CN105839590A - 一种中陡土坡消落区等高种植生态治理方法及其结构体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中陡土坡消落区等高种植生态治理方法及其结构体，该方法包括通过开放型钢筋混凝土整体框架结构,提高中、陡土坡生态系统开放性与地表基底稳定性；通过等高种植平面绿化技术、土工格室垂直绿化技术,提高消落区植被覆盖率和土壤肥力；通过不同高层区段消落区适宜植物“乔‑灌‑草‑藤”、“灌‑草‑藤”、“草‑藤”配置,增加消落区生物多样性和景观层次，结构体为开放型的钢筋混凝土整体框架，由多结构单体组成。本发明将传统混凝土护坡技术与现代生态护坡技术结合、等高种植平面绿化技术与土工格室等垂直绿化技术相结合，实现生物措施与工程措施的高度统一、系统稳定性与开放性的高度统一、植被覆盖率与景观层次的高度统一。

Description

一种中陡土坡消落区等高种植生态治理方法及其结构体
技术领域
本发明属于生态治理领域，尤其涉及一种中陡土坡消落区等高种植生态治理方法及其结构体。
背景技术
2011年通过的《三峡后续工作规划》把“库区生态环境建设与保护”列为六大目标之一，而如何发展合适的生态护坡技术以解决消落区生态环境安全问题已引起多方关注，并日益成为工作的重点、难点和热点。因此，本发明以三峡水库生态环境问题最为突出的中(15-25°)、陡(25-75°)土坡消落区为研究对象，对指导老师已有实用新型专利“一种用于消落区等高种植的生态治理装置(”专利号：201420370986.7)从设计理念、思路、方案等方面进行了改进和完善，形成了“三峡水库中陡土坡消落区等高种植生态治理模型”，以期解决三峡水库中、陡土坡消落区生态护坡、植被重建、景观层次等难题。
三峡水库消落区概况
三峡水库消落区的形成。2009年三峡水库全面蓄水至175m后，根据“蓄清排洪”调度原则，水库水位实行与原自然消落区水位消涨节律相反的“冬蓄夏泄”调度方案，水位从以前的62m逐渐上升到目前的蓄水水位(145～175m)，从而在正常蓄水位175m加2m风浪线(即177m)至防洪限制水位145m之间形成新的退化的生态系统——水库消落区。
三峡水库消落区的分布。主要包括19个区县(其中：湖北省4个，重庆市15个)，总面积为360.93km2(其中：湖北库区消落区面积约45.65km2消落区 占12.22％；重庆库区消落区面积315.28km2，占87.78％)，占淹没陆域面积55.21％。
三峡水库消落区的分类。三峡水库消落区因地形地貌复杂、基质种类繁多、功能定位差异较大且受三峡水利工程安全运行的影响，类型众多。按照坡度可划分为4类，即平缓坡岸型(台[阶]岸型，15°以下)、中坡岸型(滩坡岸型，15°～25°)、陡坡岸型(25°～75°)和崖岸型(大于75°)；按照地层岩性可划分为岩质岸型和土质岸型。
三峡水库消落区的分段。根据地理地貌特征和消落区自身的特点可以将其分为上、中、下三段：
1)消落区上段，属影响较小段。涪陵以上段，属于库尾过渡段。水位的变化既受水库调度控制，又受到入库来水变化的影响。生态环境特点是：库尾泥沙沉积，河床淤积，库岸和河道形态调整剧烈，对沿岸城镇、港口等造成不利影响。
2)消落区中段，属生态治理重点段。涪陵至奉节段。属于平行岭谷区，由侏罗纪砂岩构成的基岩风化强烈，形成比较宽阔的河道和坡度较小的消落区，水位变化主要受水库调度控制。生态环境特点是：人口密集，农业活动强烈，污染和库岸裸露景观问题严重；面积大，占重庆消落区总面积的81.84％，是消落区生态治理的关键地区。
3)消落区下段，属景观治理重点段。奉节至大坝段。水位完全由水库调度决定。本段主要为石灰岩地层，岩溶发育强烈，是三峡典型的峡谷风景观光区。生态环境特点是：两岸坡度陡峻，岩石抗侵蚀和稳定性高，消落区面积不大，但景观劣化严重，属景观治理重点段。
三峡水库消落区的生态环境问题。具有水位差大(0～30m)、持续时间长(因高程而异，一般5～6个月)、反季节性淹没(11月至翌年5月)及洪水的不定期淹没等特征，导致三峡水库消落区生态环境问题与原自然消落区或一般湿地生态系统所面临的生态环境问题存在较大差异，其核心问题主要包括三个方面(图1-5)：1)库岸稳定性差，水土流失严重，物质能量循环障碍；2)生境破碎化严重，植被遭毁灭性破坏，生物多样性急剧下降；3)库岸治理模式简单，环境污染加剧，景观劣化严重。
三峡水库消落区生态治理问题的提出。三峡水库消落区生态环境问题最为集中、最为严峻、最难解决、急需治理的是中、陡土坡消落区，主要分布在三峡库区中、下段。这本发明的出发点和落脚点。
当前国内外同类课题研究水平概述
生态护坡在国际上被定义为：单独用植物或者植物与土木工程和非生命的植物材料相结合，以减轻坡面的不稳定性和侵蚀，在坡面恢复或形成周围景观相协调的生态系统。生态护坡不仅具有传统护坡的功能，而且还融入了景观、文化和生态等多方面的内容，从而实现对自然生态系统的维护和恢复。随着一些大型工程建设，护坡植被大量减少，甚至形成裸露护坡，严重影响景观效应和生态和谐，因此护坡生态治理已成为当今研究的热门课题之一，生态护坡技术备受关注。
