2012生态修复原理及工程应用

主要内容1生态护坡修复技术的概念及意义3生态护坡在河道生态修复中的应用2生态护坡系列的结构原理1.1生态修复的概念1生态护坡修复技术的概念及其意义生态修复是指对生态系统停止人为干扰，以减轻负荷压力，依靠生态系统的自我调节能力与自组织能力使其向有序的方向进行演化，或者利用生态系统的这种自我恢复能力，辅以人工措施，使遭到破坏的生态系统逐步恢复或使生态系统向良性循环方向发展；主要指致力于那些在自然突变和人类活动影响下受到破坏的自然生态系统的恢复与重建工作。生态的内涵包括两个要素：一是能满足结构上安全的要求，要点是要求能透水、透气、生长植物的生态防护平台；二是能满足生态平衡要求，即要建立良性的生态系统，由高大乔木、低矮灌木、花草、水草、鱼巢、动物沿滩地、迎水边坡、坡脚及近岸水体组成立体生态体系。1.1生态修复的概念1生态护坡修复技术的概念及其意义•随着我国水土流失日益严重、海洋污染加剧、水质恶化，提高海堤与大坝的生存能力，实现河道与海洋的生态环保，已经成为我国水利工程面临的一次巨大挑战。传统浆砌块石与混凝土结构护坡因为造价过高、容易损坏、破坏生态等缺点，不能为水土环境提供长效保护，如何寻求更有效的生态环保产品替代传统的浆砌块石等，成为破解这一困局的关键。1.2生态修复技术意义1生态护坡修复技术的概念及其意义生态护坡须兼顾防护与环境两方面的功效，达到有效的护坡、固坡目的。生态护坡设计应与生态过程相协调，尽量使其对环境的破坏影响达到最小。生态护坡修复技术能够达到：①尊重物种多样性；②减少对资源的剥夺；③保持营养和水循环，维持植物生境和动物栖息地的质量；④有助于改善人居环境及生态系统的健康为总体原则。1.2生态修复技术意义1生态护坡修复技术的概念及其意义▲▲▲2生态护坡系列的结构原理现浇混凝土、浆砌块石等刚性护坡系统与传统的刚性衬砌护坡系统比较•1、总体成本高•2、不易种草、绿化，不能满足生态要求；•3、耐久性差，对渠道小规模变形的适应能力差，容易发生局部破坏和结构不稳；•4、一旦发生局部破坏，就容易发生大面积的破坏，很难修复；•5、修补比较贵而且施工不方便。2.1铰接式生态护坡2生态护坡系列的结构原理2.1铰接式生态护坡铰接式护坡是一种连锁型高强度预制混凝土块组成的铺面系统。是由一组尺寸、形状和重量一致的预制混凝土块，用镀锌的钢缆或聚酯缆绳相互连接而形成的连锁型矩阵。2.1.1类型中间开孔式448×438×150（31kg)中间封闭式448×438×150（44kg)主要有两种类型：中间开孔式和中间封闭式，两种类型的混凝土块都有不同的尺寸和厚度以适应各种水流情况。2生态护坡系列的结构原理2生态护坡系列的结构原理2生态护坡系列的结构原理正确铺装方法2生态护坡系列的结构原理2.1.2技术特点铰接式铺面系统的设计是在传统流体力学的基础上，利用多年来欧美国家进行的大量现场和模型试验得出的结果而得到的。因此块体的选择、设计和安装都着重考虑了保持铺面系统与基层土体之间紧密的接触。主要设计原理是：当给定渠道过水断面的几何参数和纵向坡度时设计水流所引起的应力作用下单块不脱离基土；设计中另外考虑由于施工上的误差而个别块凸出来时所引起的附加力。虽然下面几个因素对系统的稳定有一定的帮助，但是在设计中均忽略其任何影响：1.块体用一系列绳索连接起来，增加铺面系统的整体性，防止个别块体从系统中丢失；2.块体内或相邻块体之间的孔隙内种草，草根增加铺面系统与土基之间的连接力。3.块体在坡道顶部锚固在土体内，防止铺面系统沿着坡道纵向滑动。以上几个对稳定有利的因素在设计中均不考虑，所以我们的设计是偏于保守、偏于安全的。2生态护坡系列的结构原理2.1.2技术特点混凝土规格：C30，持久耐用；空隙率：大于20%的空隙率，能够减少地面对流水的阻力，便于地面排水。降低水流速率：依据数据设计成单位重量和表面阻力的理想的结合。实验测得的阻力系数n的有效范围从0.026到0.034,可以依据需要选择铰接式护坡块的规格。