发明的一个特点。
[0013]针对本发明的第二个目的，本发明提供建造用于中小型沟谷河道的拱式生态柔性护岸结构的建造方法，包括以下技术措施:
[0014](I)在沟谷河道岸坡的坡脚沿沟谷方向修筑一个块石(碎石)垫层基础平台，在基础平台上铺设由耐腐蚀金属丝编织而成的金属网片，在金属网片上填置石料，石料经振捣压密后，金属网片用耐腐蚀金属绳索将块石料封装形成石笼单元，相邻的石笼用耐腐蚀金属绳索缝合扎结紧，依次修筑好整层的石笼层，建造石笼单元时将大直径的石料位于外层，小直径的石料位于内层，且石料中的石渣或细粒含量不超过石料中大直径的粗粒料体积用量的15% ;所述基础平台可以是在坡底开挖的纵向基槽，也可以是在坡脚抛填块(碎)石形成的基础平台；
[0015](2)在建造好的第一层石笼层上铺设建造第二层石笼单元的金属网片，按照步骤(I)的方法建造第二层石笼单元，第二层石笼单元建造好后，用耐腐蚀金属绳索与第一层石笼缝合扎结紧，依次完成整个第二层石笼层的修筑，重复上述工序，将石笼挡墙修筑到设计高程；
[0016](3)用耐腐蚀金属绳索把石笼挡墙顶部与位于石笼挡墙上方岸坡上的锚固点拉紧系结；
[0017](4)在两岸石笼挡墙之间的河床上抛填大直径的块石料铺设修筑两端分别抵撑住石笼挡墙底部的倒石拱。
[0018]在本发明的上述方法中，所述倒石拱最好在两岸的石笼挡墙修筑好之后再在河床上抛填大块径的石料铺设筑成，并应有一定的基础深度，所述倒石拱沿沟谷河道纵向分段间隔铺设，在沟谷河道纵断面方向呈台阶状，使其成为水流消能跌坎。
[0019]本发明在应用中，对于两岸均为需要护岸的岸坡，在两侧岸坡均需修筑石笼挡墙，沟谷河道内铺设修筑的倒石拱，其两端分别抵撑住石笼挡墙底部；对于一侧为土质岸坡，另一侧为岩质岸坡的沟谷河道，仅在土质岸坡侧修筑石笼挡墙，沟谷河道内铺设修筑的倒石拱，一端抵撑住石笼挡墙底部，另一端抵撑住岩质岸坡(岩石壁岸)底部。
[0020]本发明提供的用于中小型沟谷河道的拱式生态柔性护岸结构，采用填充有石料的石笼、河床里的块石、坡面锚固点、耐腐蚀金属绳索等建造构成，巧妙地将工程措施和生态治理结合，护岸结构自身具有优越的受力特性，在护岸结构中形成了两个平衡力系，即由石笼挡墙4受到其自重力W1、坡脚2处地基提供的抗力P1、岸坡I的滑坡推力T1、岸坡上部的锚固点7通过耐腐蚀的金属绳索(或镀锌过塑钢丝绳索)6提供的拉力T2、以及河床9上的块石10组成的倒石拱11提供的抗力N1的共同作用，形成的一个平衡力系，如图1-1所示；由河床9上的块石10组成的倒石拱11受到其自重力W2、河床9提供的抗力Ν2、以及坡脚石笼网挡墙4的反作用力N1的共同作用，形成的一个平衡力系，如图1-2所示。本发明提供的拱式生态柔性护岸结构整体力学设计合理，护坡护岸结构稳定性好。
[0021]本发明提供的用于中小型沟谷河道的拱式生态柔性护岸结构，概括起来具有以下十分突出的优点:护岸结构的整体力学设计合理，石笼结构的柔性可以实现岸坡的变形自适应和对坡面落石的抗冲击；倒拱形基础构造的超载特性，提高了护岸结构抵抗破坏的能力；作为护脚的石笼挡墙结构整体具有较强的透水能力，可以减小坡体水压力；植被的存在提高了坡积体的强度，改善了水文特性，增强了岸坡的抗滑能力。本发明克服了传统的浆砌石和混凝土硬质拦挡墙与环境不相容的弊端，解决了一般护脚挡墙结构的过水能力差、抗冲刷和抗冲击性差、耐久性和环境相容性不足等问题，实现了滑坡防护与生态保护的有机结合，为防止沟谷河道岸坡频发滑坡、降低滑坡频发带来灾害作出了贡献。
[0022]本发明提供的建造用于中小型沟谷河道的拱式生态柔性护岸结构及其