一种直立堤岸生态修复用自嵌式砌块及生态修复方法

摘要

本发明公开了一种直立堤岸生态修复用自嵌式砌块及生态修复方法，所述自嵌式砌块是由扇形前冠和圆弧流线凹凸自嵌周边自然结合而成的柱状实芯体，其中左侧凹凸自嵌周边和右侧凹凸自嵌周边尺寸形状相匹配，整体上呈类鱼骨形，左右对称；在自嵌式砌块的尾部左右两侧各设置有一个连锁插孔，在自嵌式砌块的中前部设置有锥形孔，连锁插孔和锥形孔均沿深度方向贯穿自嵌式砌块。在铺设生态堤岸时，同层砌块前后错位互相牵制，上下层压缝铺装，连锁插孔对齐固定。由于修复材料连续全面透水透气性，直立式堤岸能有效降低外侧土壤水的侧压力，抗流水冲蚀，消纳波浪能量，能使植物生长其中，构造生态鱼礁，从而构建堤稳岸绿、水土涵养的生态堤岸(边坡)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种直立堤岸(边坡)生态修复用自嵌式砌块及生态修复方法，属于适 用于水利、土木、交通、环保和生态等工程的预制件及堤岸(边坡)生态修复的应用方 法。

背景技术

在水利、环保、交通等领域的工程建设中，常见的直立式水体岸线、道路边坡、提 防等主要采用浆砌块石、普通混凝土浇筑等建设方法，或采取普通混凝土预制砌块进行 铺装防护，这些传统的硬化建设方法虽然可有效维护堤岸、边坡的稳定性，但其不具备 透水透气性能，或仅保留一些通水孔，这样破坏了自然生态系统中原有的植物生长、微 生物富集和小型动物的生存环境，从而对生态系统确实造成负面的、不可逆的影响。目 前，也有一些直立式堤岸(边坡)采用了空腔状、格网状的普通混凝土砖块进行铺装， 在砖块内部或格网中填充土壤，种播或移栽一些植物，但这些方法不是全面透水透气， 更不能适用于直立式或接近于直立式岸线生态修复，尤其不能适用于水位以下或水位变 动区的生态修复。

对于直立式河湖等水体堤岸(边坡)来说，直立式堤岸上部承受外侧土壤及孔隙水 的侧压力，水位变动区及其以下的堤岸还直接船行波、风浪、水流等直接侵蚀和淘刷， 同时也是水中鱼、虾类等水生动物的栖息繁衍空间，因此，直立堤岸(边坡)的生态修 复材料在保证足够力学强度的前提下，应该使其具备类似天然土壤透水透气性的特性， 并且能够为微小动物提供足够的栖息繁衍空间，堤岸的临水部位还应能够降低或消纳水 浪、水流的冲击能量，防止岸线被侵蚀。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种安全稳定、全面透水 透气、降低外侧土壤水压力、抵御流水侵蚀、削纳波浪能量、适宜植物生长的自嵌式砌 块，同时，本发明还构建了一种透水性直立式河湖生态堤岸，以进行直立堤岸生态修复， 其具有连续贯通的孔隙，并能够营造植物成活生存环境，同时可富集微生物，水下部分 还可以作为生态鱼礁。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种直立堤岸生态修复用自嵌式砌块，该自嵌式砌块是由扇形前冠和圆弧流线凹凸 自嵌周边自然结合而成的柱状实芯体，其中左侧凹凸自嵌周边和右侧凹凸自嵌周边尺寸 形状相匹配，即向前或向后交错一定距离后，左侧的凹凸自嵌周边和右侧的凹凸自嵌周 边都能够相互吻合；在自嵌式砌块的尾部左右两侧各设置有一个连锁插孔，在自嵌式砌 块的中前部设置有锥形孔，连锁插孔和锥形孔均沿深度方向贯穿自嵌式砌块。

在使用时，扇形前冠可有效消减风浪、船行波的能量，锥形孔可减轻自嵌式砌块的 重量，并为植物、动物提供生息空间，也可营造生态鱼礁。

具体地，该自嵌式砌块是由多孔混凝土材料通过压制成型或振动成型制备而成的全 面透水砌块，多孔混凝土材料的抗压强度大于等于10MPa，孔隙率为15～30％，渗透系 数为1.0～3.0cm/s，自然养护后孔隙水环境的pH值小于10。

