本发明涉及属于河流生态修复与重建工程领域，涉及硬质坡式护岸生态化改造技术，具体设计一种用于硬质坡式护岸原位植生式生态化改造的方法和系统。
背景技术：
坡式护岸是护岸工程的一种，其作用在于保护江河湖海的堤岸免受水流、风浪、海潮的侵袭和冲刷。在过去的很长时间，人们在建造河道护岸时，只考虑到护岸工程的安全耐用性，因此大部分河道选用的是硬质护岸，这种结构在保护堤岸的同时也阻隔了水、陆生态系统的相互联系，严重破坏了河流的生态健康功能，甚至影响到整个生态系统的稳定性，不利于生态环境保护和水土保持。为解决上述传统硬质护岸结构存在的问题，需对现有硬质护岸进行生态景观化改造。
目前硬质护岸改造有以下两种方式：一种是破除硬质坡面后进行生态化改造，其本质等同于在退化的土质护岸上进行生态修复。这种方案可以从本质上解决现状河道硬质护岸影响环境的问题，但其工程量大，所需资金较高，会受到工程资金、用地等多方面限制，其应用存在局限性。
另一种是直接在硬质护岸的表面进行生态修复，具有代表性的是生态混凝土修复技术，该技术一般是采用由固、液、气三相物质组成的具有一定强度的多孔人工材料作为载体，利用多孔材料的透气、透水等性能，并渗透植物生长所需的营养，从而恢复河岸的植被，为生物提供良好的栖息场所。如现有技术中，中国专利文献cn201232190y公开了一种生态护坡，其包括多个沿边坡放置的、装有植物生长基质的生态袋和加固装置，所述加固装置包括网状件和将该网状件固定在边坡上的多个加固件，其中网状件覆盖在所述生态袋上，所述加固件的一端和所述网状件相连接，另一端固定在边坡上。
上述现有技术中的方法即是在硬质护岸的表面进行生态修复，但是采用这种修复方法进行修复时，护岸本身的阻隔问题仍旧存在，且采用这种修复方法，引入的添加基质容易对动植物的生存造成影响，二者的相容性容易存在问题。
技术实现要素：
本发明解决的是现有技术中的硬质护岸改造方法存在的工程量大、所需资金较高或难以解决护岸本身的阻隔，引入的添加基质容易对动植物的生存造成影响的技术问题，进而提供一种工程量小、节约成本的用于硬质坡式护岸原位植生式生态化改造的方法。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
原位植生式生态化改造的硬质坡式护岸，在所述硬质坡式护岸的坡面上设置有孔洞，所述孔洞形成网格结构；所述孔洞贯穿所述坡面设置，与位于所述坡面下方的土层相连通；所述孔洞的总面积占所述坡面总面积的45-55％；
在至少一部分孔洞内放置有格网土石笼护坡装置，所述格网土石笼护坡装置设置有放置箱，在所述放置箱内衬有土石笼袋，在所述土石笼袋内充填有物料层和植物种子，所述放置箱的箱面均为格网结构。
所述坡面上的孔洞采用错缝设置；所述放置箱的尺寸与所述孔洞相配合，所述放置箱放置在所述孔洞中时，所述放置箱的外侧面与所述坡面相平齐，所述放置箱朝向所述孔洞的内壁面的侧面基本贴合所述孔洞的内壁面设置。
相邻的两个所述格网土石笼护坡装置的放置箱通过连接结构连接固定，所述连接结构的至少一部分跨越所述硬质坡式护岸的坡面设置。
在所述坡面上还铺设有用于对所述坡面进行灌溉的微灌设备。
对硬质坡式护岸进行原位植生式生态化改造的方法，包括：
(1)在所述硬质坡式护岸的坡面上打洞形成网格结构，所述孔洞贯穿所述坡面设置，与位于所述坡面下方的土层相连通；孔洞的总面积占所述坡面总面积的45-55％；
(2)在至少一部分孔洞中放置格网土石笼护坡装置，所述格网土石笼护坡装置设置有放置箱，所述放置箱的箱面均为格网结构；在所述放置箱内衬有土石笼袋，在所述土石笼袋内充填有物料层和植物种子。
