一种利于生态治理的泥石流拦挡结构及施工方法与流程

本发明涉及泥石流拦挡结构，主要适用于中小规模泥石流灾害防治，属于泥石流防治技术及生态治理领域。

背景技术：

在我国，黄土丘陵沟壑区（以下简称沟壑区）主要分布于黄河上游地区，分布范围广，涉及7省，面积共计21.18万平方公里，主要特点是地形破碎，沟壑密度大。沟壑区黄土质地疏松，土体易受冲刷，水土流失问题严重，尤其雨季，降水强度较大，泥石流灾害频繁发生，给人民的生命和财产安全带来了巨大的威胁，对生态环境也产生了严重破坏。一直以来，拦挡结构工程在泥石流灾害防治方面发挥了巨大的作用。以混凝土、浆砌石为主要材料的重力坝结构形式简单，使用范围广，一直是国内外拦挡结构的主要选择，但其结构庞大、工程量巨大、抗冲击能力不足，属于“刚性”坝，其材料及结构形式亦与当代“生态建筑工程”设计理念严重脱节。因此，面对沟壑区存在的泥石流灾害及生态问题，亟需一种更为合理的泥石流拦挡结构（以下简称拦挡结构）形式，在有效防治泥石流灾害的同时，提升水土保持能力，改善生态环境。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利于生态治理的泥石流拦挡结构及施工方法。

本发明是利于生态治理的泥石流拦挡结构及施工方法，泥石流拦挡结构，包括坝体1、护坦2、防渗土工布3、坝底素混凝土垫层4和坝顶素混凝土保护层5，还包括格宾钢丝笼6、回填土7、生态袋8、碎石袋9、排水连接扣10，土工格栅11和u型钉12，所述坝体1由多个格宾钢丝笼6、回填土7、多个生态袋8及多个碎石袋9组成；所述护坦2由多个格宾钢丝笼6组成，并在坝底迎水面与坝体1连接为一个整体，格宾钢丝笼6内部装填大小不一的块石；所述防渗土工布3自护坦2底部开始铺设，经坝体1底部，并沿坝体1的格宾钢丝笼6与回填土7接触面铺设至坝顶；所述坝底素混凝土垫层4现浇于坝体1底部与沟道地基土之间；所述碎石袋9内装粒径较小的碎石，沿回填土7斜面自坝底向上堆叠至坝顶；所述生态袋8内装营养土及植物种子，位于碎石袋9外侧，紧挨碎石袋9自坝底向上堆叠至坝顶，生态袋8之间采用排水连接扣10锁紧；所述坝底素混凝土垫层4在与生态袋8接触位置预埋排水连接扣10；所述坝顶素混凝土保护层5现浇于坝体1顶部。

利于生态治理的泥石流拦挡结构的施工方法，其步骤为：

（1）在拟治理的泥石流沟道内进行现场踏勘，由踏勘结果确定拦挡结构的设置数量及修筑位置；

（2）沟道内，在不改变沟底原坡度的基础上，将坝体1及护坦2施工范围内的碎石、散土及杂物清理干净，并整平；在坝体1设计位置浇筑坝底素混凝土垫层4，其上表面标高与沟底相同，并做拉毛处理；在其上表面与生态袋8接触位置预埋排水连接扣10，用以固定最下层生态袋8；

（3）坝底素混凝土垫层4养护期结束后，铺设防渗土工布3；铺设时按照设计要求进行搭接，搭接部分涂抹密封胶进行粘结；

（4）砌筑坝体1，格宾钢丝笼6按照由内而外、自下而上的顺序分层错置堆叠，每一层安置固定后，立刻装填块石；回填土7实行分层铺设、碾压，松铺厚度取30cm~50cm，压实度为0.95；回填土7压实厚度每达到设计间距，铺设一层土工格栅11；土工格栅11按照设计间距铺设在回填土7之间，靠近生态袋8一端伸出预设长度，用于包裹生态袋8及碎石袋9；土工格栅11按照设计长度进行搭接，搭接部分使用u型钉12固定，u型钉12横向间距取1.5m；