多孔混凝土材料的制备是保证力学强度和堤岸生态适宜性的重要前提，选择合适的 胶结材料、骨料、矿物外加剂、添加剂以及设计配合比和水灰比控制等都是制备过程中 的关键因素；多孔混凝土制备原料按一定比例和步骤与水混合搅拌均匀后，骨料的表面 就包裹了一层水泥和矿物外加剂的浆层，多孔混凝土材料的强度取决于骨料的强度和胶 结材的性能、孔隙率取决于骨料尺寸与压制或振动成型工艺，孔隙水环境pH值取决于 矿物外加剂、添加剂的配比与性能参数。本发明采用15～25mm单粒径砾石/饱满碎石、 42.5级以上水泥、矿物外加剂(如S-95矿渣微粉、超细粉煤灰)、高性能减水剂等按设 计配比和水灰比(0.2～0.3)混合搅拌均匀制得。

自嵌式砌块的预制成型技术是影响其透水性的关键技术之一，本发明采用的自嵌式 砌块的制备过程如下：首先将多孔混凝土混合料(塌落度控制在20～50mm)置于成型 模具料仓，采用压制成型或振动成型等工艺成型。压制成型时要求静压力为3.0～3.5MPa， 压制时间为70～90s；平板振动成型时，要求振动机功率1.5～2.2kW，振动时间30～45s。 模具料仓内的多孔混凝土材料经压制成型或振动成型后，立即翻转脱模，自嵌式砌块原 位自然养护约3天后，可搬运集中自然养护至28天左右，即可应用于生态堤岸的安装 施工。

优选地，该自嵌式砌块的横截面为类鱼骨形，左右对称。

一种采用上述透水性自嵌式砌块进行直立堤岸生态修复的方法，将自嵌式砌块逐层 铺装在堤岸基础之上，直至达到设计的堤顶高度；同层自嵌式砌块前后交错放置、通过 左右侧的凹凸自嵌周边相互牵制，上下层自嵌式砌块压缝铺装、通过连锁插孔对齐，硬 质聚甲醛棒插入上下相邻两块自嵌式砌块的对齐连锁插孔中进行连接，硬质聚甲醛棒的 长度大于一个自嵌式砌块厚度、小于两个自嵌式砌块厚度；自嵌式砌块的扇形前冠朝向 水体侧，以有效消减风浪、船行波的能量；锥形孔可减轻自嵌式砌块的重量，并为植物、 动物提供生息空间，也可营造生态鱼礁。

对于锥形孔，一种高效的利用方案是：位于浅水区域及水上区域的锥形孔内填充土 壤，移栽或种播植物；水下区域的锥形孔用作生态鱼礁。

在自嵌式砌块的铺装过程中，无需灌浆或填充任何胶结材料，依赖于自嵌式砌块的 自嵌和连锁部位可实现生态堤岸(岸线)的安全与稳定。

有益效果：本发明提供的直立堤岸生态修复用自嵌式砌块及生态修复方法，相对于 现有技术，具有如下优势：

1、自嵌式砌块的孔隙率为15～30％，抗压强度不小于10MPa，上下层砌块之间接触 面具有不小于5.5MPa的抗剪强度，采用硬质聚甲醛棒作为连锁机构固定上下层自嵌式 砌块，其持久性和耐腐蚀性都是金属钢筋无可比拟的优势，直径18mm的硬质聚甲醛棒 具有不小于60MPa的抗剪强度；自嵌式砌块自身具有完全的透水透气性，孔径级配均 匀分布于微米级至厘米级范围，再加上内部预留的锥形空洞，透水系数为1.0～3.0cm/s， 在应用于直立式岸线修复时，外侧土壤水随即通过透水岸线和较大的水力梯度由岸边向 水体渗流，而岸线不需承担直立岸线内侧的土壤孔隙水压力，仅为岸线内侧的静止土壤 侧压力，该压力远小于同高度的孔隙水侧压力，岸线的稳定性得以有效保障；

