CN103485311A

CN103485311A - 一种抗堤防漫顶溢流的三维柔性植被护坡

Info

Publication number: CN103485311A
Application number: CN201310463768.8A
Authority: CN
Inventors: 袁赛瑜; 唐洪武; 张燕菁
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2014-01-01

Abstract

本发明提出了一种抗堤防漫顶溢流的三维柔性植被护坡，所述三维聚酯网垫由聚酯条和尼龙纤维构成，具有柔韧性，与堤防坡面密切贴合，即使坡面土体被冲刷，柔性网垫仍会通过变形与坡面贴合，继续对坡面形成覆盖保护；三维聚酯网垫强度大，可以抵御堤防发生滑坡破坏，也不容易被高速强紊的溢流损坏；聚酯网垫透光率高，利于草种采光生长；草种会在4个月就能生长至25cm，草根与尼龙纤维相互缠绕，并深入土体，与网垫、回形针形成锚固结构抑制土体被水流冲蚀，大大增加了植被失效、堤防破坏的时间。

Description

一种抗堤防漫顶溢流的三维柔性植被护坡

技术领域

本发明属于河流堤防生态防护技术领域，具体指的是一种抗堤防漫顶溢流的三维柔性植被护坡。

背景技术

堤防是我国也是世界上最广为采用的防洪工程，以土质堤防为主。我国除了混凝土砌面的城市堤防，一般的土质江河堤防不允许漫顶溢流或越浪的发生。黏土质堤防发生洪水漫顶溢流时，堤防背水侧形成高速强紊的溢流水流，破坏边坡表面防护材料，进而冲刷堤防土体，特别是背水侧坡脚部位，一旦被刷深或掏空，将危及上部主体工程，并最终导致堤防滑塌失稳。因此，容易遭受漫顶溢流的堤防险工需要使用坡面防护材料进行保护，只要表面防护措施得当，土质堤防同样可以承受长时间的漫顶溢流，减缓甚至防止堤防漫决，可在很大程度上减轻洪水灾害。传统的堤防边坡工程加固措施，大多采用砌石和水泥等护坡材料，片面地强调河道的防洪、排水功能，忽略了其生态功能。如今，生态护坡技术正逐渐应用到工程建设中。比如护坡草垫不仅美观，而且成本低，在一定范围内也可控制水流冲刷。草皮垫虽然美观、保护生态，但抗冲刷性能差，用于堤防护坡效果不够理想。目前针对草皮垫抗冲刷能力差的缺点也提出了不少改良措施，以草皮网垫的使用较广。但目前市面上的草皮网垫普遍存在柔性差、与坡面贴合度不高，难以适应堤防变形；或者透光率太低、不利草皮生长和养护等缺点，很难抵抗堤防溢流恶劣的水流条件。。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术的不足，提出一种抗堤防漫顶溢流的三维柔性植被护坡。所述护坡强度高、透光度高，抗水流冲刷能力强，非常适合用于堤防坡面防护。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种抗堤防漫顶溢流的三维柔性植被护坡，所述护坡包括三维聚酯网垫，所述三维聚酯网垫固定铺设于堤防顶部、背水侧坡面和坡脚，所述三维聚酯网垫上布设包含草种的肥土；