国内外生态护坡技术的发展概况
国外生态护坡技术的发展概况
生态护坡历史悠久。1633年，日本开始采用铺草皮和栽树苗的方法治理荒坡，成为国外生态护坡的起源；20世纪30年代，中欧首次引入生物途径，使 生态护坡技术得到迅速发展，并在欧洲盛行；1926年，北美承袭中欧经验，主要致力于与农林业和道路建设有关的侵蚀控制；20世纪60年代，生态护坡技术已在许多国家得到大力推广；目前，在美国和一些发达国家，较为常用的是土壤生物工程(Soil bioengineering)护岸技术，该技术是由原始的柴捆防护措施发展而来的，经过多年的研究，现已形成了一套完整的设计和施工方法，并得到了广泛的应用。
国内生态护坡技术的发展概况
生态护坡技术的应用起源于中国，但是我国在生态护坡技术方面的研究起步较晚。早在1591年，我国已经将柳树等用于河岸边坡的加固与保护；17世纪，已开始将生态护坡技术应用于黄河河岸的保护。20世纪末至本世纪初，生态护坡技术研究与应用日益受到重视。综合生态护坡在我国的应用，护坡技术主要分为单纯利用植物护坡和植物工程措施复合护坡两种类型。国内的生态护坡技术根据工程施工来分主要有：a)生态植生袋护坡；b)厚层基材喷射植被护坡；c)码石扦插柳条(干)护坡；d)三维植被袋护坡；e)框架植被护坡；f)坡改平生态砖护坡；g)土工格栅植被灌草护坡。例如：张等(2001)在借鉴日本相关技术的基础上，进行了以土壤为主要材料、硅酸盐水泥为粘结材料的喷混植生试验；许(2002)开发的植被混凝土边坡绿化技术及武汉理工大学张(2002)开发的ZZLS绿色生态防护材料技术与喷混植生技术也较为相似；朱等(2002)、刘等(2003)、封等(2003)以不同角度对根系抗侵蚀以及对边坡稳定性的作用方面进行了研究；陈等(2008)在归纳、整理林木根系固土护坡研究的基础上建立了较为系统的林木根系固土力学理论；在生态护坡设计方面，李等提出生态护坡主要遵循三大原则，即水力稳定性原则、生态和谐原则及因地制宜原则；顾等提出生态护坡的六大原则，其主要是：l)必须能营造一个适合陆生植物、水陆两生植物、水生动植物生长的生命环境；2)应满足渠道功能和堤防的稳定要求，并降低工程造价；3)尽量减少刚性结构，增强护坡在视觉中“软效果”，美化工程环境；4)进行水文分析，确定水位变幅范围，结合植物调查结果，选择合适的植物；5)尽量采用自然的材料，避免二次环境污染；6)布置时考虑人们的亲水要求。
生态护坡技术在河道护坡中的研究与应用
国外河道生态护坡技术发展概况
发达国家对环境和生态退化的问题认识较早，很早就开始研究传统的护坡技术对环境与生态的影响，认为传统的混凝土护岸，会对环境带来不良影响，从而引起生态退化。为了有效保护河道岸坡和生态环境，已产生了不少生态型护坡技术。20世纪80年代末，瑞士、德国等提出了“自然型护岸”技术；20世纪90年代初，日本首先提出了“亲水”观念，把生态护坡技术应用于城镇河道建设，推出了植被型生态混凝土技术；目前，在美国、欧洲等一些发达国家，较为常用的是土壤生物工程护岸技术，主要包括：土壤保持技术、地表加固技术和生物工程综合保护技术。这些技术，在欧美国家已得到广泛运用，如美国伊利诺斯州的鸦河流域(Crow Creek Wes)的保护、加勒比地区的圣拉西亚岛西海岸公路建设项目、英国约克郡戴尔斯三峰地区国家公园自然环境恢复项目，美国新泽西州雷里坦河保护工程。
国内河道生态护坡技术发展概况
近年来，生态护坡技术在我国河道整治中也得到广泛应用。根据边坡类型来分主要有：a)土质边坡：液压喷播植被草护坡、土工格室植被草护坡、蜂巢式网格植被草护坡、客土植被生植物+点播灌木护坡、三维网植草护坡五种护坡 方式。b)岩质边坡：客土植生植物护坡(客土喷播)、喷混植生植物护坡、植生基质喷射技术三种护坡方式。例如：鄢结合我国现阶段航道工程的植草护坡现状，讨论了各种植草护坡方式的特点和边坡种草的关键技术。季等综合分析了城市原有河道护坡结构及对环境水利和生态水利的影响，并在吸取国内外有关城市河道整治和其他领域生态护坡经验的基础上，探讨了不同材料的生态型护坡结构新方法。在引滦入唐工程中，陈等提出网格反滤生物组合护坡技术；胡等在广西漓江治理工程中，提出了石笼挡墙、网笼垫块护坡、复合植被护坡等生态型护坡技术。
三峡水库消落区生态护坡技术发展概况
三峡水库是典型的河道型水库，也是人类历史上迄今为止最大型的反季节性水库，其消落区生态治理属世界性难题。目前，针对三峡水库消落区的生态护坡技术主要有：a)采用土工网复合植被防护。如湖北省兴山县消落区，其用网固草，以草防冲网草交织共同护坡。在三峡工程谷树岭以及坛子岭护坡工程中也是采用这种护坡技术。b)适宜植物护坡。通过对库区适宜植物的筛选，在不同高程段种植相适宜的植物进行护坡。c)生态混凝土护坡(高陡岩石边坡)。d)自然卵石护坡。
