一种生态水泥与土工格室组合护坡技术的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种生态水泥与土工格室组合护坡技术，其特征在于包括以下步骤：（1）坡面整平；（2）设置主排水沟系；（3）土工格室的定位、铺设与锚固；（4）生态水泥的制备与喷射；（5）后期养护与管理。本发明在满足河道岸坡稳定性和河道防洪排涝功能的前提下，尽可能的用岩土体的相互作用（根系锚固作用）进行边坡防护、加固，既经济适用，降低施工难度，减少施工时间，又能优化河岸边坡景观，恢复破坏的自然生态环境。本发明由于具有较高的强度和稳定性，能够有效地抵抗水流的冲击，在江河岸堤的防护中具有较大的应用潜力。
【专利说明】一种生态水泥与土工格室组合护坡技术
【技术领域】
[0001]本发明属于水利工程【技术领域】，特别涉及一种利用生态水泥和土工格室组合进行江河岸堤生态防护的技术。
【背景技术】
[0002]传统的河道护坡主要有浆砌或干砌块石护坡、现浇混凝土护坡、预制混凝土块体护坡等。这些护坡工程的造价均相对较高，且水下施工、维护工作难度较大。其最大的缺点还在于，它仅仅从满足河道岸坡的稳定性和河道行洪排涝功能的角度出发进行设计施工，很少考虑其对环境和生态的影响。主要原因是:传统的护坡工程将整个河岸表面封闭起来，隔绝了土壤与水体之间的物质交换，使原先生长在岸坡上的生物不能继续生存，导致生态系统的食物链断开，使土壤和水体中的生物失去了赖以生存的环境；同时传统的混凝土护坡在施工中均不同程度地使用了一些添加剂，如早强剂、抗冻剂、膨胀剂等，这些添加剂在水中发生反应，促进了水质的恶化。没有绿色的传统护坡使河道失去了原有的生机，人类居住环境严峻恶化，这不符合人与自然和谐相处的理念，不满足可持续发展的要求。因此，新型生态护坡技术应运而生。
[0003]生态护坡是指开挖边坡形成以后，通过种植植物，利用植物与岩土体的相互作用(根系锚固作用)产生防护、加固边坡表层的效果，使之既能满足对边坡表层稳定的要求，又能恢复被破坏的自然生态环境的护坡方式，是一种有效的护坡、固坡手段。生态护坡是“既满足河道体系的防护标准，又有利于河道系统恢复生态平衡”的系统工程，体现了 “人与自然和环境协调发展”理念。欧美和日本等发达国家已在生态河道建设方面进行了大量的研究，并取得了一定成效。日本提出的多自然型河流建设方法以水边作为多种生物生息空间的核心，并把河流建设成尽量接近于自然的状态。提倡河道整治应用生态学原理，优先选择生物材料法采用植物与木材或石料合用的混合方法。
[0004]目前国内的生态护坡类型主要包括植物、土工材料复合种植基、植被型混凝土等。但是在应用上存在形式单一的问题，不能因地制宜，结合当地的自然、水文特色来选择护坡的类型，而且广泛采用的砌石挡墙和生态石笼护坡结构造价和养护费用较高。因此在面对力学稳定性较差的河岸土壤类型时，需要在经济成本和力学稳定性上找到平衡点，开发出一种成本低且力学稳定性满足要求的新型生态护坡技术。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就在于克服上述缺陷，提供一种生态水泥与土工格室组合护坡技术，在满足河道岸坡的稳定性和河道防洪排涝功能的前提下，尽可能地用植物与岩土体的相互作用(根系锚固作用)进行边坡的防护、加固，以减少材料的用量，降低造价，节省投资，同时打破传统护坡方式的单调形式，既能恢复被破坏的自然生态环境，又能优化河岸边坡景观，为人们的休憩、娱乐提供了良好的场所，提高整个城市的品味。
