一种沟头回填措施用的综合护坡结构体系与方法
技术领域
本发明涉及适用于大规模农业发展和工程建设的固沟保塬工程防控技术领域，具体是 一种沟头回填措施用的综合护坡结构体系与方法。
背景技术
沟头回填措施在控制沟头溯源侵蚀方面起到了重要的作用，但是先期实践中主要以“简 单填埋型”、“排水+填埋型”、“排水+填埋+护坡型”为主，有效缓解了坡面冲蚀破坏和水力 侵蚀。但是现有的多集中于防止水土流失的水利施工用、道路边坡用、斜坡治理用等护坡 结构，虽然突出了放坡系数、土体密实度和斜坡稳定性方面的工程安全，但是一定程度上 忽略了水-土-植作用、生态护坡与工程的结合，从长期治理效果来考量，固沟保塬回填工 程在防控溯源侵蚀方面略显不足，同时黄土其特殊的赋存环境和疏松的结构，应多方面综 合设计沟头回填措施中的斜坡、坡面、接触面等位置的多元处理措施。因此，急需提出一 种沟头回填措施用的综合护坡结构体系与方法，以解决集中降雨对回填坡面的片蚀、细沟 与切沟侵蚀问题以及接触面的水文与斜坡稳定性问题，耦合侵蚀关键带沟坡经济带与生态 安全，一方面为有效减缓坡面饱和冲刷破坏提供工程技术，另一方面补充以侵蚀关键带为 防护体系的技术方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种沟头回填措施用的综合护坡结构体系与方法，以解决上述 背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种沟头回填措施用的综合护坡结构体系与方法，包括灌溉主体、生态主体、工程主体和水土分离箱。所述灌溉主体与沟头回填区集水廊道或沟边埂、抽排水管道相连；所述抽排水管道与水土分离箱相连；所述水土分离箱与沟底集水井和沟底蓄土池相连；所述沟底集水井配备抽水泵；所述生态主体主要由滴灌系统、护坡植被和改良土壤组成，所述滴灌系统上设有改良土壤，所述改良土壤上端设置护坡植被；所述工程主体主要由拱形骨架混凝土护坡结构、水平排水盲沟以及反滤层组成，所述沟头回填坡体坡型以阶梯式为主，所述拱形骨架混凝土护坡结构空区种植护坡植被，下侧阶梯式平台设置水平排水盲沟，在最后一级坡面拱形骨架混凝土护坡结构下部铺设反滤层，所述反滤层下部设置水平排水盲沟，与水土分离箱相连。
作为本发明进一步的方案：所述灌溉主体内设有集水箱、过滤箱、出料箱以及抽排水 阀门；所述集水箱与过滤箱相邻，所述过滤箱安装有过滤网和活性炭过滤网，所述集水箱 内部设有进水口、三角堰出水口与排污口，所述过滤箱下部设有电磁阀开关，所述电磁阀 开关与出料箱相连，所述过滤箱右下侧设有出水口，分别与抽排水阀门与滴灌系统相连， 所述抽排水阀门与坡体外部抽排水管道相连。
作为本发明再进一步的方案：所述生态主体中的改良土壤为土壤与双聚材料混合乳液 混合而形成的坡面改良土，处理深度200-400mm，所述护坡植被推荐为紫花苜蓿。
作为本发明再进一步的方案：所述滴灌系统与灌溉主体中的抽排水阀门直接相连，所 述抽排水阀门与外部抽排水管道相连，雨期时做排水管使用，旱期时做抽水管使用；所述 抽排水管道可将水体抽至灌溉主体，通过滴灌系统自流灌溉坡面植被。
作为本发明再进一步的方案：所述工程主体中的反滤层，下覆回填坡体的坡面，自坡 面而外依次铺设细砂层(d＝0.25～1.00mm)150mm、中砂层(d＝1.00～5.00mm)150mm、砾石层(d＝5.00～20.00mm)200mm。
作为本发明再进一步的方案：所述沟头蓄土池与灌溉主体相连，经过滤箱过滤的泥沙 进入出料箱，所述出料箱下端左右两侧均设有滑轨，所述滑轨上端设有滑块，可配置重量 传感器和设定阈值，当超过额定阈值时自动出料，排入沟头蓄土池；所述过滤箱可采用清 水自动冲洗或人为拆卸清洗。
作为本发明再进一步的方案：所述水土分离箱与抽排水管道、水平排水盲沟相连，雨 水经水土分离箱分离之后水体进入沟底集水井以循环利用，泥沙进入沟底蓄土池淤地；
作为本发明再进一步的方案：所述沟底集水井配备抽水泵，所述抽水泵可通过抽取地 下水，一方面有效减缓回填坡体内部潜蚀而提高斜坡的稳定性，另一方面可在旱期回灌坡 面植被以增加水资源循环利用，如果在延伸线较长的沟头可设置集水井群；