（5）护坦2可与坝体1最下层同时砌筑，所有格宾钢丝笼6之间均采用耐腐蚀、延展性好的高强度钢丝绑扎连接；

（6）土工格栅11铺设时，其底面应平整、密实，一般应平铺、拉直，防止重叠、卷曲、扭结；下一层回填土7施工之前，应将土工格栅11张紧，使之产生预设的伸长量，机具不得在未覆盖回填土7的土工格栅11上行驶，防止沿土工格栅11铺设受力方向推土；

（7）生态袋8与碎石袋9按照设计沿回填土7外侧自下而上堆叠铺设，第一层与坡顶最后一层均不设置碎石袋9；其中，第一层生态袋8按纵向铺设，第二层及以上按横向铺设并压实，坡顶最后一层生态袋8按纵向铺设，相邻两层生态袋8之间采用排水连紧扣10锁紧；每层碎石袋9均按横向铺设；每两层生态袋8和碎石袋9的横向铺设位置呈品字形结构；生态袋8、碎石袋9之间如果存在孔隙，用素土填平并压实；而后，采用土工格栅11的预留部分将生态带8和碎石袋9进行包裹，包裹时应平整、拉直；

（8）坝体1的各个组成部分均按照自下而上的顺序同时施工；每两层为一个施工阶段，即格宾钢丝笼6堆叠两层后，回填土7、生态袋8和碎石袋9均向上施工至等高位置，随即进行下一阶段施工，直至设计高度；其中，防渗土工布3伴随坝体1的施工依次向上铺设，直至坝顶，铺设时应平整、拉直；

（9）坝体1施工至设计高度后，浇筑坝顶素混凝土保护层5，用以连接坝体1，并保护拦挡坝顶部。

本发明的有益效果是：1、坝体1由格宾钢丝笼6、回填土7、生态袋8及碎石袋9构成，既保证坝体1的强度和稳定性，又加大坝体1的容许变形，提升坝体1的柔性，增强坝体1迎流面的抗冲击能力。

2、坝体1迎流面前端设置了一定长度的护坦2，护坦2由格宾钢丝笼6连接而成，可降低泥石流固体颗粒的含量，减缓泥石流流速，改善泥石流流态，削弱泥石流对坝体1的冲击，进而提升坝体1的抗冲击能力。

3、坝体1背流面的生态袋8由土工格栅11反包，增强生态袋8和回填土7的整体性，有益于提升坝体1的稳定性；回填土7与生态袋8之间设置的碎石袋9既充当反滤层，又可防止植物根系对回填土7表面的破坏，进而保障坝体1的稳定性，并实现拦挡结构与生态的协调统一，符合沟壑区的景观生态设计理念。

4、坝体1对原沟道基础要求较低，构筑坝体1所需的主要材料为格宾钢丝笼6、土工格栅11、大量的块石、素土以及少量的混凝土，施工简便，块石与素土均可就地取材，利于降低施工成本并减少工程投资。

5、坝体1的内部及护坦2的底部设置防渗土工布3，使得拦挡坝与沟道两岸构成天然的蓄水池，可对泥石流混合物及雨水进行拦截，经淤积沉淀，清水可以用于灌溉附近林地及耕地，淤固泥土可以改造为耕地，利于保持水土、涵养水源，降低两岸绿化养护成本，利于沟壑区生态治理。

6、本发明设计简单、施工方便，可根据需要设置多级拦挡结构，对泥石流进行分级拦挡，实现对泥石流的分级消能。

附图说明

图1为拦挡结构截面示意图，图2为图1的1-1剖面示意图，图3为图1的2-2剖面示意图，图4为坝体背流面构造示意图，图5为多级拦挡结构布置示意图，附图标记及对应名称为：坝体1、护坦2、防渗土工布3、坝底素混凝土垫层4、坝顶素混凝土保护层5；格宾钢丝笼6、回填土7、生态袋8、碎石袋9、排水连接扣10、土工格栅11、u型钉12。