2生态护坡系列的结构原理生态环保（植草）：开孔式铰接式护坡为植被提供完善的环境。采用低碱水泥加木质醋酸纤维来改善混凝土的植生环境，铰接式护坡的开孔结构为草和小灌木提供更快的成长以及更加稳定的生存环境。植被可以在孔隙中生长,吸附在地面，这样增加了铰接式护坡的混凝土块的吸附力。如果不需要植草时,可以安装无孔的铰接式护坡或用碎石填充孔隙。我们公司与联合国粮农组织联合推广香根草，其根深可达5m,抗拉强度是钢筋的七分之一，对水中的磷、氮有很强的吸收能力，是改善水质的一个新技术。铰接式护坡系统为柔性结构可以保留江河湖泊原有的自然形态，保留或恢复其蜿蜒性或分汊散乱状态；高开孔率渗水型柔性结构铺面能够降低流速，减少流体压力和提高排水能力；2生态护坡系列的结构原理块体间留有孔隙，为生物的生长发育提供栖息地，发挥河流、土壤、植被的自净化功能；为植被生长创造条件，保持河流的侧向联通性。通过土工复合材料可有效抑制河流湖泊淤泥的形成；与植被配合，吸收水体中过剩的营养物质，对水中浮游藻类（蓝藻等）具有相互克制的作用，影响浮游藻类的生长。2生态护坡系列的结构原理2.1.3技术特点灵活性好：铰接式护坡块用缆绳互联,相邻块之间有很大的灵活性。块的切面被设计成两面对切，这样，块与块间能够良好得吻合，且不失灵活性。渗透性好：通过放置滤网状织物或分级的过滤垫，来增加护岸系统的渗透性，从而削弱了流体对边坡的压力。而且系统减少了土壤流失，浸出的底土不能通过系统，这样铰接式护坡防护系统就会更加稳定。施工优点：施工方便快捷，所以可以节省总工程投资。一般来说，100mm厚和150mm厚的的块体，一个工人一个小时可以铺设9-10M2。铰接式护坡系统一个小时起重机操作时间可以铺设3-4个垫子。准备场地铺设土工布铺设护坡块填缝植草2.1.3技术特点其他技术参数1.设计可采用的最大坡度为1：1；在坡度为1：1且坡宽超过3米时，建议采用优凝舒布洛克铰接式护坡系统以方便施工。2.适用流速达到4－6米/秒。3.钢铰线的承重安全系数一般考虑1：3。比如：垫子重2吨，那么绳索的抗拉能力我们一般考虑为6吨。绳索一般我们采用稀土合金材料制成，按国际产品标准使用年限在八十年。4.铰接式护坡垫子重量是由块体厚度、装配完成的垫子的长度和宽度决定的。一般来讲可以达到4—20吨。（单块31kg）5.抗浪能力是由块体重量决定的。实验证明，优凝舒布洛克铰接式护坡系统在3-3.5米浪高情况的稳定是由块体重量决定的。一般来讲，100厚的块体可至少承受1.5米的浪高。6.造价：根据各地情况不同，通常比传统的浆砌块石、干砌块石、混凝土板等造价低10%-50%。2.1.3技术特点总结起来,铰接式护坡系统的主要优点为如下几点：◆稳定性好、安全可靠◆柔性结构，适用性广◆高度的工作性能和实用性◆生态环保，景观效果好◆渗水性好◆施工便捷◆经济耐用2生态护坡系列的结构原理2.2联锁式生态护坡•联锁式护坡砖是一种现行使用的可人工安装，适用于中小水流情况下（不大于3米/秒）土壤水侵蚀控制的新型连锁式预制混凝土块铺面系统。由于采用独特的联锁设计，每块砖与周围的6块砖产生超强联锁，使得铺面系统在水流作用下具有良好的整体稳定性。•同时，随着植被在砖孔和砖缝中生长，一方面铺面的耐久性和稳定性将进一步提高，另一方面起到增加植被、美化环境的作用。近年来，联锁式护坡砖被广泛应用于河流的治理如河岸、河堤、防洪溢洪道等工程以及城市河道护坡改造工程中。2生态护坡系列的结构原理2生态护坡系列的结构原理2生态护坡系列的结构原理2生态护坡系列的结构原理2.2.1适用特点1.适用水流:适用于中小水流情况下,以不大于3米/秒为宜；2.用于公路、铁路护坡方面降雨截流、恢复生态、降低坡体孔隙水压力等方面的作用尤其明显；3.施工更便捷，无需大型机械操作；4.