专利名称：河道生态净污型正方体框体及其构建组合挡坝方法
技术领域：
本发明涉及一种生态型河工建筑物，特别涉及一种具有净化河流水体、营造多样 河岸生物栖息环境功能的河道生态净污型正方体框体及其构建组合挡坝方法。
背景技术：
河工建筑物是指稳定或改善河势，调整水流所修建的水工建筑物。常用的有丁坝、 矶头、护岸、顺坝、锁坝、桩坝、杩槎坝等。河道整治建筑物可以用土、石、竹、木、混凝土、金 属、土工织物等河工材料修筑，也可用河工材料制成的构件，如梢捆、柳石枕、石笼、杩槎、混 凝土块等修筑。河工建筑物一般分为透水建筑物和实体建筑物以及环流建筑物。实体建筑物不允 许水流透过坝体，导流能力强，建筑物前冲刷坑深，多用于重型的永久性工程。实体建筑物 分为两类一类用抗冲材料堆筑成坝，称抗冲材料堆筑坝，如堆石丁坝、石笼坝、柳石坝等。 在沙质河床上建坝时，可先铺沉排护底。另一类以土为坝体，用抗冲材料护坡、护基(脚)，称 土心实体坝。实体建筑物一般多为土心实体坝，如黄河、长江即大量使用。实体建筑物修建 后都要经受水流淘刷，有的用沉排护底，有的随着河床变形需抢修、加固到冲刷坑的相应深 度，坡面也要不断维修，以适应水流，才能较为稳定，其维护管理需要消耗大量的人力物力。透水建筑物则允许水流穿越坝体，导流能力较实体建筑物小，建筑物前冲刷坑浅， 有缓流落淤作用。透水建筑物主要有以下几种结构①桩坝这是一种较常用的透水建筑 物，可由单排或数排桩组成。最早在缓流浅水处使用木桩坝，有缓流落淤效果。垂直桩坝的 桩，打入河底部分占桩长的2/3，桩的上部以横梁联系。斜桩坝以三根桩为一群，上部用竹 缆或铅丝绑扎在一起，排间连以纵横连木，基础可用沉排保护或在桩式坝内填石料保护。桩 坝现已发展用钢筋混凝土桩坝，用水冲钻或震动打桩机打桩，桩长及桩入土深度均可增加， 由于抗冲能力大可用于河道主流区。其主要缺点是造价较大、施工复杂且比较困难。②杩 槎用三根或四根杆件(杆件可为木料、钢材、钢筋混凝土等)，一头绑在一起，另一头撑开， 每两根杆件中间用横杆联系固定，做成架子，称为杩槎。杩槎内铺板压以重物(石块或柳石、 柳淤包)，排列沉于河底修筑成透水(也可不透水)的杩槎坝，可作丁坝、顺坝、锁坝等，适用 于砂卵石河床且水深较浅处。其主要缺点是制作和施工都比较复杂，要求技术人员具有较 强的经验，尤其是现场投放杩槎的技术难度很大。③沉树用石块等重物系于树干上，沉至 河底，作成透水建筑物，利用树冠上的枝梢，缓流防冲。沉树分立式、卧式、立卧结合、串联式 等。④编篱在河底上打入一排或数排木桩，用柳枝、柳把或篾把编在木桩上，形似篱笆，构 成透水坝。有单排编篱、双排编篱或多排编篱透水的丁坝、顺坝、锁坝。⑤植树在提岸前 滩地上种植护岸林带(其宽度以不影响行洪为原则)，对防御风浪拍击提岸有明显作用。在 提根洼地、河滩串沟做活柳桩(将柳树的根部种植于土中)坝，也可缓流落淤，防冲固提。沉 树、编篱、植树等方法主要适用于中、小河流中水、枯水河槽的整治。可见，目前普遍使用的河工建筑物的结构形式，要么容易被破坏，要么造价高昂、 施工难度极大，维护管理耗费大量人力物力。更为重要的是，随着河道水环境质量不断恶化和生态系统不断退化，河道整治已由传统的工程性整治发展为兼顾环境和生态的综合性治 理，即河工建筑物在护岸固滩、截留泥沙、稳定河势、航道整治、挡水截流、抢险堵口的同时， 同时发挥改善水环境质量、营造生物栖息地和修复生态系统等功能。可见，以往的河工建筑 物尚不具有改善水环境质量、营造生物栖息地和修复生态系统等功能。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述各种河工建筑物的各自缺陷，研制一种用于研制一 种应用于护岸固滩、截留泥沙、稳定河势，同时具有污染净化和生态修复等综合功能的的河 道生态净污型正方体框体及其构建组合挡坝方法。本发明的技术方案是河道生态净污型正方体框体，包括正方体状空心骨架和若 干个弹性滤球生物填料串，所述正方体状空心骨架为12根钢筋砼杆件固定连接而成，所述 正方体状空心骨架的四个侧面内的各条对角线上均固定连接有加固杆，正方体状空心骨架 的上下表面内均设有正方形框体和四根支杆，且各根支杆均沿对角线将正方形框体与正方 体状空心骨架固定连接，两个正方形框体的中心与上下表面的中心位于同一轴线上，所述 若干个弹性滤球生物填料串均沿铅直方向连接在上、下表面内相对的两根支杆上；
