专利名称：多孔混凝土预制单球及其组合方法
技术领域：
本发明是水利工程、环境工程、生态修复工程领域所适用的产品和方法，尤其是一种具体适用于堤岸护坡、水土保持、水质净化及维持生物多样性功能的产品和方法。
背景技术：
为有效防止水土流失，保障湖泊、水库以及河道堤防安全，我国长期以来采用普通混凝土护坡的形式。这种混凝土护坡由于采用无孔的介质，对河道坡面采用封闭的形式，阻断了水体和近岸陆地土壤之间的联系，水生植物不能在坚硬密实、无连续空隙的普通混凝土表面上生长，水生动物也因此失去了栖息生存空间，导致水体堤岸与近岸陆地之间丰富的湖漫滩、河漫滩的自然生态系统遭到破坏，造成生物多样化指数降低，使水体自净功能下降甚至完全丧失。同时，普通混凝土颜色灰暗，在感观上缺乏生机，让人产生远离自然的感觉，这与人类追求生活环境回归自然的初衷相违背。
因此，为使堤岸护坡既有水土保持、加固堤岸的功能，又同时具有水质净化及维持生物多样性的功能，研究和开发新型的堤岸护坡产品和堤岸护坡工程技术显得迫在眉睫。
技术内容技术问题本发明的目的是提供一种既能加固堤岸、又具有水质净化及维持植物生长的生物多样性的多孔混凝土预制单球及其组合方法。
技术方案本发明是一种采用多孔混凝土预制单球取代普通混凝土进行堤岸护坡的产品和方法。多孔混凝土预制单球，是在该单球中的x、y、z的三维方向上均设有通孔，横向的x方向的通孔与纵向的y方向的通孔以及垂直向的z方向的通孔互不相交，但x方向孔壁与z方向孔壁、y方向孔壁与z方向孔壁之间相切。该单球由多孔混凝土预制而成，其空隙率为20-25％。
多孔混凝土预制单球的组合方法，是在单球中的z方向的通孔中设有连接钢筋，在横向的x方向的通孔或纵向的y方向的通孔中设有连接钢筋，连接钢筋的两端分别与连接片相铆接，使两个单球连接在一起形成一组双球；位于双球侧面的连接片再用螺栓连接在一起，将多组双球连接在一起形成一个整体。
多孔混凝土预制单球的组合方法，是在横向的x方向的通孔和纵向的y方向的通孔中设有连接钢筋，z方向的通孔中仅在双层及多层多孔混凝土预制球连接时设有连接钢筋。连接件包括连接片及螺栓式样的连接钢筋。单层连接时，首先采用连接钢筋沿x方向的通孔将六个或多个预制单球连接成一组球组，然后将六组或多组球组矩阵排列形成球阵，同时沿y方向的通孔用连接钢筋连接。球阵中沿x方向每两组球之间的两外侧面用连接片固定；沿y方向的连接片使用同x方向。这样就形成一个稳定的单层球阵。双层或多层连接时，将两个或多个单层球阵沿z方向的通孔用连接钢筋和连接片连接。
本发明中使用的多孔混凝土既有一定的强度和耐久性，又具有透水性和透气性。经实测表明，多孔混凝土的抗压强度达20MPa，连续空隙率为20-25％。本发明主要利用多孔混凝土的连续空隙，并通过单球预制件的连接护坡技术，为岸边植物提供相应的生存空间，同时为微生物提供栖息附着场所。通过植物生长吸收水体中的N、P污染物作为营养元素，达到减轻水体富营养化程度，修复与重建退化了的生态环境，保持绿色自然景观，进而恢复水体的生物多样性，达到生态效应和景观效应并举的效果。
技术效果(1)集水土保持、生态修复于一体，从根本上克服了普通混凝土护坡无法生长植被的缺点，具有生物多样性效应、景观效应、水质净化等效应，实现了护坡技术和环保技术的完美统一。
(2)护坡工程完成后无需人工养护，近水堤岸成为具有生物、生态净化功能的水处理设施，也是一种真正意义上的绿色护坡技术。
(3)该技术以多孔混凝土预制单球作为主要构件，再采用专门的连接技术进行连接，构造坚固护坡，同时又具有植物生长条件，使护坡具有绿色生态效应。
