專利名稱：河道生態(tài)凈污型正方體框體及其構(gòu)建組合擋壩方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生態(tài)型河工建筑物，特別涉及一種具有凈化河流水體、營造多樣 河岸生物棲息環(huán)境功能的河道生態(tài)凈污型正方體框體及其構(gòu)建組合擋壩方法。
背景技術(shù)：
河工建筑物是指穩(wěn)定或改善河勢，調(diào)整水流所修建的水工建筑物。常用的有丁壩、 磯頭、護(hù)岸、順壩、鎖壩、樁壩、榪槎壩等。河道整治建筑物可以用土、石、竹、木、混凝土、金 屬、土工織物等河工材料修筑，也可用河工材料制成的構(gòu)件，如梢捆、柳石枕、石籠、榪槎、混 凝土塊等修筑。河工建筑物一般分為透水建筑物和實(shí)體建筑物以及環(huán)流建筑物。實(shí)體建筑物不允 許水流透過壩體，導(dǎo)流能力強(qiáng)，建筑物前沖刷坑深，多用于重型的永久性工程。實(shí)體建筑物 分為兩類一類用抗沖材料堆筑成壩，稱抗沖材料堆筑壩，如堆石丁壩、石籠壩、柳石壩等。 在沙質(zhì)河床上建壩時(shí)，可先鋪沉排護(hù)底。另一類以土為壩體，用抗沖材料護(hù)坡、護(hù)基(腳)，稱 土心實(shí)體壩。實(shí)體建筑物一般多為土心實(shí)體壩，如黃河、長江即大量使用。實(shí)體建筑物修建 后都要經(jīng)受水流淘刷，有的用沉排護(hù)底，有的隨著河床變形需搶修、加固到?jīng)_刷坑的相應(yīng)深 度，坡面也要不斷維修，以適應(yīng)水流，才能較為穩(wěn)定，其維護(hù)管理需要消耗大量的人力物力。透水建筑物則允許水流穿越壩體，導(dǎo)流能力較實(shí)體建筑物小，建筑物前沖刷坑淺， 有緩流落淤作用。透水建筑物主要有以下幾種結(jié)構(gòu)①樁壩這是一種較常用的透水建筑 物，可由單排或數(shù)排樁組成。最早在緩流淺水處使用木樁壩，有緩流落淤效果。垂直樁壩的 樁，打入河底部分占樁長的2/3，樁的上部以橫梁聯(lián)系。斜樁壩以三根樁為一群，上部用竹 纜或鉛絲綁扎在一起，排間連以縱橫連木，基礎(chǔ)可用沉排保護(hù)或在樁式壩內(nèi)填石料保護(hù)。樁 壩現(xiàn)已發(fā)展用鋼筋混凝土樁壩，用水沖鉆或震動打樁機(jī)打樁，樁長及樁入土深度均可增加， 由于抗沖能力大可用于河道主流區(qū)。其主要缺點(diǎn)是造價(jià)較大、施工復(fù)雜且比較困難。②榪 槎用三根或四根桿件(桿件可為木料、鋼材、鋼筋混凝土等)，一頭綁在一起，另一頭撐開， 每兩根桿件中間用橫桿聯(lián)系固定，做成架子，稱為榪槎。榪槎內(nèi)鋪板壓以重物(石塊或柳石、 柳淤包)，排列沉于河底修筑成透水(也可不透水)的榪槎壩，可作丁壩、順壩、鎖壩等，適用 于砂卵石河床且水深較淺處。其主要缺點(diǎn)是制作和施工都比較復(fù)雜，要求技術(shù)人員具有較 強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)，尤其是現(xiàn)場投放榪槎的技術(shù)難度很大。③沉樹用石塊等重物系于樹干上，沉至 河底，作成透水建筑物，利用樹冠上的枝梢，緩流防沖。沉樹分立式、臥式、立臥結(jié)合、串聯(lián)式 等。④編籬在河底上打入一排或數(shù)排木樁，用柳枝、柳把或篾把編在木樁上，形似籬笆，構(gòu) 成透水壩。有單排編籬、雙排編籬或多排編籬透水的丁壩、順壩、鎖壩。⑤植樹在提岸前 灘地上種植護(hù)岸林帶(其寬度以不影響行洪為原則)，對防御風(fēng)浪拍擊提岸有明顯作用。在 提根洼地、河灘串溝做活柳樁(將柳樹的根部種植于土中)壩，也可緩流落淤，防沖固提。