石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩及其建造方法
【專利摘要】石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩及其建造方法。本石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩為拱形攔擋壩，結(jié)構(gòu)如下：在地基上面層疊堆砌有填充石渣的石籠網(wǎng)片，各石籠網(wǎng)片之間進行綁扎，以加強整個攔擋壩結(jié)構(gòu)的整體性；在石籠網(wǎng)片的內(nèi)側(cè)迎水面水平鋪設(shè)逐層裝填坡積土的廢舊輪胎；在石籠網(wǎng)片內(nèi)側(cè)背水面砌筑逐層裝填坡積土的生態(tài)袋；在廢舊輪胎與生態(tài)袋之間的區(qū)域填充有振搗壓密的石渣。優(yōu)化方案為在石籠拱攔擋壩上下游側(cè)廢舊輪胎和生態(tài)袋的層間土中扦插植被，具有植物錨桿和生態(tài)護面作用，從而形成石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩。本發(fā)明的有益效果是：力學(xué)設(shè)計合理、施工工藝簡單、成本低、易于推廣，可以替代容易破壞的砌石、混凝土攔擋壩，有效防治泥石流災(zāi)害。
【專利說明】石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩及其建造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種泥石流防治工程中應(yīng)用石籠網(wǎng)、廢舊輪胎及生態(tài)袋聯(lián)合組成拱形生態(tài)柔性泥石流攔擋壩。本發(fā)明還涉及這種石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩及其建造的方法。本發(fā)明特別適用于中小規(guī)模泥石流物源區(qū)崩塌坡積物的攔蓄，以及流通區(qū)泥石流的攔擋。該發(fā)明克服了傳統(tǒng)的硬質(zhì)攔擋壩如漿砌石、混凝土攔擋壩的不足，較好解決了現(xiàn)有泥石流攔擋結(jié)構(gòu)透水與抗沖擊能力差、耐久性不足的問題，實現(xiàn)了泥石流攔擋結(jié)構(gòu)與生態(tài)保護的有機結(jié)合。
[0002]本發(fā)明項目受水利部公益性行業(yè)科研專項項目(No:201301022，No:201201037)、國家自然科學(xué)基金重大研究計劃集成項目(No:91215301)、水利部土石壩破壞機理與防控技術(shù)重點實驗室開放基金以及江蘇省水利科技項目(2012009)的資助。
【背景技術(shù)】
[0003]為應(yīng)對日益頻發(fā)的泥石流災(zāi)害，目前漿(干)砌石、混凝土為材料的剛性攔擋結(jié)構(gòu)是應(yīng)用較為廣泛的泥石流防治措施。但剛性攔擋結(jié)構(gòu)透水性差，不利于釋放泥漿壓力，不具備柔性，易被泥石流巨大的沖擊力破壞，且易風(fēng)化老化，導(dǎo)致設(shè)計強度降低。因此迫切需要發(fā)明一種新的泥石流攔擋結(jié)構(gòu)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了克服常用剛性攔擋壩難以快速釋放泥石流泥漿壓力、容許變形小、難以消減泥石流沖擊力以及抗風(fēng)化抗老化能力等不足，本發(fā)明提出了一種石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩。這是一種利用石籠網(wǎng)片、廢舊輪胎、生態(tài)袋以及碎石土材料，聯(lián)合砌筑成拱形的泥石流攔擋壩。壩體結(jié)構(gòu)整體具有較強的透水能力，可有效消減泥漿壓力；構(gòu)筑材料的柔性特質(zhì)和拱形結(jié)構(gòu)的超載特性，提高了其抵抗沖擊破壞的能力；生態(tài)護面的引入可有效保護結(jié)構(gòu)免受紫外線照射，增強筑壩材料耐久性。本發(fā)明同時提供了石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩的建造方法。