步骤(2)中放置所述格网土石笼护坡装置的步骤为：先将放置箱置于孔洞中，将相邻的两个所述格网土石笼护坡装置的放置箱连接固定；再在所述放置箱内放置所述土石笼袋，向所述土石笼袋中依次填充硬质物料层和植物生长基质层，将所述植物种子埋设在所述植物生长基质层内，其中所述硬质物料层由硬质碎块和砂砾组成。
所述硬质碎块为步骤(1)中在所述坡面上打洞时获得的物料形成的碎块。
步骤(1)中打洞时，所述孔洞采用错缝设置；所述放置箱的尺寸与所述孔洞相配合，所述放置箱放置在所述孔洞中时，所述放置箱的外侧面与所述坡面相平齐，所述放置箱朝向所述孔洞的内壁面的侧面基本贴合所述孔洞的内壁面设置。
所述植物生长基质层中采用的植物生长基质为生物基材、有机肥、土壤调节剂和保水剂的混合物；其中所述生物基材为腐殖土；所述有机肥的含量以质量百分比计占所述植物生长基质的10-15wt％；所述土壤调节剂的含量以质量百分比计占所述植物生长基质的0.15-2wt％；所述保水剂的含量以质量百分比计占所述植物生长基质的0.1wt％。
位于常水位下方的孔洞的一部分采用空置设置。
本发明所述的原位植生式生态化改造的硬质坡式护岸及其改造方法，优点在于：
(1)本发明所述的原位植生式生态化改造的硬质坡式护岸，在硬质护岸上进行坡面切割打洞，保留了部分原硬质护岸作为支撑骨架，相对于完全拆除硬质护岸对河岸进行生态重建，前者能够一定程度的缩减工程量。切割破碎后的硬质碎块可以放置在新布设的生态格网土石笼中进行原位利用，使其继续发挥稳固边坡的作用，既节约了成本，又能减少工程废弃物。
本发明在所述硬质坡式护岸上打洞时，位于孔洞附近的未打洞区域形成了硬质格构框架网，硬质格构框架网与安放在格框中的生态格网土石笼结构形成一个整体，可共同提供强度，同时生态格网土石笼结构具有抗冲刷、抗腐蚀、耐磨损、高强度、适应地基变形能力强等性能，能够保证改造后岸坡的整体稳定性。
硬质坡面打洞为实现水、陆相通创造了条件，放置在打洞后所形成框格结构中的生态放置箱具有优良的透水性、可植生性、良好的岸坡交互性等优点。它能够为植物生长提供环境，碎石及硬质干砌块中的空隙为动物提供繁殖栖息地，水位以下放置箱间流通的水道可以为水生动植物提供养分，创造适宜的生境，保证物种的流通及生态系统的相互联系。作为优选的实施方式，位于常水位下方的孔洞的一部分可采用空置设置，使得这些空间可作为鱼类等生物栖息繁衍场所。
(2)作为优选的实施方式，本发明合理配置了植被生长基质，可提供植物生长所需的良好的土壤环境、提高生长基质的抗冲刷性能、提供植物生长过程中需求的水分、提供植物生长过程中需求的养分、有效改善土壤水、肥、气等状况，加速植物生长。
(3)本发明还进一步采用微灌系统对岸坡植被进行灌溉，能够保证在补充植被生长所需水分的同时节省灌溉用水量，此外，微灌系统还兼有施化肥、喷农药等功能，为植被健康生长创造很好的条件。
为了使本发明用于硬质坡式护岸原位植生式生态化改造的系统和方法的技术方案更加清楚明白，下面结合具体实施方式和附图对本发明中的技术方案进行进一步的描述。
附图说明
图1为本发明对硬质坡式护岸生态化改造的平面示意图；
图2-4为本发明对硬质坡式护岸生态化改造的横断面示意图。
附图标记说明：
1-生态格网土石笼；2-坡面切割打洞洞口型式；3-单元硬质护岸面积分割线；4-坡面打洞后构建的硬质护岸格构框架网；5-挺水植被；6-草本或小型乔、灌木；7-抗滑锚固桩；8-微灌系统输水管道；12-生物基质；13-碎石及硬质拆除体碎块。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