经济耐用与铰接式护坡相比，联锁式护坡的基本性能、生态效果等与之一致，不同之处在于：2生态护坡系列的结构原理3.1特有“渗透性”构造发挥了“生态护岸”的作用3生态护坡在河道生态修复中的应用能满足生态的要素：①能满足结构上安全的要求，要点是要求能透水、透气、生长植物的生态防护平台；②能满足生态平衡要求，即要建立良性的生态系统，由高大乔木、低矮灌木、花草、水草、鱼巢、动物沿滩地、迎水边坡及近岸水体组成立体生态体系。生态护岸需做到：①尊重物种多样性；②减少对资源的剥夺；③保持营养和水循环，维持植物生境和动物栖息地的质量；④有助于改善人居环境及生态系统的健康为总体原则。◆◆生态护岸是指恢复后的自然河岸或具有自然河岸“可渗透性”的人工护岸。它具有渗透性可以充分保证河岸与河流水体之间的水分交换和调节功能，同时具有滞洪补枯、调节水位.具有一定的抗洪强度。生态护岸上的大量植被具有涵蓄水分保持水土的作用，充分发挥土壤天然的蓄洪区能力。生态护岸概念“生态护岸”技术3生态护坡在河道生态修复中的应用•铰接式护坡块（ARMORFLEX）•超强联锁式护坡块（ARMORLOC）3.2生态护坡砖在生态修复中的应用3生态护坡在河道生态修复中的应用铰接式护坡块优势特性•整体铺设，施工快捷！适应各种地形和气候变化。•抗流体冲击力强！在高速水流以及其他恶劣环境下保持完整面层，不被侵蚀。与土工织物配合使用，可以有效治理管涌崩岸及泥沙流失。•适应1：1坡度施工，并且能在高速水流引起的高切应力下安全工作。•恢复土壤净化污染能力，提高水体生物生存能力，避免硬化河道二次污染现象。•特别适应紧急堤防除险加固工程，水下施工，不需围堰，不仅经济而且节省时间。•可植草绿化，保护生态。•比较传统抛石、膜袋混凝土做法以及浆砌块石等做法，其综合成本最为经济。3生态护坡在河道生态修复中的应用●●●●●●●●整体铺设施工快捷3生态护坡在河道生态修复中的应用适应各种气候－世界首例冰上施工3生态护坡在河道生态修复中的应用恢复土壤净化能力3生态护坡在河道生态修复中的应用可以植草绿化保护生态3生态护坡在河道生态修复中的应用抗流体冲击力强3生态护坡在河道生态修复中的应用联锁式护坡块优势特性•深根的加筋作用：草根可使土体强度提高。•降低坡内孔隙水压力：植物通过吸收和蒸腾坡体内水分，从而达到了稳定边坡体的目的。•降雨截留，削弱溅蚀：植被能使部分降雨在达到坡面之前被截留，使其重新蒸发，从而减少土粒的飞溅。•控制土粒流失：植被能抑制地表径流并削弱雨滴溅蚀，从而控制土粒流失，也可用于滨水景观。•恢复破坏的生态环境：滨水植物的存在可使被破坏的生物链又逐渐拟合形成，从而逐渐恢复到原始自然环境。•降低噪音、光污染，保证行车安全：植被能吸收刺耳的声音，多方位反射太阳光线，从而保证行车安全。◆◆◆◆◆◆滨水景观应用3生态护坡在河道生态修复中的应用生态效应明显3生态护坡在河道生态修复中的应用对水下淤泥控制效果明显安全设计块体风浪设计块体稳定计算坡体抗滑稳定计算3生态护坡在河道生态修复中的应用3.3铰接式护坡设计过程风浪计算块型计算块体重量块体厚度确定块型块体稳定计算坡体抗滑稳定计算3.3铰接式护坡设计过程3生态护坡在河道生态修复中的应用水域平均水深d风区长度，F计算风速，V水的容重，rwARMORFLEX块的容重，rc边坡坡度，m工程参数平均周期，T平均波高，H平均波长，L风浪要素风浪设计3生态护坡在河道生态修复中的应用连锁块风浪设计Hudson公式：mKKHWddc33Delft公式：cosKHDbd3生态护坡在河道生态修复中的应用连锁块稳定计算ALDWlFlFlllllFS1431212)sin(cossincosFS容许安全系数，[FS]=1.503生态护坡在河道生态修复中的应用坡体抗滑稳定计算瑞典圆弧法（Swedishcirclemethod）：siiiiiiiKWtgaWlcKssin)cos'(10.1sK3生态护坡在河道生态修复中的应用3.4施工步骤14532特殊环境下施工工艺•冰上施工：结合河道实际断面尺寸，预留足够的