一种消落带防冲刷防护系统
技术领域
本发明涉及生态治理工程技术领域，尤其是河湖消落带防冲刷防护领域，具体为一种消落带防冲刷防护系统。
背景技术
消落带是指水库、江河、湖泊等水体季节性涨落，使得水陆衔接地带的土地周期性淹没而形成的干湿交替地带。作为水体与陆岸之间的第一道生态屏障区，消落带的生态系统健康直接关系到库区水质安全、生态安全和区域经济可持续发展。
传统的水利边坡防护中，对河道及湖泊的护岸、护坡工程主要考虑工程结构的安全性及耐久性。因此，治理模式多采用砌石、混凝土或钢筋混凝土等硬化材料构筑成相应的防护堤。
硬化的水利边坡阻断了河水与地下水的交流，并会导致硬化边坡下的土壤碱化，使其失去养分，失去微生物群落的生长繁衍环境，进而降低河道自净能力，使得生物群落减少或消失。
边坡绿化作为一种新兴的能有效防护裸露坡面的生态护坡方式，它与传统的土木工程护坡(钢筋锚杆支护、挂网、格构等)相结合，可有效实现坡面的生态植被恢复与防护。边坡防护的主要目的在于实现保持水土的功能，以及改善环境和景观。边坡按地层岩性可分为土质边坡和岩质边坡，按使用年限可分为永久性边坡和临时性边坡。
为此，本申请将边坡绿化用于消落带的防护过程中，提供一种新的防护系统及施工方法，以解决前述问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种消落带防冲刷防护系统，其能用于消落带的防冲刷防护，有效避免了现有的硬化水利边坡设计，有利于微生物群落的生长和繁衍，且具有较好的防冲刷和防护效果。
进一步，本申请的另一个目的在于提供前述防护系统的施工方法。该方法施工方便，操作简单，能够实现大规模的应用，具有较好的应用前景。
一种消落带防冲刷防护系统，包括坡面、水下淹没边坡防护组件和水位上湿性边坡防护组件，所述水下淹没边坡防护组件、水位上湿性边坡防护组件分别设置在坡面上；
所述水下淹没边坡防护组件包括设置在常水位上方的平底型3D固土网垫层、设置在常水位下方的填充型3D固土网垫层，平底型3D固土网垫层、填充型3D固土网垫层分别设置在坡面上；
所述坡面为石质边坡，所述水位上湿性边坡防护组件包括设置在石质边坡上的基质改良复合物层、一层覆土层、3D固土网垫层、二层覆土层、防侵蚀保水复合物层；
或所述坡面为土质边坡，所述水位上湿性边坡防护组件包括设置在土质边坡上的3D固土网垫层、二层覆土层、防侵蚀保水复合物层。
若为陡坡，所述3D固土网垫层选用加筋型3D固土网垫；若为缓坡，所述3D固土网垫层选用标准型3D固土网垫。
所述基质改良复合物层、一层覆土层、3D固土网垫层、二层覆土层、防侵蚀保水复合物层内分别设置有植物种子；
或所述3D固土网垫层、二层覆土层、防侵蚀保水复合物层内分别设置有植物种子。
所述一层覆土层、二层覆土层所采用的泥土为具有粘性的耕植土，泥土覆盖厚度为 3-6cm。
所述耕植土在覆盖过程中的同时播撒植物种子。
所述基质改良复合物层、防侵蚀保水复合物层中的一种或两种的喷涂质量为每平方米不得低于400g。
一种消落带防冲刷防护系统的施工方法，包括如下步骤：
(1)清坡
S1、清除边坡表面的杂物，并将其坡面修整为设计坡度；
(2)水位上湿性边坡防护
S4、3D固土网垫铺设
待S1完成后，在其表面铺设3D固土网垫，3D固土网垫通过销钉与坡面进行固定连接；
S5、二次覆土
待3D固土网垫铺设完成后，在其表面覆盖土层，形成二次覆土层，确保泥土将固土网垫完全覆盖；