沉 樹、編籬、植樹等方法主要適用于中、小河流中水、枯水河槽的整治?？梢?，目前普遍使用的河工建筑物的結(jié)構(gòu)形式，要么容易被破壞，要么造價(jià)高昂、 施工難度極大，維護(hù)管理耗費(fèi)大量人力物力。更為重要的是，隨著河道水環(huán)境質(zhì)量不斷惡化和生態(tài)系統(tǒng)不斷退化，河道整治已由傳統(tǒng)的工程性整治發(fā)展為兼顧環(huán)境和生態(tài)的綜合性治 理，即河工建筑物在護(hù)岸固灘、截留泥沙、穩(wěn)定河勢、航道整治、擋水截流、搶險(xiǎn)堵口的同時(shí)， 同時(shí)發(fā)揮改善水環(huán)境質(zhì)量、營造生物棲息地和修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)等功能?？梢?，以往的河工建筑 物尚不具有改善水環(huán)境質(zhì)量、營造生物棲息地和修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)等功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服上述各種河工建筑物的各自缺陷，研制一種用于研制一 種應(yīng)用于護(hù)岸固灘、截留泥沙、穩(wěn)定河勢，同時(shí)具有污染凈化和生態(tài)修復(fù)等綜合功能的的河 道生態(tài)凈污型正方體框體及其構(gòu)建組合擋壩方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是河道生態(tài)凈污型正方體框體，包括正方體狀空心骨架和若 干個(gè)彈性濾球生物填料串，所述正方體狀空心骨架為12根鋼筋砼桿件固定連接而成，所述 正方體狀空心骨架的四個(gè)側(cè)面內(nèi)的各條對角線上均固定連接有加固桿，正方體狀空心骨架 的上下表面內(nèi)均設(shè)有正方形框體和四根支桿，且各根支桿均沿對角線將正方形框體與正方 體狀空心骨架固定連接，兩個(gè)正方形框體的中心與上下表面的中心位于同一軸線上，所述 若干個(gè)彈性濾球生物填料串均沿鉛直方向連接在上、下表面內(nèi)相對的兩根支桿上；
所述鋼筋砼桿件中砼桿件長lm，斷面尺寸為0. 1 mXO. lm，砼強(qiáng)度為C13 C15，所述砼 桿沿軸線預(yù)先埋入1根長1. 3 πιΦΙΟ鋼筋，且鋼筋的兩端均伸出砼桿；
所述彈性濾球串為至少兩個(gè)彈性濾球由鉛絲支桿串聯(lián)而成，彈性濾球?yàn)橛删巯N塑料 制成球形的空心骨架內(nèi)填充放射狀的聚乙烯細(xì)絲，內(nèi)部具有較大的比表面積。本發(fā)明的另一個(gè)目的提供一種河道生態(tài)凈污型正方體框體構(gòu)建組合擋壩方法，其 構(gòu)建步驟如下a、將若干個(gè)生態(tài)凈污型正方體框體疊放在一起，并通過打樁將木樁或仿木 樁依次穿過各個(gè)生態(tài)凈污型正方體框體上下表面上的正方形框體形成組合體；b、將多個(gè) 組合體并列排成兩排固定于河床之上，形成擋壩，所述擋壩與水流線呈110° 120°夾角 的方向。所述組合體內(nèi)生態(tài)凈污型正方體框體的疊放高度根據(jù)河道深度而定，以河道平水 期水面不高于壩頂為準(zhǔn)。所述擋壩的壩體長度在垂直于水流方向的投影長度與河寬之比小于0. 3。 其更進(jìn)一步的技術(shù)方案是沿水流方向連續(xù)設(shè)置3 5級擋壩以形成壩群，相鄰兩 個(gè)擋壩的間距為壩長的1. 5 2. 5倍，安放順序?yàn)橛上掠蜗蛏嫌巍?
