石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝及其建造方法
【专利摘要】石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝及其建造方法。本石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝为拱形拦挡坝，结构如下：在地基上面层叠堆砌有填充石渣的石笼网片，各石笼网片之间进行绑扎，以加强整个拦挡坝结构的整体性；在石笼网片的内侧迎水面水平铺设逐层装填坡积土的废旧轮胎；在石笼网片内侧背水面砌筑逐层装填坡积土的生态袋；在废旧轮胎与生态袋之间的区域填充有振捣压密的石渣。优化方案为在石笼拱拦挡坝上下游侧废旧轮胎和生态袋的层间土中扦插植被，具有植物锚杆和生态护面作用，从而形成石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝。本发明的有益效果是：力学设计合理、施工工艺简单、成本低、易于推广，可以替代容易破坏的砌石、混凝土拦挡坝，有效防治泥石流灾害。
【专利说明】石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝及其建造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种泥石流防治工程中应用石笼网、废旧轮胎及生态袋联合组成拱形生态柔性泥石流拦挡坝。本发明还涉及这种石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝及其建造的方法。本发明特别适用于中小规模泥石流物源区崩塌坡积物的拦蓄，以及流通区泥石流的拦挡。该发明克服了传统的硬质拦挡坝如浆砌石、混凝土拦挡坝的不足，较好解决了现有泥石流拦挡结构透水与抗冲击能力差、耐久性不足的问题，实现了泥石流拦挡结构与生态保护的有机结合。
[0002]本发明项目受水利部公益性行业科研专项项目(No:201301022，No:201201037)、国家自然科学基金重大研究计划集成项目(No:91215301)、水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室开放基金以及江苏省水利科技项目(2012009)的资助。
【背景技术】
[0003]为应对日益频发的泥石流灾害，目前浆(干)砌石、混凝土为材料的刚性拦挡结构是应用较为广泛的泥石流防治措施。但刚性拦挡结构透水性差，不利于释放泥浆压力，不具备柔性，易被泥石流巨大的冲击力破坏，且易风化老化，导致设计强度降低。因此迫切需要发明一种新的泥石流拦挡结构。
【发明内容】
[0004]为了克服常用刚性拦挡坝难以快速释放泥石流泥浆压力、容许变形小、难以消减泥石流冲击力以及抗风化抗老化能力等不足，本发明提出了一种石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝。这是一种利用石笼网片、废旧轮胎、生态袋以及碎石土材料，联合砌筑成拱形的泥石流拦挡坝。坝体结构整体具有较强的透水能力，可有效消减泥浆压力；构筑材料的柔性特质和拱形结构的超载特性，提高了其抵抗冲击破坏的能力；生态护面的引入可有效保护结构免受紫外线照射，增强筑坝材料耐久性。本发明同时提供了石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝的建造方法。
[0005]采用的技术方案是，一种石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝，本石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝为拱形拦挡坝，其特征在于，结构如下:在地基上面层叠堆砌有填充石渣的石笼网片，各石笼网片之间进行绑扎，以加强整个拦挡坝结构的整体性；在石笼网片的内侧迎水面(即上游面)水平铺设逐层装填坡积土的废旧轮胎；在石笼网片内侧背水面(即下游面)砌筑逐层装填坡积土的生态袋；在废旧轮胎与生态袋之间的区域填充有振捣压密的石渣。
[0006]本发明的优化方案有:
1、所述石笼网片是由高抗腐蚀、高强度、具有延展性的低碳钢丝或包裹PVC的钢丝，使用机械编织而成。所做成的石笼拱坝是直立挡墙状或下游侧台阶式挡墙状。
[0007]2、所述各石笼网片之间进行绑扎是指，在所述的石笼拱拦挡坝的每个石笼网四个角处，用镀锌过塑钢丝缝合绳把上下、左右石笼网绑定，以增强竖向整体稳定性。
[0008]3、所述装填坡积土的废旧轮胎，为沿着胎冠中线剖为两部分，轮胎水平放置，然后填碎石土，逐层施工。把镀锌过塑钢丝缝合绳穿过废旧轮胎侧壁并把它们栓绑在一起，再与石笼网绑定；
4、所述装填坡积土的生态袋，在填土束扎袋口后水平铺设、逐层错缝叠砌，并贴紧石笼网；
5、所述生态袋是以聚丙烯(PP)或者聚酯纤维(PET)作为原材料制成的双面烧结针刺无纺布加工而成的袋子，具有抗老化、无毒、透水及对植物友好的特性；
6、所述石笼网片的层叠堆砌方式是:在石笼拱柔性拦挡坝的基础部位及地面以上一定高度范围，用大粒径块石填充的石笼修筑，并在上下游抛填大粒径块石护脚。
[0009]7、分区分块封装指的是:在每个石笼中靠近石笼壁的区域封装生态袋和废旧轮胎，其中装填的是碎石土，以便于石笼拱外侧的植物生长；在废旧轮胎与生态袋之间的大部分区域，装填的是石渣料。然后把每个石笼错峰层叠堆砌。
[0010]8、在所述的石笼拱的基部，抛填有石渣护脚(护坡)。
[0011]9、在石笼拱拦挡坝上下游面设有植物锚杆。
[0012]所述的植物锚杆是指:在每层生态袋袋体之间铺设柳枝或香根草，在废旧轮胎的堆填土中扦插柳枝，梢端穿过石笼网孔外露，柳枝生长后在填土内形成植物锚杆；
本措施栽植适应环境生存的植被形成植物锚杆，例如香根草、柳条一类根系发达易存活的植物，保护筑坝材料免受紫外线侵蚀同时兼做反滤层。另外，植被根系能够对筑坝材料进行适当的加筋，质地柔韧并与自然环境相融合。
[0013]10、在本石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝的上游侧布置有消能墩柱。
[0014]11、在废旧轮胎与生态袋之间的区域填充石渣，以5mm以上粒径的中砾为主，其含量占到抛填石渣土的一半或以上，保持其良好的透水性和变形适应特性。
[0015]换言之，本发明的石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝，是在泥石流小型支沟和毛沟等泥石流物源区或潜在物源区，分级修筑拱形的泥石流拦挡坝；所述拦挡坝是由石笼、石渣、装填坡积土的废旧轮胎和生态袋、以及植物锚杆共同构筑而成；
在沟谷中按照拱形构造铺设石笼网片；
在石笼网片内侧迎水面(即上游面)水平铺设逐层装填坡积土的废旧轮胎，所述废旧轮胎为沿着胎冠中线将轮胎一分为二，利于提高填土碾压施工的质量和效率；
在石笼网片内侧背水面(即下游面)砌筑逐层装填坡积土的生态袋，
在石笼拱拦挡坝上下游面栽植适应环境生存的植被形成植物锚杆，例如香根草、柳条一类根系发达易存活的植物，保护筑坝材料免受紫外线侵蚀同时兼做反滤层。另外，植被根系能够对筑坝材料进行适当的加筋，质地柔韧并与自然环境相融合；
完成本申请第二个发明任务的技术方案是，上述石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝的建造方法，其特征在于，步骤如下，
⑴.完成基坑开挖后，在拱弧形基础平面上铺设石笼网片，填充质地坚硬的大粒径块石，然后进行石笼网片的封装；
⑵.在基础上铺设第二层石笼网片，网片按照拱形构造进行排布，用镀锌过塑钢丝缝合绳把上下、左右相邻石笼网单元栓紧；
⑶.在石笼网片内侧下游面堆砌一层生态袋，该生态袋充填的土料可以是基础开挖的料渣； ⑷.在石笼网片内侧上游面水平铺设一层废旧轮胎，把镀锌过塑钢丝缝合绳穿过废旧轮胎并把它们栓绑在一起，贴紧并与石笼网片之间固定起来；
(5).在废旧轮胎与生态袋之间的区域填充石渣，废旧轮胎填充土料粒径相对较小，中间区域填充土料为不含粘粒的质地坚硬的大粒径材料，填筑完毕进行振捣压密；
(6).重复⑶-(5)的工序，直至该层石笼网箱体填充完毕，然后进行封装密封，进行下一层石笼网的错缝叠砌，至修筑到设计高程为止；
(7).在石笼拱上下游附近区域抛填巨粒块石料，增加基础约束，保护其免受冲刷掏蚀。
[0016]优化方案中，可以增加以下步骤:
(8).植物锚杆(生态植被)的种植，可以在施工过程中将柳枝或者香根草预植在生态袋的缝隙之间、废旧轮胎腔体的填充土中，亦可在施工完毕后进行扦插栽植。
[0017](9).在本石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝的上游侧布置消能墩柱。
[0018]本发明的有益效果是:力学设计合理、施工工艺简单、成本低、易于推广，合理地将工程措施和生态治理有机结合起来；该防护措施可以稳固泥石流物源区的松散物料，拦蓄崩滑坡体、泥石流体，结构自身具有较为优越的受力特性和耐久性。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明实施例的平面俯视图。
[0020]图2是本发明实施例的石笼拱纵剖面构造图。
[0021]图3是本发明实施例的石笼拱横剖面构造图。
[0022]图中，地基1、岸坡2、堆石护脚3、石笼网4、充填坡积土的废旧轮胎5、充填坡积土的生态袋6、植物小锚杆和香根草等植株7、石渣8、镀锌过塑钢丝缝合绳9、消能墩柱10。
【具体实施方式】
[0023]实施例1，石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝。在图1所示实施例中，开挖好地基I和岸坡2后，从基底开始铺设石笼网3，并在石笼网3内上下游侧分别铺设充填坡积土的废旧轮胎5及充填坡积土的生态袋6，在充填坡积土的废旧轮胎5上下层之间及充填坡积土的生态袋6上下层之间布置植物小锚杆和香根草等植株7，根向内梢向外，在充填坡积土的废旧轮胎5及充填坡积土的生态袋6之间的空间内抛填石渣8，这样做好一个石笼。相邻石笼之间用镀锌过塑钢丝缝合绳9绑扎连接。当第一层石笼拱做好后，按错缝叠砌的方式修筑第二层、第三层等直至设计高度，形成石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝，然后在上游侧再布置消能墩柱10，以便减小泥石流对石笼拱拦挡坝的冲击。
[0024]在图2所示的实施例中，根据河谷地形，沿河谷横向断面轴线开挖地基I和岸坡2，形成一台阶状作业平台，以便安放石笼网3。在石笼网3内上游侧铺设充填坡积土的废旧轮胎5、下游侧铺设充填坡积土的生态袋6、在充填坡积土的废旧轮胎5及充填坡积土的生态袋6之间的空间内抛填石渣8，这样形成一个石笼。同一高度相邻石笼之间用镀锌过塑钢丝缝合绳9绑扎连接。当第一层石笼拱做好后，按错缝叠砌的方式修筑第二层、第三层等直至设计高度，形成石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝。
[0025]在图3所示的实施例中，在每个石笼网4内，水平顺铺充填坡积土的废旧轮胎5，相邻轮胎形成的间隙内填碎石土，按错缝叠砌的方式摆放碎石土生态袋6，在充填坡积土的废旧轮胎5及充填坡积土的生态袋6之间的空间内抛填石渣8，这样形成一个石笼，然后逐个把石笼修建成石笼拱，同一高度相邻石笼之间用镀锌过塑钢丝缝合绳9绑扎连接。利用根植于充填坡积土的废旧轮胎5及充填坡积土的生态袋6的植物小锚杆和香根草等植株7形成生态护面和反滤层。
【权利要求】
1.一种石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝，本石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝为拱形拦挡坝，其特征在于，结构如下:在地基上层叠堆砌有填充石渣的石笼网片，各石笼网片之间进行绑扎，以加强整个拦挡坝结构的整体性；在石笼网片的内侧迎水面水平铺设逐层装填坡积土的废旧轮胎；在石笼网片内侧背水面砌筑逐层装填坡积土的生态袋；在废旧轮胎与生态袋之间的区域填充有振捣压密的石渣。
2.根据权利要求1所述的石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝，其特征在于，所述石笼网片是由高抗腐蚀的低碳钢丝或包裹PVC的钢丝编织而成； 所做成的石笼拱坝是直立挡墙状或下游侧台阶式挡墙状； 所述各石笼网片之间进行绑扎是指，在所述的石笼拱拦挡坝的每个石笼网四个角处，用镀锌过塑钢丝缝合绳把上下石笼网绑定，以增强竖向整体稳定性。