以上针对三峡水库消落带的护坡方式各有优缺点并且主要适用于一些坡度较平缓或浪刷作用相对较弱的消落区，但针对中、陡土坡消落区护坡治理在国内却很少见。因此，本发明选择三峡水库中、陡土坡消落区为研究对象，对已有实用新型专利“一种用于消落区等高种植的生态治理装置”(专利号：201420370986.7)从设计理念、思路、方案等方面进行了改进和完善，主要表现为：a)进一步细化了消落区适用范围、b)进一步强化了垂直绿化技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中陡土坡消落区等高种植生态治理方法及其结构体，旨在解决以期解决三峡水库中、陡土坡消落区生态护坡、植被重建、景观层次等难题的问题。
本发明是这样实现的，一种中陡土坡消落区等高种植生态治理方法，该三峡水库中陡土坡消落区等高种植生态治理方法包括以下步骤：
通过开放型钢筋混凝土整体框架结构，提高中、陡土坡生态系统开放性与地表基底稳定性；
通过等高种植平面绿化技术、土工格室等垂直绿化技术，提高消落区植被覆盖率和土壤肥力；
通过不同高层区段消落区适宜植物“乔-灌-草-藤”、“灌-草-藤”、“草-藤”等配置，增加消落区生物多样性和景观层次。
本发明的另一目的在于提供一种中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体，该中陡土坡消落区等高种植生态治理模型为开放型的钢筋混凝土整体框架结构，中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体由许多结构单体组成，每一个结构单体主要包括设置于消落区迎水坡横向方向带有框格的抗冲垂直板、设置于抗冲垂直板顶部带有框格的缓冲倾斜板、设置于抗冲垂直板一侧的连接板、设置于连接板底部的加固桩、在不同高层的相邻结构单体的抗冲垂直板之间通过连接板隔出的容纳槽和抗冲垂直板设置的钢筋头。
进一步，所述抗冲垂直板具有抗冲蚀作用，缓冲倾斜板具有缓解冲蚀作用并防止容纳槽中的培养基流失，所述框格采取土工格室植草护坡的方法在其框格内种植适宜草本、灌木、攀援性或垂吊性植物，达到垂直绿化目的。
进一步，所述连接板连接不同高层相临结构单体的抗冲垂直板，加固桩的深入土中进一步稳固整个装置。
进一步，所述容纳槽中填充植物培养基质，所述植物培养基质包括等高种植适宜的植物群落生长的土壤基质。
进一步，所述抗冲垂直板，长5000毫米，宽100毫米，高650毫米；缓冲倾斜斜板与抗冲垂直板形成45°夹角，缓冲倾斜斜板为两部分：一是倾斜部分，向外斜面200毫米，向内斜面150毫米，厚度100毫米；二是水准部分，上平面向内深入100毫米，厚度100毫米。在抗冲垂直板和缓冲倾斜板上分别开200×200毫米和100×100毫米的方形孔，间隔分别为85毫米和80毫米；连接板长1000毫米，宽100毫米，高300毫米，在下底面中间处插入直径80毫米，长800毫米的加固桩。
本发明的另一目的在于提供一种中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体形成方法，所述三峡水库中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体形成方法为：先用混凝土预制出钢筋混凝土结构单体，在消落区同一高层上平整出能够放置结构单体的基底，将结构单体通过加固桩固定在基底上；同一高层相临结构单体通过抗冲垂直板相向的钢筋头焊接在一起，并在钢筋焊接处通过浇筑混凝土将处于同一高层的结构单体连为一体，依次沿消落区地势的不同高层设置连为一体的结构体。
本发明的另一目的在于提供一种开放型钢筋混凝土结构材料构成包括：胶凝材料、粗骨料、细骨料、水、外加剂；胶凝材料所用水泥为P32.5普通矽酸盐水泥和Ⅰ级粉煤灰。粗骨料为碎石，细骨料为山砂，所述山砂最大粒径4.75mm，外加剂包括高效减水剂(FDN)、膨涨剂(UEA)；所述开放型钢筋混凝土结构材 料以C30混凝土配合比为基准。
本发明的另一目的在于提供一种开放型钢筋混凝土结构施工方法，该施工方法包括以下步骤：地质勘探、桩基施工、确定构建使用量、现场装配；同时进行构建预制、养护、植被修复重建。
本发明的另一目的在于提供一种适宜植物的筛选和储备方法，该适宜植物的筛选和储备方法为：通过野外初步筛选、模拟淹没筛选、实地地试种筛选与扩大筛选，筛选三峡水库消落区适宜植物多种，为三峡水库中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体实际应用提供植物物种储备，所述适宜植物包括木本、草本、藤本植物。
本发明的另一目的在于提供一种中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体优化方法，该优化方法为：开放型钢筋混凝土结构材料材料用新型生态环保材料替代；土壤基质用植生袋基质替代；三峡水库中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体取消接接板，将加固桩直接连接在抗冲垂直板上；取消单体横向连接板，结构单体直接连接。