所述聚酯网垫，其框架由彼此正交连接的聚酯条构成，聚酯网垫框架的网眼为正方形；

所述聚酯网垫框架的每一个正方形对角或对边连接有N根尼龙纤维，尼龙纤维的长度大于连接两点的直线长度，从而构成三维聚酯网垫，N为自然数。

优选的，所述聚酯条尺寸宽度为4mm、厚度为1mm；聚酯网垫框架的网眼正方形的边长为3cm；

优选的，所述尼龙纤维根数N=3。

优选的，所述尼龙纤维的长度大于连接两点的直线长度，尼龙纤维长度的冗余量为，当提起尼龙纤维时，顶点与正方形所在平面的距离小于18mm，且大于14mm。

优选的，所述固定三维聚酯网垫，采用长12cm、宽3cm的铁质回形针或U形。

优选的，所述聚酯条的极限拉伸强度大于30kN/m、拉伸模量大于300kN/m。

优选的，所述尼龙纤维直径为0.5mm，由尼龙六六制成。

优选的，所述草种使用狗牙根，且所述包含草种的肥土布设时间在每年3月份。

本发明的有益效果是：本发明提出了一种抗堤防漫顶溢流的三维柔性植被护坡，所述三维聚酯网垫由聚酯条和尼龙纤维构成，具有柔韧性，与堤防坡面密切贴合，即使坡面土体被冲刷，柔性网垫仍会通过变形与坡面贴合，继续对坡面形成覆盖保护；三维聚酯网垫强度大，可以抵御堤防发生滑坡破坏，也不容易被高速强紊的溢流损坏；聚酯网垫透光率高，利于草种采光生长；草种会在4个月就能生长至25cm，草根与尼龙纤维相互缠绕，并深入土体，与网垫、回形针形成锚固结构抑制土体被水流冲蚀，大大增加了植被失效、堤防破坏的时间。

附图说明

图1是三维柔性聚酯土工网垫斜视图。

图2是三维柔性聚酯土工网垫俯视图。

图3是三维柔性植被护坡防护堤防示意图。

附图标记说明：图中的1是聚酯格栅、2是尼龙纤维、3是回形针。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明提出的一种抗堤防漫顶溢流的三维柔性植被护坡进行详细说明：

针对黏性土堤溢流决口是由背水侧坡面发生陡坡冲刷。如图1所示，三维柔性植被网垫的防护使得土堤表面形成一板块结构，从整体上加固了堤防，使得冲刷不会大面积地发展甚至消失。

对于没有网垫只有草皮防护的堤防，草与草之间只能靠根系缠绕互相作用，这种作用力非常微弱。所以草皮对堤防的防护可以近似看成单一草体的作用。研究发现，草根对坡面单位面积土体的束缚力取值范围为2.8～11.8kPa，分别对应着较差和良好的草皮养护条件。

堤防发生漫顶溢流时，对草根施加垂直坡面向外的作用力最大可达到床面切应力的18倍。背水侧坡脚处均匀急流的床面切应力可以由以下公式得到：

τ_{0} = ρg \frac{q_{s}}{v_{0}} \tan θ

其中，

q_{s} = 0.5443 \sqrt{g} h^{3 / 2}

v_{0} = {(\sqrt{\sin θ} / n)}^{3 / 5} q_{s}^{2 / 5}

式中：τ₀为背水侧坡脚处均匀急流的床面切应力；ρ为水体密度；g为重力加速度；q_s为堤防发生漫顶溢流时单位堤宽的溢流量，v₀为背水侧坡脚处均匀急流的平均流速；θ为背水坡坡度；h为堤上水头；n为糙率。

表1给出了漫顶溢流的溢流量及其相应的床面切应力，其中背水坡坡度设为1:3，糙率为0.02。

表1土堤发生漫顶溢流的溢流量和对应的床面切应力

q_s/(m³·s^-1·m^-1)	v₀/(m·s^-1)	h/m	τ₀/Pa	18τ₀/kPa
					0.1	2.95	0.034	111	2.00
0.2	3.89	0.051	168	3.03
					0.3	4.57	0.066	215	3.86
0.4	5.13	0.078	255	4.59
					0.5	5.61	0.089	291	5.25

0.6	6.03	0.099	325	5.85
					0.7	6.42	0.109	357	6.42
0.8	6.77	0.118	386	6.95
					0.9	7.10	0.127	415	7.46
1.0	7.40	0.135	442	7.95
					1.1	7.69	0.143	468	8.42
1.2	7.96	0.151	493	8.87
					1.3	8.22	0.158	517	9.31
1.4	8.47	0.165	541	9.73
					1.5	8.71	0.172	563	10.14
1.6	8.93	0.179	586	10.54
					1.7	9.15	0.186	607	10.93
1.8	9.36	0.192	629	11.31
					1.9	9.57	0.199	649	11.69
2.0	9.77	0.205	670	12.05

由表1可见，在不考虑局部水流、良好草皮以及不考虑耐久性的情况下，草皮护坡只能抵御0.2m水头的溢流。草皮护坡经常出现的问题是：由于局部薄弱草体的剥离而使局部的土体裸露，形成局部水流，并逐渐扩大形成整片土体的剥离。草皮防护的堤防破坏是瞬间性的，所以一般的规范里只允许草皮抵御流速不大于3m/s的水流。