[0005]采用的技術(shù)方案是，一種石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩，本石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩為拱形攔擋壩，其特征在于，結(jié)構(gòu)如下:在地基上面層疊堆砌有填充石渣的石籠網(wǎng)片，各石籠網(wǎng)片之間進行綁扎，以加強整個攔擋壩結(jié)構(gòu)的整體性；在石籠網(wǎng)片的內(nèi)側(cè)迎水面(即上游面)水平鋪設(shè)逐層裝填坡積土的廢舊輪胎；在石籠網(wǎng)片內(nèi)側(cè)背水面(即下游面)砌筑逐層裝填坡積土的生態(tài)袋；在廢舊輪胎與生態(tài)袋之間的區(qū)域填充有振搗壓密的石渣。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)化方案有:
1、所述石籠網(wǎng)片是由高抗腐蝕、高強度、具有延展性的低碳鋼絲或包裹PVC的鋼絲，使用機械編織而成。所做成的石籠拱壩是直立擋墻狀或下游側(cè)臺階式擋墻狀。
[0007]2、所述各石籠網(wǎng)片之間進行綁扎是指，在所述的石籠拱攔擋壩的每個石籠網(wǎng)四個角處，用鍍鋅過塑鋼絲縫合繩把上下、左右石籠網(wǎng)綁定，以增強豎向整體穩(wěn)定性。
[0008]3、所述裝填坡積土的廢舊輪胎，為沿著胎冠中線剖為兩部分，輪胎水平放置，然后填碎石土，逐層施工。把鍍鋅過塑鋼絲縫合繩穿過廢舊輪胎側(cè)壁并把它們栓綁在一起，再與石籠網(wǎng)綁定；
4、所述裝填坡積土的生態(tài)袋，在填土束扎袋口后水平鋪設(shè)、逐層錯縫疊砌，并貼緊石籠網(wǎng)；
5、所述生態(tài)袋是以聚丙烯(PP)或者聚酯纖維(PET)作為原材料制成的雙面燒結(jié)針刺無紡布加工而成的袋子，具有抗老化、無毒、透水及對植物友好的特性；
6、所述石籠網(wǎng)片的層疊堆砌方式是:在石籠拱柔性攔擋壩的基礎(chǔ)部位及地面以上一定高度范圍，用大粒徑塊石填充的石籠修筑，并在上下游拋填大粒徑塊石護腳。
[0009]7、分區(qū)分塊封裝指的是:在每個石籠中靠近石籠壁的區(qū)域封裝生態(tài)袋和廢舊輪胎，其中裝填的是碎石土，以便于石籠拱外側(cè)的植物生長；在廢舊輪胎與生態(tài)袋之間的大部分區(qū)域，裝填的是石渣料。然后把每個石籠錯峰層疊堆砌。
[0010]8、在所述的石籠拱的基部，拋填有石渣護腳(護坡)。
[0011]9、在石籠拱攔擋壩上下游面設(shè)有植物錨桿。
[0012]所述的植物錨桿是指:在每層生態(tài)袋袋體之間鋪設(shè)柳枝或香根草，在廢舊輪胎的堆填土中扦插柳枝，梢端穿過石籠網(wǎng)孔外露，柳枝生長后在填土內(nèi)形成植物錨桿；
本措施栽植適應(yīng)環(huán)境生存的植被形成植物錨桿，例如香根草、柳條一類根系發(fā)達易存活的植物，保護筑壩材料免受紫外線侵蝕同時兼做反濾層。另外，植被根系能夠?qū)χ尾牧线M行適當(dāng)?shù)募咏?，質(zhì)地柔韌并與自然環(huán)境相融合。
[0013]10、在本石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩的上游側(cè)布置有消能墩柱。
[0014]11、在廢舊輪胎與生態(tài)袋之間的區(qū)域填充石渣，以5mm以上粒徑的中礫為主，其含量占到拋填石渣土的一半或以上，保持其良好的透水性和變形適應(yīng)特性。
[0015]換言之，本發(fā)明的石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩，是在泥石流小型支溝和毛溝等泥石流物源區(qū)或潛在物源區(qū)，分級修筑拱形的泥石流攔擋壩；所述攔擋壩是由石籠、石渣、裝填坡積土的廢舊輪胎和生態(tài)袋、以及植物錨桿共同構(gòu)筑而成；