3.根据权利要求1所述的石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝，其特征在于，所述装填坡积土的废旧轮胎，结构为:沿着胎冠中线剖为两部分，轮胎水平放置，然后填土，逐层施工；把镀锌过塑钢丝缝合绳穿过废旧轮胎侧壁并把它们栓绑在一起，再与石笼网绑定； 所述装填坡积土的生态袋，在填土束扎袋口后水平铺设、逐层错缝叠砌，并贴紧石笼网； 所述生态袋为聚丙烯或者聚酯纤维为原材料制成的双面烧结针刺无纺布加工而成的袋子。
4.根据权利要求1所述的石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝，其特征在于，所述石笼网片的层叠堆砌方式是:把每个石笼像砌砖墙那样，错缝、层叠堆砌，并在上下游抛填大粒径块石护脚。
5.根据权利要求1所述的石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝，其特征在于，所述石笼网片的层叠堆砌方式是分区分块封装；该分区分块是指:在每个石笼中靠近侧壁区域封装生态袋和废旧轮胎，其中装填碎石土；在废旧轮胎与生态袋之间的区域装填石渣料。
6.根据权利要求1所述的石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝，其特征在于，所述石笼网片的生态护面方式是:在石笼拱拦挡坝上下游面设有植物锚杆。
7.根据权利要求1所述的石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝，其特征在于，在本石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝的上游侧布置有消能墩柱。
8.根据权利要求1-7之一所述的石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝，其特征在于，所述石笼网片的石渣填充方式是:在废旧轮胎与生态袋之间的区域填充石渣，石渣以5mm以上粒径的中砾为主，其含量占到抛填石渣土的一半或以上，保持其良好的透水性和变形适应特性。
9.权利要求1所述的石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝的建造方法，其特征在于，步骤如下， ⑴.完成基坑开挖后，在拱弧形基础平面上铺设石笼网片，填充质地坚硬的大粒径块石，然后进行石笼网片的封装； ⑵.在基础上铺设第二层石笼网片，网片按照拱形构造进行排布，用镀锌过塑钢丝缝合绳把上下、左右相邻石笼网单元栓紧； (3).在石笼网片内侧下游面堆砌一层生态袋，该生态袋充填的土料可以是坡积土或基础开挖的料渣； ⑷.在石笼网片内侧上游面水平铺设一层废旧轮胎，把镀锌过塑钢丝缝合绳穿过废旧轮胎并把它们栓绑在一起，贴紧并与石笼网片之间固定起来； (5).在废旧轮胎与生态袋之间的区域同时填充石渣或碎石土，废旧轮胎填充土料粒径相对较小，中间区域填充土料为不含粘粒的质地坚硬的大粒径材料，填筑完毕进行振捣压密； (6).重复⑶-(5)的工序，直至该层石笼网箱体填充完毕，然后进行封装密封，进行下一层石笼网的错缝叠砌，至修筑到设计高程为止； (7).在石笼拱上下游附近区域抛填巨粒块石料，增加基础约束，保护其免受冲刷掏蚀。
10.根据权利要求9所述的石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝的建造方法，其特征在于，增加有以下步骤: (8).植物锚杆的种植，在施工过程中将柳枝或者香根草预植在生态袋的缝隙之间； ⑶.在本石笼拱生态柔性泥石流拦挡坝的上游侧布置消能墩柱。
【文档编号】E02B7/12GK104164851SQ201410418127
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】陈生水, 周成, 徐惠民, 何宁, 苏洁, 张桂荣, 陈群, 程大鹏, 费宗如, 吴颖, 韩利彪, 刘伟 申请人:水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院, 四川大学