本发明适用范围的特别针对性，主要针对三峡水库生态环境问题最为集中、最为严峻、最难解决、急需治理的中陡土坡(15-75°)消落区，而现有生态护坡技术主要是针对平缓土坡和高陡岩坡消落区，尚未应用于中陡土坡消落区；护坡、生态、景观的高度统一性，通过本发明，将传统混凝土护坡技术与现代生态护坡技术相结合、等高种植平面绿化技术与土工格室等垂直绿化技术相结合，实现了生物措施与工程措施的高度统一、系统稳定性与开放性的高度统一、植被覆盖率与景观层次的高度统一，本发明目前处于野外试验阶段，并在应用推广方面与有关区县达成初步合作意向。
传统混凝土陡坡技术与现代生态陡坡技术相结合，既能充分发挥传统陡坡的系统稳定性优势，又能兼顾生态陡坡的系统开放性；
等高种植平面绿化技术与土工格室等垂直绿化技术相结合，植被覆盖率可达到90-100％；
在145m-177m消落区不同高层区段，根据不同的地理条件和生态环境配置不同的适宜植物群落，可丰富景观层次；
本模型在实际应用中可根据实际情况进一步优化设计方案：一方面，模型材料可替代。一是混凝土材料可用新型生态环保材料替代；二是植物培养基质的土壤基质可用植生袋等基质替代。另一方面，模型结构可灵活。一是可取消连接板，降低造价成本；二是可取消单体横向连接，降低维护成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的中陡土坡消落区等高种植生态治理方法流程图；
图2是本发明实施例提供的开放型的钢筋混凝土整体框架结构图；
图3是本发明实施例提供的开放型的钢筋混凝土整体框架的结构单体图；
图4是本发明实施例提供的开放型钢筋混凝土模型侧立面；
图5是本发明实施例提供的取消单体之间横向连接示意图。
图中：1、缓冲倾斜板；2、抗冲垂直板；3、容纳槽；4、连接板；5、钢筋头；6、加固桩；7、植物培养基质。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1所示：一种中陡土坡消落区等高种植生态治理方法，该中陡土坡消落区等高种植生态治理方法包括以下步骤：
S101：通过开放型钢筋混凝土整体框架结构，提高中、陡土坡生态系统开放性与地表基底稳定性；
S102：通过等高种植平面绿化技术、土工格室等垂直绿化技术，提高消落区植被覆盖率和土壤肥力；
S103：通过不同高层区段消落区适宜植物“乔-灌-草-藤”、“灌-草-藤”、“草-藤”等配置,增加消落区生物多样性和景观层次。
如图2至图5所示：本发明的一种中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体，该三峡水库中陡土坡消落区等高种植生态治理模型为开放型的钢筋混凝土整体框架结构，三峡水库中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体由许多结构单体组成，每一个结构单体主要包括设置于消落区迎水坡横向方向带有框格的抗冲垂直板2、设置于抗冲垂直板顶部带有框格的缓冲倾斜板1、设置于抗冲垂直板一侧的连接板4、设置于连接板底部的加固桩6、在不同高层的相邻结构单体的抗冲垂直板之间通过连接板隔出的容纳槽3和抗冲垂直板设置的钢筋头5。
所述抗冲垂直板具有抗冲蚀作用，缓冲倾斜板具有缓解冲蚀作用并防止容纳槽中的培养基流失，所述框格采取土工格室植草护坡的方法在其框格内种植适宜草本、灌木、攀援性或垂吊性植物，达到垂直绿化目的。
所述连接板连接不同高层相临结构单体的抗冲垂直板，加固桩的深入土中进一步稳固整个装置。
所述容纳槽中填充植物培养基质7，所述培养基包括等高种植适宜的植物群 落生长的土壤基质。
所述抗冲垂直板，长5000毫米，宽100毫米，高650毫米；缓冲倾斜斜板与抗冲垂直板形成45°夹角，缓冲倾斜斜板为两部分：一是倾斜部分，向外斜面200毫米，向内斜面150毫米，厚度100毫米；二是水准部分，上平面向内深入100毫米，厚度100毫米。在抗冲垂直板和缓冲倾斜板上分别开200×200毫米和100×100毫米的方形孔，间隔分别为85毫米和80毫米；连接板长1000毫米，宽100毫米，高300毫米，在下底面中间处插入直径80毫米，长800毫米的加固桩。
本发明一种中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体形成方法，所述三峡水库中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体形成方法为：先用混凝土预制出钢筋混凝土结构单体，在消落区同一高层上平整出能够放置结构单体的基底，将结构单体通过加固桩固定在基底上；同一高层相临结构单体通过抗冲垂直板相向的钢筋头焊接在一起，并在钢筋焊接处通过浇筑混凝土将处于同一高层的结构单体连为一体，依次沿消落区地势的不同高层设置连为一体的结构体。
