本发明涉及生态渠道工程，具体涉及一种生态渠道根系诱导式柔性衬砌结构及施工方法。
背景技术：
1、水利及市政渠道工程是水资源调配、城市水生态治理的主要基础设施，其岸坡的结构稳定性与生态相容性是工程建设的主要考量因素，尤其在岸坡土体松软、原生植被根系发育的区域，亟需兼顾边坡加固、防渗抗冲与生态保护的衬砌技术。传统渠道衬砌方案主要分为硬质衬砌和单纯植被护坡两类，均存在难以克服的技术缺陷，无法满足现代生态水利工程的建设需求。
2、硬质衬砌如混凝土衬砌、阻根膜铺设等，虽能实现良好的防渗和边坡稳定效果，但其刚性结构割裂了水陆交错带的生态联系，破坏原生植被生长环境与土壤微生物系统，导致生物多样性降低；同时，刚性结构无法适应植物根系的自然生长，根系的膨胀力易顶破衬砌结构，造成开裂、渗漏等问题，后续维护成本高，且排水不畅易引发岸坡土体软化，反而降低边坡稳定性。单纯植被护坡依托原生或人工种植植被的根系固土，虽具备生态友好的优势，但抗冲刷能力弱，在水流冲击、雨水侵蚀等工况下易发生水土流失，边坡结构稳定性差；且植被根系生长无定向引导，乱向延伸的根系易破坏渠道土体结构，难以实现工程防渗加固的主要功能，不适用于对结构强度有要求的水利及市政渠道工程。
3、为解决上述技术矛盾，业内尝试对硬质衬砌进行生态化改良或对植被护坡增设简易防护结构，但多为简单的技术叠加，未从根本上解决根系管控与边坡稳定、生态保护与工程功能之间的冲突，要么仍存在根系破坏衬砌的风险，要么防护效果不足、生态性差。因此，研发一种能够主动引导根系定向生长、实现结构柔性适配根系发育，同时兼顾边坡抗冲防渗、生态系统保护的渠道衬砌结构及施工方法，成为水利及市政渠道工程领域亟待解决的技术问题，也是推动生态水利工程发展的重要方向。
技术实现思路
1、为此，本发明提供一种生态渠道根系诱导式柔性衬砌结构及施工方法，以解决现有技术中由于硬质衬砌刚性强、单纯植被护坡抗冲弱，且均无法合理管控根系生长，而导致的渠道边坡稳定性与生态性难以兼顾、衬砌易被根系破坏的问题。
2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种生态渠道根系诱导式柔性衬砌结构，渠道边坡土体向外依次设置细砂导根层、块石阻根层，且所述细砂导根层与所述块石阻根层外侧设置有格宾网箱框架，所述格宾网箱框架的外侧还铺设有生态化面层衬砌，渠道边坡坡脚处设置有坡面护脚，所述坡面护脚与所述格宾网箱框架、所述生态化面层衬砌相衔接形成完整的边坡防护结构。
3、作为生态渠道根系诱导式柔性衬砌结构优选方案，所述细砂导根层为粒径0.075-0.25mm的细砂层，厚度为 15cm，所述细砂导根层采用松散式回填，细砂孔隙度为 15%-25%，且细砂颗粒表面形成连续水膜。
4、作为生态渠道根系诱导式柔性衬砌结构优选方案，所述块石阻根层为无规则块石层，厚度为 15cm，块石间形成不具备水密性的缝隙，所述块石阻根层兼具排水与物理阻根功能。
5、作为生态渠道根系诱导式柔性衬砌结构优选方案，所述格宾网箱框架由竖向格宾网箱和横向格宾网箱拼装形成，拼装后构成 1m×1m的网格结构，所述细砂导根层和所述块石阻根层分层回填于所述网格内。
6、作为生态渠道根系诱导式柔性衬砌结构优选方案，所述格宾网箱框架为柔性咬合结构，以适配根系生长应力及地基不均匀沉降实现微调变形。
7、作为生态渠道根系诱导式柔性衬砌结构优选方案，所述生态化面层衬砌包括植生型、硬质型、混合型三种类型；所述植生型为覆土并播种当地耐湿、根系发达草籽形成的草皮护坡；所述硬质型为铺设砖孔内填土植草的生态连锁砖；所述混合型为常水位以下铺设生态连锁砖、常水位以上采用草皮护坡。
8、本发明还提供一种生态渠道根系诱导式柔性衬砌施工方法，应用权利要求上述的生态渠道根系诱导式柔性衬砌结构，包括以下步骤：