而柔性网垫中的尼龙纤维可以很好与草的根须缠绕，使得草皮成为一个整体，而不容易出现由于单一草体的剥离，从而有效控制整片土体的剥离。所以，柔性草皮垫防护的堤防不会出现大面积的土体剥离。柔性草皮垫的主要破坏形式是随着土粒被水体冲刷带走，草根会慢慢露出，从而失去了对土体的束缚作用。研究发现，土壤冲刷达到12.7mm以上时，草根对土壤基本不存在约束作用。三维柔型草皮网垫防护土壤1小时内冲刷12.7mm的极限床面切应力达到810Pa，极限水流流速为6.1m/s；50小时内冲刷12.7mm的极限床面切应力达到380Pa，极限水流流速为4.2m/s。可见，三维柔性植被护坡大大增加了植被失效、堤防破坏的时间，有效抑制漫顶溢流对堤防的破坏。

以下本发明具体实施例：

如图1和图2所示，为了实施本发明中的三维柔性植被网垫，首先，选用极限拉伸强度大于30kN/m、拉伸模量大于300kN/m的宽4mm、厚1mm的柔性聚酯条正交焊接为边长3cm的正方形网格，透光率达74%；其次，使用0.5mm粗的尼龙纤维缠绕焊接在网垫上，保证每个网格中至少有5根尼龙纤维，从而形成三维柔性网垫。

如图3所示，将三维柔性土工网垫铺盖于土堤的整个堤顶和整个背水侧坡面，于末端延长60cm以便锚固。使用长6cm的回形针进行锚固，沿坡面方向每1m进行一次锚固，沿土堤延伸方向每60cm进行一次锚固。在两张网垫之间需要有6cm的重叠部分，并使用间距为12cm的回形针锚固。

春季3月份在土工网垫上播撒草种，进行洒水养护。草种可以选择狗牙根。

随后，将网垫铺于土堤背水侧，使用长12cm、宽3cm的铁质回形针或U形铁进行固定；最后，撒上草种，并进行喷水养护，等待发芽。大约3-4个月后，草皮即可生长到约25cm。此时一般河道也进入汛期，三维植被网垫已经可以抵御可能发生的漫顶溢流，抑制可能发生的漫决。冬季草皮自然死亡，河流也进入枯水期；春季草皮重新再次生长，河流进入汛期时，三维植被网垫又可以重新使用。后期养护非常方便，草皮有虫害或者其他原因死亡的，可以直接喷洒草种给以补充。

本发明的适用范围不局限于所述实施例。

Claims

1.一种抗堤防漫顶溢流的三维柔性植被护坡，其特征在于，所述护坡包括三维聚酯网垫，所述三维聚酯网垫固定铺设于堤防顶部、背水侧坡面和坡脚，所述三维聚酯网垫上布设包含草种的肥土；

2.如权利要求1所述的一种抗堤防漫顶溢流的三维柔性植被护坡，其特征在于，所述聚酯条尺寸宽度为4mm、厚度为1mm；聚酯网垫框架的网眼正方形的边长为3cm。

3.如权利要求1所述的一种抗堤防漫顶溢流的三维柔性植被护坡，其特征在于，所述尼龙纤维根数N=3。

4.如权利要求1所述的一种抗堤防漫顶溢流的三维柔性植被护坡，其特征在于，所述尼龙纤维的长度大于连接两点的直线长度，尼龙纤维长度的冗余量为，当提起尼龙纤维时，顶点与正方形所在平面的距离小于18mm，且大于14mm。

5.如权利要求1所述的一种抗堤防漫顶溢流的三维柔性植被护坡，其特征在于，所述固定三维聚酯网垫，采用长12cm、宽3cm的铁质回形针或U形铁。

6.如权利要求1所述的一种抗堤防漫顶溢流的三维柔性植被护坡，其特征在于，所述聚酯条的极限拉伸强度大于30kN/m、拉伸模量大于300kN/m。

7.如权利要求1所述的一种抗堤防漫顶溢流的三维柔性植被护坡，其特征在于，所述尼龙纤维直径为0.5mm，由尼龙六六制成。

8.如权利要求1所述的一种抗堤防漫顶溢流的三维柔性植被护坡，其特征在于，所述草种使用狗牙根，且所述包含草种的肥土布设时间在每年3月份。