S6、防侵蚀保水复合物铺设
待二层覆土层完成后，在其表面铺设防侵蚀保水复合物层；
(3)水下淹没边坡防护
S7、平底型3D固土网垫铺设
待S1完成后，在常水位的上方铺设平底型3D固土网垫，平底型3D固土网垫通过销钉与坡面进行固定连接；
S8、填充型3D固土网垫铺设
待S7完成后，在常水位的下方铺设填充型3D固土网垫，填充型3D固土网垫通过销钉与坡面进行固定连接。
所述步骤S8中，填充型3D固土网垫压在平底型3D固土网垫上；
所述步骤S7中，上游的平底型3D固土网垫压在下游的平底型3D固土网垫上；
所述步骤S8中，上游的填充型3D固土网垫压在下游的填充型3D固土网垫上。
所述步骤S7、S8中，搭接宽度为200～300mm，搭接处用钢钉进行固定，钢钉间距10-15cm。
所述步骤S5中，土层内播种有植物种子；
所述步骤S6中，防侵蚀保水复合物内拌和有植物种子，所述防侵蚀保水复合物层采用水力喷播的方式进行铺设。
所述步骤S4中，3D固土网垫分为若干块，从边坡上端向边坡下端进行铺设，上下相邻的两块固土网垫部分重叠，下方的固土网垫压住上方的固土网垫。
所述步骤S4中，当边坡倾斜度在0°-45°时，固土网垫采用由聚纤胺纤维单丝制成的开孔三维网垫；当边坡倾斜度在45°-80°时，固土网垫采用由高韧性聚酯土格栅整合在热熔和缠结的三维尼龙单丝中形成的加筋型水土保护毯。
还包括如下步骤：
S2、基质改良复合物铺设
通过高压喷涂设备将混有植物种子的基质改良复合物均匀喷涂在边坡坡面上，形成基质改良复合物层；
S3、一层覆土
在喷涂有基质改良复合物层的坡面上洒盖一层泥土，形成一层覆土层，泥土层完全覆盖土壤改良剂层；
再在一层覆土层的基础上，进行步骤S4的3D固土网垫铺设。
所述步骤S2中，基质改良复合物内拌和有植物种子，所述基质改良复合物层采用水力喷播的方式进行铺设；
所述步骤S3中，土层内播种有植物种子。
申请人研究发现，解决此类边坡植被恢复的关键在于通过各类工程措施改善保持能力并提供植被所需要的生长元素：营养、水、空气。进一步，发明人提供一种消落带防冲刷防护系统。本申请中，消落带防护主要涉及水上和水下两部分。其中，按照水位变化不同及水体流速不同，分为水下淹没边坡及水位上湿性边坡两部分。
针对水位上湿性边坡部分，本申请中，水可通过自然降雨提供，或者通过人工方式进行补充(养护或者灌溉系统)，也可根据项目现场雨水环境进行选择调整；空气：大多数情况不需要补充，部分坚硬密实的土体需要进行疏松；营养：多数情况下为坡面土壤条件，在土壤层不良或者缺少的情况下，通过方案中的工程措施改善土壤条件，重建土壤层，并加强土壤的粘附性、抗冲刷性和结构稳定性；另外，株植尽量选择适宜当地生长的株植，避免外来种；边坡绿化前，需确保边坡整体稳定；若边坡不稳定，需先进行边坡减灾加固处理后方能进行绿化。
在水位上湿性边坡部分中，陆生边坡防护土稳层固坡技术按照不同边坡基质，分为石质边坡和土质边坡。针对土质边坡，水位上湿性边坡防护组件包括设置在石质边坡上的基质改良复合物层、一层覆土层、3D固土网垫层、二层覆土层、防侵蚀保水复合物层；针对土质边坡，水位上湿性边坡防护组件包括设置在土质边坡上的3D固土网垫层、二层覆土层、防侵蚀保水复合物层。
