專利名稱：多孔混凝土預(yù)制單球及其組合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是水利工程、環(huán)境工程、生態(tài)修復(fù)工程領(lǐng)域所適用的產(chǎn)品和方法，尤其是一種具體適用于堤岸護坡、水土保持、水質(zhì)凈化及維持生物多樣性功能的產(chǎn)品和方法。
背景技術(shù)：
為有效防止水土流失，保障湖泊、水庫以及河道堤防安全，我國長期以來采用普通混凝土護坡的形式。這種混凝土護坡由于采用無孔的介質(zhì)，對河道坡面采用封閉的形式，阻斷了水體和近岸陸地土壤之間的聯(lián)系，水生植物不能在堅硬密實、無連續(xù)空隙的普通混凝土表面上生長，水生動物也因此失去了棲息生存空間，導(dǎo)致水體堤岸與近岸陸地之間豐富的湖漫灘、河漫灘的自然生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，造成生物多樣化指數(shù)降低，使水體自凈功能下降甚至完全喪失。同時，普通混凝土顏色灰暗，在感觀上缺乏生機，讓人產(chǎn)生遠離自然的感覺，這與人類追求生活環(huán)境回歸自然的初衷相違背。
因此，為使堤岸護坡既有水土保持、加固堤岸的功能，又同時具有水質(zhì)凈化及維持生物多樣性的功能，研究和開發(fā)新型的堤岸護坡產(chǎn)品和堤岸護坡工程技術(shù)顯得迫在眉睫。
技術(shù)內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種既能加固堤岸、又具有水質(zhì)凈化及維持植物生長的生物多樣性的多孔混凝土預(yù)制單球及其組合方法。
技術(shù)方案本發(fā)明是一種采用多孔混凝土預(yù)制單球取代普通混凝土進行堤岸護坡的產(chǎn)品和方法。多孔混凝土預(yù)制單球，是在該單球中的x、y、z的三維方向上均設(shè)有通孔，橫向的x方向的通孔與縱向的y方向的通孔以及垂直向的z方向的通孔互不相交，但x方向孔壁與z方向孔壁、y方向孔壁與z方向孔壁之間相切。該單球由多孔混凝土預(yù)制而成，其空隙率為20-25％。
多孔混凝土預(yù)制單球的組合方法，是在單球中的z方向的通孔中設(shè)有連接鋼筋，在橫向的x方向的通孔或縱向的y方向的通孔中設(shè)有連接鋼筋，連接鋼筋的兩端分別與連接片相鉚接，使兩個單球連接在一起形成一組雙球；位于雙球側(cè)面的連接片再用螺栓連接在一起，將多組雙球連接在一起形成一個整體。
多孔混凝土預(yù)制單球的組合方法，是在橫向的x方向的通孔和縱向的y方向的通孔中設(shè)有連接鋼筋，z方向的通孔中僅在雙層及多層多孔混凝土預(yù)制球連接時設(shè)有連接鋼筋。連接件包括連接片及螺栓式樣的連接鋼筋。單層連接時，首先采用連接鋼筋沿x方向的通孔將六個或多個預(yù)制單球連接成一組球組，然后將六組或多組球組矩陣排列形成球陣，同時沿y方向的通孔用連接鋼筋連接。球陣中沿x方向每兩組球之間的兩外側(cè)面用連接片固定；沿y方向的連接片使用同x方向。這樣就形成一個穩(wěn)定的單層球陣。雙層或多層連接時，將兩個或多個單層球陣沿z方向的通孔用連接鋼筋和連接片連接。