在溝谷中按照拱形構(gòu)造鋪設(shè)石籠網(wǎng)片；
在石籠網(wǎng)片內(nèi)側(cè)迎水面(即上游面)水平鋪設(shè)逐層裝填坡積土的廢舊輪胎，所述廢舊輪胎為沿著胎冠中線將輪胎一分為二，利于提高填土碾壓施工的質(zhì)量和效率；
在石籠網(wǎng)片內(nèi)側(cè)背水面(即下游面)砌筑逐層裝填坡積土的生態(tài)袋，
在石籠拱攔擋壩上下游面栽植適應(yīng)環(huán)境生存的植被形成植物錨桿，例如香根草、柳條一類根系發(fā)達易存活的植物，保護筑壩材料免受紫外線侵蝕同時兼做反濾層。另外，植被根系能夠?qū)χ尾牧线M行適當(dāng)?shù)募咏?，質(zhì)地柔韌并與自然環(huán)境相融合；
完成本申請第二個發(fā)明任務(wù)的技術(shù)方案是，上述石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩的建造方法，其特征在于，步驟如下，
⑴.完成基坑開挖后，在拱弧形基礎(chǔ)平面上鋪設(shè)石籠網(wǎng)片，填充質(zhì)地堅硬的大粒徑塊石，然后進行石籠網(wǎng)片的封裝；
⑵.在基礎(chǔ)上鋪設(shè)第二層石籠網(wǎng)片，網(wǎng)片按照拱形構(gòu)造進行排布，用鍍鋅過塑鋼絲縫合繩把上下、左右相鄰石籠網(wǎng)單元栓緊；
⑶.在石籠網(wǎng)片內(nèi)側(cè)下游面堆砌一層生態(tài)袋，該生態(tài)袋充填的土料可以是基礎(chǔ)開挖的料渣； ⑷.在石籠網(wǎng)片內(nèi)側(cè)上游面水平鋪設(shè)一層廢舊輪胎，把鍍鋅過塑鋼絲縫合繩穿過廢舊輪胎并把它們栓綁在一起，貼緊并與石籠網(wǎng)片之間固定起來；
(5).在廢舊輪胎與生態(tài)袋之間的區(qū)域填充石渣，廢舊輪胎填充土料粒徑相對較小，中間區(qū)域填充土料為不含粘粒的質(zhì)地堅硬的大粒徑材料，填筑完畢進行振搗壓密；
(6).重復(fù)⑶-(5)的工序，直至該層石籠網(wǎng)箱體填充完畢，然后進行封裝密封，進行下一層石籠網(wǎng)的錯縫疊砌，至修筑到設(shè)計高程為止；
(7).在石籠拱上下游附近區(qū)域拋填巨粒塊石料，增加基礎(chǔ)約束，保護其免受沖刷掏蝕。
[0016]優(yōu)化方案中，可以增加以下步驟:
(8).植物錨桿(生態(tài)植被)的種植，可以在施工過程中將柳枝或者香根草預(yù)植在生態(tài)袋的縫隙之間、廢舊輪胎腔體的填充土中，亦可在施工完畢后進行扦插栽植。
[0017](9).在本石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩的上游側(cè)布置消能墩柱。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:力學(xué)設(shè)計合理、施工工藝簡單、成本低、易于推廣，合理地將工程措施和生態(tài)治理有機結(jié)合起來；該防護措施可以穩(wěn)固泥石流物源區(qū)的松散物料，攔蓄崩滑坡體、泥石流體，結(jié)構(gòu)自身具有較為優(yōu)越的受力特性和耐久性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實施例的平面俯視圖。
[0020]圖2是本發(fā)明實施例的石籠拱縱剖面構(gòu)造圖。
[0021]圖3是本發(fā)明實施例的石籠拱橫剖面構(gòu)造圖。
[0022]圖中，地基1、岸坡2、堆石護腳3、石籠網(wǎng)4、充填坡積土的廢舊輪胎5、充填坡積土的生態(tài)袋6、植物小錨桿和香根草等植株7、石渣8、鍍鋅過塑鋼絲縫合繩9、消能墩柱10。
【具體實施方式】