具体实施方式

本发明适用于沟壑区生态治理的泥石流拦挡结构，具体提供一种格宾土石植被组合拦挡坝及其施工方法，适用于中小规模泥石流灾害防治。

如图1~图5所示，本发明是一种利于生态治理的泥石流拦挡结构及施工方法，泥石流拦挡结构包括坝体1、护坦2、防渗土工布3、坝底素混凝土垫层4和坝顶素混凝土保护层5，还包括格宾钢丝笼6、回填土7、生态袋8、碎石袋9、排水连接扣10，土工格栅11和u型钉12，所述坝体1由多个格宾钢丝笼6、回填土7、多个生态袋8及多个碎石袋9组成；所述护坦2由多个格宾钢丝笼6组成，并在坝底迎水面与坝体1连接为一个整体，格宾钢丝笼6内部装填大小不一的块石；所述防渗土工布3自护坦2底部开始铺设，经坝体1底部，并沿坝体1的格宾钢丝笼6与回填土7接触面铺设至坝顶；所述坝底素混凝土垫层4现浇于坝体1底部与沟道地基土之间；所述碎石袋9内装粒径较小的碎石，沿回填土7斜面自坝底向上堆叠至坝顶；所述生态袋8内装营养土及植物种子，位于碎石袋9外侧，紧挨碎石袋9自坝底向上堆叠至坝顶，生态袋8之间采用排水连接扣10锁紧；所述坝底素混凝土垫层4在与生态袋8接触位置预埋排水连接扣10；所述坝顶素混凝土保护层5现浇于坝体1顶部。

如图1、图4所示，以上所述土工格栅11按照设计间距铺设在回填土7之间，靠近生态袋8一端伸出一定长度，用于包裹生态袋8及碎石袋9，土工格栅11搭接部分采用u型钉12固定在回填土7中。

以上所述的利于生态治理的泥石流拦挡结构，可根据需要设置多级该拦挡结构，对泥石流进行分级拦挡，实现对泥石流的分级消能。

如图1~图5所示，所述坝体1横截面为梯形，所述格宾钢丝笼6位于迎流面，所述回填土7、生态袋8及碎石袋9位于背流面；坝体1迎流面坡度i1取1:0.4或1:0.45，坝体1背流面坡度i2取1:0.5；所述坝体1顶部截面宽度a包含格宾钢丝笼6顶部宽度a1和回填土7顶部宽度a2两部分，a1取2m，a2取值不小于2m不大于4m；坝体1底部截面宽度b=（h/i1+a1）+（h/i2+a2）；坝体1的高度h为：若只设置一级拦挡结构，h取8m~10m；若设置多级拦挡结构，沟道内拦挡结构的高度h取4m~6m，沟口位置拦挡结构的高度h取8m~10m。

如图1、图2、图3、图5所示，所述护坦2位于沟底，由多个格宾钢丝笼6连接而成，沿沟道方向长度l为：若只设置一级拦挡结构，l不小于20m；若设置多级拦挡结构，l不小于两坝体1间距的1/3且不小于20m。

以上所述格宾钢丝笼6由耐腐蚀、延展性好的高强度钢丝预制而成，尺寸有1m×1m×1m和1m×1m×0.5m两种，内装大小不一的块石；所述生态袋8和碎石袋9均采用高强度、抗老化材料制成，生态袋8中装填营养土及植物种子，碎石袋9内装填粒径为20mm~50mm碎石。

以上所述防渗土工布3选用防水、抗拉、抗撕裂的复合土工膜，幅宽4-6m，横向搭接长度30cm，纵向搭接长度100cm；所述土工格栅11选用强度大、变形小、蠕变小，具有抗老化、抗氧化性能，且耐恶劣环境腐蚀的聚丙烯材料制成，幅宽3m，横向搭接长度为30cm，纵向搭接长度为100cm，反包搭接长度为200cm。

如图1、图2所示，所述坝底素混凝土垫层4与坝顶素混凝土保护层5均采用c15混凝土浇筑而成，坝底素混凝土垫层4厚度h1为40cm~60cm，坝顶素混凝土保护层5厚度h2为30cm。