本发明具有下述特点(1)该连接技术充分运用相应的空间几何知识，以多孔混凝土预制单球、连接钢筋、连接片、固定螺栓为基本构件，从根本上克服了单个多孔混凝土球护坡结构不稳定的缺点，拓展了多孔混凝土预制单球在护坡工程中的应用前景。
(2)该连接技术应用灵活，可根据现场条件对连接球的数量进行调整，使多孔混凝土预制单球的施工铺装简单、便捷。
(3)该技术适用于单层、双层及多层多孔混凝土球护坡，也可用于单一断面及复式断面河道两侧的护坡，应用范围广。
(4)该连接技术使球体与球体之间留有一定的空隙，为动植物提供了更多的生长、栖息空间，同时使运用该连接技术的护坡具有水土保持、加固堤岸的功能，具有良好的社会效益和生态效益。
图1是多孔混凝土预制单球的平面示意图。
图2是多孔混凝土预制单球的正面示意图。
图3是连结钢筋示意图。
图4是连结片示意图。
图5是固定螺栓示意图。
图6是六联单层球连接平面示意图。
图7是六联单层球连接前视示意图。
图8是六联单层球连接后视示意图。
图9是单层球阵连接平面示意图。
图10是六联双层球连接平面示意图。
图11是六联双层球连接前视示意图。
图12是六联双层球连接后视示意图。
图13是多孔混凝土预制球生态护坡应用举例结构示意图。
以上的图中有单球1、x方向的通孔11、y方向的通孔12、z方向的通孔13；连接钢筋2、钢筋21、钢筋螺帽22、钢筋螺母23；连接片3；固定螺栓4。
具体实施方案本发明中所涉及的多孔混凝土材料采用低碱性水泥(42.5级)、5～20或20～40mm单一级集配石子(可适量添加细集料)、活性混合材(矿渣、煤灰等)和高粘聚性外加剂，用表面振动方法成型制备连续空隙率在22～25％之间的多孔混凝土预制单球。
本发明所涉及的生态护坡基本构件为多孔混凝土预制单球，该单球由多孔混凝土预制成，连续空隙率为20-25％。其示意图如图1所示。在该单球1中的x、y、z的三维方向上均设有通孔，横向的x方向的通孔11与纵向的y方向的通孔12以及垂直向的z方向的通孔13互不相交，但x方向孔壁与z方向孔壁、y方向孔壁与z方向孔壁之间相切。
多孔混凝土预制单球直径为250mm，容许有±3mm的偏差。在球中预留X、Y、Z三维方向的通孔，经过球模成型后用Φ20mm的钢筋进行连接，混凝土球层与层之间也需要用连结件来连接。钢筋及其它连结件均需要预先通过镀锌或是喷塑处理，连结件示意图如图3、4、5所示。
在单球1中的z方向的通孔13中设有连接钢筋2，在横向的x方向的通孔11或纵向的y方向的通孔12中设有连接钢筋2，连接钢筋2的两端分别与连接片3相铆接，使两个单球1连接在一起形成一组双球；位于双球侧面的连接片3再用螺栓4连接在一起，将多组双球连接在一起形成一个整体。
多孔混凝土预制单球的组合方法，是在单球1中横向的x方向的通孔11和纵向的y方向的通孔12中设有连接钢筋2，z方向的通孔13中仅在双层及多层多孔混凝土预制球连接时设有连接钢筋2。连接件包括连接片3及螺栓式样的连接钢筋2。
单层连接时，首先采用连接钢筋沿x方向的通孔11将六个或多个预制单球1(预制单球个数视施工具体要求而定)连接成一组球组，然后将六组或多组球组矩阵排列形成球阵，同时沿y方向的通孔12用连接钢筋2连接。球阵中沿x方向每两组球之间的两外侧面用连接片3固定，并相对yz平面对称布置，连接钢筋2一端利用钢筋螺帽22固定连接片3，另一端利用钢筋螺母23固定连接片3；沿y方向的连接片使用同x方向。这样就形成一个稳定的单层球阵。连接示意图如图6-图9所示。其侧视图同前、后视图。
双层连接时，将两个单层球阵沿z方向的通孔用连接钢筋和连接片连接。xy方向上的两外侧面用连接片固定，并相对xy平面对称布置。连接钢筋、连接片的位置及数量视情况而定，应在充分保证结构稳定的前提下进行优化。连接示意图如图10-图12所示。其侧视图同前、后视图。