[0023]實施例1，石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩。在圖1所示實施例中，開挖好地基I和岸坡2后，從基底開始鋪設(shè)石籠網(wǎng)3，并在石籠網(wǎng)3內(nèi)上下游側(cè)分別鋪設(shè)充填坡積土的廢舊輪胎5及充填坡積土的生態(tài)袋6，在充填坡積土的廢舊輪胎5上下層之間及充填坡積土的生態(tài)袋6上下層之間布置植物小錨桿和香根草等植株7，根向內(nèi)梢向外，在充填坡積土的廢舊輪胎5及充填坡積土的生態(tài)袋6之間的空間內(nèi)拋填石渣8，這樣做好一個石籠。相鄰石籠之間用鍍鋅過塑鋼絲縫合繩9綁扎連接。當(dāng)?shù)谝粚邮\拱做好后，按錯縫疊砌的方式修筑第二層、第三層等直至設(shè)計高度，形成石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩，然后在上游側(cè)再布置消能墩柱10，以便減小泥石流對石籠拱攔擋壩的沖擊。
[0024]在圖2所示的實施例中，根據(jù)河谷地形，沿河谷橫向斷面軸線開挖地基I和岸坡2，形成一臺階狀作業(yè)平臺，以便安放石籠網(wǎng)3。在石籠網(wǎng)3內(nèi)上游側(cè)鋪設(shè)充填坡積土的廢舊輪胎5、下游側(cè)鋪設(shè)充填坡積土的生態(tài)袋6、在充填坡積土的廢舊輪胎5及充填坡積土的生態(tài)袋6之間的空間內(nèi)拋填石渣8，這樣形成一個石籠。同一高度相鄰石籠之間用鍍鋅過塑鋼絲縫合繩9綁扎連接。當(dāng)?shù)谝粚邮\拱做好后，按錯縫疊砌的方式修筑第二層、第三層等直至設(shè)計高度，形成石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩。
[0025]在圖3所示的實施例中，在每個石籠網(wǎng)4內(nèi)，水平順鋪充填坡積土的廢舊輪胎5，相鄰輪胎形成的間隙內(nèi)填碎石土，按錯縫疊砌的方式擺放碎石土生態(tài)袋6，在充填坡積土的廢舊輪胎5及充填坡積土的生態(tài)袋6之間的空間內(nèi)拋填石渣8，這樣形成一個石籠，然后逐個把石籠修建成石籠拱，同一高度相鄰石籠之間用鍍鋅過塑鋼絲縫合繩9綁扎連接。利用根植于充填坡積土的廢舊輪胎5及充填坡積土的生態(tài)袋6的植物小錨桿和香根草等植株7形成生態(tài)護面和反濾層。
【權(quán)利要求】
1.一種石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩，本石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩為拱形攔擋壩，其特征在于，結(jié)構(gòu)如下:在地基上層疊堆砌有填充石渣的石籠網(wǎng)片，各石籠網(wǎng)片之間進行綁扎，以加強整個攔擋壩結(jié)構(gòu)的整體性；在石籠網(wǎng)片的內(nèi)側(cè)迎水面水平鋪設(shè)逐層裝填坡積土的廢舊輪胎；在石籠網(wǎng)片內(nèi)側(cè)背水面砌筑逐層裝填坡積土的生態(tài)袋；在廢舊輪胎與生態(tài)袋之間的區(qū)域填充有振搗壓密的石渣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩，其特征在于，所述石籠網(wǎng)片是由高抗腐蝕的低碳鋼絲或包裹PVC的鋼絲編織而成； 所做成的石籠拱壩是直立擋墻狀或下游側(cè)臺階式擋墻狀； 所述各石籠網(wǎng)片之間進行綁扎是指，在所述的石籠拱攔擋壩的每個石籠網(wǎng)四個角處，用鍍鋅過塑鋼絲縫合繩把上下石籠網(wǎng)綁定，以增強豎向整體穩(wěn)定性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩，其特征在于，所述裝填坡積土的廢舊輪胎，結(jié)構(gòu)為:沿著胎冠中線剖為兩部分，輪胎水平放置，然后填土，逐層施工；把鍍鋅過塑鋼絲縫合繩穿過廢舊輪胎側(cè)壁并把它們栓綁在一起，再與石籠網(wǎng)綁定； 所述裝填坡積土的生態(tài)袋，在填土束扎袋口后水平鋪設(shè)、逐層錯縫疊砌，并貼緊石籠網(wǎng)； 所述生態(tài)袋為聚丙烯或者聚酯纖維為原材料制成的雙面燒結(jié)針刺無紡布加工而成的袋子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩，其特征在于，所述石籠網(wǎng)片的層疊堆砌方式是:把每個石籠像砌磚墻那樣，錯縫、層疊堆砌，并在上下游拋填大粒徑塊石護腳。