利于生态治理的泥石流拦挡结构的施工方法，其步骤为：

（1）在拟治理的泥石流沟道内进行现场踏勘，由踏勘结果确定拦挡结构的设置数量及修筑位置；

（2）沟道内，在不改变沟底原坡度的基础上，将坝体1及护坦2施工范围内的碎石、散土及杂物清理干净，并整平；在坝体1设计位置浇筑坝底素混凝土垫层4，其上表面标高与沟底相同，并做拉毛处理；在其上表面与生态袋8接触位置预埋排水连接扣10，用以固定最下层生态袋8；

（3）坝底素混凝土垫层4养护期结束后，铺设防渗土工布3；铺设时按照设计要求进行搭接，搭接部分涂抹密封胶进行粘结；

（4）砌筑坝体1，格宾钢丝笼6按照由内而外、自下而上的顺序分层错置堆叠，每一层安置固定后，立刻装填块石；回填土7实行分层铺设、碾压，松铺厚度取30cm~50cm，压实度为0.95；回填土7压实厚度每达到设计间距，铺设一层土工格栅11；土工格栅11按照设计间距铺设在回填土7之间，靠近生态袋8一端伸出预设长度，用于包裹生态袋8及碎石袋9；土工格栅11按照设计长度进行搭接，搭接部分使用u型钉12固定，u型钉12横向间距取1.5m；

（5）护坦2可与坝体1最下层同时砌筑，所有格宾钢丝笼6之间均采用耐腐蚀、延展性好的高强度钢丝绑扎连接；

（6）土工格栅11铺设时，其底面应平整、密实，一般应平铺、拉直，防止重叠、卷曲、扭结；下一层回填土7施工之前，应将土工格栅11张紧，使之产生预设的伸长量，机具不得在未覆盖回填土7的土工格栅11上行驶，防止沿土工格栅11铺设受力方向推土；

（7）生态袋8与碎石袋9按照设计沿回填土7外侧自下而上堆叠铺设，第一层与坡顶最后一层均不设置碎石袋9；其中，第一层生态袋8按纵向铺设，第二层及以上按横向铺设并压实，坡顶最后一层生态袋8按纵向铺设，相邻两层生态袋8之间采用排水连紧扣10锁紧；每层碎石袋9均按横向铺设；每两层生态袋8和碎石袋9的横向铺设位置呈品字形结构；生态袋8、碎石袋9之间如果存在孔隙，用素土填平并压实；而后，采用土工格栅11的预留部分将生态带8和碎石袋9进行包裹，包裹时应平整、拉直；

（8）坝体1的各个组成部分均按照自下而上的顺序同时施工；每两层为一个施工阶段，即格宾钢丝笼6堆叠两层后，回填土7、生态袋8和碎石袋9均向上施工至等高位置，随即进行下一阶段施工，直至设计高度；其中，防渗土工布3伴随坝体1的施工依次向上铺设，直至坝顶，铺设时应平整、拉直；

（9）坝体1施工至设计高度后，浇筑坝顶素混凝土保护层5，用以连接坝体1，并保护拦挡坝顶部。

为保证本发明申请的上述目的、特征和优点可以更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明申请进行进一步的详细说明。

如图1、图2、图3以及图4所示是本发明提供的拦挡结构。所述拦挡结构包括坝体1、护坦2、防渗土工布3、坝底素混凝土垫层4和坝顶素混凝土保护层5；所述坝底素混凝土垫层4位于坝体1与沟道地基土之间；所述坝体1由多个格宾钢丝笼6、回填土7、多个生态袋8及多个碎石袋9构成；所述护坦2由格宾钢丝笼6构成，并在坝底迎水面与坝体1连为一个整体；所述格宾钢丝笼6内部装填大小不一的块石，所述格宾钢丝笼6之间均用防腐蚀、高强度钢丝绑扎连接；所述防渗土工布3自护坦2底部开始铺设，经坝体1底部，并沿坝体1的格宾钢丝笼6与回填土7接触面铺设至坝顶；所述碎石袋9内装粒径较小的碎石，沿回填土7斜面自坝底向上堆叠至坝顶；所述生态袋8内装营养土及植物种子，位于碎石袋9外侧，紧挨碎石袋9自坝底向上堆叠至坝顶，生态袋8之间采用排水连接扣10锁紧，坝底素混凝土垫层4在与生态袋8接触位置预埋排水连接扣10；所述土工格栅11按照设计间距铺设在回填土7之间，靠近生态袋8一端伸出一定长度，用于包裹生态袋8及碎石袋9；所述u型钉12将土工格栅11搭接部分固定在回填土7中；所述坝顶素混凝土保护层5现浇于坝体1顶部。

