箱体与插板组合型生态护岸结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于限制性航道的箱体与插板组合型生态护岸结构，由下到上依次设置有一级硬质护岸、护岸平台和二级柔性护坡。所述一级硬质护岸为预制透水钢筋混凝土箱体与插板的组合型结构，箱体基本形状为方形空箱，插板为方形板，每两个相邻箱体通过插板连接，插板固定于箱体两侧外壁中部的卡槽内。箱体顶高程在常水位以下0.4m至0.6m，插板比箱体高0.8m至1.2m、距箱体迎水立面0.4m至0.6m，在迎水立面形成格栅型消浪结构，在结构上部形成透空板式防浪结构。箱顶覆土来种植芦苇等防护植物，临水侧浇筑混凝土压顶来挡土。本发明能有效消减船行波、增强近岸水流的多样性，亦能节约材料用量、降低工程造价，达到生态环境效益和经济效益的双赢。
【专利说明】箱体与插板组合型生态护岸结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种内河航道护岸的生态防护方法，特别是涉及一种适用于限制性航道的箱体与插板组合型生态护岸结构，属于内河航道整治建筑物建造【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在通航河流和人工航道中，为了防止水土流失、船行波冲刷、船舶撞击等破坏河岸，往往采用石块、混凝土、钢筋等高强度材料对航道岸坡进行硬化覆盖。然而，随着人们对生态环境的期望值越来越高，这些硬质护岸割裂了水体与土壤的关系，水一土一植物一生物之间的物质和能量循环系统被破坏，对生态环境造成胁迫；混凝土等灰色硬质材料的大量应用对河道景观也造成胁迫。因此，20世纪80年代以来，德国、瑞士等国提出了“亲近自然河流”概念和“自然型护岸”技术，利用植物及工程材料，构建具有生态功能的岸坡系统，通过生态工程的自组织与自我修复等功能，实现岸坡的抗冲蚀、抵风浪、减污染，达到维持岸坡植物生存环境、提高岸坡动物和微生物栖息地质量、营造健康的航道生态系统和改善人居环境等目标。
[0003]近年我国在城市河道治理中，引入生态护岸技术并迅速得到发展，取得了良好的生态和社会效益。在内河航道整治工程中，生态护岸技术也受到重视，但由于航道和城市河道的自然环境和外部作用相差较大，如限制性航道内船行波对岸坡的冲刷作用大，航道生态护岸技术有其自身的要求，国内外进行了许多生态护岸建设的探索。根据护岸结构所采用的材料，目前航道生态护岸可归纳为两大类，一类是适用于水域宽阔且气候温暖的河床滩地或缓坡，以植物保护为主的植被型生态护岸；另一类是用于河宽受限或需要人工处理的岸坡，采用植物与天然或人工材料相结合的综合型生态护岸，努力在岸坡防护和生态保护之间取得平衡。
[0004]植被型护岸主要采用根系发达的植物和植物材料等对岸坡进行固土防护，例如木桩/树枝、芦苇、香根草、棕榈纤维垫、三维土工网垫、生态袋等，这类结构的生态景观和消减船行波效果较好，但抗冲刷能力和护岸结构的整体稳定性和耐久性较难得到保证。硬质护岸主要由混凝土结构或钢筋混凝土结构等组成，例如仿木桩、板状、格宾网箱、干砌或浆砌块石、“蜂巢”挡墙、混凝土连锁护面块等，这类结构的抗冲刷能力较强，易满足护岸的整体稳定性，但生态景观和消减船行波效果较差。硬质+植被柔性组合型护岸一方面利用钢筋混凝土结构来实现对岸坡的防护，增加岸坡的抗冲和防撞能力，另一方面利用植被消减船行波并增强护岸的生态景观，例如箱式绿化挡土墙结构、多孔连续绿化混凝土、阶梯砂管式结构、模袋混凝土结构和透水性预制混凝土沉箱结构等，在满足结构稳定性的同时也较好地实现了生态景观性。