本發(fā)明中使用的多孔混凝土既有一定的強度和耐久性，又具有透水性和透氣性。經(jīng)實測表明，多孔混凝土的抗壓強度達20MPa，連續(xù)空隙率為20-25％。本發(fā)明主要利用多孔混凝土的連續(xù)空隙，并通過單球預(yù)制件的連接護坡技術(shù)，為岸邊植物提供相應(yīng)的生存空間，同時為微生物提供棲息附著場所。通過植物生長吸收水體中的N、P污染物作為營養(yǎng)元素，達到減輕水體富營養(yǎng)化程度，修復(fù)與重建退化了的生態(tài)環(huán)境，保持綠色自然景觀，進而恢復(fù)水體的生物多樣性，達到生態(tài)效應(yīng)和景觀效應(yīng)并舉的效果。
技術(shù)效果(1)集水土保持、生態(tài)修復(fù)于一體，從根本上克服了普通混凝土護坡無法生長植被的缺點，具有生物多樣性效應(yīng)、景觀效應(yīng)、水質(zhì)凈化等效應(yīng)，實現(xiàn)了護坡技術(shù)和環(huán)保技術(shù)的完美統(tǒng)一。
(2)護坡工程完成后無需人工養(yǎng)護，近水堤岸成為具有生物、生態(tài)凈化功能的水處理設(shè)施，也是一種真正意義上的綠色護坡技術(shù)。
(3)該技術(shù)以多孔混凝土預(yù)制單球作為主要構(gòu)件，再采用專門的連接技術(shù)進行連接，構(gòu)造堅固護坡，同時又具有植物生長條件，使護坡具有綠色生態(tài)效應(yīng)。
本發(fā)明具有下述特點(1)該連接技術(shù)充分運用相應(yīng)的空間幾何知識，以多孔混凝土預(yù)制單球、連接鋼筋、連接片、固定螺栓為基本構(gòu)件，從根本上克服了單個多孔混凝土球護坡結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的缺點，拓展了多孔混凝土預(yù)制單球在護坡工程中的應(yīng)用前景。
(2)該連接技術(shù)應(yīng)用靈活，可根據(jù)現(xiàn)場條件對連接球的數(shù)量進行調(diào)整，使多孔混凝土預(yù)制單球的施工鋪裝簡單、便捷。
(3)該技術(shù)適用于單層、雙層及多層多孔混凝土球護坡，也可用于單一斷面及復(fù)式斷面河道兩側(cè)的護坡，應(yīng)用范圍廣。
(4)該連接技術(shù)使球體與球體之間留有一定的空隙，為動植物提供了更多的生長、棲息空間，同時使運用該連接技術(shù)的護坡具有水土保持、加固堤岸的功能，具有良好的社會效益和生態(tài)效益。


圖1是多孔混凝土預(yù)制單球的平面示意圖。
圖2是多孔混凝土預(yù)制單球的正面示意圖。
圖3是連結(jié)鋼筋示意圖。
圖4是連結(jié)片示意圖。
圖5是固定螺栓示意圖。
圖6是六聯(lián)單層球連接平面示意圖。
圖7是六聯(lián)單層球連接前視示意圖。
圖8是六聯(lián)單層球連接后視示意圖。
圖9是單層球陣連接平面示意圖。
圖10是六聯(lián)雙層球連接平面示意圖。
圖11是六聯(lián)雙層球連接前視示意圖。
圖12是六聯(lián)雙層球連接后視示意圖。
圖13是多孔混凝土預(yù)制球生態(tài)護坡應(yīng)用舉例結(jié)構(gòu)示意圖。
以上的圖中有單球1、x方向的通孔11、y方向的通孔12、z方向的通孔13；連接鋼筋2、鋼筋21、鋼筋螺帽22、鋼筋螺母23；連接片3；固定螺栓4。
具體實施方案本發(fā)明中所涉及的多孔混凝土材料采用低堿性水泥(42.5級)、5～20或20～40mm單一級集配石子(可適量添加細集料)、活性混合材(礦渣、煤灰等)和高粘聚性外加劑，用表面振動方法成型制備連續(xù)空隙率在22～25％之間的多孔混凝土預(yù)制單球。
