裝配式生態(tài)駁岸實(shí)用技術(shù)研究

宋文杰，劉 珊，鄧仁貴，何香建

(湖南省水利水電科學(xué)研究院，湖南 長沙 410007)

傳統(tǒng)的農(nóng)村小微水體治理工程，重點(diǎn)考慮保持岸坡穩(wěn)定、防止水土流失等目標(biāo)，大量采用漿砌石、混凝土等傳統(tǒng)駁岸技術(shù)，在一定程度上破壞了小微水體原有的景觀和生態(tài)環(huán)境，且該類駁岸措施的施工進(jìn)度和工程質(zhì)量也難以保障。因此，在農(nóng)村小微水體治理工程中，突破傳統(tǒng)駁岸技術(shù)的范圍局限，開發(fā)并應(yīng)用可進(jìn)行植生作業(yè)，具有水質(zhì)凈化、恢復(fù)和保護(hù)環(huán)境、改善生態(tài)條件，具有防護(hù)功能、施工效率高的裝配式生態(tài)駁岸實(shí)用技術(shù)是非常必要的。目前，國內(nèi)對裝配式生態(tài)駁岸實(shí)用技術(shù)的研究和應(yīng)用還處于起步階段。20世紀(jì)90年代末開始，吉林省的一些企業(yè)引進(jìn)日本技術(shù)，董建偉、曹載宏等[1-6]立足于我國北方氣候及環(huán)境條件，開展了一系列的技術(shù)研究工作，內(nèi)容涉及植物營養(yǎng)供給、堿性水環(huán)境改造、混凝土結(jié)構(gòu)改良、植生混凝土的生態(tài)環(huán)境功能等多方面。但是在將裝配式生態(tài)構(gòu)件技術(shù)在中國進(jìn)行推廣時(shí)，由于價(jià)格太高，效果不理想。此后，東南大學(xué)和江蘇大學(xué)等高校和機(jī)構(gòu)對裝配式生態(tài)構(gòu)件進(jìn)行了深入而廣泛的研究并進(jìn)行了實(shí)地應(yīng)用，取得了良好的生態(tài)效果。

在湖南省水利科技項(xiàng)目“裝配式生態(tài)駁岸技術(shù)在農(nóng)村小微水體治理中的應(yīng)用”的支持下，湖南省水利水電科學(xué)研究院的技術(shù)團(tuán)隊(duì)針對傳統(tǒng)駁岸技術(shù)存在的問題，研發(fā)了多項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型裝配式生態(tài)駁岸實(shí)用技術(shù)。本文匯總整理了本技術(shù)團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的“一種裝配式四翼生態(tài)護(hù)坡筒及生態(tài)護(hù)坡”等3項(xiàng)典型裝配式生態(tài)駁岸技術(shù)的研究成果，以期為農(nóng)村小微水體綜合整治工程提供關(guān)鍵的實(shí)用技術(shù)。

1 裝配式四翼生態(tài)護(hù)坡筒及生態(tài)護(hù)坡

1.1 方案設(shè)計(jì)

裝配式四翼生態(tài)護(hù)坡筒及生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，裝配式四翼生態(tài)護(hù)坡筒包括中部筒體和等距連接于中部筒體外表面中央位置的側(cè)翼；側(cè)翼為弧形狀設(shè)置，且側(cè)翼設(shè)置有兩組；兩組側(cè)翼可形成整體結(jié)構(gòu)置于中部筒體內(nèi)，并與中部筒體內(nèi)側(cè)壁之間存在摩擦力。該技術(shù)通過對四翼護(hù)坡筒模塊進(jìn)行組成成型的同時(shí)，可對拆卸的側(cè)結(jié)構(gòu)與中部結(jié)構(gòu)向配合定位，解決了傳統(tǒng)的四翼生態(tài)護(hù)坡筒損壞成本高以及拆卸后易散落丟失等問題[7]。該技術(shù)已申報(bào)取得了國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局頒布的實(shí)用新型專利證書(專利號：2023201004517)。

圖1 裝配式四翼生態(tài)護(hù)坡筒及生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)示意圖圖中：100、四翼護(hù)坡筒模塊；110、中部筒體；120、側(cè)翼；130、卡塊；140、卡槽；200、連接模塊；210、連接塊；220、套管；230、把控柱；240、防滑套。

1.2 具體實(shí)施方式

在依次對多個(gè)四翼護(hù)坡筒模塊進(jìn)行組裝成型后，再經(jīng)由防滑套對把控柱進(jìn)行結(jié)構(gòu)的把控后，將把控柱的底端依次與連接塊上的套管相套接，并經(jīng)由連接塊對相連一組四翼護(hù)坡筒模塊進(jìn)行連接成型；并通過底端延伸凸起與土壤之間的插接連接，便可完成裝配式四翼生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)的組裝成型，在護(hù)坡筒的孔洞內(nèi)回填種植土，撒播植物種子，進(jìn)行簡單園林養(yǎng)護(hù)，至植被長出并覆蓋護(hù)坡表面。