作为本发明再进一步的方案：所述抽水泵、电磁阀开关与水土分离器经过导线与外部 电源电性连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明工作时，地表径流泥沙经沟头回填区多级集水廊道或沟边埂进入灌溉主体， 经灌溉主体初步过滤之后，快速经排水管道排入沟底水土分离箱进行二次水土分离，可减 轻雨强较大时排水不及引起的局部坡体冲蚀破坏，分离的水体进入沟底集水井以循环利 用，泥沙进入蓄土池淤地。
2、本发明工作时，改良后的土壤一方面既可以保证坡面植被的正常生长，另一方面 也大大增强了土体的抗侵蚀能力，加之坡面植被以紫花苜蓿深根性草木为主，在防止水土 流失方面具有较好的效果；
3、本发明工作时，抽水泵经过抽排水管道进行抽水，经过灌溉主体过滤之后对坡面 植被进行自流灌溉，以防在夏天或长时间不下雨时对植被生长造成影响。
4、本发明工作时，抽水泵经过抽排水管道进行排水，降低坡体内部的地下水位，以防塬面灌溉引起的地下水位抬升对回填区斜坡稳定性的影响。
5、本发明工作时，坡体下部反滤层可有效抵消地下水动水压力对坡体内部的潜蚀破 坏，同时反滤层设置出水口和排水管道，水体进入集水井以水资源高效利用；且沟底蓄土 池功能多元化，可根据沟底地形地貌以及预算调整为谷坊或淤地坝，抬高侵蚀基准。
附图说明
图1为一种沟头回填措施用的综合护坡结构的结构体系部署图。
图2为一种沟头回填措施用的综合护坡结构中灌溉主体的结构图。
图3为一种沟头回填措施用的综合护坡结构体系的施工流程图。
图中：灌溉主体A、生态主体B、工程主体C、水土分离箱D、集水箱1、三角堰出 水口2、电磁阀开关3、过滤网4、排污口5、活性炭过滤网6、过滤箱7、进水口8、出料 箱9、抽排水阀门10、滴灌系统11、护坡植被12、改良土壤13、拱形骨架混凝土护坡结 构14、水平排水盲沟15、反滤层16、沟底集水井17、抽水泵18、沟底蓄土池19、沟头 蓄土池20、沟头回填区集水廊道或沟边埂21、配电箱22、抽排水管道23、拍泥沙管道24。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明实施例中，一种沟头回填措施用的综合护坡结构，包括灌溉主 体A、生态主体B、工程主体C和水土分离箱D；沟头回填坡体上部设置灌溉主体A，坡 面设置生态主体B和工程主体C，下部设置水土分离箱D；所述灌溉主体A与沟头回填区 集水廊道或沟边埂21、抽排水管道23相连；所述抽排水管道23与水土分离箱D相连；所 述水土分离箱D与沟底集水井17和沟底蓄土池19相连；所述沟底集水井17配备抽水泵 18；所述生态主体B主要由滴灌系统11、护坡植被12和改良土壤13组成，所述滴灌系统 11上设有改良土壤13，所述改良土壤13上端设置护坡植被12；所述工程主体C主要由拱 形骨架混凝土护坡结构14、水平排水盲沟15以及反滤层16组成，所述沟头回填坡体坡型 以阶梯式为主，所述拱形骨架混凝土护坡结构14空区种植护坡植被12，下侧阶梯式平台 设置水平排水盲沟15，在最后一级坡面拱形骨架混凝土护坡结构14下部铺设反滤层16， 所述反滤层16下部设置水平排水盲沟，与水土分离箱D相连。
所述灌溉主体A内设有集水箱1、过滤箱7、出料箱9以及抽排水阀门10；所述集水箱1与过滤箱7相邻，所述过滤箱7安装有过滤网4和活性炭过滤网6，所述集水箱1) 内部设有进水口8、三角堰出水口2与排污口5，所述过滤箱7下部设有电磁阀开关3，所 述电磁阀开关3与出料箱9相连，所述过滤箱右下侧设有出水口，分别与抽排水阀门10 与滴灌系统11相连，所述抽排水阀门10与坡体外部抽排水管道23相连。
所述生态主体B中的改良土壤13为土壤与双聚材料混合乳液混合而形成的坡面改良 土，处理深度200-400mm，所述护坡植被推荐为紫花苜蓿。
所述滴灌系统11与灌溉主体A中的抽排水阀门10直接相连，所述抽排水阀门10与外部抽排水管道23相连，雨期时做排水管使用，旱期时做抽水管使用；所述抽排水管道 23可将水体抽至灌溉主体A，通过滴灌系统自流灌溉坡面植被。
所述工程主体C中的反滤层16下覆回填坡体的坡面，自坡面而外依次铺设细砂层(d＝0.25～1.00mm)150mm、中砂层(d＝1.00～5.00mm)150mm、砾石层(d＝5.00～20.00mm)200mm。