[0005]为促进航道建设对河流生态环境的保护、适用新形势下航道整治工程向生态环境友好型转变的需要，在长江三角洲地区限制性航道生态护岸结构设计中，考虑当地航道常水位持续时间长、水位变幅小的水文特征，采用柔性结构局部取代传统刚性硬质护岸、降低刚性硬质护岸高度，形成直立式硬质结构(一级)+斜坡式柔性结构(二级)的组合型护岸是主要发展趋势，这样能较好地减小硬质护岸对环境的胁迫，达到生态导向下护岸的防护功能(和稳定性)与生态保护的平衡。正是基于此，可将生态护岸结构的横断面从下往上分为重防护区、亲水区、景观区；常水位以下的重防护区重点考虑结构的稳定性、耐久性、抗冲刷和防撞击等功能；常水位以上的亲水区重点考虑护岸结构的生态性、兼顾结构的景观性且便于维护；通航高水位以上的景观区重点考虑生态岸坡与周边文化、环境相协调，兼顾结构的抗冲刷、植被耐淹等。
[0006]在保证生态护岸结构稳定性和生态性的前提下，实现工程的经济性是十分必要的。降低生态护岸的造价，重点是降低防护结构的高度和(或)强度，包括在满足结构稳定性的前提下降低一级硬质结构的高度和二级柔性结构的防护强度，其中关键之一就是减轻作用在护岸结构上的荷载。对于限制性航道来说，岸坡上作用的主要破坏荷载是船行波，因此生态护岸具有一定的消减船行波性能是非常有必要的，而且从护岸的生态环境角度来看，这样也能增加临近岸坡水体的水流多样性，有利于维护水域生物群落多样性。而这些恰恰是目前国内航道生态护岸建设中尚未引起重视的内容。
[0007]本发明通过优化硬质结构的竖向尺度及纵向布置，提出一种既能降低工程造价、又能增强其消浪性能以及近岸水流多样性的新型生态护岸结构，在限制性航道生态护岸建设中达到生态环境效益和经济效益的双赢。
【发明内容】
[0008]本发明针对内河限制性航道的特点，通过优化硬质结构的竖向尺度及纵向布置，提出了一种箱体与插板组合型生态护岸结构(详见附图)，既能降低工程造价，又能增强其消浪性能以及临近岸坡水体的水流多样性。
[0009]本发明采取的技术方案为:一种箱体与插板组合型生态护岸结构，由下到上依次设置有一级硬质护岸、护岸平台、二级柔性护坡，其中一级硬质护岸是本发明的核心和权利要求所在。所述一级硬质护岸为预制透水钢筋混凝土箱体与插板的组合型结构，箱体基本形状为方形空箱，插板为方形板，每两个相邻箱体通过插板连接，插板两侧固定于箱体两侧外壁中部的卡槽内，插板比箱体高0.8m至1.2m，在迎水立面形成箱体与插板间隔布置的格栅型消浪结构，在结构上部形成透空板式防浪结构。箱顶覆土来种植芦苇等防护植物，临水侧浇筑混凝土压顶来挡土。所述护岸平台上可种植各类喜水或耐水植物，二级柔性护坡为连接护岸平台和地面的生态型斜坡。
[0010]所述一级硬质护岸易受到水流、船行波的冲刷或者船舶的撞击，采用预制透水钢筋混凝土箱体结构，能够满足护岸结构的稳定性、耐久性、抗冲刷和防撞击等功能。箱体临水侧和临土侧设置透水孔(直径0.1m至0.2m)，可以强化了护岸结构的透水性，箱内回填块石或废弃混凝土块体，空隙大，可再造湿地环境，构建水一土一植物一生物之间形成的物质和能量循环系统，减少对生态环境的影响。采用预制结构，可以基本实现工厂化制作和机械化施工，提高施工质量和速度，降低工程造价，而且预制箱体与底板通过钢筋混凝土可靠连接后，结构整体性亦好。
[0011]作为一种改进，所述一级硬质护岸的箱体的顶高程设置在常水位以下0.4m至
0.6m，且在满足护岸稳定性的前提下尽量降低箱体高度，这样既能降低工程造价又能减小对环境和景观的胁迫。箱体的高度根据常水位和底板高程确定，箱体结构迎水立面宽0.8m至1.5m。为增加护岸结构的抗滑稳定性，底板的底部宜设置防滑凸榫。