[0006]本发明生态水泥与土工格室组合护坡技术，其特征在于:采用土工格室进行坡体加固，既能隔断坡体的剪切破裂面，同时可以使加固体成为一个整体，对处于其中的土体进行三维约束，提高固体本身的强度和刚度。格室的铺设首先进行定位，然后根据格室展开面积的大小安排6?8人从四边将土工格室贴着坡面均匀(拉)展开，沿长宽两方向用力尽量均匀，以满足其强度、刚度及美观的要求。格室的固定采用自制的68 mm锚筋将格室的四边临时固定，锚筋间距应与格室的焊点间距一致，为保证土工格室内部的稳定性，同样采用0 8 mm锚筋，锚筋深入坝内长度控制在30 cm以上，外露10 cm，并将锚筋顶端做成180°弯钩，采用捶打的方法顺焊点部位将锚筋打入坡内，使锚筋顶端弯钩内侧与格室板材顶面相贴为宜。为保证锚固强度，约每平方米范围内设置一根锚筋。生态水泥中混合有适合植物生长所需的基质，促进植物生长，加强植物对坡体的锚固作用。
[0007]一种生态水泥与土工格室组合护坡技术包括以下技术步骤:
(I)坡面平整。坡面平整度关系到土工格室植草防护的成败。坡面凹凸不平时铺设土工格室易产生应力集中，使格室焊点开裂，造成格室垮塌等。因此，必须整平坡面至设计要求，并采用人工修坡，清除坡面浮石，危石等。
[0008](2)设主排水沟系。铺装格室的边坡应设主排水沟系，相邻两条沟之间保持4 m的距离，排水沟与公路边沟相连通，使路面积水顺边沟流入排水道进入公路边缘，以免路面积水，防止冲刷格室护坡。
[0009](3)坡面削坡修整。为满足土工格室铺设成型后坝坡面的平整度要求，在进行土工格室铺设前，首先应对先前挖机削坡面(土工格室铺设基础面)进行二次人工精确削坡修整，使削坡后的坡面平整度控制在±3 cm以内。
[0010](4)铺设格室。先在坡面横向、纵向间隔2 m打入锚杆，(坡顶及坡脚处的锚杆强度大，中间锚杆强度可相对降低)将土工格室展开并固定在坡面上。格室应以主受力方向，由上向下铺设，使格室片材重垂直于坡面。绝不可横向铺设。
[0011](5)固定格室。采用0 8 mm锚筋，锚筋深入坝内长度控制在30 cm以上，外露10cm，并将锚筋顶端做成180°弯钩，采用捶打的方法顺焊点部位将锚筋打入坝坡内，使锚筋顶端弯钩内侧与格室板材顶面相贴为宜。为保证锚固强度，约每平方米范围内设置一根锚筋。
[0012](6)喷射生态水泥土。搅拌并喷射生态水泥土。根据搅拌机大小，按生态水泥土配比计量拌和，将生态水泥土喷射于土工格室中。要求喷枪口距岩面I m左右，加水量应保持生态水泥土不流不散。通过风压机将生态水泥均匀的喷洒在格室中，基质层喷射厚度为8-10 cm，面层(含植物种子层)喷射厚度为1-2 cm，喷播采用垂直坡面的方式进行喷洒，严禁仰喷施工。
[0013](7)覆盖无纺布。在面层喷射层完成后，覆盖无纺布进行保墒，营造种子快速发芽环境。
[0014](8)喷水养护。在养护期应当保持生态水泥土湿润状态。喷水设备应采用喷雾喷头移动喷洒，杜绝高压水头直接喷灌。一般养护期为植物覆盖地面为限(50天左右)。
[0015](9)后期管理。喷射施工完成后，经保墒养护6天，混合植物种子中冷季型草种优先发芽，随继其他草种陆续发芽。50天绿草成坪，完全覆盖岩石坡面。此后基本上不必人工养护，可自然生长。
[0016]本发明的优点和效果在于:(1)消能减水，减少坡面冲刷。采用土工格室植被护坡的坡面，在生态水泥中植被未生长时期，表层土体在格室侧壁与土体产生的摩擦力和格室对格室内填土的侧限约束力共同作用下，形成一个网状结构层。土工格室在坡面的网状结构改变了坡面水流的流向，使水流沿格室侧壁边缘流动，延长了水流的运动路线，水流的动能部分消耗在格室侧壁上，坡面水流的径流量和流速均大大降低，起到了较好的消能作用，减轻了水流对坡面的冲蚀。