1.3 技術(shù)效果

該技術(shù)通過采用卡塊、卡槽之間的卡接連接方式，進(jìn)行側(cè)翼、中部筒體之間的連接，卡接的方式，可便捷的進(jìn)行損壞結(jié)構(gòu)的拆卸更換，有助于節(jié)約成本，且拆卸后的側(cè)翼可統(tǒng)一置于中部筒體內(nèi)，以形成較小整體結(jié)構(gòu)，用于運(yùn)輸放置；同時(shí)，進(jìn)行相連中部筒體連接的連接塊，可在套管、把控柱的配合使用下，便捷的對拆裝所需的力進(jìn)行施加，易于使用。

2 裝配式新型生態(tài)護(hù)坡

2.1 方案設(shè)計(jì)

裝配式新型生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，裝配式新型生態(tài)護(hù)坡包括多個(gè)堆疊設(shè)置的護(hù)坡砌塊，相鄰護(hù)坡砌塊之間安裝有加固機(jī)構(gòu)；加固機(jī)構(gòu)包括對稱構(gòu)造在護(hù)坡砌塊頂部的兩個(gè)T形槽，護(hù)坡砌塊的底部一體成型有和T形槽對應(yīng)的T形塊，且T形塊滑動(dòng)插接在對應(yīng)的T形槽內(nèi)，護(hù)坡砌塊的頂部均勻開設(shè)有多個(gè)固定孔，且對應(yīng)的固定孔之間螺接有固定螺栓，最下側(cè)護(hù)坡砌塊的底部支撐有支撐砌塊，且支撐砌塊的頂部均勻開設(shè)有多個(gè)和固定孔對應(yīng)的加固孔，且固定螺栓的尾部螺接在對應(yīng)的加固孔內(nèi)[8]。該技術(shù)已申報(bào)取得了國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局頒布的實(shí)用新型專利證書(專利號：2022229001854)。

圖2 裝配式新型生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)示意圖圖中：1、護(hù)坡砌塊；2、加固機(jī)構(gòu)；3、T形塊；4、T形槽；5、固定孔；6、固定螺栓；7、支撐砌塊；8、加固孔；9、加固板；10、連接孔；11、種植槽

2.2 具體實(shí)施方式

通過螺釘在護(hù)坡砌塊對稱的兩側(cè)壁安裝加固板，加固板和護(hù)坡砌塊之間并排開設(shè)有多個(gè)連通的連接孔，插入連接桿后可以用于固定對齊同水平方向的其他護(hù)坡砌塊；護(hù)坡砌塊的頂部均勻開設(shè)有多個(gè)固定孔，且對應(yīng)的固定孔之間采用固定螺栓螺接；護(hù)坡砌塊的頂部設(shè)有用于種植草皮的種植槽，可以在種植槽內(nèi)鋪設(shè)種植草皮，且固定孔位于種植槽內(nèi)，草皮正好可以遮掩固定孔和固定螺栓；底部護(hù)坡砌塊的底面支撐有支撐砌塊，且支撐砌塊的頂部均勻開設(shè)有多個(gè)和固定孔對應(yīng)的加固孔，固定螺栓的尾部螺接在對應(yīng)的加固孔內(nèi)，可增加底部護(hù)坡砌塊的穩(wěn)定性。

2.3 技術(shù)效果

該技術(shù)通過將上部的護(hù)坡砌塊通過T形塊插入T形槽內(nèi)并推到底，然后在對應(yīng)的固定孔內(nèi)螺接固定螺栓即可完成安裝，安裝方便、施工效率高；多個(gè)固定螺栓可以避免相鄰的護(hù)坡砌塊在橫向上發(fā)生相對移動(dòng)，而T形塊和對應(yīng)的T形槽又可以避免相鄰的護(hù)坡砌塊在縱向上發(fā)生相對移動(dòng)，駁岸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性更高。

3 河道生態(tài)治理用護(hù)坡結(jié)構(gòu)

3.1 方案設(shè)計(jì)

河道生態(tài)治理用護(hù)坡結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，在河道邊坡的坡面上嵌入設(shè)置安裝槽，安裝槽內(nèi)豎直滑動(dòng)安裝綠植種植箱，綠植種植箱的底部與安裝槽的下端連接有第一彈簧，在綠植種植箱內(nèi)含有充足水分的時(shí)候，綠植種植箱位置固定，在天氣炎熱，水分蒸發(fā)而導(dǎo)致綠植種植箱的重量急劇減小時(shí)，在第一彈簧的彈力作用下，使得綠植種植箱上升，綠植種植箱上升時(shí)，在反向推動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下，使得空氣增壓推板向下滑動(dòng)并壓縮柱槽上端與空氣增壓推板之間的空氣，使得壓強(qiáng)增大，將柱槽底部的水通過加水管壓入到水管內(nèi)，再通過噴孔噴出到綠植種植箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)為綠植種植箱內(nèi)的綠植提供水分。

