生态型护面块体及其应用的制作方法

1.本发明属于海洋工程和水运工程领域中的兼具生态功能的防护型结构，涉及一种生态型护面块体及其应用，具体涉及一种兼具消浪防护功能及生态功能的护面块体及其形成的生态海堤结构。


背景技术：

2.护面块体是一种常用于海堤、防波堤及护岸结构的人工预制块体，其作用一方面消减波浪能量、减小波浪爬高和堤后越浪，对堤后结构进行防护；另一方面掩护堤身结构，防止堤身被波浪、水流侵蚀。具有整齐美观的特点。
3.传统的扭王字块、栅栏板、网箱块石等护面块体及其应用的海堤结构，其防护性能已经得到了充分的证明，针对其消浪性能、结构设计以及施工方法的研究已日趋成熟。
4.近年来，生态环保理念逐渐在港口建设、围填海等海岸工程建设中得到重视，已建海堤的生态化修复工作也在逐步实施。现阶段，海堤的生态化建设主要针对堤前、堤身及堤后三个区域实施，堤前主要在滩涂开展耐碱植物的种植，或进行人工沙滩建设。堤后则以沿岸陆域的绿化工程为主，或进行一些人工湿地建设。堤身仍多采用传统的扭王字块、栅栏板、网箱块石等护面块体，以构建多孔性的护面结构，增加海洋生物的附着，提供堤身区域的生态性；同时在设计水位以上区域开展护坡植被种植，但受制于坡面影响，生态系统的多样性较差，缺乏生态化的护面块体及海堤建设方案。
5.基于传统护面块体构建的海堤结构仍主要以安全性为主，虽然也可附着一定数量的牡蛎等贝类，但未营造出适宜近岸藻类及贝类存活的生境，不利于堤身局部生态系统的形成，因此海堤堤身及护面块体结构的生态功能设计有待于进一步的提升。
6.在天然礁石海岸，受礁石地形变化影响，会形成落潮后仍存有一定水体的潮池，由于海水一直存在，潮池内有大量的贝壳、藻类等生物生存，同时潮池具有一定的遮蔽效果，使其成为部分底栖及鱼类海洋生物的栖息区域，整体生态性明显高于无潮池的区域，提高了海岸带的生态系统多样性。
7.借鉴于礁石岸线上潮池的形态特征，设计出一种对海洋生物更为友好的护面块体，主要通过在堤身营造生物的生存空间，以提高海堤的生态性。新型生态性护面结构设计会带来新的挑战，一方面需要考虑新型护面块体的消浪性能，另一方面生物附着及生长会对块体的耐久性产生一定的影响，因此生态型护面块体的设计既要考虑其生态功能的发挥，又要考虑其整体安全性、耐久性及经济性。


