一種適用于護坡生態(tài)化改造的基質(zhì)組合設計及其施工方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適用于護坡生態(tài)化改造的基質(zhì)組合設計及其施工方法，其由聚丙烯或聚氯乙烯制成；利用其疏松多孔但又輕質(zhì)耐壓的特性及特定生態(tài)功能（植物可栽種，微生物可在表面生長，同時兼具動物巢穴功能）；將其加工為具有特定結(jié)構的形狀，然后可以在水利建設中通過固定錨鉤迅速直接敷設在原有的岸坡兩側(cè)，在其上也可以預先栽培或者扦插上選配的挺水植物，構建出一層附加的景觀和生態(tài)化功能初步構建完成的護岸結(jié)構；本質(zhì)上來說這種施工模式采用的是模塊化的方式，因此如果采用在基地進行植物預先栽培的方式，然后將植物栽培完成的片狀模塊直接使用，又可以實現(xiàn)工程上迅速改善的效果。
【專利說明】一種適用于護坡生態(tài)化改造的基質(zhì)組合設計及其施工方法
【【技術領域】】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)保和水利工程【技術領域】，具體地說，是一種適用于護坡生態(tài)化改造的基質(zhì)組合設計及其施工方法。
【【背景技術】】
[0002]長期以來，人們對河道作用的認識僅局限于“防洪、排澇、航運、灌溉、養(yǎng)殖”等功能，忽視了河道的生態(tài)功能，造成目前我國河岸生態(tài)系統(tǒng)受損嚴重。河岸生態(tài)系統(tǒng)受損原因之一就是在水利工程設計上只考慮工程結(jié)構的安全性及耐久性，材料主要是施工性好、耐久性強的混凝上甚至鋼筋混凝土 ；沒有考慮人工構造物對生物及生態(tài)環(huán)境的影響。由此產(chǎn)生的結(jié)果是自然河流形態(tài)的直線或渠道化和河岸的混凝上化，其必然導致河流的生態(tài)作用越來越小、水質(zhì)惡化、生境的喪失或被阻斷、物種減少等河流生態(tài)系統(tǒng)的退化。
[0003]因此生態(tài)護岸技術逐漸得到認識和推廣，目前各國專家根據(jù)各國國情、河流水文地質(zhì)、野生動植物種類和習性、上地利用條件以及當?shù)鼐用竦囊蟮惹闆r建成了不同形式、不同結(jié)構的生態(tài)護岸。一般說來生態(tài)護岸可按結(jié)構和使用材料分為3種標準形式:(I)全自然護岸，只采用種植植被保護河岸、保持自然河岸特性的護岸，但此類護岸抵抗洪水的能力較差；(2)半自然護岸，不但種植植被，還適當采用石材、木材等天然材料，增強了護岸抗洪能力；(3)多自然護岸，在自然型護岸的基礎上再用混凝上、鋼筋混凝土等人工材料，確保了護岸抗洪能力。
[0004](I)全自然護岸
[0005]全自然護岸通常是在經(jīng)過平整處理的岸坡上種植不同品種的護岸植物，其原理為:通過植被根系的力學效應(深根錨固和淺根加筋)和水力學效應(降低孔壓、削弱濺蝕和控制徑流)來固土保土、防止水土流失，同時在滿足生態(tài)環(huán)境需要的同時還可進行景觀造景。按照不同的施工方法和施工工藝，可將植物護岸分為人工種草護岸、平鋪草皮或草毯護岸和液壓噴播植草護岸。由于植被生長需要一定時間，一般不能馬上起到護岸作用，并且形成的護岸抵抗洪水能力有限，遭遇長期洪水侵襲后植被容易遭受破壞，降低防護作用。因此多應用于河流流速平緩，抗洪要求低的河段。但是這類全自然護岸最貼近實際自然河流岸坡狀態(tài)，與河流生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)能量交換能力也最強，物種多樣性也最豐富并且造價低廉。目前這類技術應用廣泛，在國內(nèi)外河道堤防的應用也最為廣泛。
[0006](2)半自然護岸