所述钢筋砼杆件中砼杆件长lm，断面尺寸为0. 1 mXO. lm，砼强度为C13 C15，所述砼 杆沿轴线预先埋入1根长1. 3 πιΦΙΟ钢筋，且钢筋的两端均伸出砼杆；
所述弹性滤球串为至少两个弹性滤球由铅丝支杆串联而成，弹性滤球为由聚烯烃塑料 制成球形的空心骨架内填充放射状的聚乙烯细丝，内部具有较大的比表面积。本发明的另一个目的提供一种河道生态净污型正方体框体构建组合挡坝方法，其 构建步骤如下a、将若干个生态净污型正方体框体叠放在一起，并通过打桩将木桩或仿木 桩依次穿过各个生态净污型正方体框体上下表面上的正方形框体形成组合体；b、将多个 组合体并列排成两排固定于河床之上，形成挡坝，所述挡坝与水流线呈110° 120°夹角 的方向。所述组合体内生态净污型正方体框体的叠放高度根据河道深度而定，以河道平水 期水面不高于坝顶为准。所述挡坝的坝体长度在垂直于水流方向的投影长度与河宽之比小于0. 3。 其更进一步的技术方案是沿水流方向连续设置3 5级挡坝以形成坝群，相邻两 个挡坝的间距为坝长的1. 5 2. 5倍，安放顺序为由下游向上游。
本发明的优点和效果在于(1)可改岸边局部冲势为不冲或淤势，起到稳住岸坡、 保护河床的作用，且自身稳定、不易翻滚、受水流冲击力小，不会被水流冲走流失。O)有明 显的分散水流、消杀能量、降低流速、截留泥沙的作用，对高泥沙含量水体具有较好的治理 效果。( 正方体框体内的弹性滤球生物填料具有较大的比表面积，容易附着生长大量微 生物形成生物膜，对水体具有较好的净化效果，有利于水环境质量的改善。具有较好的 促淤造滩作用，可营造多样化的河岸栖息环境，不仅可为微生物、藻类提供附着介质，还可 以为底栖动物、鱼类提供生长栖息和产卵繁殖的环境，有利于生态系统的修复。(5)正方体 框体结构稳定，适合任何地形和水流状况，不同于普通透水框架通过抛投来进行堆积的形 式，生态净污型正方体框体通过打桩的方式与河床进行固定，具有耐水流冲击及易施工的 特点。(6)正方体框体制作简单，可实现工厂化生产，施工方便，易保证施工的质量与数量，维护管理比较方便且费用较低，总体来说，性能价格比非常高。
图1——钢筋砼杆件示意图。图2——弹性滤球串示意图。图3——河道生态净污型正方体框体示意图。图4——生态净污型六面框体多层组合体示意图。图5——生态净污型六面框体组合挡坝平面布置图。图中的1是钢筋砼杆件，2是钢筋，3是弹性滤球，4是聚乙烯细丝，5是加固杆，6是 弹性滤球串，7是正方体状空心骨架，8是正方形框体，9是河道生态净污型正方体框体，10 是木桩或仿木桩，11是挡坝，12水流方向。
具体实施例方式实施例1
河道生态净污型正方体框体，如图1所示，预制长lm、断面尺寸为0. 1 mXO. lm、砼强度 为C13 C15的钢筋砼杆件1，每根钢筋砼杆件1中埋入1根长1. 3 πιΦ 10钢筋2，且钢筋 2的两端均伸出砼杆。如图2所示，用聚乙烯、聚烯烃塑料等材料制成弹性滤球3，弹性滤球3为球形，滤 球内部为放射状的聚乙烯细丝4，具有较大的比表面积，容易附着生长大量微生物形成生物 膜，可有效净化水体。将弹性滤球3串联在铅丝支杆上，形成弹性滤球串6。如图3所示，将12根钢筋砼杆件1焊接形成呈正方体状空心骨架7。在正方体状 空心骨架7的四个侧面内的各条对角线上均固定连接有加固杆5，正方体状空心骨架7的上 下表面内均设有正方形框体8和四根支杆，且各根支杆均沿对角线将正方形框体8与正方 体状空心骨架7固定连接，两个正方形框体8的中心与上下表面的中心位于同一轴线上，将 若干个弹性滤球串6沿铅直方向联接在上、下表面内相对的两根杆上。如图4、5所示，将若干个生态净污型正方体框体叠放在一起，并通过打桩将木 桩或仿木桩10依次穿过各个生态净污型正方体框体上下表面上的正方形框体8形成组合 体；b、将多个组合体并列排成两排固定于河床之上，形成挡坝11，所述挡坝11与水流线呈 110° 120°夹角的方向。挡坝11的坝体长度满足其在垂直于水流线方向的投影长度与 河宽之比小于0. 3。按水流方向连续间隔设置3 5个挡坝11以形成坝群，坝间距为坝长 的1. 5 2. 5倍，安放顺序为由下游向上游。本发明不限于正方体框体结构，其它多面框体(如四面框体、五面框体等)组合的 挡坝技术也在本发明保护范围之内。本发明成型后，由于河道生态净污型正方体框体组合挡坝对水流的挑流作用，坝 前冲刷轻，产生的回流弱，可减轻水流对岸坡和河床的冲刷，有效起到稳住岸坡、保护河床 的作用，其自身稳定、不易翻滚，而且由于透水结构而受水流冲击力小，不会被水流冲走流失。由于弹性滤球3具有较大的比表面积，容易附着生长大量微生物形成生物膜，水 体流经河道生态净污型正方体框体组合挡坝时，污染物可以在弹性滤球3表面生物膜的作用下得到截留净化，因而对水体具有较好的净化效果，有利于水环境质量的改善。