本發(fā)明所涉及的生態(tài)護坡基本構(gòu)件為多孔混凝土預(yù)制單球，該單球由多孔混凝土預(yù)制成，連續(xù)空隙率為20-25％。其示意圖如圖1所示。在該單球1中的x、y、z的三維方向上均設(shè)有通孔，橫向的x方向的通孔11與縱向的y方向的通孔12以及垂直向的z方向的通孔13互不相交，但x方向孔壁與z方向孔壁、y方向孔壁與z方向孔壁之間相切。
多孔混凝土預(yù)制單球直徑為250mm，容許有±3mm的偏差。在球中預(yù)留X、Y、Z三維方向的通孔，經(jīng)過球模成型后用Φ20mm的鋼筋進行連接，混凝土球?qū)优c層之間也需要用連結(jié)件來連接。鋼筋及其它連結(jié)件均需要預(yù)先通過鍍鋅或是噴塑處理，連結(jié)件示意圖如圖3、4、5所示。
在單球1中的z方向的通孔13中設(shè)有連接鋼筋2，在橫向的x方向的通孔11或縱向的y方向的通孔12中設(shè)有連接鋼筋2，連接鋼筋2的兩端分別與連接片3相鉚接，使兩個單球1連接在一起形成一組雙球；位于雙球側(cè)面的連接片3再用螺栓4連接在一起，將多組雙球連接在一起形成一個整體。
多孔混凝土預(yù)制單球的組合方法，是在單球1中橫向的x方向的通孔11和縱向的y方向的通孔12中設(shè)有連接鋼筋2，z方向的通孔13中僅在雙層及多層多孔混凝土預(yù)制球連接時設(shè)有連接鋼筋2。連接件包括連接片3及螺栓式樣的連接鋼筋2。
單層連接時，首先采用連接鋼筋沿x方向的通孔11將六個或多個預(yù)制單球1(預(yù)制單球個數(shù)視施工具體要求而定)連接成一組球組，然后將六組或多組球組矩陣排列形成球陣，同時沿y方向的通孔12用連接鋼筋2連接。球陣中沿x方向每兩組球之間的兩外側(cè)面用連接片3固定，并相對yz平面對稱布置，連接鋼筋2一端利用鋼筋螺帽22固定連接片3，另一端利用鋼筋螺母23固定連接片3；沿y方向的連接片使用同x方向。這樣就形成一個穩(wěn)定的單層球陣。連接示意圖如圖6-圖9所示。其側(cè)視圖同前、后視圖。
雙層連接時，將兩個單層球陣沿z方向的通孔用連接鋼筋和連接片連接。xy方向上的兩外側(cè)面用連接片固定，并相對xy平面對稱布置。連接鋼筋、連接片的位置及數(shù)量視情況而定，應(yīng)在充分保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下進行優(yōu)化。連接示意圖如圖10-圖12所示。其側(cè)視圖同前、后視圖。
多層連接同雙層連接，只是增加z方向上的單層球陣的層數(shù)。
在堤岸護坡鋪裝時，可將球陣之間用連接片和固定螺栓連接在一起形成護坡。
本發(fā)明利用多孔混凝土預(yù)制單球，可采用多種生態(tài)護坡結(jié)構(gòu)形式，圖13所示為其中一種應(yīng)用舉例。
該生態(tài)護坡采用多孔混凝土預(yù)制單球及其排列連結(jié)技術(shù)，根據(jù)需要采用單層或多層預(yù)制球進行鋪設(shè)，可種植蘆葦?shù)却笮退参铩?br> 在鋪設(shè)多孔混凝土預(yù)制球之前首先修整好坡形，在坡面上鋪設(shè)土工布防止水土流失，然后進行多孔混凝土預(yù)制球的現(xiàn)場鋪設(shè)。在種植植物之前，應(yīng)在多孔混凝土球表面噴液態(tài)硫酸亞鐵使之中性化，然后在多孔混凝土球結(jié)構(gòu)空隙中填入保水性好的土質(zhì)，對植物生長必須的養(yǎng)分可加入多孔混凝土預(yù)制球之間空隙的覆土中，養(yǎng)護一段時間后即可噴撒植物種子，也可以直接撒種植生。