本发明一种开放型钢筋混凝土结构材料构成包括：胶凝材料、粗骨料、细骨料、水、外加剂；胶凝材料所用水泥为P32.5普通矽酸盐水泥和Ⅰ级粉煤灰。粗骨料为碎石，细骨料为山砂，所述山砂最大粒径4.75mm，外加剂包括高效减水剂(FDN)、膨涨剂(UEA)；所述开放型钢筋混凝土结构材料以C30混凝土配合比为基准。
本发明一种开放型钢筋混凝土结构施工方法，该施工方法包括以下步骤：地质勘探、桩基施工、确定构建使用量、现场装配；同时进行构建预制、养护、植被修复重建。
本发明一种适宜植物的筛选和储备方法，该适宜植物的筛选和储备方法为：通过野外初步筛选、模拟淹没筛选、实地地试种筛选与扩大筛选，筛选三峡水库消落区适宜植物多种，为三峡水库中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体实际应用提供植物物种储备，所述适宜植物包括木本、草本、藤本植物。
本发明一种中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体优化方法，该优化方法为：开放型钢筋混凝土结构材料材料用新型生态环保材料替代；植物培养基质7的土壤基质可用植生袋等基质替代；三峡水库中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体取消接接板，将加固桩直接连接在抗冲垂直板上；取消单体横向连接板，结构单体直接连接。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
1模型设计目的和基本思路
1.1目的
主要解决三峡水库中(15-25°)、陡(25-75°)土坡消落区生态护坡、植被重建、景观层次等难题。
1.2基本思路
三峡水库中陡土坡消落区等高种植生态治理方法，该三峡水库中陡土坡消落区等高种植生态治理方法包括以下步骤：
通过开放型钢筋混凝土整体框架结构,提高中、陡土坡生态系统开放性与地表基底稳定性；
通过等高种植平面绿化技术、土工格室等垂直绿化技术,提高消落区植被覆盖率和土壤肥力；
通过不同高层区段消落区适宜植物“乔-灌-草-藤”、“灌-草-藤”、“草-藤”等配置,增 加消落区生物多样性和景观层次。
三峡水库中陡土坡消落区等高种植生态治理模型，该三峡水库中陡土坡消落区等高种植生态治理模型包括：该模型为一种开放型的钢筋混凝土整体框架结构如图2，其由许多结构单体如图3组成，每一个结构体主要包括设置于消落区迎水坡横向方向带有框格的抗冲垂直板、设置于抗冲垂直板顶部带有框格的缓冲倾斜板、设置于抗冲垂直板一侧的连接板、设置于连接板底部的加固桩、在不同高层的相邻结构单体的抗冲垂直板之间通过连接板隔出的容纳槽等部分。
结构体的形成
先用混凝土预制出钢筋混凝土结构单体(图3)，在消落区同一高层上平整出能够放置结构单体的基底，将结构单体通过加固桩固定在基底上；同一高层相邻结构单体通过抗冲垂直板相向的钢筋头焊接在一起，并在钢筋焊接处通过浇筑混凝土将处于同一高层的结构单体连为一体。依次可沿消落区地势的不同高层设置连为一体的结构体(图2)。
2.2分体设计方案
2.2.1抗冲垂直板与缓冲倾斜板
结构：抗冲垂直板设置于消落区迎水坡横向方向，其顶部为缓冲倾斜板，并在垂直板、倾斜板上开孔形成框格。
功能：所诉抗冲垂直板主要功能是抗冲蚀作用，缓冲垂直板主要功能是缓解冲蚀作用并防止容纳槽中的培养基流失。网孔部分的设计采取类似于土工格室植草护坡的方法在其框格内种植适宜草本、灌木、攀援性或垂吊性植物，达到垂直绿化目的。
2.2.2连接板与加固桩
结构：连接板设置于抗冲垂直板一侧，加固桩设置于连接板底部。
功能：连接板的主要功能是连接不同高层相邻结构单体的抗冲垂直板，加固桩的功能是深入土中进一步稳固整个装置。
2.2.3容纳槽与培养基
结构：在不同高层的相邻结构单体的抗冲垂直板之间通过连接板隔出容纳槽，在容纳槽中填充植物培养基质，如图4所示。
功能：根据不同的地理条件和生态环境容纳槽中等高种植适宜的植物群落，达到平面绿化目的。上述平面绿化与垂直绿化技术相结合，植被覆盖率可到达90-100％。
2.3开放型钢筋混凝土结构预制规格尺寸
抗冲垂直板，长约5000毫米，宽约100毫米，高约650毫米。缓冲倾斜板与抗冲垂直板形成45°夹角，分为两个部分：一是倾斜部分，向外斜面约200毫米，向内斜面约150毫米，厚度约100毫米；二是水平部分，上平面向内深入约100毫米，厚度约为100毫米。在抗冲垂直板和缓冲倾斜板上分别开约200×200毫米和约100×100毫米的方形孔，间隔分别约为85毫米和80毫米。连接板长约1000毫米，宽约100毫米，高约300毫米，在下底面中间处插入直径约80毫米，长约800毫米的加固桩。
2.4开放型钢筋混凝土结构材料设计及适用性能
2.4.1开放型钢筋混凝土结构材料与性能分析