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩，其特征在于，所述石籠網(wǎng)片的層疊堆砌方式是分區(qū)分塊封裝；該分區(qū)分塊是指:在每個石籠中靠近側(cè)壁區(qū)域封裝生態(tài)袋和廢舊輪胎，其中裝填碎石土；在廢舊輪胎與生態(tài)袋之間的區(qū)域裝填石渣料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩，其特征在于，所述石籠網(wǎng)片的生態(tài)護面方式是:在石籠拱攔擋壩上下游面設(shè)有植物錨桿。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩，其特征在于，在本石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩的上游側(cè)布置有消能墩柱。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩，其特征在于，所述石籠網(wǎng)片的石渣填充方式是:在廢舊輪胎與生態(tài)袋之間的區(qū)域填充石渣，石渣以5mm以上粒徑的中礫為主，其含量占到拋填石渣土的一半或以上，保持其良好的透水性和變形適應(yīng)特性。
9.權(quán)利要求1所述的石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩的建造方法，其特征在于，步驟如下， ⑴.完成基坑開挖后，在拱弧形基礎(chǔ)平面上鋪設(shè)石籠網(wǎng)片，填充質(zhì)地堅硬的大粒徑塊石，然后進行石籠網(wǎng)片的封裝； ⑵.在基礎(chǔ)上鋪設(shè)第二層石籠網(wǎng)片，網(wǎng)片按照拱形構(gòu)造進行排布，用鍍鋅過塑鋼絲縫合繩把上下、左右相鄰石籠網(wǎng)單元栓緊； (3).在石籠網(wǎng)片內(nèi)側(cè)下游面堆砌一層生態(tài)袋，該生態(tài)袋充填的土料可以是坡積土或基礎(chǔ)開挖的料渣； ⑷.在石籠網(wǎng)片內(nèi)側(cè)上游面水平鋪設(shè)一層廢舊輪胎，把鍍鋅過塑鋼絲縫合繩穿過廢舊輪胎并把它們栓綁在一起，貼緊并與石籠網(wǎng)片之間固定起來； (5).在廢舊輪胎與生態(tài)袋之間的區(qū)域同時填充石渣或碎石土，廢舊輪胎填充土料粒徑相對較小，中間區(qū)域填充土料為不含粘粒的質(zhì)地堅硬的大粒徑材料，填筑完畢進行振搗壓密； (6).重復(fù)⑶-(5)的工序，直至該層石籠網(wǎng)箱體填充完畢，然后進行封裝密封，進行下一層石籠網(wǎng)的錯縫疊砌，至修筑到設(shè)計高程為止； (7).在石籠拱上下游附近區(qū)域拋填巨粒塊石料，增加基礎(chǔ)約束，保護其免受沖刷掏蝕。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩的建造方法，其特征在于，增加有以下步驟: (8).植物錨桿的種植，在施工過程中將柳枝或者香根草預(yù)植在生態(tài)袋的縫隙之間； ⑶.在本石籠拱生態(tài)柔性泥石流攔擋壩的上游側(cè)布置消能墩柱。
【文檔編號】E02B7/12GK104164851SQ201410418127
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】陳生水, 周成, 徐惠民, 何寧, 蘇潔, 張桂榮, 陳群, 程大鵬, 費宗如, 吳穎, 韓利彪, 劉偉 申請人:水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院, 四川大學(xué)