[0012]作为一种改进，所述一级硬质护岸的相邻两个箱体并不直接拼放在一起，而是同通过放置于箱体两侧外壁卡槽内的插板连接，插板搁置在底板上，与底板无需结构连接。插板的顶高程设置在常水位以上0.4m至0.6m，外立面与箱体迎水立面的距离0.4m至0.6m,插板与箱体的宽度之比约为1:2。这样形成的立面格栅型消浪结构和上部透空板式防浪结构能有效消减船行波，减小航道内的波浪反射以及作用在护岸上的波浪荷载，并且箱体与插板在空间上凹凸、错落有致，增强了近岸水流的多样性和护岸的景观性。插板宽度(即箱体间的间距)以及摆放位置主要考虑其形成的立面格栅结构的消浪性能，可通过试验确定合适的间距以达到最佳的消浪效果。插板宜为预制钢筋混凝土结构，厚度在02m至0.3m,以抵抗板后的土压力以及板前的水流和波浪冲击。
[0013]作为一种改进，所述一级硬质护岸的箱体临水侧顶部浇筑混凝土压顶或压顶与下部箱体整体预制，压顶高0.4m至0.6m，压顶与插板咬合作为挡墙，防止箱顶回填土流失。若插板位置靠前(即格栅深度较小)，压顶为四方块体，其长度同箱体长度、其厚度为格栅深度；若插板放置靠后，压顶可采用“[”型结构。箱顶回填土厚度与压顶高度一致(即顶高程位于常水位)，以利于种植的植物成活生长。在该水位变动区，宜选用具有耐水、消浪、护坡、吸收和吸附水域污染物等功能的芦苇等挺水植物，或是适应性与景观效果较好的灌木丛或蔓藤植物，并进行合适的搭配以形成多层次生态群落，构建生态护岸的生态性和景观性。
[0014]有益效果
本发明的箱体与插板组合型结构在迎水立面形成格栅型消浪结构，能够有效降低航道内船行波的反射(根据试验研究，格栅宽0.6m、深0.4m时航道内船行波的反射率约为
0.7~0.8)，有利于提高航道`内航行船舶的安全与效率，尤其是在低水位期。其次，箱体与插板组合型结构上部形成透空板式防浪结构，尤其是在高水位时能够有效消减入射的船行波(根据试验研究，板宽0.6m、间距1.2m时船行波的透射率约为0.6^0.7)，从而减小了作用在护岸平台和二级柔性护坡上的荷载，有利于种植各类植被或进行生态防护。然后，箱体与插板组合型结构在沿航道纵向近岸形成凹凸、高低错落有致的形态，增强了近岸水流的多样性，有利于水生动植物的栖息。因此本发明的生态护岸结构在保证结构安全性和耐久性同时，更好地实现了其生态性和景观性。
[0015]本发明的生态护岸结构将一级硬质护岸的结构高度降低到常水位以下0.4m至
0.6m，既能降低工程造价又能减小对环境和景观的胁迫。其次，一级硬质护岸中采用预制结构，可以基本实现工厂化制作和机械化施工，提高施工质量和速度，降低工程造价。然后，两个箱体之间采用构造简单的插板连接，相比连续使用箱体结构大幅降低了钢筋混凝土用量。通过分析，本发明的生态护岸结构相比全部采用钢筋混凝土箱体护岸结构，其工程造价节约15%~20%，在增强护岸结构的生态环境效益的同时，亦取得明显的经济效益，达到生态环境效益和经济效益的双赢。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1所示为本发明的护岸结构三维视图。
[0017]图2所示为本发明的护岸结构横断面图。
[0018]图3所示为本发明的一级硬质护岸结构平面图。[0019]图4所述为本发明的一级硬质护岸结构立面图。
[0020]I为一级硬质护岸，2为护岸平台，3为二级柔性护坡；
01为最高通航水位，02为最低通航水位,03为常水位,04为护岸底板；11为预制钢筋混凝土插板，12为现浇混凝土压顶，13为土工布，14为预制透水钢筋混凝土箱体，15为箱内回填块石，16为碎石排水通道，17为锚固钢筋，18为底板防滑凸榫，19为芦苇，21为防护植物,22为回填土,23为锚固壕。