[0007]半自然護岸一般是利用工程措施，采用植物與自然材料(石材、木材等)相結(jié)合，在坡面構建一個利于植物生長的防護系統(tǒng)。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穩(wěn)定性和抗侵蝕能力，一般項目施工完成即可起到護岸作用，當植物生長后，通過根系加筋糾結(jié)作用，能有效抑制暴雨徑流的沖刷作用。常見的半自然護岸有兩種類型:一種是使用天然塊石或卵石在坡面拋撒形成有間隔的坡面，再種植植物，待植物生長完成后可形成景觀良好又具有相當抗侵蝕能力的護岸；另一種是在歐美發(fā)達國家常稱為土壤生物工程護岸技術(soil b1engineering slope protect1n technology)的箱籠結(jié)構，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間隔的空間，再使用柴捆或柳條填充在間隔中防護水流的沖刷作用，同時又可以為魚類等水生生物提供躲避捕食、繁殖生存的場所，如使用柳條，還可以生長形成一層植被。
[0008](3)多自然護岸
[0009]多自然護岸是利用工程措施，較大規(guī)模的使用混凝土、高分子材料及藥劑等人工材料與植物相結(jié)合，形成一個具有較大抗侵蝕能力的護岸結(jié)構。這類護岸一般用于對護岸抗沖擊侵蝕能力要求較高或坡岸空間較小、陡峭，不適合修建以上兩種類型護岸的河道岸坡。隨著現(xiàn)代科學技術，特別是材料科學的發(fā)展，多自然護岸出現(xiàn)了很多不同的結(jié)構類型，下面列舉國內(nèi)外多見的幾種類型:
[0010]I)石籠護岸，將方形式圓柱形的鐵絲籠內(nèi)裝滿直徑不太大的自然石頭，利用其撓性大和允許護堤坡變形的特點，置于河岸邊坡和坡腳，形成具有設定抗洪能力并具高孔隙率、多流速變化帶形的特點。與此同時，種植的植物生長后，繁茂的根須可緊縛土壤、增強抗洪能力，且在鐵絲腐蝕前就裹住了石籠石材，石籠壽命得以延長；
[0011]2) 土工材料網(wǎng)墊結(jié)構護岸，常采用無紡布或高分子材料編織成網(wǎng)狀墊層鋪設在坡岸上，再填充土壤、沙礫等材料，種植的植物根系可以穿過網(wǎng)孔均勻生長，將網(wǎng)墊、泥土表層與植被牢固地結(jié)合再一起。植被一般選擇草籽噴播技術以達到均勻生長的目的；
[0012]3) 土工格柵結(jié)構護岸，一般使用混凝土或高分子材料在坡面上形成格柵結(jié)構，進行土體加固，然后在岸坡上種植植物完成。由于土工格柵增加了岸坡土壤摩擦力，同時土壤中的孔隙水壓力也能迅速消散，所以岸坡土體整體穩(wěn)定性和承載力得到加強，而植被生長后與格柵形成一體也提高了護岸的穩(wěn)定性；
[0013]4)生態(tài)混凝土護岸，生態(tài)混凝土采用多孔混凝土(由粗石料、爐渣與水組成)，混合保水材料(泥炭或高分子吸水材料)和緩釋肥料等構成。生態(tài)混凝土具有多孔性，可為植被提供一定生長空間，而保水材料和緩釋肥料可提供植物發(fā)芽初期所需養(yǎng)分，只需施工完畢后維護一段時間，待植物初步生長即可。這種結(jié)構組成特點使得施工可以使用預制模塊直接砌放安裝作為護岸；
[0014]5) 土壤固化劑，土壤固化劑是以水泥為主體加入特殊的化學藥劑制成。其原理是:固化劑中的水分子調(diào)節(jié)劑與土壤中的水分子發(fā)生化學反應，對水分子形成很強的吸附作用，藥劑中含有的微晶體可在土壤中發(fā)育形成針狀晶體，填充土壤孔隙，形成骨架結(jié)構，而固化劑中的固化藥劑分子又通過交聯(lián)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構，從而提高土壤的抗壓抗折性能以達到穩(wěn)定土層、防止沖刷侵蝕作用的目的。