针对水下淹没边坡部分，本申请中的水下淹没边坡防护组件包括平底型3D固土网垫层、填充型3D固土网垫层。其中，平底型3D固土网垫层设置于常水位上方，填充型3D固土网垫层设置于常水位下方。同时，填充型3D固土网垫压在平底型3D固土网垫上，上游的固土网垫压在下游的固土网垫上，搭接宽度为200～300mm，搭接处用钢钉进行固定，钢钉间距10-15cm。基于该结构，能够对水下淹没边坡进行防护，有效解决河湖对边坡冲刷的问题。同时，本申请的水下淹没边坡防护组件能抵抗很高的水荷载，即使在植被不易生长的高水压也能实现绿化。
进一步，本申请由于不需要采用水泥固化等操作，能够有效简化施工程序，降低施工难度，缩短施工周期，提供施工效率，具有较好的应用前景。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本申请中所采用的网垫材料均为惰性高分子材料或者纯天然材料提取物，对环境没有任何污染和破坏，可以用于各类边坡涉水甚至水源地工程，对环境友好；
(2)本申请中，水位上湿性边坡防护组件的抗侵蚀能力强，不仅能抵抗风雨的侵蚀，还能抵抗较小汇水径流对基材和表土的冲刷，植物生长后与之形成的组合防护层使得防护能力进一步加强，能长时间有效减少侵蚀及水土流失问题；
(3)本申请中，通过水下淹没边坡防护组件的设置，能保证河水与地下水的交流，并为水下淹没变附近的微生物、植物提供良好的生长繁衍环境，提升河道自净能力；同时，其能抵抗很高的水荷载，即使在植被不易生长的高水压也能实现绿化，有效保证绿化效果；
(4)本申请施工方便，速度快，能有效加速施工效率，对施工作业面的要求也相应降低，简单快捷；
(5)经实际验证，本申请对边坡防护效果好，质量可靠，能用于海绵城市、河湖边坡防护等工程项目的建设，具有极好的应用前景。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为基质改良复合物的产品示意图。
图2为防侵蚀保水复合物的产品示意图。
图3为标准型3D固土网垫的产品示意图。
图4为加筋型3D固土网垫的产品示意图。
图5为平底型3D固土网垫的产品示意图。
图6为填充型3D固土网垫的产品示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1石质边坡防护
(一)水位上湿性边坡防护
本实施例中，石质边坡施工顺序整体如下：清坡-基质改良复合物铺设-一层覆土-3D固土网垫铺设(陡坡运用加筋型3D固土网垫(以下简称RIF)，缓坡运用标准型3D固土网垫(以下简称STD))-二层覆土-防侵蚀保水复合物铺设，具体操作如下所述。
S1、清坡
清除边坡表面碎石，及不稳定的块石等杂物。对边坡进行加固，保证边坡整体稳定性。再将边坡坡度修理至设计坡度，并平顺线形，使边坡无较大的凸起或凹陷。
S2、基质改良复合物铺设
将基质改良复合物通过水力喷播的方式，均匀覆盖在坡面上，形成基质改良复合物层。每平米覆盖量不得低于400g。喷播时，将基质改良复合物内拌合植物种子。
S3、一层覆土
待基质改良复合物层铺设完成后，在其表面覆盖3-6cm土壤，最好为耕植土，或一般性黏土，形成一层覆土层。尽量不要选用砂性土，覆盖过程中，播撒植物种子。
S4、3D固土网垫铺设
待一层覆土层完成后，将成卷的3D固土网垫从上至下铺设在其上，并通过坡顶、坡脚锚固沟方式固定，并在边坡上通过U型钉固定。本实施例中，U型钉间距1m，如遇起伏坡段则适度增加，务必使3D固土网垫贴合坡面，不产生空腔。3D固土网垫之间通过上下重合10-15cm的方式进行搭接，并用U型钉固定。