【具体实施方式】
[0021]本发明的护岸结构断面形态为下陡上缓的复合式结构，由下到上依次设置有一级硬质护岸1、护岸平台2和二级柔性护坡3。
[0022]一级硬质护岸采用预制透水钢筋混凝土箱体与预制钢筋混凝土插板的组合型结构，施工过程为:现场清理、障碍物拆除、施工排水一临时施工围堰一土方调配、基坑开挖一基坑排水一混凝土底板浇筑一钢筋混凝土箱体和插板的预制、出运和安装一沉降缝及墙后排水设施布设一箱内块石回填一土工布铺设一土方回填一混凝土压顶浇筑一回填土并种植芦苇等植物。
[0023]一级硬质护岸墙身及混凝土底板每隔一段(如l(Tl2m)设一道伸缩缝，缝宽约20mm,内嵌灰色聚乙烯板并灌砂浆填充；伸缩缝后沿一级硬质护岸墙身高度贴一层0.6m宽的土工布，其底部延伸至混凝土底板后沿并留不小于Im的富裕长度，以防漏土。预制箱体挡墙临土面透水孔的孔后设置土工布和包裹级配碎石的倒滤层，并布设碎石排水通道。插板与箱体间的缝隙应灌注砂浆填充、插板与混凝土底板接触处应采用砂浆找平(水泥砂浆强度等级均可为M15)。插板后侧铺设一道1.6m宽的土工布，两侧与预制空箱侧壁搭接宽度均为0.5m，其底部富裕长度不小于lm，以防漏土。
[0024]箱内回填块石或混凝土块等废弃材料，填料应注意级配。箱体与插板后铺设一层碎石和块石后进行水平分层填筑回填土，然后种植芦苇等喜水或耐水植物，增加护岸的消浪和生态景观效果。利用长三角地区限制性航道的低水位期(12月-翌年2月)种植芦苇，易于其生长(此时无需其消浪)，待到高水位时(6-10月份)芦苇成活后就有固土、消浪、护坡等作用。
[0025]二级柔性护坡为连接护岸平台和地面的生态型斜坡，可采用常见的生态护坡并种植防护植物，如加筋麦克垫生态护坡。在此不再赘述。
【权利要求】
1.一种箱体与插板组合型生态护岸结构，由下到上依次设置有一级硬质护岸、护岸平台和二级柔性护坡，其特征在于: 所述一级硬质护岸为预制透水钢筋混凝土箱体与插板的组合型结构，箱体形状为方形空箱，插板为方形板，每两个相邻箱体通过插板连接，插板固定于箱体两侧外壁中部的卡槽内，插板比箱体高0.Sm至1.2m,在迎水立面形成格栅型消浪结构，在结构上部形成透空板式防浪结构； 所述护岸平台上可种植各类喜水或耐水植物； 所述二级柔性护坡为连接护岸平台和地面的生态型斜坡。
2.根据权利要求1所述的生态护岸结构，所述一级硬质护岸的箱体的顶高程设置在常水位以下0.4m至0.6m,插板的顶高程设置在常水位以上0.4m至0.6m ; 所述箱体结构迎水立面宽0.8m至1.5m，插板与箱体的宽度之比为1:2，插板外立面与箱体迎水立面的距离0.4m至0.6m ; 所述箱体临水侧顶部浇筑混凝土压顶或压顶与下部箱体整体预制，压顶高0.4m至0.6m,压顶与插板咬合作为挡墙，以便箱顶覆土来种植防护植物。
3.根据权利要求1所述的生态护岸结构，所述一级硬质护岸的箱体临水侧和临土侧设置透水孔，其直径0.1m至0.2m,箱内回填块石或混凝土块等废弃材料； 所述箱体与护岸底板通过钢筋混凝土可靠连接，插板搁置在护岸底板上； 所述护岸底板的底部设置防滑凸榫。
【文档编号】A01G1/00GK103821107SQ201410068481
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月27日 优先权日:2014年2月27日
【发明者】廖鹏, 丁天平, 陈一梅, 杜圣康, 赵冲, 郑龙 申请人:东南大学, 江苏省无锡市航道管理处