技术实现要素：

8.为解决上述问题，本发明提供一种带潮池且可以沿坡面叠放成台阶形式的生态型护面块体，为海洋生物的存活提供适宜的生境，并对其应用的生态海堤结构进行了设计。
9.为了达到上述的目的，本发明采用的技术方案为：
10.一种生态型护面块体，是由斜向底板1、水平底板2、迎浪前壁3和两个直线侧壁4形
成的池体结构，中间空间为储水潮池；斜向底板1位于块体后方，与坡内堤身斜面贴合；水平底板2自斜向底板1底端向坡外伸出；迎浪前壁3位于块体前方，与斜向底板1相对，水平底板2的前后两端分别与斜向底板1和迎浪前壁3的底端连接；两个直线侧壁4相对，两个直线侧壁4的底端与水平底板2的两侧边连接，直线侧壁4的两侧边分别与斜向底板1和迎浪前壁3的侧边连接。
11.所述的迎浪前壁3的顶端前方壁体上可设置反浪块6，反浪块6的迎浪面为弧状。
12.所述的水平底板2，其坡内后端为长方形，其坡外前端的形状为直线形、圆弧形、多边形或圆弧与直线形相结合。
13.所述的斜向底板1、水平底板2、迎浪前壁3和直线侧壁4上均可根据需要开设多个开孔5，形成水流通道。
14.所述的生态型护面块体为预制混凝土块体。
15.采用所述的生态型护面块体形成的生态海堤结构，将生态型护面块体沿堤身斜面从下至上顺次摆放，在水平面方上交错布置，使上层的生态型护面块体的水平底板2搭在下层的生态型护面块体上，从断面上看，沿堤身斜面形成多级储水台阶；每一层的生态型护面块体上根据不同的需求放置不同的生态种植物。
16.本发明提供的生态型护面块体，不仅在堤身上营造了适宜生物生存的空间，还具有消浪功能，主要的特点及优势如下：
17.1)本发明的护面块体，底板分为斜向的底板和水平底板，在非平直的岸线段，可通过调整斜向底板和水平底板的形状来适应岸线的变化，因此对弧形岸线的适应性较强。
18.2)本发明的护面块体的迎浪前壁和水平底板前端形状，可有多种变化，交错叠放后，有更好的景观效果，且每层凹凸变化的前沿线，具有更好的消浪效果。
19.3)本发明的护面块体增加了储水潮池，且多层储水潮池之间相互交错，形成海洋生物喜欢的遮蔽空间。储水潮池可作为人工鱼礁或天然礁石的载体，在储水潮池中布置小型鱼礁、天然礁石、以及块石等，为海洋生物提供遮蔽空间，便于海洋生物栖息生存。相对于传统的护面块体具有更好的生物栖息环境，且更有利于生物的附着，对生态系统更为友好。
20.4)在不同水位处可有多种变化使其更方便的与海岸带的自然生态系统相融合。在常水位以上，铺设种植土或植生垫，便于植被生长，且可在底板以及侧壁开孔，排除多余的积水；在常水位以下的水位变动区，长期储水潮池可作为海洋生物的栖息地，且在涨落潮过程中海洋生物可在各个潮池之间移动，促进堤身生态系统的健康发育；在常年位于水下的低水位区，可开较大的孔洞形成过流通道，增加潮池之间的水体交换，提高护面块体消减波浪与水流能量的功能，提高海堤结构的稳定性。
21.5)本发明的各层护面块体之间相互搭接，护面块体的整体性更好，且有利于每一块护面块体的稳定。相较于传统的栅栏板、四角空心方块等平铺于斜面上的块体而言有更好的稳定性。
附图说明
22.图1是本发明的生态型护面块体的俯视图，图2是本发明的生态型护面块体的侧视图；图中：1斜向底板；2水平底板；3迎浪前壁；4直线侧壁；5开孔；6反浪块。
23.图3(a)～图3(d)是本发明的生态型护面块体的平面摆放示意图,其中，水平底板
前端的形状分别是圆弧形、直线形、梯形以及直线形与圆弧形相结合；
24.图4(a)～图4(b)是本发明的生态型护面块体的断面摆放示意图,分别是常规断面和带反浪块断面；
25.图5(a)～图5(b)是实施时尺寸计算示意图，分别是断面和平面；
26.图6是水平底板加长x时的计算示意图；
27.图7是生态海堤断面图；图中：7混凝土胸墙；8开山石；9块石；10石垫层；11碎石垫层；12生态型护面块体；13混凝土支撑块；14护底块石；15植生垫或耐碱植物；16小型鱼礁；17卵石或块石。
具体实施方式
28.以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