开放型钢筋混凝土结构材料构成包括：胶凝材料、粗骨料、细骨料、水、外加剂。胶凝材料所用水泥为P32.5普通硅酸盐水泥和Ⅰ级粉煤灰。粗骨料为碎石，主要物理性能如表1所示。细骨料为山砂(最大粒径4.75mm，连续级配)， 其它外加剂有高效减水剂(FDN)、膨胀剂(UEA)。以C30混凝土配合比为基准,参照《JGJ55-2000普通混凝土配合比设计规程》，试验结果如表2所示。
表1粗骨料物理性能
表2 C30混凝土配合比及试验结果
2.4.2开放型钢筋混凝土结构的结构分析
2.4.2.1结构设计分析
本发明的三峡水库中陡土坡消落区生态治理模型材料为钢筋混凝土，与传统护坡材料相比，具有强度大、整体性强等特点。以往对三峡库区中陡土坡消落区的治理多采用喷砂锚固、透水灰砂砖等，破坏了原有植被生态系统，仅达到加固作用而未达到治理目的。在开放型钢筋混凝土结构下部采用基桩加固、上部设置带有土工格室的抗冲垂直板和缓冲倾斜板及其与连接板构成的容纳槽，从而在整体框架内形成贯通的生态系统、在单体框架结构内则形成相对独立的生态系统。钢筋混凝土容纳槽可以承接坡面土壤，迎水面土工格室可以控制容纳槽水量并有垂直绿化效果。在建筑施工时，抗冲垂直板土工格室下方配筋采用2Φ8@300，缓冲倾斜板配筋采用2Φ8@325，抗冲垂直板土工格室间距85mm，缓冲倾斜板土工格室间距80mm，荷载设计值为20kN,混凝土强度为C30，可以满足中陡土坡加固要求。
钢筋混凝土加固桩与基岩(主要为砂岩)具有较好的嵌固能力和抵抗流水潜蚀能力。建筑施工时，桩底嵌入岩石部分不小于500mm，混凝土强度为C40，桩身截面为圆形，配筋采用6Φ10圆形排列，箍筋采用φ6@150。
2.4.2.2结构力学分析
本发明的模型采用装配式结构。首先预制抗冲垂直板和缓冲倾斜板构件，与连接板现浇连接，加强整体稳定性；加固桩现浇完毕后与上部容纳槽通过装配方式用胶凝材料连接，此时一个单体装配完成，依次逐级装配。
2.4.2.3结构抗浪蚀能力、抗冲刷能力分析
钢筋混凝土结构具有较好的抗浪蚀、抗冲刷能力，本发明的模型采用的材料强度足够，安全系数较高。消落区水位涨落与自然洪枯规律相反，每年夏季出露水面时正值天气炎热、暴雨频繁，地表蒸发量于晴天时过大，导致土坡松动；中陡土坡抗滑系数较小，抗剪能力较差，土壤固结能力弱，在浪蚀以及地表径流的冲刷作用下逐渐被侵蚀，部分土壤颗粒形成富含有机质的淤泥，更加降低了土坡稳定性。传统灰砂砖设计强度达到20MPa时即满足抗浪蚀要求，而本项目采用的是刚性框架，基准设计强度为30MPa，能够满足抵抗水浪侵蚀与地表径流的冲刷能力。
水库蓄水后，强降雨对土坡的重力侵蚀明显增加，水位上升过程中消落区坡体产生变形和裂缝，在土坡内部形成较高的孔隙水压力，严重降低了土坡抗滑移能力。本项目模型的加固基桩对下部土体形成横向约束，可以增加土体抗剪能力；上部容纳槽结构形成纵横两个方向的约束力，土工格室控制每一单体内的水流量，抗冲垂直板起到抗击浪刷冲蚀作用，缓冲倾斜板起到缓解浪刷冲蚀作用。
2.4.3开放型钢筋混凝土结构工作性能分析
2.4.3.1基本力学性能
本发明模型的基本力学性能主要涉及抗压强度和抗剪强度两个方面。所制备的混凝土试件实测28d抗压强度平均值为32.7MPa，抗剪强度为4.05MPa。结构上部容纳槽不承受较大荷载，主要是承受来自于土体围压的剪切力；而在容纳槽土体内所产生的横向力被抗冲垂直板的横向约束所抵消，土体底部地下水浮力又被倾斜缓冲板的纵向约束所抵消。因此，在力学效果上能够满足抗剪要求。
2.4.3.2结构对植被的适应性
刚性护坡结构在施工过程中涉及到的基坑开挖、支挡结构的搭建，以及挤土效应和流土管涌现象所造成的土体松动，极易对原有植被造成破坏。而本项目模型设计的容纳槽能对已有土体形成锚固作用，使原有生态系统相对独立，在被淹没的单体内部，土壤不易流失，土工格室控制单体内部水流量，使出露成陆后原有生态系统得以延续；未淹没的部分植被正常生长，同时促使下一级植被出露水面后迅速形成，由此形成了一个个相对独立却又相互共生的完整植被生态系统。土工格室还可以起到垂直绿化作用，具有良好的景观效果。
2.5开放型钢筋混凝土结构施工流程
三峡库区消落区中陡土坡不稳定，并随水位的涨落时而淹没时而出露成陆，施工现场不易进行频繁的机械调动，所以不宜采用传统现浇式施工方法。经实地考察分析发现：消落区出露水面后一般形成10-30cm的淤泥质土，强度较低但是含有较多腐殖质，能加速植被生长；淤泥质土下部为粘土或砂岩，强度相对较高，可以进行桩基础施工。加固桩施工时根据实地条件，要求嵌入岩石深 度不低于50cm，以保证桩身不被地下水侵蚀破坏。其余部分采用预制构件现场拼装，铆合部分用胶凝材料加固。主要包含以下施工流程：
2.6植物配置
2.6.1适宜植物的筛选与储存
本发明一直致力於三峡水库消落区植被生态修复研究与示范，通过野外初步筛选、模拟淹没筛选、实地试种筛选与扩大筛选，目前共筛选三峡水库消落区适宜植物67种，包括木本28种(灌木8种)、草本36种(多年生23种)、藤本3种，为模型实际应用提供了充足的植物物种储备。已筛选的适宜植物种类如下。