本实施方式中，对于“外面”“外侧”中的方向“外”，是指硬质坡式护岸背向土层的一侧，通常情况下。
本实施方式公开了一种经原位植生式生态化改造的硬质坡式护，如图1-图4所示，在所述硬质坡式护岸的坡面上设置有孔洞，所述孔洞形成网格结构；所述孔洞贯穿所述坡面设置，与位于所述坡面下方的土层相连通；所述孔洞的总面积占所述坡面总面积的45-55％；在至少一部分孔洞内放置有格网土石笼护坡装置，所述格网土石笼护坡装置设置有放置箱，在所述放置箱内衬有土石笼袋，在所述土石笼袋内充填有物料层和植物种子，所述放置箱的箱面均为格网结构。
本实施方式中对所述硬质坡式护岸原位植生式生态化改造的方法，包括：
(1)在所述硬质坡式护岸的坡面上打洞形成网格结构，所述孔洞与位于所述坡面下方的土层相连通；所述孔洞的总面积占所述坡面总面积的45％-55％，优选孔洞采用错缝设置。
在实际施工时，对于混凝土面板建造的硬质护岸，如面板为相同大小、均匀排列设置，且采用错缝设置，那么此时可在每一块面板的居中位置进行切割打洞，每一个面板上的孔洞的面积占所述面板面积的45％-55％，优选为50％，完成打洞后，剩余面板的部分形成硬质格框。这种方式打出的洞呈网格排列，且孔洞同样错缝设置。混凝土切割作业应在0℃以上环境温度条件下进行。切割混凝土作业之前应清理作业面，使作业面不要有垃圾等杂物。机械切割破碎可采用混凝土液压切割机、混凝土液压破拆钳等设备。
对于浆砌石硬质护岸而言，可先对护岸坡面进行面积分割，分块后的单块面积范围内浆砌石护岸类似于混凝土的单个面板，其孔洞深度、形式及面积同上述混凝土面板硬质护岸。机械切割破碎时可采用液压振动锤、破击锤等设备，如碰到大体积石块破碎时，应该从上往下逐层破碎，破碎完一层随即挖除一层。
考虑坡面的稳定性，每个孔洞的面积不宜过大，对于矩形的孔洞，优选所述孔洞沿坡面方向上的尺寸配合坡面孔洞尺寸大小设置，其单边长度的优选范围为0.15m-1m，所述孔洞的厚度为原硬质坡面厚度，所述厚度的范围优选不大于0.15m。
为了防止切割拆除作业后坡体出现崩塌等险情，在格框内部的上边缘打入锚固抗滑桩。需要说明的是，本发明中的原位植生式生态化改造的方法并不仅限于上述两种情况的应用，对于其它任何形式的硬质护岸同样适用。
(2)在至少一部分孔洞中放置格网土石笼护坡装置；所述格网土石笼护坡装置设置有放置箱，在所述放置箱内衬有土石笼袋，在所述土石笼袋内充填有植物生长基质、硬质碎块、砂砾和植物种子。
所述放置箱的箱面均为格网结构，从而使得当所述放置箱置于所述孔洞中时，便于水分的流通。作为可选择的实施方式，所述放置箱可以选择生态格网网箱。所述的生态格网网箱选用低碳热镀锌钢丝、铝锌混合稀土合金镀层钢丝，包覆pvc或经高抗腐处理的以上同质钢丝。所述的内衬土石笼袋为机织有纺土石笼袋，主要成份为聚丙烯加碳黑处理，由单一纤维单股编织而成的透水织布。
生态格网网箱柔性结构，箱体尺寸应根据坡面稳定要求合理确定，其厚度应等于硬质护岸厚度，但单边长度应保证不小于0.15m。
放置格网土石笼护坡装置时，格网土石笼护坡系统的实施流程包括：放置箱铺设、土石笼袋与放置箱组合、物料填充、封盖等步骤。具体为：