[0017](2) 土工格室和植物根系的加筋固坡。本发明将土工格室与生态水泥相结合，充分发挥了土工格室的加筋固土作用，同时尽可能地用植物与岩土体的相互作用(根系锚固作用)进行边坡的防护、加固，节省了加固边坡的锚固材料，节省了造价。
[0018](3)植生、改善环境。在河道、大坝中，用生态水泥土工格室技术护坡，不仅可以治水，还可以作为包含微生物在内的动植物的栖息、生存场所，也可以起到保全自然生态系统、美化河流景观、构建自然性护岸的作用。而且附在混凝土空隙内部和外部表面的细菌、小动物类、藻类等还可以对水质起到净化作用。
[0019](4)施工简便，工艺简单。在传统土工格室的基础上，将填土替换为现浇生态水泥，不需要大型机械的碾压，仅需要人工操作风压机进行喷射即可。
[0020](5)生态水泥工艺控制简单。现场配比时水灰比误差允许控制在±3%，其结构和各项性能指标不受影响。
[0021]本发明的优点和效果还将在【具体实施方式】中进一步描述。
[0022]【专利附图】
【附图说明】:
图1——生态水泥土工格室护坡纵向结构示意图；
图2——生态水泥土工格室护坡常水位线以上横断面示意图；
图3——生态水泥土工格室护坡常水位线上下接触面的局部示意图；
图中，1为粗沙垫层，2为砾石层，3为石块层，4为混凝土试块，5为锚筋，6为生态水泥土,7为土工格室,8为主排水沟系,9为麻布，10为碎石垫层，11为干砌块石。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图详细叙述本发明的【具体实施方式】。本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述。
[0024]一种生态水泥与土工格室组合护坡技术，其特征在于根据岸堤防护在水位线上下的不同特点，将岸堤边坡分为三个部分。生态水泥与土工格室联合护坡的方法主要应用在常水位线以上区域。水位变化区及以下部分采用已有专利中的护坡方法，其中水位变化区采用干砌块石与水生植物联合护坡方法；常水位线以下采用混凝土预制块加砂与石垫层的护坡方法。
[0025]首先，常水位线以下施工:先将水位下降至所需的护坡深度处。在坡表面铺设粗沙垫层1，厚度为10 Cm。在粗沙垫层1上面铺设直径为1.5~3.0 cm的砾石2，铺垫厚度为20cm。在砾石层2上方铺设厚度为50 cm的石块层3。最后，将预制好的混凝土试块4放置于石块层3上。
[0026]其次，水位变化区采用干砌块石-植物联合加固方式:清理坡面，在坡面上铺设一层麻布9，以形成反滤，确保施工期护坡的渗透稳定。在麻布9上铺设厚度为5-15 cm的碎石垫层10。在碎石垫层10上铺设厚度为20-40 Cm的干砌块石11。在面层干砌块石11之间的缝隙内用混合有水生植物种子、开挖边坡土、腐殖质、长效肥，沙壤土回填。
[0027]最后，常水位线以上采用生态水泥与土工格室组合护坡施工:
(I)测量放线。在坡体土方填筑完成一定高度后，先采用液压反铲挖机对填筑边坡进行粗略削坡，并在削坡过程中，测量人员要跟进控制，使削坡后的坝坡平整度控制在±10 Cm范围内。而后，测量人员在坡面上再进行精确测量放线，包括坡面高程和土工格室铺设的平面尺寸，并在铺设边界线处打设控制桩，标识高程控制标志。
[0028](2)设主排水沟系8。铺装格室的边坡应设主排水沟系8，相邻两条沟之间保持4m的距离，排水沟8与公路边沟相连通，使路面积水顺边沟流入排水道进入公路边缘，以免路面积水，防止冲刷格室护坡。