本發(fā)明是新型的綠色環(huán)保護坡技術(shù)，是建筑材料、生態(tài)工程和環(huán)境工程等學(xué)科在海洋、湖泊、水庫、河道堤岸護坡以及氧化塘生態(tài)防護領(lǐng)域中的綜合應(yīng)用。該工程技術(shù)特點是集水土保持、生態(tài)修復(fù)于一體，從根本上克服了普通混凝土護坡無法生長植被的缺點，具有生物多樣性效應(yīng)、景觀效應(yīng)、水質(zhì)凈化效應(yīng)，實現(xiàn)了護坡技術(shù)和生態(tài)環(huán)保技術(shù)的完美統(tǒng)一。
權(quán)利要求
1.一種多孔混凝土預(yù)制單球，其特征在于在該單球(1)中的x、y、z的三維方向上均設(shè)有通孔，橫向的x方向的通孔(11)與縱向的y方向的通孔(12)以及垂直向的z方向的通孔(13)互不相交，但x方向孔壁與z方向孔壁、y方向孔壁與z方向孔壁之間相切。該單球由多孔混凝土預(yù)制成，其連續(xù)空隙率為20-25％。
2.一種用于權(quán)利要求1所述的多孔混凝土預(yù)制單球的組合方法，其特征在于在單球(1)中橫向的x方向的通孔(11)和縱向的y方向的通孔(12)中設(shè)有連接鋼筋(2)，z方向的通孔(13)中僅在雙層及多層多孔混凝土預(yù)制球連接時設(shè)有連接鋼筋(2)，單層連接時，首先采用連接鋼筋(2)沿x方向的通孔(11)將多個預(yù)制單球(1)連接成一組球組，然后將多組球組矩陣排列形成球陣，同時沿y方向的通孔(12)用連接鋼筋(2)連接，球陣中沿x方向每兩組球之間的兩外側(cè)面用連接片(3)固定，并相對yz平面對稱布置，連接鋼筋(2)一端利用鋼筋螺帽(22)固定連接片(3)，另一端利用鋼筋螺母(23)固定連接片(3)；沿y方向的連接片(3)使用同x方向，這樣就形成一個穩(wěn)定的單層球陣，在此基礎(chǔ)上還可形成雙層或多層連接結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔混凝土預(yù)制單球的組合方法，其特征在于雙層或多層連接時，將兩個或多個單層球陣沿z方向的通孔(13)用連接鋼筋(2)和連接片連接(3)連接。
全文摘要
多孔混凝土預(yù)制單球及其組合方法是一種具體適用于堤岸護坡、水土保持、水質(zhì)凈化及維持生物多樣性功能的產(chǎn)品和方法。多孔混凝土預(yù)制單球在于在該單球(1)中的x、y、z的三維方向上均設(shè)有通孔，橫向的x方向的通孔(11)與縱向的y方向的通孔(12)以及垂直向的z方向的通孔(13)互不相交，但x方向孔壁與z方向孔壁、y方向孔壁與z方向孔壁之間相切。該單球由多孔混凝土預(yù)制成，其連續(xù)空隙率為20－25％。其組合方法是將單球(1)形成一個穩(wěn)定的單層球陣，在此基礎(chǔ)上還可形成雙層或多層連接結(jié)構(gòu)。雙層或多層連接時，將兩個或多個單層球陣沿z方向的通孔(13)用連接鋼筋(2)和連接片連接(3)連接。
文檔編號E02B3/14GK1584218SQ20041004490
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月3日
發(fā)明者呂錫武, 高建明, 樂林生, 吳今明, 申一澄, 蔣彬 申請人:東南大學(xué)