[0015]縱觀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，現(xiàn)有大多數(shù)生態(tài)護岸工程大多需要拆除原有硬質(zhì)護岸，有的甚至需要抽干河道，才能施工，時間長，代價高昂，在現(xiàn)有國情下大規(guī)模使用有較大難度。而一些城市現(xiàn)在推廣的生態(tài)浮床類技術雖然施工比較快，但是存在景觀改善有限，使用時間有限，維護工作偏大，不耐航運沖擊等的缺點，同時從原理上說不屬于護岸技術，因此存在功能缺陷。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0016]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種適用于河道護坡生態(tài)化改造的基質(zhì)及施工方法；本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有生態(tài)護坡施工復雜，成本高昂的設計缺點，提供一種新型材料作為護坡表面的直接接水面材料，在大大提高施工便利性的同時具有良好的生物相容性，能同時提供植物、微生物和水生動物的棲息場所。如果因為使用條件發(fā)生變化，需要拆除，其施工也極為簡單迅速。
[0017]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的:
[0018]一種適用于河道護坡生態(tài)化改造的基質(zhì)，其由聚丙烯或聚氯乙烯制成；
[0019]所述的基質(zhì)的形狀為長方體或圓柱體(長、寬或直徑為30?1000mm)，還可以根據(jù)需要在結(jié)構上加工為中空結(jié)構，比如在長方體或圓柱體中間加工形成矩形或圓形孔洞(長、寬或直徑均為10?200mm)。
[0020]所述的基質(zhì)中間孔狀結(jié)構和栽種層纖維基質(zhì)條間的空隙能起到模擬自然界河岸孔洞的作用，成為魚類等水生動物的繁衍生息的場所，實現(xiàn)“魚巢”的功能作用。最后在栽種層外層可選擇再疊加一層同材質(zhì)或者使用實心片狀纖維基質(zhì)材料作為結(jié)構加強層。
[0021]基質(zhì)材料原料采用與常規(guī)水處理中所使用的纖維填料一樣的材質(zhì)，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，其性能穩(wěn)定，具有抗紫外線、耐高溫、耐腐蝕等特點，因此在水下十年以上也能保持結(jié)構穩(wěn)定)。其結(jié)構特點在于使用原材料經(jīng)亂絲熱熔相互搭結(jié)再經(jīng)模具擠壓成型而形成框架結(jié)構，具有孔隙率高(可達80%?85%)、抗壓強度高(25t/m2壓力下孔隙率仍可達60%以上)、不易損壞的特點；而且纖維基質(zhì)可以根據(jù)需要加工成各種形狀，比如加工成長方體或圓柱體(長、寬或直徑為30?1000mm)，還可以根據(jù)需要在結(jié)構上加工為中空結(jié)構，比如在長方體或圓柱體中間加工形成矩形或圓形孔洞(長、寬或直徑均為10?200mm)。
[0022]而且新型纖維基質(zhì)中間孔狀結(jié)構和栽種層纖維基質(zhì)條間的空隙能起到模擬自然界河岸孔洞的作用，成為魚類等水生動物的繁衍生息的場所，實現(xiàn)“魚巢”的功能作用。最后在栽種層外層可選擇再疊加一層同材質(zhì)或者使用實心片狀纖維基質(zhì)材料作為結(jié)構加強層，而如果無航運等沖擊，不需要加強結(jié)構，最外層的結(jié)構加強層可以取消。
[0023]一種適用于護坡生態(tài)化改造的基質(zhì)的施工方法，其具體步驟為:
[0024]A在護坡護岸表面水面以上或以下打孔安裝鋼筋或鋼管制成的固定錨鉤；
[0025]所述的護坡護岸包括漿砌石塊或混凝土材質(zhì)；
[0026]B將根據(jù)護坡施工場地情況選擇長方體或圓柱體纖維基質(zhì)進行靈活組裝以構建成符合需要的矩形或其他形狀護坡模塊，需要種植植物的部分采用中空結(jié)構的纖維基質(zhì)模塊；
[0027]C將纖維基質(zhì)模塊運輸至施工現(xiàn)場，直接在基質(zhì)模塊上打孔后穿過錨鉤固定或者安裝懸掛式掛架，然后與固定錨鉤相連即可；
[0028]如河水抽干，直接在基質(zhì)模塊上打孔后穿過錨鉤固定；如果河水不能抽干，可安裝懸掛式掛架，然后與固定錨鉤相連即可；