本实施例中，根据坡度的不同，选择相应的3D固土网垫。若为陡坡，则运用加筋型3D固土网垫；若为缓坡，则运用标准型3D固土网垫。
S5、二层覆土
待3D固土网垫铺设完成后，在其表面覆盖3-6cm土壤，最好为耕植土，或一般性黏土，形成二层覆土层。尽量不要选用砂性土，覆盖过程中，播撒植物种子。
S6、防侵蚀保水复合物铺设
待二层覆土层完成后，在其表面通过设备将防侵蚀保水复合物通过水力喷播的方式均匀覆盖在坡面上，即可。每平米覆盖量不得低于400g。喷播时，拌合植物种子。
本实施例中，基质改良复合物如图1所示，为市售产品，购买自四川靓固科技集团有限公司，是一种土壤改良介质，由木质纤维、各类生物和天然矿物质，多糖生物聚合物和内生菌组成。防侵蚀保水复合物购买自四川靓固科技集团有限公司，如图2所示，是一种植被促进和保护介质，其主要部分包括各类精致纤维、高分子聚合物和保水基、微孔颗粒、生长促进剂等。
标准型3D固土网垫如图3所示，其是一种开孔的三维网垫，由聚酰胺纤维(尼龙6)单丝制成，孔隙率超过95％，如下表1所示。
表1
本实施例中，采用的加筋型3D固土网垫为市售产品，购买自四川靓固科技集团有限公司，如图4所示，其是将高韧性聚酯土工格栅整合在热熔和缠结的三维尼龙单丝中，形成均匀，高性能的加筋型水土保护毯(HP-TRM)，其参数，如下表2所示。
表2
(二)水下淹没边坡防护
具体操作如下。
先进行清坡处理，清除边坡表面碎石，及不稳定的块石等杂物。对边坡进行加固，保证边坡整体稳定性。再将边坡坡度修理至设计坡度，并平顺线形，使边坡无较大的凸起或凹陷。
在清坡处理完成后，常水位的上方铺设平底型3D固土网垫(以下简称FTC)，在常水位的下方铺设填充型3D固土网垫，填充型3D固土网垫压在平底型3D固土网垫之上20cm，用钢钉固定。上游的固土网垫压在下游的固土网垫上，搭接宽度为200～300mm，搭接处用钢钉进行固定，钢钉间距10-15cm。
本实施例中，平底型3D固土网垫如图5所示，其为一种顶部为开放结构，背部复合二维平面纤维层的聚酰胺垫，其性能指标如下表3所示。
表3
本实施例中，填充型3D固土网垫如图6所示，其是通过预先填充矿物并使用聚脲加以粘合而成，所选用的填充型3D固土网垫厚度为22mm，重22kg/m2，孔隙率超过40％。
本实施例的水位上湿性边坡防护中，首先进行清坡处理；再进行基质改良复合物铺设，其能实现对低有机物、低营养水平和贫瘠土壤的自生修复，从而起到改善土壤结构，营造土壤微生物发芽环境，提升植被发芽率的作用；在其上设置一层覆土层，再在其上进行3D 固土网垫铺设，通过3D固土网垫减少坡面防护的水土流失，起到抗侵蚀的目的，并为土壤和植物根系提供最大化的固持；再在其上设置二层覆土层，然后进行防侵蚀保水复合物层的铺设，其能在表面形成一层均匀包裹种子的纤维植生毯，具有改善种子生长环境、防冲、保温、保水、加速植物生长及壮根的功能，从而达到快速成坪的优良绿化效果。同时，本申请的各层中均设置有植物种子，植物发芽、生长后的植物根系，会形成一个系统的二次防护，从而实现绿化和水土保持的有效结合。
而基于消落带水下部分的防护需求，本申请采用了平底型3D固土网垫层与填充型3D 固土网垫层相配合的方式。该结构中，在常水位的上方铺设平底型3D固土网垫，其能起到抗侵蚀、防治水土流失的作用，并提供全面、整体性的保护；而填充型3D固土网垫具有较高的孔隙率，其透水性和植物生长性能保持得非常好。通过两者的配合，能够抵抗很高的水荷载，即使在植被不易生长的高水压也能实现绿化。