乔木：枫杨、喜树、垂柳、榆树、槐、桑、楝、朴树、青冈、马尾松、香椿、桑、枇杷、龙眼、柑橘、白桦、枣、李、乌桕、盐虚木、茶树等。共20种。
灌木：疏花水柏枝、秋华柳、枸杞、火棘、黄荆、无花果、花椒、马桑等。共8种。
多年生草本植物：狗牙根、牛鞭草、空心莲子草、水蓼、石菖蒲、香附子、黄仓蒲、甜根子草、苜蓿、荷、过肩草、酸模、麦冬、芦苇、蓄竹、何首乌、虎杖、木贼、杠板归、接骨草、榨浆草、艾、毛茛。共23种。
一年生草本植物：三叶鬼针草、苍耳、合萌、青蒿、蛇莓、猪殃殃、佛甲菜、小白酒草、马唐、紫马唐、野燕麦、狗尾草、水芹等。共13种。
藤本植物：葡萄、葛、地瓜等。共3种。
2.6.2适宜植物的配置模式
在容纳槽、抗冲垂直板和缓衡倾斜板框格中进行合理的适宜植物时空配置，可丰富消落区景观层次。拟采取的植物配置模式如下：145-160m，“草-藤”配置； 160-170m，“灌-草-藤”配置；170-177m，“乔-灌-草-藤”配置。
3.模拟模型制作及其植物配置效果
本模拟模型由重庆市万州一建模型有限公司制作
4.金属模型野外试验效果
本发明处于野外试验阶段。按照本发明要求，制作了金属模型，并于重庆市万州区新田镇谭绍村实际消落区中进行了野外试验，效果良好。
5.模型设计的拓展
5.1模型材料的可替代性
5.1.1混凝土材料可用新型生态环保材料替代
模型钢筋混凝土材料可用新型生态环保材料替代。
5.1.2土壤基质可用植生袋等基质替代
模型土工格室土壤基质可用植生袋等基质替代。
5.2模型结构的可灵活性
5.2.1可取消连接板
取消连接板，将加固桩直接连接在抗冲垂直板上，降低模型造价成本。
5.2.2可取消单体横向连接
如图5：取消单体之间横向连接，减少单体之间相互影响，降低模型维护成本。
6.科学性与先进性
本发明与国内外应用与三峡水库消落区边坡治理的同类项目相比，在适用范围、系统稳定性和开放性、防洪抗冲性能、植被覆盖率、景观效果等方面具有突出的实质性技术特点和显著进步(表3)
表3与国内外应用与三峡水库消落区边坡治理的同类项目先进水准比较
市场分析和经济效益预测
三峡水库消落区是指三峡水库正常蓄水位175m加2m风浪线(即177m)至防洪限制水位145m之间的区域，是淹没线下陆域面积的组成部分。消落区主要分部在19个区县(其中：湖北省4个，重庆市15个)，总面积为360.93km2(其中：湖北库区消落区面积约45.65km2消落区占12.22％；重庆库区消落区面积315.28km2，占87.78％)，占淹没陆域面积55.21％。
根据《三峡后续工作规划总体报告》，要求在高程145m～170m、170m～175m两个区域，完成植被恢复面积26.98km2，其中湖北4.40km2、重庆22.58km2；高程145～170m为19.04km2、170～175m为7.94km2。生态修复总投资估算5.17亿元，其中植被恢复1.47亿元、湿地多样性保护3.70亿元。
因此，本发明应用於三峡水库消落区生态修复，不仅市场需求大，而且具有可观的经济效益。
应用前景
前期实践证明：一方面，可以充分利用等高种植平面绿化技术特点，在基础条件较好的消落区，选用桑、牛鞭草、荷等适宜经济植物，在加强生态建设和环境保护的同时发动移民自主创业，发展特色生态种养殖业，有利於移民的安稳致富。例如：2011年至今，利用重庆万州谭绍村示范基地种植的牛鞭草、狗牙根等适宜植物，移民样德斌放养20-30头肉牛/年，创造经济价值15万元/ 年以上；2007年至今，开县“重庆澎溪河生态农业开发有限责任公司”利用牛鞭草、桑等消落区适生植物养殖波尔山羊，创造经济价值100万元/年以上。另一方面，可以利用频危植物和景观效果，打造生态旅游业，促进经济多元化。疏花水柏枝、秋桦柳等在消落落带的耐淹试验成功，为三峡库区175m水线下特有珍稀频危植物的保护提供了可能，目前正组织专门的研究团队，对疏花水柏枝、秋桦柳等特有珍稀频危植物的生长繁殖及保护进行深入研究；通过适宜植物整体分区配置与局部适地配置相结合，可以形成不同的景观斑块，丰富景观层次，具有良好的观赏价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中陡土坡消落区等高种植生态治理方法，其特征在于，该三峡水库中陡土坡消落区等高种植生态治理方法包括以下步骤：
通过开放型钢筋混凝土整体框架结构，提高中、陡土坡生态系统开放性与地表基底稳定性；
通过等高种植平面绿化技术、土工格室垂直绿化技术，提高消落区植被覆盖率和土壤肥力；
通过不同高层区段消落区适宜植物“乔-灌-草-藤”、“灌-草-藤”、“草-藤”配置,增加消落区生物多样性和景观层次。