先将所述放置箱放置在所述孔洞中，本实施方式中所述放置箱的外侧面与所述坡面相平齐，从而以贴坡形式布置所述格网土石笼护坡装置，同时所述放置箱朝向所述孔洞的内壁面的侧面基本贴合所述孔洞的内壁面设置。待所述放置箱放置完毕后，优选将相邻的两个所述格网土石笼护坡装置的放置箱连接固定，同样作为优选的实施方式，可通过连接结构将两个所述格网土石笼护坡装置的放置箱连接固定，所述连接结构的至少一部分跨越所述硬质坡式护岸的坡面的外表面设置。这样设置的优点在于，所述连接结构跨设在坡面上起到支撑作用，从而可防止放置箱发生沉降。
然后向所述放置箱内放置土石笼袋，将所述土石笼袋置入放置箱后，将土石笼袋底部撑展，并将袋身与网箱绑扎牢，在所述土石笼袋内且位于放置箱1/2高处设置十字拉筋。
完成土石笼袋的铺设后，作为优选的实施方式，在填充时，可向所述土石笼袋中依次填充硬质物料层和植物生长基质层，即先填充所述硬质物料层，所述硬质物料层铺设于放置箱的内侧，然后再铺设植物生长基质层，再将所述植物种子埋设在所述植物生长基质层内，这种铺设方式便于植物种子的萌出。所述硬质物料层包含硬质碎块和砂砾，所述硬质碎块优选使用硬质拆除体碎块，所述硬质拆除体碎块来源于步骤(1)中切割打洞产生的碎块。作为可选择的实施方式，也可以使用普通碎石部分或全部代替所述硬质拆除体碎块。
在网箱内填充植被生长基质、硬质碎块时不得一次填满一格，每组格网箱内须同时均匀投料，以保证网箱方正。装填石料及硬质拆除体碎块尺寸根据网箱厚度选取，在填充过程中，当填料达到箱体1/2时，用小碎石或沙粒填充空缺，并人工夯实或机械作业，避免装填后产生表面不平整现象，石料和干砌块的装填要求密实，且面墙要平整。装填土料选用配置好的植被生长基质，在网箱表层填充的生长基质中可拌和草种。考虑到土石笼内填料的沉降，土石料及硬质拆除体碎块等装填高度一般超过网箱50mm～80mm。
作为优选的实施方式，所述硬质拆除体碎块的粒径范围为70mm-200mm，从而使得填料粒径大小与网箱尺寸相适应。
完成填充后，在封盖前，土石笼袋顶面应填充平整，然后将袋口向内折回，以粘扣带粘合，并以铁棒先行固定角端，再绑扎边框线与石笼网封盖。
对于植物种子的选择，在常水位以下放置箱内种植挺水植被，如香蒲、菖蒲、水葱、芦苇、芦竹等；常水位以上的网箱内选种抗旱性能的植物，如紫花苜蓿、结缕草、千屈菜、石榴、紫荆、火棘等。
本实施方式中的植物生长基质，由腐殖土、有机肥和土壤调节剂、保水剂组成，其中有机肥为菌渣和动物粪便，土壤调节剂为蛭石，菌渣、动物粪便、蛭石、保水剂的含量分别占到植被生长基质总量的10wt％、15wt％、2wt％和0.1wt％，将配比好的生长基质混合均匀后即可作为生态格网土石笼填充料使用。作为进一步优选的实施方式，所述植物生长基质中还可以添加粘结剂，所述粘结剂的添加量为0.15wt％，所述粘结剂可采用粘土等。
作为优选的实施方式，还可进一步设置微灌系统，所述微灌系统可辅助对岸坡植被进行补水在坡面切割打洞、岸坡格构框架锚桩锚固及杂物清除之后，首先要进行微灌系统安装，然后再进行生态格网土石笼的铺设。微灌系统中水泵、过滤器、输水干管、支管、毛管等的位置分布、布设方式应按照实际输水情况布置。其中输水管道应埋于放置箱之下，管道埋深应根据土壤冻层深度、地面荷载等要求确定，干、支管埋深不小于50cm，毛管埋深不小于30cm。干、支管槽宽不宜大于40厘米。管道平顺放入管槽内，不得悬空和扭曲。待管件及水泵等设备安装完毕，经冲洗试压，全面检查质量合格后方可回填，回填完工后再进行后续其他工作。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。