[0029]D纖維基質(zhì)模塊外表面設置孔洞；
[0030]可根據(jù)情況開不同尺寸的孔洞以創(chuàng)造利于小型魚類或其他水生動物繁殖或躲避天敵的空間。
[0031]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的積極效果是:
[0032]由于本項設計使用的是新型纖維基質(zhì)體積密度相當?shù)停也捎媚K化設計，因此施工起來非常容易。首先，可以預先栽種植物幼苗在植物栽種條孔洞中進行繁育，待植物長大后，然后以模塊的形式運輸?shù)绞┕龅?，直接迅速敷設，因此可以迅速實現(xiàn)河岸生態(tài)功能的部分恢復；第二，對于河道原有護坡，特別是城市中多見的水泥硬質(zhì)坡面，不需進行硬質(zhì)人工材料拆除，只需要鉆孔，安裝固頂鋼筋或鉤桿即可，河道也不需要進行任何預作業(yè)(如排水抽干等)；第三，由于選擇的填料原料與水處理中的填料一致，使得其具有膜處理工藝的特性，細菌等微生物能在填料(絲狀結(jié)構具有巨大的表面積)表面形成生物膜；第四，如果由于其他原因需要調(diào)整河道設施，本項發(fā)明實施后的材料也不需要拆除廢棄，完全可以很方便的轉(zhuǎn)移到其他地方重新安裝起來繼續(xù)發(fā)揮作用。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0033]圖1a為本發(fā)明的實施例的工藝示意圖一；
[0034]圖1b為本發(fā)明的實施例的工藝示意圖二 ；
[0035]圖2為新型纖維基質(zhì)的特性照片；2a左圖為各種可選形狀，2b右為植物栽種條狀基質(zhì)剖面；
[0036]圖3為本發(fā)明的新型纖維基質(zhì)組合單元設想的模塊構建方式示意圖；
[0037]圖4為本發(fā)明中實施例2情況下需要的一種懸掛式掛架示意圖。
[0038]附圖中的標記為:1_栽種植物，2-新型纖維基質(zhì)組合單元，3-固定錨鉤，4-實心接觸坡面纖維基質(zhì)(可選擇是否加上此層)，5-中空植物栽種條狀纖維基質(zhì)，6-可在外表面開不同尺寸孔的外層結(jié)構強化纖維基質(zhì)(可選擇是否加上此層)，7-植物栽種條間的空隙。
【【具體實施方式】】
[0039]以下提供本發(fā)明一種適用于河道護坡生態(tài)化改造的基質(zhì)應用方法及施工方法的【具體實施方式】。
[0040]實施例1:
[0041]由圖la、圖2、圖3，應用方式按圖1a所示，對于大多數(shù)城鎮(zhèn)河道，其護岸表現(xiàn)為以漿砌石塊為代表的硬質(zhì)化形式，完全喪失了生態(tài)功能，但大范圍拆除重建式的生態(tài)化改造代價高昂且難以實施，本發(fā)明將組合式的新型纖維基質(zhì)用于傳統(tǒng)護坡的生態(tài)化改造。該實施例適用于河道需同時抽干露出河岸的情況，這時候只需要簡單在河岸漿砌石塊或混凝土表面選擇常水位以下適當位置(例如常水位以下10?20cm處)鉆孔，使用鋼筋或其他堅固材質(zhì)制成的錨鉤作為固定點，然后再在第一個孔垂直下方20?30cm處鉆孔，安置固定錨鉤。然后等待其他工程全部實施完畢，準備放水前一天，安裝上已經(jīng)培育好植物的(或者后面移栽植物)基質(zhì)模塊，河道放水即可。
[0042]纖維填料單元模塊構建方式見圖3，根據(jù)護坡施工場地情況可選擇適當尺寸的長方體或圓柱體纖維基質(zhì)進行靈活組裝以構建成符合需要的矩形或其他形狀護坡模塊。比如選擇高寬為500X50mm規(guī)格(長度視河岸水平線上兩個安裝錨點間距調(diào)整，建議2?4m)適當長度的實心長方體纖維基質(zhì)(參見圖2)作為新型護坡基礎面材(此層為可選層)，設計原則為500mm尺寸作為相交于水面的長度，敷設在原有河岸上，上端可設置為常水位以下5?20cm。然后選擇長寬為150X50mm規(guī)格的長方體纖維基質(zhì)(中空尺寸為55mmX25mmX2)作為植物栽種層按一定間隔(間隔尺寸不定，根據(jù)要求和施工經(jīng)費調(diào)整)敷設在基礎層之上，中間的中空孔結(jié)構使得栽種植物也將變得十分方便；通?？