2、构建的生态堤岸具有传统硬化岸线安全与稳定的特点，而且由于多孔混凝土的 透水透气和适宜的孔隙水环境，作为基质能够生长绿色植物，保持绿色自然景观，从而 建成仿自然生态型堤岸(边坡)；另外，微生物、水生动植物在多孔混凝土砌块凹凸不 平的表面或连续贯通的孔隙中栖息繁衍，水下护岸部分也可作为生态鱼礁，对保护生物 多样性和改善环境质量及其重要；同时，自嵌式透水行砌块扇形柱体前冠朝向外侧(水 体)，圆弧型并错落有致的生态护坡面特别能够削减风浪、船行波的携带能量，防止岸 线被侵蚀淘刷，从而维护岸线稳定；

3、用于制作自嵌式砌块的制作模具易于生产，压制后的多孔混凝土混合料便于脱 模，可实现现场搅拌材料、流水施工、自然养护、原位铺装、施工效率高。

附图说明

图1为自嵌式砌块的立体结构示意图；

图2为自嵌式砌块的俯视结构示意图；

图3为自嵌式砌块的侧视结构示意图；

图4为生态堤岸中同层自嵌式砌块的铺装方法；

图5为生态堤岸中多层自嵌式砌块的叠加铺装方法；

图6为生态堤岸的剖视图；

其中，1-连锁插孔，2-凹凸自嵌周边，3-锥形孔，4-扇形前冠，5-硬质聚甲醛棒。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1、图2和图3所示为一种直立堤岸生态修复用自嵌式砌块，该自嵌式砌块是 由扇形前冠和圆弧流线凹凸自嵌周边自然结合而成的柱状实芯体，其中左侧凹凸自嵌周 边和右侧凹凸自嵌周边尺寸形状相匹配，即向前或向后交错一定距离后，左侧的凹凸自 嵌周边和右侧的凹凸自嵌周边都能够相互吻合；在自嵌式砌块的尾部左右两侧各设置有 一个连锁插孔，在自嵌式砌块的中前部设置有锥形孔，连锁插孔和锥形孔均沿深度方向 贯穿自嵌式砌块。本案中，自嵌式砌块的横截面为类鱼骨形，左右对称。

该自嵌式砌块是由多孔混凝土材料通过压制成型或振动成型制备而成的全面透水 砌块，多孔混凝土材料的抗压强度大于等于10MPa，孔隙率为15～30％，渗透系数为 1.0～3.0cm/s，孔隙水环境的pH值小于10；所述多孔混凝土材料由42.5级以上水泥、 15～25mm单粒径砾石、矿物外加剂(比如S-95级矿物微粉、超细粉煤灰等)和高性能 减水剂按照设计配比(不同地区的原材料性状各异，材料配合比也有所不同)和水灰比 0.2～0.3的配比混合搅拌均匀制得；制备完成的多孔混凝土材料然后置于砌块模具料仓， 可采用静压压实(压力3～3.5MPa，时间90s)或平板振动(振动机功率1.5～2.2kW，均 匀振动30～45s)成型，成型后立即翻转脱模，脱模后的自嵌式砌块原位自然养护3天后 可搬运集中自然养护至28天。

采用上述自嵌式砌块进行直立堤岸生态修复的方法，即建立生态堤岸的方法为：将 自嵌式砌块逐层铺装在设计规范的堤岸基础之上，直至达到设计的堤顶高度；同层自嵌 式砌块前后交错放置、通过左右侧的凹凸自嵌周边相互牵制，上下层自嵌式砌块压缝铺 装、通过连锁插孔对齐，硬质聚甲醛棒插入上下相邻两块自嵌式砌块的对齐连锁插孔中 进行连接，硬质聚甲醛棒的长度大于一个自嵌式砌块厚度、小于两个自嵌式砌块厚度， 硬质聚甲醛棒同时也作为整个生态堤岸的配筋，同时解决了金属配筋易腐蚀和工程造价 高的问题；自嵌式砌块的扇形前冠朝向水体侧，消纳波浪、流水的携带能量，锥形孔用 作生态鱼礁或用于种植植物，具体为：位于浅水区域及水上区域的锥形孔内填充土壤， 并移栽或种播植物；其他区域的锥形孔用作生态鱼礁。

自嵌式砌块铺装的施工过程中，无需灌浆勾缝或填充任何胶结材料，仅依赖于自嵌 式砌块自嵌和连锁作用即可实现岸线安全与稳定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。