[0029](3)坡面削坡修整。为满足土工格室铺设成型后坡面的平整度要求，在进行土工格室铺设前，首先应对先前挖机削坡面(土工格室铺设基础面)进行二次人工精确削坡修整，使削坡后的坡面平整度控制在±3 cm以内。削坡前，先根据测量控制桩上标识的高程控制标志精确挂线，为保证各部位的削坡平整度，应同时在对角桩上挂线。挂线后采用人工进行削坡、修面，对原先欠挖部位采用就近的削坡土料及时补填，并进行表面夯实，多余削坡土料先集中堆放在削坡范围外，而后集中装车外运。
[0030](4) 土工格室7定位与铺设。待一定面积的坡面经人工削坡修整且平整度满足要求后，即可进行土工格室7的定位和铺设。首先进行定位，如果是刚开始进行第一块土工格室的铺设，应根据测量放线结果并结合坡面边线或建筑(构筑)物轮廓边线找出基准线，而后以基准线作为单块土工格室的边线开始定位、铺设。在后续的铺设过程中，则可根据已经铺设的格室边线作为定位标准。铺设时，首先将成捆的单件土工格室成品松开，而后根据其展开面积的大小采用6?8人从四边将土工格室贴着坡面均匀(拉)展开，展开时，要注意土工格室长宽两个方向的用力要尽量均匀，以保证其不会造成单向受力过大，使格室严重变形。待目测格室展开面积内均基本形成长宽均匀的小网格后，先停止拉展，用钢卷尺量测格室长宽两个方向的几何尺寸，待满足单块格室的展开尺寸后，即可进行固定。如不满足要求，及时进行调整，以保证每块格室铺设的平面几何尺寸和横平竖直，外观整齐。
[0031](5) 土工格室7锚固(固定)。单块土工格室定位准确后,先采用自制的0 8 mm锚筋5将格室的四边临时固定，锚筋5间距应与格室的焊点间距一致。格室四边固定后，虽整块格室基本上不再会发生平面变形，但为保证土工格室内部充填土料后在坡面上的整体永久稳定性，避免造成整体滑坡，内部(锚固)固定是关键。为此，在填充土料前必须做好土工格室的内部锚固。内部锚固同样采用08 mm锚筋，锚筋深入坝内长度控制在30 cm以上，外露10 cm，并将锚筋顶端做成180°弯钩，采用捶打的方法顺焊点部位将锚筋打入坝坡内，使锚筋顶端弯钩内侧与格室板材顶面相贴为宜。为保证锚固强度，约每平方米范围内设置一根锚筋，这样，整块土工格室就被永久、牢固地固定在坝坡坡面上，即完成了单块土工格室的锚固(固定)。
[0032](6) 土工格室7连接。待一块土工格室施工完成后，接着进彳丁相邻格室的铺设，每两块格室之间采用厂家配置的专用螺栓连接，每个连接处设两道螺栓，以充分保证每两块格室之间的连接牢固性，并能使整个坡面的土工格室连成整体，对坡面进行全面防护。相邻两块格室采用螺栓连接后，便可将开始临时固定四边的锚筋拔除，以重复利用。[0033](7)生态水泥土 6配置。生态水泥土工格室护坡基质材料是由固体、液体和气体三相组成的具有一定强度的多孔性材料。固体物质主要包括适合于植被生长的土壤、肥料、有机质及低碱性的水泥、河砂组成的胶结材料等。通常采用425#水泥，一般每立方米基质材料中的用量为100-160 kg。营养土壤一般采用壤土或砂壤土 (含砂量不超过8%)，土要保持干燥，粉碎过筛，符合喷锚机要求。有机质一般采用酒糟、锯末、稻壳、秸干纤维等，这些有机物持水性能强，通气性好，肥效时间长，而且能防止土壤板结，改善土壤物理结构。长效肥(缓释肥)一般采用尿素、生物肥、化学复合肥。生态水泥土层平均厚度10-12 cm,保水性能要比一般土壤差一些，而且生态水泥土面基本上为不透水层面，深层无望储存水分。植物种子的发芽和生长对气候环境非常敏感，稍一干旱植物便发黄枯萎。所以适当加入保水剂是补给植物水分，防止干旱枯萎的有效方法。生态水泥面层植被种子采用冷季型草种、暖季型草种与花灌藤本植物种子，根据生物生长特性混合优选而成，植被能四季常青、多年生长、自然繁殖。