由于河道生态净污型正方体框体组合挡坝对水流的调节作用，使得水流流速在坝 区减缓，因而水体中的泥沙得以沉降下来淤积于河床。根据原型观测资料表明，经过一个汛 期，抛投区均形成大量的淤积，一个河道生态净污型正方体框体至少可以淤积Im3 2m3沙 以上。而且，由于坝区产生了大量的淤积，有利于在顺直硬质的河岸慢慢形成岸滩，可营造 多样化的河岸栖息环境，不仅可为微生物、藻类提供附着介质，还可以为底栖动物、鱼类提 供生长栖息和产卵繁殖的环境，有利于生态系统的修复。
权利要求
1.一种河道生态净污型正方体框体，包括正方体状空心骨架(7)和若干个弹性滤球生 物填料串(6)，其特征在于所述正方体状空心骨架(7)为12根钢筋砼杆件(1)固定连接而 成，所述正方体状空心骨架(7)的四个侧面内的各条对角线上均固定连接有加固杆(5)，正 方体状空心骨架(7)的上下表面内均设有正方形框体(8)和四根支杆，且各根支杆均沿对 角线将正方形框体(8)与正方体状空心骨架(7)固定连接，两个正方形框体(8)的中心与上 下表面的中心位于同一轴线上，所述若干弹性滤球生物填料串(6)均沿铅直方向连接在上、 下表面内相对的两根支杆上。
2.根据权利要求1所述的河道生态净污型正方体框体，其特征在于所述钢筋砼杆件 (1)中砼杆件长lm，断面尺寸为0. 1 mXO. lm，砼强度为C13 C15，所述砼杆沿轴线预先埋 入1根长1. 3 πιΦΙΟ钢筋(2)，且钢筋(2)的两端均伸出砼杆。
3.根据权利要求1所述的河道生态净污型正方体框体，其特征在于所述弹性滤球串 (6)为至少两个弹性滤球(3)由铅丝支杆串联而成。
4.根据权利要求3所述的河道生态净污型正方体框体，其特征在于弹性滤球(3)为由 聚烯烃塑料制成球形的空心骨架内填充放射状的聚乙烯细丝。
5.一种采用如权利要求1所述的河道生态净污型正方体框体构建组合挡坝方法，其特 征在于构建步骤如下a、将若干个生态净污型正方体框体叠放在一起，并通过打桩将木桩 或仿木桩(10)依次穿过各个生态净污型正方体框体上下表面上的正方形框体(8)形成组 合体；b、将多个组合体并列排成两排固定于河床之上，形成挡坝(11)，所述挡坝(11)的轴 线与水流线呈110° 120°夹角的方向。
6.根据权利要求5所述的河道生态净污型正方体框体构建组合挡坝方法，其特征在于 所述组合体内生态净污型正方体框体的叠放高度根据河道深度而定，以河道平水期水面不 高于坝顶(11)为准。
7.根据权利要求5所述的河道生态净污型正方体框体构建组合挡坝方法，其特征在于 所述挡坝(11)的坝体长度在垂直于水流方向的投影长度与河宽之比小于0.3。
8.根据权利要求5所述的河道生态净污型正方体框体构建组合挡坝方法，其特征在于 沿水流方向连续设置3 5个挡坝(11)以形成坝群，相邻两个挡坝(11)的间距为坝长的 1. 5 2. 5倍，安放顺序为由下游向上游。
全文摘要
本发明公开了一种河道生态净污型正方体框体及其构建组合挡坝的方法，该框体由预制钢筋砼杆件和弹性滤球生物填料，拼装形成，将多个河道生态净污型正方体框体叠放在一起，通过打桩的形式将其固定，使组合体按其轴线与水流线呈110°～120°夹角的方向固定安放于河床之上，坝体长度满足其在垂直于水流方向的投影长度与稳定河宽之比小于0.3。本发明具有的优点可稳定岸坡、保护河床，能降低流速、截留泥沙，对高泥沙含量水体具有较好的治理效果，对水体具有较好的净化效果、有利于水环境质量的改善，可营造多样化的河岸栖息环境、有利于生态系统的修复，适用于不同尺度的河道整治，且造价较低、制作简单、施工和维护管理比较方便。
文档编号C02F3/34GK102070245SQ20101057077
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者侯俊, 吴建成, 王沛芳, 王超, 钱进 申请人:河海大学