多层连接同双层连接，只是增加z方向上的单层球阵的层数。
在堤岸护坡铺装时，可将球阵之间用连接片和固定螺栓连接在一起形成护坡。
本发明利用多孔混凝土预制单球，可采用多种生态护坡结构形式，图13所示为其中一种应用举例。
该生态护坡采用多孔混凝土预制单球及其排列连结技术，根据需要采用单层或多层预制球进行铺设，可种植芦苇等大型水生植物。
在铺设多孔混凝土预制球之前首先修整好坡形，在坡面上铺设土工布防止水土流失，然后进行多孔混凝土预制球的现场铺设。在种植植物之前，应在多孔混凝土球表面喷液态硫酸亚铁使之中性化，然后在多孔混凝土球结构空隙中填入保水性好的土质，对植物生长必须的养分可加入多孔混凝土预制球之间空隙的覆土中，养护一段时间后即可喷撒植物种子，也可以直接撒种植生。
本发明是新型的绿色环保护坡技术，是建筑材料、生态工程和环境工程等学科在海洋、湖泊、水库、河道堤岸护坡以及氧化塘生态防护领域中的综合应用。该工程技术特点是集水土保持、生态修复于一体，从根本上克服了普通混凝土护坡无法生长植被的缺点，具有生物多样性效应、景观效应、水质净化效应，实现了护坡技术和生态环保技术的完美统一。
权利要求
1.一种多孔混凝土预制单球，其特征在于在该单球(1)中的x、y、z的三维方向上均设有通孔，横向的x方向的通孔(11)与纵向的y方向的通孔(12)以及垂直向的z方向的通孔(13)互不相交，但x方向孔壁与z方向孔壁、y方向孔壁与z方向孔壁之间相切。该单球由多孔混凝土预制成，其连续空隙率为20-25％。
2.一种用于权利要求1所述的多孔混凝土预制单球的组合方法，其特征在于在单球(1)中横向的x方向的通孔(11)和纵向的y方向的通孔(12)中设有连接钢筋(2)，z方向的通孔(13)中仅在双层及多层多孔混凝土预制球连接时设有连接钢筋(2)，单层连接时，首先采用连接钢筋(2)沿x方向的通孔(11)将多个预制单球(1)连接成一组球组，然后将多组球组矩阵排列形成球阵，同时沿y方向的通孔(12)用连接钢筋(2)连接，球阵中沿x方向每两组球之间的两外侧面用连接片(3)固定，并相对yz平面对称布置，连接钢筋(2)一端利用钢筋螺帽(22)固定连接片(3)，另一端利用钢筋螺母(23)固定连接片(3)；沿y方向的连接片(3)使用同x方向，这样就形成一个稳定的单层球阵，在此基础上还可形成双层或多层连接结构。
3.根据权利要求1所述的多孔混凝土预制单球的组合方法，其特征在于双层或多层连接时，将两个或多个单层球阵沿z方向的通孔(13)用连接钢筋(2)和连接片连接(3)连接。
全文摘要
多孔混凝土预制单球及其组合方法是一种具体适用于堤岸护坡、水土保持、水质净化及维持生物多样性功能的产品和方法。多孔混凝土预制单球在于在该单球(1)中的x、y、z的三维方向上均设有通孔，横向的x方向的通孔(11)与纵向的y方向的通孔(12)以及垂直向的z方向的通孔(13)互不相交，但x方向孔壁与z方向孔壁、y方向孔壁与z方向孔壁之间相切。该单球由多孔混凝土预制成，其连续空隙率为20－25％。其组合方法是将单球(1)形成一个稳定的单层球阵，在此基础上还可形成双层或多层连接结构。双层或多层连接时，将两个或多个单层球阵沿z方向的通孔(13)用连接钢筋(2)和连接片连接(3)连接。
文档编号E02B3/14GK1584218SQ20041004490
公开日2005年2月23日 申请日期2004年6月3日 优先权日2004年6月3日
发明者吕锡武, 高建明, 乐林生, 吴今明, 申一澄, 蒋彬 申请人:东南大学