如图5所示，根据需要，所述拦挡结构可在沟道内多级布置，对泥石流进行分级拦挡，实现分级消能，亦可以形成多个天然蓄水池，利于沟壑区生态治理。

具体实施步骤如下：

1、在拟治理的泥石流沟道进行现场踏勘，根据踏勘结果确定拦挡结构的设置数量及修筑位置；

2、沟道内，在不改变沟底原坡度的基础上，将坝体1及护坦2施工范围内的碎石、散土及杂物清理干净，并整平；在坝体1设计位置浇筑坝底素混凝土垫层4，其上表面标高与沟底相同，并做拉毛处理；在其上表面与生态袋8接触位置预埋排水连接扣10，用以固定最下层生态袋8；

3、坝底素混凝土垫层4养护期结束后，铺设防渗土工布3，铺设时按照设计要求进行搭接，搭接部分涂抹密封胶进行粘结；

4、坝体1砌筑时，格宾钢丝笼6按照“由内而外、自下而上”的原则分层错置堆叠，每一层安置固定后，立刻装填块石；回填土7实行分层铺设、碾压，松铺厚度取30cm~50cm，压实度为0.95，回填土7压实厚度每达到设计间距，铺设一层土工格栅11；土工格栅11按照设计间距铺设在回填土7之间，靠近生态袋8一端伸出一定长度，用于包裹生态袋8及碎石袋9；土工格栅11按照设计长度进行搭接，搭接部分使用u型钉12固定，u型钉12横向间距取1.5m；

5、护坦2可与坝体1最下层同时砌筑，所有格宾钢丝笼6之间均采用耐腐蚀、延展性好的高强度钢丝绑扎连接；

6、土工格栅11铺设时，其底面应平整、密实，一般应平铺、拉直，不得重叠，不得卷曲、扭结。下一层回填土7施工之前，应将土工格栅11张紧，使之产生一定的伸长量，机具不得在未覆盖回填土7的土工格栅11上行驶，严禁沿土工格栅11铺设受力方向推土；

7、生态袋8与碎石袋9按照设计沿回填土7外侧自下而上堆叠铺设，第一层与坡顶最后一层均不设置碎石袋9；其中，第一层生态袋8按纵向铺设，第二层及以上按横向铺设并压实，坡顶最后一层生态袋8按纵向铺设，相邻两层生态袋8之间采用排水连紧扣10锁紧；每层碎石袋9均按横向铺设；每两层生态袋8和碎石袋9的横向铺设位置呈品字形结构；生态袋8、碎石袋9之间如果存在孔隙，用素土填平并压实；而后，采用土工格栅11的预留部分将生态带8和碎石袋9进行包裹，包裹时应平整、拉直；

9、坝体1的各个组成部分均按照“自下而上”的顺序同时施工；每两层为一个施工阶段，即格宾钢丝笼6堆叠两层后，回填土7、生态袋8和碎石袋9均向上施工至等高位置，随即进行下一阶段施工，直至设计高度；防渗土工布3伴随坝体1的施工依次向上铺设，直至坝顶，铺设时应平整、拉直；

10、坝体1施工至设计高度后，浇筑坝顶素混凝土保护层5，用以连接坝体1，并保护拦挡坝顶部。

以上说明只是用于帮助理解本申请的核心思想及方法，本说明书内容不应理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员应该可以理解，在不脱离本发明申请的宗旨和范围，对本发明的结构形式及技术方法进行修改或者同等替换均应包含在本申请所保护的范围内。