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果在于(1)可改岸邊局部沖勢為不沖或淤勢，起到穩(wěn)住岸坡、 保護(hù)河床的作用，且自身穩(wěn)定、不易翻滾、受水流沖擊力小，不會被水流沖走流失。O)有明 顯的分散水流、消殺能量、降低流速、截留泥沙的作用，對高泥沙含量水體具有較好的治理 效果。( 正方體框體內(nèi)的彈性濾球生物填料具有較大的比表面積，容易附著生長大量微 生物形成生物膜，對水體具有較好的凈化效果，有利于水環(huán)境質(zhì)量的改善。具有較好的 促淤造灘作用，可營造多樣化的河岸棲息環(huán)境，不僅可為微生物、藻類提供附著介質(zhì)，還可 以為底棲動物、魚類提供生長棲息和產(chǎn)卵繁殖的環(huán)境，有利于生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)。(5)正方體 框體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，適合任何地形和水流狀況，不同于普通透水框架通過拋投來進(jìn)行堆積的形 式，生態(tài)凈污型正方體框體通過打樁的方式與河床進(jìn)行固定，具有耐水流沖擊及易施工的 特點(diǎn)。(6)正方體框體制作簡單，可實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，施工方便，易保證施工的質(zhì)量與數(shù)量，維護(hù)管理比較方便且費(fèi)用較低，總體來說，性能價(jià)格比非常高。


圖1——鋼筋砼桿件示意圖。圖2——彈性濾球串示意圖。圖3——河道生態(tài)凈污型正方體框體示意圖。圖4——生態(tài)凈污型六面框體多層組合體示意圖。圖5——生態(tài)凈污型六面框體組合擋壩平面布置圖。圖中的1是鋼筋砼桿件，2是鋼筋，3是彈性濾球，4是聚乙烯細(xì)絲，5是加固桿，6是 彈性濾球串，7是正方體狀空心骨架，8是正方形框體，9是河道生態(tài)凈污型正方體框體，10 是木樁或仿木樁，11是擋壩，12水流方向。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
河道生態(tài)凈污型正方體框體，如圖1所示，預(yù)制長lm、斷面尺寸為0. 1 mXO. lm、砼強(qiáng)度 為C13 C15的鋼筋砼桿件1，每根鋼筋砼桿件1中埋入1根長1. 3 πιΦ 10鋼筋2，且鋼筋 2的兩端均伸出砼桿。如圖2所示，用聚乙烯、聚烯烴塑料等材料制成彈性濾球3，彈性濾球3為球形，濾 球內(nèi)部為放射狀的聚乙烯細(xì)絲4，具有較大的比表面積，容易附著生長大量微生物形成生物 膜，可有效凈化水體。將彈性濾球3串聯(lián)在鉛絲支桿上，形成彈性濾球串6。如圖3所示，將12根鋼筋砼桿件1焊接形成呈正方體狀空心骨架7。在正方體狀 空心骨架7的四個(gè)側(cè)面內(nèi)的各條對角線上均固定連接有加固桿5，正方體狀空心骨架7的上 下表面內(nèi)均設(shè)有正方形框體8和四根支桿，且各根支桿均沿對角線將正方形框體8與正方 體狀空心骨架7固定連接，兩個(gè)正方形框體8的中心與上下表面的中心位于同一軸線上，將 若干個(gè)彈性濾球串6沿鉛直方向聯(lián)接在上、下表面內(nèi)相對的兩根桿上。如圖4、5所示，將若干個(gè)生態(tài)凈污型正方體框體疊放在一起，并通過打樁將木 樁或仿木樁10依次穿過各個(gè)生態(tài)凈污型正方體框體上下表面上的正方形框體8形成組合 體；b、將多個(gè)組合體并列排成兩排固定于河床之上，形成擋壩11，所述擋壩11與水流線呈 110° 120°夾角的方向。