9、s1、人工清表，人工清除渠道边坡的杂草、垃圾和表层浮土，暴露边坡内根系；
10、s2、根系修葺，对伸入渠道、造成边坡凌乱的须根和侧根选择性修剪，保留既有树木的主根和粗壮根，移除修剪掉的须根和侧根；s3、格宾网箱框架整坡，将竖向格宾网箱和横向格宾网箱在修整后的边坡面上拼装成所述格宾网箱框架，形成 1m×1m的网格；s4、设置导排结合的回填层，在所述网格内紧贴边坡土体先回填细砂形成细砂导根层，再在所述细砂导根层上回填块石形成块石阻根层，形成完成层；s5、生态化面层衬砌，在所述块石阻根层外侧采用植生型、硬质型、混合型任意一种方式铺设生态化面层衬砌，并完成坡面护脚与格宾网箱框架、生态化面层衬砌的衔接施工。
11、作为生态渠道根系诱导式柔性衬砌施工方法优选方案，施工完成后，所述格宾网箱框架与经细砂导根层诱导生长的植物根系形成三维网状锚固结构，所述植物根系在所述细砂导根层的诱导下沿层内水平延伸并迂回生长，且根系不穿透块石阻根层。
12、作为生态渠道根系诱导式柔性衬砌施工方法优选方案，所述细砂导根层采用松散式回填工艺，所述块石阻根层采用无规则块石自然堆砌工艺，两层回填后均与网格内壁紧密贴合。
13、作为生态渠道根系诱导式柔性衬砌施工方法优选方案，该施工方法适用于岸坡土体松软、原生植被根系发育的水利及市政渠道工程，包括城市生态河道治理工程、灌溉渠道防渗加固工程。
14、本发明具有如下优点：
15、第一、本发明利用植物根系趋利避害特性，通过细砂导根层诱导根系沿层水平迂回生长，块石阻根层从物理阻力和水养限制双重维度阻止根系穿透，配合柔性格宾网箱框架的应力消散与变形适配能力，从根源避免根系顶破衬砌的问题。同时，诱导形成的密集根系网络与格宾网箱框架相互交织咬合，形成三维网状锚固结构，大幅提升土体抗剪强度，增强渠道边坡抗滑移、抗崩塌能力，保障衬砌结构长期稳定。
16、第二，本发明施工中选择性修葺根系，保留原生植被主根和粗壮根，避免对原生生态环境的粗暴破坏，维持土壤微生物群落完整性与生物多样性；生态化面层衬砌的植生设计及植被自然生长，能有效拦截面源污染、吸附水体中氮磷等污染物，改善渠道水质，恢复水陆交错带的生态连通性。同时摒弃传统混凝土硬质衬砌的视觉污染，还原渠道自然美学价值，实现从“工程防护”到“生态共生”的转变。
17、第三，本发明块石阻根层的非水密性缝隙可快速排出渠道渗水、雨水及地下水，避免岸坡土体因积水软化，配合分层回填的导排结构，保障渠道排水系统通畅；整体结构兼具防渗加固与抗冲刷能力，可满足城市生态河道治理、灌溉渠道防渗加固等不同水利及市政渠道工程的水力设计要求，适配不同水文、土体条件的工程场景。
18、第四，本发明格宾网箱框架为拼装式柔性结构，可适应地基不均匀沉降，减少因基础变形引发的工程返工；以“疏代堵”的根系管控方式，从根本避免了传统刚性衬砌因根系破坏导致的开裂、渗漏修复费用；生态化面层衬砌无需频繁人工维护，且施工工艺采用清表修葺、网格拼装、分层回填等简易工序，对施工设备要求低、操作便捷，大幅降低工程施工成本与后期运营维护成本。
19、第五，本发明结构采用内层诱导、中层阻根、外层框架、表层生态的多层复合设计，各结构层功能协同、刚柔并济，既解决了传统技术的核心矛盾，又能根据工程实际需求选择植生型、硬质型、混合型生态化面层衬砌，适配不同岸坡土体、水文特征的工程场景；施工过程对原生环境扰动小，实现施工操作与生态保护的协作进行，且适用于所有岸坡土体松软、原生植被根系发育的水利及市政渠道工程，应用范围广泛。
20、第六，本发明从根本上解决了行业内长期存在的根系管控与边坡稳定、生态保护与工程功能双重技术矛盾，摒弃了传统技术简单叠加的改良思路，通过介质诱导、结构柔性适配的创新设计，形成了一套兼具工程性与生态性的渠道衬砌技术体系，为生态水利工程的渠道边坡防护提供了全新技术方案，推动了水利及市政渠道工程领域的生态化技术发展。