蛇x擇美人蕉、旱傘草(水竹)、千屈菜、四季鳶尾及其他水生植物。由于本發(fā)明采用的新型纖維基質(zhì)模塊體積密度極低(即使是全實心的基質(zhì)體積密度僅為100kg/m3，而中空結(jié)構的植物栽種層或片材體積密度更低，傳統(tǒng)的碎石或其他實質(zhì)填料一般密度為2000?3000kg/m3)，且采用模塊化施工，因此施工起來極為方便，節(jié)約時間且不需附加大型設備，植物可選擇在育種基地預先培育苗高一定程度再將基質(zhì)一起運輸至施工現(xiàn)場直接安裝，極為迅速。
[0043]實施例2:
[0044]由圖lb、圖2、圖3、圖4，應用方式按圖1b所示。這種情況下，河水并沒有被抽干，此種情況更為多見，此種情形下，為保證新型纖維基質(zhì)正確沒入水中并安裝牢固，需要使用類似圖4形式的懸掛式掛架。方式如下:
[0045]在河岸漿砌石塊或混凝土表面選擇常水位以上適當位置(例如5?1cm處)鉆孔，使用鋼筋或其他堅固材質(zhì)制成的錨鉤作為固定點，然后將安裝好懸掛式掛架的新型纖維基質(zhì)模塊運至施工現(xiàn)場，直接與錨鉤鏈接即可。由于組合模塊密度極低，因此安裝也很簡單。
[0046]新型纖維基質(zhì)組合式模塊構建方式見圖3，與上一實施例相同，不再陳述。
[0047]本發(fā)明基于新型纖維基質(zhì)材料，利用其疏松多孔但又輕質(zhì)耐壓的特性及特定生態(tài)功能(植物可栽種，微生物可在表面生長，同時兼具動物巢穴功能)。將其加工為具有特定結(jié)構的形狀，然后可以在水利建設中通過固定錨鉤迅速直接敷設在原有的岸坡兩側(cè)，在其上也可以預先栽培或者扦插上選配的挺水植物，構建出一層附加的景觀和生態(tài)化功能初步構建完成的護岸結(jié)構。本質(zhì)上來說這種施工模式采用的是模塊化的方式，因此如果采用在基地進行植物預先栽培的方式，然后將植物栽培完成的片狀模塊直接使用，又可以實現(xiàn)工程上迅速改善的效果。
[0048]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種適用于護坡生態(tài)化改造的基質(zhì)，其特征在于，其由聚丙烯或聚氯乙烯制成。
2.如權利要求1所述的一種適用于護坡生態(tài)化改造的基質(zhì)，其特征在于，所述的基質(zhì)的形狀為長方體或圓柱體，或者在結(jié)構上加工為中空結(jié)構。
3.如權利要求1所述的一種適用于護坡生態(tài)化改造的基質(zhì)，其特征在于，所述的基質(zhì)中間孔狀結(jié)構和栽種層纖維基質(zhì)條間的空隙能起到模擬自然界岸坡孔洞的作用，成為水生動物的繁衍生息的場所，實現(xiàn)“魚巢”的功能作用；最后在栽種層外層可選擇再疊加一層同材質(zhì)或者使用實心片狀纖維基質(zhì)材料作為結(jié)構加強層。
4.一種適用于護坡生態(tài)化改造的基質(zhì)的施工方法，其特征在于，其具體步驟為: A在護坡護岸表面水面以上或以下打孔安裝鋼筋或鋼管制成的固定錨鉤； 所述的護坡護岸包括衆(zhòng)砌石塊或混凝土材質(zhì)； B將根據(jù)護坡施工場地情況選擇長方體或圓柱體纖維基質(zhì)進行組裝以構建成矩形，需要種植植物的部分采用中空結(jié)構的纖維基質(zhì)模塊； C將纖維基質(zhì)模塊運輸至施工現(xiàn)場，直接在基質(zhì)模塊上打孔后穿過錨鉤固定或者安裝懸掛式掛架后與固定錨鉤相連即可； D纖維基質(zhì)模塊外表面設置孔洞。
【文檔編號】A01G1/00GK104213537SQ201410218578
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權日:2014年5月22日
【發(fā)明者】葛利云, 鄧歡歡, 張明華, 李淑娟, 趙長容 申請人:溫州醫(yī)科大學