2.一种利用权利要求1所述方法的中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体，其特征在于，该中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体为开放型的钢筋混凝土整体框架结构，所述中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体由许多结构单体组成，每一个结构单体主要包括设置于消落区迎水坡横向方向带有框格的抗冲垂直板、设置于抗冲垂直板顶部带有框格的缓冲倾斜板、设置于抗冲垂直板一侧的连接板、设置于连接板底部的加固桩、在不同高层的相邻结构单体的抗冲垂直板之间通过连接板隔出的容纳槽和抗冲垂直板设置的钢筋头。
3.如权利要求2所述的中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体，其特征在于，所述抗冲垂直板具有抗冲蚀作用，缓冲倾斜板具有缓解冲蚀作用并防止容纳槽中的培养基流失，所述框格采取土工格室植草护坡的方法在其框格内种植适宜草本、灌木、攀援性或垂吊性植物，达到垂直绿化目的。
4.如权利要求2所述的中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体，其特征在于，所述连接板连接不同高层相临结构单体的抗冲垂直板，加固桩的深入土中进一步稳固整个装置；所述容纳槽中填充植物培养基质，所述植物培养基质包括等高种植适宜的植物群落生长的土壤基质。
5.如权利要求2所述的中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体，其特征在于，所述抗冲垂直板，长5000毫米，宽100毫米，高650毫米；缓冲倾斜斜板与抗冲垂直板形成45°夹角，缓冲倾斜斜板为两部分：一是倾斜部分，向外斜面200毫米，向内斜面150毫米，厚度100毫米；二是水准部分，上平面向内深入100毫米，厚度100毫米。在抗冲垂直板和缓冲倾斜板上分别开200×200毫米和100×100毫米的方形孔，间隔分别为85毫米和80毫米；连接板长1000毫米，宽100毫米，高300毫米，在下底面中间处插入直径80毫米，长800毫米的加固桩。
6.一种利用权利要求1所述方法的中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体构建方法，其特征在于，所述中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体构建方法为：先用混凝土预制出钢筋混凝土结构单体，在消落区同一高层上平整出能够放置结构单体的基底，将结构单体通过加固桩固定在基底上；同一高层相邻结构单体通过抗冲垂直板相向的钢筋头焊接在一起，并在钢筋焊接处通过浇筑混凝土将处于同一高层的结构单体连为一体，依次沿消落区地势的不同高层设置连为一体的结构体。
7.一种利用权利要求6所述的中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体构建方法中的开放型钢筋混凝土结构材料，其特征在于，该开放型钢筋混凝土结构材料包括：胶凝材料、粗骨料、细骨料、水、外加剂；胶凝材料所用水泥为P32.5普通矽酸盐水泥和Ⅰ级粉煤灰。粗骨料为碎石，细骨料为山砂，所述山砂最大粒径4.75mm，外加剂包括高效减水剂FDN、膨涨剂UEA；所述开放型钢筋混凝土结构材料以C30混凝土配合比为基准。
8.一种利用权利要求6所述的中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体构建方法的开放型钢筋混凝土结构施工方法，其特征在于，该施工方法包括以下步骤：地质勘探、桩基施工、确定构建使用量、现场装配；同时进行构建预制、养护、植被修复重建。
9.一种利用权利要求1所述的中陡土坡消落区等高种植生态治理方法中的适宜植物的筛选和储备方法，其特征在于，该适宜植物的筛选和储备方法为：通过野外初步筛选、模拟淹没筛选、实地地试种筛选与扩大筛选，筛选水库消落区适宜植物多种，为水库中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体实际应用提供植物物种储备，所述适宜植物包括木本、草本、藤本植物。
10.一种对权利要求2所述的中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体中的中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体优化方法，其特征在于，该优化方法为：开放型钢筋混凝土结构材料材料用新型生态环保材料替代；植物培养基质用植生袋基质替代；三峡水库中陡土坡消落区等高种植生态治理结构体取消接接板，将加固桩直接连接在抗冲垂直板上；取消单体横向连接板，结构单体直接连接。
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