实施例2土质边坡防护
本实施例的边坡防护分为水位上湿性边坡防护、水下淹没边坡防护两部分。
其中，水位上湿性边坡防护的操作如下。
本实施例中，所针对的边坡为土质边坡，土质边坡施工顺序分别如下：清坡-3D固土网垫铺设(陡坡运用加筋型(RIF)，缓坡运用标准型(STD))-二层覆土-防侵蚀保水复合物铺设，具体操作如下所述。
S1、清坡
清除边坡表面碎石，及不稳定的块石等杂物。对边坡进行加固，保证边坡整体稳定性。再将边坡坡度修理至设计坡度，并平顺线形，使边坡无较大的凸起或凹陷。
S4、3D固土网垫铺设
待一层覆土层完成后，将成卷的3D固土网垫从上至下铺设在其上，并通过坡顶、坡脚锚固沟方式固定，并在边坡上通过U型钉固定。本实施例中，U型钉间距1m，如遇起伏坡段则适度增加，务必使3D固土网垫贴合坡面，不产生空腔。3D固土网垫之间通过上下重合10-15cm的方式进行搭接，并用U型钉固定。
本实施例中，根据坡度的不同，选择相应的3D固土网垫。若为陡坡，则运用加筋型3D固土网垫；若为缓坡，则运用标准型3D固土网垫。
S5、二层覆土
待3D固土网垫铺设完成后，在其表面覆盖3-6cm土壤，最好为耕植土，或一般性黏土，形成二层覆土层。尽量不要选用砂性土，覆盖过程中，播撒植物种子。
S6、防侵蚀保水复合物铺设
待二层覆土层完成后，在其表面通过设备将防侵蚀保水复合物通过水力喷播的方式均匀覆盖在坡面上，即可。每平米覆盖量不得低于400g。喷播时，拌合植物种子。
本实施例中，水下淹没边坡防护如实施例1所示。
试验结果表明：本申请制备的防护体整体稳定性好，能够抵抗岸坡所受的水力冲刷，起到消落带防护的作用，有效防止水土流失，对河道岸坡等能具有较好的防护作用；同时，水下淹没边坡防护部分的植被生长良好、覆盖完全，具有绿化环境、净化空气、固土保湿的作用，有利于提升河道的自净能力；在水位上湿性边坡防护部分，其抗风雨侵蚀能力强，还能抵抗较小汇水径流对基材和表土的冲刷，植物生长后与之形成的组合防护层能拦截地表径流面源污染，净化水体，能长时间有效减少侵蚀及水土流失问题；进一步，基于防护方法的改进，本申请对消落带的防护、修复可在半年内完成，大大提高消落带生态修复的效率，而其中植物的生长则能进一步加强防护装置的稳固性。
本申请中，通过水位上湿性边坡防护组件的设置，能够有效抓牢土壤，能够提高土壤保水性和渗透性，更快地促进养分的吸收和转化，并为植物生长提供营养成分，为微生物和植物的生长提供适宜的环境，有效缩短种子发芽时间，加速根系发展壮大以及加速植被成坪，上下植物生长良好后，起根系能够与网状材料有效绞合，植被层不易脱落；实验显示：在相同外界条件下，相比较于无处理的土壤，采用本申请可以达到800％的促进效果；同时，本申请还具有较好的保水性能，其中所含有的防侵蚀保水复合物层能吸收自身重量 15倍的水量；而基于其整体结构设计，还能降低下部土层水分蒸发，保持土壤温度恒定，保持优越的植被生长成活环境，从而达到优异的植被恢复效果；基质改良复合物可以有效改良土壤肥力，以及新土与原基层的粘附力；经测定，本申请中植被的生长成活率是裸露土壤的八倍。
本发明具有结构简单、施工方便、效果突出的优点，可用于改善消落带景观、保持水土、防止边坡坍塌，对改善水域环境具有重要的生态意义和社会意义。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