所述沟头蓄土池20与灌溉主体A相连，经过滤箱7过滤的泥沙进入出料箱9，所述出料箱9下端左右两侧均设有滑轨，所述滑轨上端设有滑块，可配置重量传感器和设定阈值，当超过额定阈值时自动出料，排入沟头蓄土池19；所述过滤箱7可采用清水自动冲洗或人为拆卸清洗。
所述水土分离箱D与抽排水管道23、水平排水盲沟15相连，雨水经水土分离箱D分离之后水体进入沟底集水井17以循环利用，泥沙进入沟底蓄土池19淤地；
所述沟底集水井17配备抽水泵18，所述抽水泵18可通过抽取地下水，一方面有效减 缓回填坡体内部潜蚀而提高斜坡的稳定性，另一方面可在旱期回灌坡面植被以增加水资源 循环利用，如果在延伸线较长的沟头可设置集水井群；
所述抽水泵18、电磁阀开关3与水土分离器D经过导线与外部电源电性连接。
所述灌溉主体由集水箱、过滤网以及泵吸系统组成，配套蓄土池，主要用于收集雨水 与回灌坡面植被；所述生态主体主要由双聚材料改良土壤、滴灌系统及护坡植被组成，用 于抵消降雨溅蚀、饱和泥流冲刷和土壤保持；所述工程主体主要由拱形骨架混凝土护坡结 构、水平和竖向排水盲沟以及坡体下部砂石反滤层组成，用于有效减缓细沟和切沟侵蚀、 疏导地表径流和消减下部潜蚀；所述水土分离箱将塬面与坡面的水沙进行水土分离，水体 进入沟底集水井，泥沙排入蓄土池(条件允许可在沟底修建谷坊或淤地坝)；所述沟底集 水井主要用于存储经水土分离箱分离的水体，可与泵吸系统联合，有效降低地下水位，减 缓内部潜蚀和提高回填坡体稳定性，同时集水井在旱季时可抽水至集水箱后自流灌溉坡面 植被以保证正常生长。
本发明的施工工艺：
1)在已经回填的沟头区域依次设置多级集水廊道或沟边埂，以沟头集水区水文特征 分析为基础，设计灌溉主体集水箱最大容量；
2)在回填斜坡表面依次铺设生态主体中的滴灌系统与工程主体中的拱形骨架混凝土 护坡结构，将生态主体中的改良土壤填充到拱形骨架空隙并上部种植护坡植被；
3)在斜坡阶梯平台施工工程主体中的水平和竖向排水盲沟以及铺设坡体下部砂石反 滤层；
4)设置沟底水土分离箱、沟底集水井和蓄土池，水土分离箱与各排水盲沟、灌溉主体、抽排水管道等直接或间接相连，形成汇水、过滤、排水、吸水综合水利结构；
5)安装各结构主体连接管道、抽水泵以及相应的辅助设备，并调试。
本发明的工作原理是：
本发明涉及一种沟头回填措施用的综合护坡结构体系与方法，工作时，以沟头集水区 为实施单元，在已经回填的沟头自上而下依次设置沟头多级集水廊道或沟边埂21以全面 调控沟头集水区径流，地表径流排入灌溉主体A以初步对水沙进行过滤并储存部分雨水， 过滤后的雨水经抽排水管道23直接排入沟底水土分离箱D进行水土分离，水体进一步排 入沟底集水井17，泥沙排入沟底蓄土池19；坡面生态主体B和工程主体C配套使用，在 全力拦截地表径流的基础上，在工程主体C中拱形骨架混凝土护坡结构14的基础上，在 拱形空区回填改良土壤13并种植紫花苜蓿，一方面有效降低降雨水力侵蚀，另一方面保 证斜坡的稳定性；坡面下部设置的反滤层16可有效减缓地下位抬升对坡体内部的潜蚀； 抽排水管道23、沟头集水廊道21以及排水盲沟15等排水工程，在雨季时可快速将多余雨 水排入沟底集水井17，旱季时可通过抽水泵18抽取沟底集水井17水体至灌溉主体A，经 过滤箱7过滤之后经滴管系统11自流灌溉坡面植被12，以保证植被的正常生长。同时也 可通过抽水以降低地下水位降低回填坡体失稳的风险。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背 离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从 哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权 利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有 变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含 一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将 说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可 以理解的其他实施方式。