圖3 河道生態(tài)治理用護(hù)坡結(jié)構(gòu)示意圖圖中：1、斜坡；10、安裝槽；11、柱槽；12、滑軌；13、連通槽；131、轉(zhuǎn)桿；132、傳動(dòng)齒輪；133、傳動(dòng)齒條；134、清掃刷；2、綠植種植箱；20、滑塊；3、彈簧；4、空氣增壓推板；41、泄壓孔；5、水管；51、加水管；512、第一管道；511、第二管道；510、安裝架；6、反向推動(dòng)機(jī)構(gòu)；61、第一齒條；62、第二齒條；63、第一軸；64、第二軸；65、第三軸；66、第一齒輪；67、第二齒輪；68、第三齒輪；69、大齒輪；7、種植箱限位機(jī)構(gòu)；70、固定桿；71、連接塊、72、第二彈簧；73、連接槽；8、水滲透繩子；9、濾網(wǎng)

3.2 具體實(shí)施方式

通過水滲透繩子吸收柱槽內(nèi)的水分，為綠植種植箱內(nèi)的綠植生長提供部分的水分，在綠植種植箱內(nèi)含有充足水分的時(shí)候，在綠植種植箱的重力以及與連接塊之間的摩擦力作用下，足以克服第一彈簧的彈力，保持綠植種植箱的靜止，第一彈簧處于壓縮狀態(tài)，在天氣炎熱，水分蒸發(fā)而導(dǎo)致綠植種植箱的重力逐漸減少到一定數(shù)值時(shí)，連接塊和連接槽之間的靜止摩擦力轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力，使得綠植種植箱緩慢的向上滑動(dòng)，使得連接塊逐漸向連接槽的下端移動(dòng)，當(dāng)連接塊和連接槽完全脫離時(shí)，綠植種植箱失去了與連接塊之間的摩擦力限制，在第一彈簧的彈力作用下，快速的向上滑動(dòng)一小段距離，而在綠植種植箱快速向上滑動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)第一齒條快速向上滑動(dòng)，第一齒條向上移動(dòng)時(shí)帶動(dòng)第一齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，第一齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)第二齒輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，第二齒輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)第三齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，第三齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)大齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)第二齒條向下移動(dòng)，又因?yàn)榈谝积X輪的直徑大于第二齒輪的直徑，第二齒輪的直徑大于第三齒輪的直徑，起到了兩級增速的作用，而在第三齒輪上固定大齒輪，通過大齒輪帶動(dòng)第二齒條滑動(dòng)，起到的效果是，綠植種植箱向上滑動(dòng)時(shí)，在第一齒輪、第二齒輪的帶動(dòng)下，使得第三齒輪快速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得大齒輪快速的轉(zhuǎn)動(dòng)，使第二齒條快速的向下滑動(dòng)，帶動(dòng)空氣增壓推板在短時(shí)間內(nèi)快速的向下滑動(dòng)較大的距離并擠壓柱槽上端的空氣，將柱槽底部的水通過加水管擠入水管內(nèi)并通過噴孔噴出，起到自動(dòng)加水的作用，且本發(fā)明通過在連通槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置轉(zhuǎn)桿，在轉(zhuǎn)桿上固定傳動(dòng)齒輪，在空氣增壓推板的底部固定傳動(dòng)齒條，通過傳動(dòng)齒條與傳動(dòng)齒輪嚙合連接，在轉(zhuǎn)桿的頭部固定清掃刷，使得空氣增壓推板在柱槽內(nèi)滑動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)傳動(dòng)齒條滑動(dòng)，傳動(dòng)齒條滑動(dòng)時(shí)帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)傳動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)清掃刷在濾網(wǎng)的表面轉(zhuǎn)動(dòng)，對濾網(wǎng)的表面進(jìn)行清掃，防止雜物集聚在濾網(wǎng)的表面，起到自動(dòng)清潔、防止堵塞的作用。

3.3 技術(shù)效果

該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)為綠植種植箱內(nèi)的綠植提供水分的功能；通過補(bǔ)水管道將河道水體引入種植箱并進(jìn)行儲(chǔ)存，可為植物生長提供了穩(wěn)定而連續(xù)的水源供應(yīng)；通過過濾裝置可去除河道水體中的雜質(zhì)和有害物質(zhì)，保證了供給綠植的水源質(zhì)量，減少了有害物質(zhì)對植物生長的影響；該技術(shù)可大幅度降低河道邊坡植被養(yǎng)護(hù)的人工成本和用水成本。

4 結(jié)語

文章提出了3項(xiàng)典型的裝配式生態(tài)駁岸實(shí)用技術(shù)，可為農(nóng)村小微水體綜合整治工程提供參考和借鑒。但還有很多技術(shù)問題尚待研究和解決，例如如何研發(fā)一系列滿足工程實(shí)際需求的裝配式生態(tài)駁岸技術(shù)、如何規(guī)范裝配式生態(tài)駁岸技術(shù)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、如何降低裝配式生態(tài)駁岸技術(shù)的生產(chǎn)成本和施工成本、如何形成系統(tǒng)的施工工藝、如何準(zhǔn)確地評價(jià)裝配式生態(tài)駁岸的生態(tài)效果等等。這些問題都需要科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工等單位共同合作，只有這樣才能使裝配式生態(tài)駁岸技術(shù)得到大力推廣及工程上的廣泛應(yīng)用。