[0034](8)搅拌并喷射生态水泥6。根据搅拌机大小，按生态水泥6的配比计量拌和，将生态水泥6喷射在模板中。要求喷枪口距岩面I米左右，加水量应保持生态水泥6不流不散。
[0035]a、喷播底层(基质层):喷播前先将坡面洒水润湿，再将调配好的基材原料分别倒入搅拌机中混合均匀，搅拌机中混合均匀，搅拌时间> I分钟。最后通过风压机均匀的喷洒在坡面上，喷洒厚度为8-10 cm，对于有空洞的坡面采取喷满的方式，喷播采用垂直坡面的方式进行喷洒，严禁仰喷施工。
[0036]b、喷播面层(含种子层):将植物种子按配好的配比均匀的喷洒在坡面上，喷射厚度约为1-2 cm，同时注意为垂直喷洒，严禁仰喷
(9)覆盖无纺布。为了保证种子的发芽率，选用14 g/m2的无纺布从上至下进行覆盖。用竹签或U型钉固定，注意保持搭界。无纺布的覆盖起到保水保温的作用并对防止发芽期雨水对坡面的冲刷。无纺布的覆盖待苗出齐后方可揭除。
[0037](10)喷水养护。在养护期应当保持生态混凝土呈湿润状态。喷水设备应采用喷雾喷头移动喷洒，杜绝高压水头直接喷灌。一般养护期为植物覆盖地面为限(50天左右)。
[0038]( 11)后期管理。喷射施工完成后，经保墒养护6天，混合植物种子中冷季型草种优先发芽，随继其他草种陆续发芽。50天绿草成坪，完全覆盖岩石坡面。此后基本上不必人工养护，可自然生长。
【权利要求】
1.一种生态水泥与土工格室组合护坡技术，其特征在于包括以下步骤:(1)坡面整平；(2)设置主排水沟系；(3) 土工格室的定位、铺设与锚固；(4)生态水泥的制备与喷射；(5)后期养护与管理； 所述主排水沟系设置在铺设土工格室的边坡的两侧，相邻两条排水沟之间保持4 m的距离，排水沟与公路边沟相连通，使路面积水顺边沟流入排水道进入公路边缘； 所述土工格室的铺设技术为先在坡面横向，纵向间隔2 m打入锚杆，将土工格室展开并固定在坡面上，格室应以主受力方向，由上向下铺设，使格室片材重垂直于坡面，绝不可横向铺设； 所述土工格室的固定技术采用08 mm锚筋，锚筋深入坡内长度控制在30 cm以上，夕卜露10 cm，并将锚筋顶端做成180°弯钩，采用捶打的方法顺焊点部位将锚筋打入坝坡内，使锚筋顶端弯钩内侧与格室板材顶面相贴为宜； 为保证锚固强度，约每平方米范围内设置一根锚筋。
2.根据权利要求1所述的一种生态水泥与土工格室组合护坡技术，其特征是:所述生态水泥基质材料是由固体、液体和气体三相组成的具有一定强度的多孔性材料；固体物质主要包括适合于植被生长的土壤、肥料、有机质及低碱性的水泥、河砂组成的胶结材料；面层材料由植物种子及掺有适宜种子生长的物质的生态水泥组成。
3.根据权利要求1所述的一种生态水泥与土工格室组合护坡技术，其特征是:所述生态水泥的喷射技术为根据搅拌机大小，按生态水泥土配比计量拌和，将生态水泥土喷射于土工格室中；要求喷枪口距岩面I米左右，加水量应保持生态水泥土不流不散；通过风压机将生态水泥均匀的喷洒在格室中，基质层喷射厚度8-10 cm，面层喷射厚度为1-2 cm，喷播采用垂直坡面的方式进行喷洒，严禁仰喷施工。
【文档编号】E02B3/12GK103603316SQ201310536610
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月4日 优先权日:2013年11月4日
【发明者】庄妍, 王康宇, 陆亚明, 孔纲强, 张子龙 申请人:河海大学