29.如图1和图2所示，本发明的生态型护面块体包括斜向底板1、水平底板2、迎浪前壁3和直线侧壁4。块体后方的斜向底板1与堤身斜面贴合，自斜向底板1向坡外伸出水平底板2，水平底板2上方有迎浪前壁3和两个直线侧壁4，三个立壁与斜向底板1合抱形成封闭的立壁，环抱形立壁与水平底板2形成可储水的潮池。潮池在涨落潮期间实现水体的自动补充。
30.将本发明的生态型护面块体沿堤身斜坡倾斜方向顺次摆放，在水平面上交错布置，使上层的水平底板2搭在下层的直线侧壁4上方。
31.生态型护面块体重叠布置在潮池内形成了掩护区域，可为生物生长、发育提供空间和水体。潮池内可根据块体的实际高程，在高水位以上区域铺设和种植植生垫或耐碱植物15，提供堤身植被生长空间；在潮水变化区域布置天然卵石或块石17或者小型鱼礁16，为生物生长提供更多附着物；也可选择在斜向底板1、水平底板2、迎浪前壁3和直线侧壁4上设置开孔5，与下层生态型护面块体贯通，形成水流通道，提高其消减波浪与水流能量的性能。为了进一步提高波浪防护性能，也可以在迎浪前壁3的顶端前方壁体上设置弧状的反浪块6。
32.从断面上看，见图4(a)和图4(b)，沿坡面形成多级储水台阶，可起到消减波浪能量的作用；从平面上看，见图3(a)～图3(d)，水平底板2的前端部分可为圆弧形、直线形、多边形以及圆弧和直线形相结合形状，使得在平面上形成或曲折或波浪形的岸线，具有较好的消浪效果。交错布置的生态型护面块体间，上层水平底板2会对下层的潮池空间形成遮蔽效果，更有利于海洋生物的栖息生长。
33.生态型护面块体之间采用叠放，增加了单个块体的稳定性，水平向的交错布置，较好的分散了波浪的能量，避免波能聚集。潮池内可摆放块石，或者通过设置一定的凸起或凹槽增加表面粗糙度，一方面更好的消减波浪能量，一方面更有利于海洋生物的附着。
34.下面以圆弧形的前沿线为例(图5(a)～图5(b))，生态型护面块体的具体实施方法如下：
35.1)确定被防护的堤身坡面的斜率k＝tanα，确定平面所需要的储水潮池的前沿圆弧段半径r，混凝土底板厚度δ1。
36.2)每个块体的斜向底板长度l＝r/cosα
37.3)每个块体的水平向总长c＝2r+δ1·
sinα
38.4)每个块体的水平向总宽b＝2r
39.5)迎浪前壁总高h＝r
·
tanα
40.6)储水潮池深度h＝h-δ141.将斜向底板1和水平底板2厚度保持一致，均取δ1；前壁的厚度可取δ2，δ2可小于δ1。
42.也可根据所需要的景观效果，将每个块体的水平向总长c在计算结果上加长x，形成向外伸出的水平直线段x，见图6。
43.以上为圆弧形水平底板的块体的实施方法，也可根据景观需要，将水平底板2设计为矩形、梯形、梯形和圆弧相结合等多种形式。
44.水平的台阶段迎浪面即迎浪前壁3，可以做成竖直面，也可以设置弧状反浪块6以增加防浪效果。
45.也可在斜向底板1、水平底板2、迎浪前壁3和直线侧壁4上选择性的设置开孔5，或在潮池中布设人工鱼礁、天然礁石、块石、植生垫等。
46.图7为本发明的生态型护面块体应用的生态海堤断面图，具体介绍如下：
47.在堤顶设置l型混凝土胸墙7，堤心采用回填开山石8，向外依次铺填10-100kg块石9以及二片石垫层10，碎石垫层11，在整平的碎石垫层11外侧，布置本发明的生态型护面块体12，护面块体依据高、低常水位的位置进行分区设置。在坡脚出设置混凝土支撑块13以及护底块石14。
48.各层的生态护面块体12的分区布置如下：
49.1)在高水位以上，潮池内通常不会灌入海水，因此不适合海洋生物的附着；但其靠近陆域，受降雨及陆域排水影响，适宜陆生植被生长，可铺设种植土及植生垫，并辅以本地植物种植；同时为了排出多余水体，并增加种植土的透气性，可在块体底部预留小孔。
50.2)在高水位及低水位之间的护面块体，每天均会被海水淹没，为海洋生物迁移进入潮池提供了条件；在护面块体迎浪边缘可设置缺口，以控制潮池内的存水高度，形成有利于海洋生物的附着与生存的栖息环境,有利于形成稳定的堤身生态系统。
51.3)在高水位以下的生物附着区域，护面块体的潮池内可安放卵石、块石、小型鱼礁等，为海洋生物构造更适宜的空间。也可在预制时，增加块体前壁的粗糙程度，便于生物附着。
52.4)在低水位以下，常年处于海水淹没的区域，护面块体可同时起到小型鱼礁的作用，将块体的底板与前壁、侧壁进行开孔，增加水体交换，形成小型环流，更适宜海洋生物的生存；同时开孔结构具有一定的消减波浪与水流能量的功能，有利于增加护岸的防护效果。