擋壩11的壩體長度滿足其在垂直于水流線方向的投影長度與 河寬之比小于0. 3。按水流方向連續(xù)間隔設(shè)置3 5個(gè)擋壩11以形成壩群，壩間距為壩長 的1. 5 2. 5倍，安放順序?yàn)橛上掠蜗蛏嫌巍１景l(fā)明不限于正方體框體結(jié)構(gòu)，其它多面框體(如四面框體、五面框體等)組合的 擋壩技術(shù)也在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明成型后，由于河道生態(tài)凈污型正方體框體組合擋壩對水流的挑流作用，壩 前沖刷輕，產(chǎn)生的回流弱，可減輕水流對岸坡和河床的沖刷，有效起到穩(wěn)住岸坡、保護(hù)河床 的作用，其自身穩(wěn)定、不易翻滾，而且由于透水結(jié)構(gòu)而受水流沖擊力小，不會被水流沖走流失。由于彈性濾球3具有較大的比表面積，容易附著生長大量微生物形成生物膜，水 體流經(jīng)河道生態(tài)凈污型正方體框體組合擋壩時(shí)，污染物可以在彈性濾球3表面生物膜的作用下得到截留凈化，因而對水體具有較好的凈化效果，有利于水環(huán)境質(zhì)量的改善。
由于河道生態(tài)凈污型正方體框體組合擋壩對水流的調(diào)節(jié)作用，使得水流流速在壩 區(qū)減緩，因而水體中的泥沙得以沉降下來淤積于河床。根據(jù)原型觀測資料表明，經(jīng)過一個(gè)汛 期，拋投區(qū)均形成大量的淤積，一個(gè)河道生態(tài)凈污型正方體框體至少可以淤積Im3 2m3沙 以上。而且，由于壩區(qū)產(chǎn)生了大量的淤積，有利于在順直硬質(zhì)的河岸慢慢形成岸灘，可營造 多樣化的河岸棲息環(huán)境，不僅可為微生物、藻類提供附著介質(zhì)，還可以為底棲動物、魚類提 供生長棲息和產(chǎn)卵繁殖的環(huán)境，有利于生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)。
權(quán)利要求
1.一種河道生態(tài)凈污型正方體框體，包括正方體狀空心骨架(7)和若干個(gè)彈性濾球生 物填料串(6)，其特征在于所述正方體狀空心骨架(7)為12根鋼筋砼桿件(1)固定連接而 成，所述正方體狀空心骨架(7)的四個(gè)側(cè)面內(nèi)的各條對角線上均固定連接有加固桿(5)，正 方體狀空心骨架(7)的上下表面內(nèi)均設(shè)有正方形框體(8)和四根支桿，且各根支桿均沿對 角線將正方形框體(8)與正方體狀空心骨架(7)固定連接，兩個(gè)正方形框體(8)的中心與上 下表面的中心位于同一軸線上，所述若干彈性濾球生物填料串(6)均沿鉛直方向連接在上、 下表面內(nèi)相對的兩根支桿上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的河道生態(tài)凈污型正方體框體，其特征在于所述鋼筋砼桿件 (1)中砼桿件長lm，斷面尺寸為0. 1 mXO. lm，砼強(qiáng)度為C13 C15，所述砼桿沿軸線預(yù)先埋 入1根長1. 3 πιΦΙΟ鋼筋(2)，且鋼筋(2)的兩端均伸出砼桿。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的河道生態(tài)凈污型正方體框體，其特征在于所述彈性濾球串 (6)為至少兩個(gè)彈性濾球(3)由鉛絲支桿串聯(lián)而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的河道生態(tài)凈污型正方體框體，其特征在于彈性濾球(3)為由 聚烯烴塑料制成球形的空心骨架內(nèi)填充放射狀的聚乙烯細(xì)絲。
5.一種采用如權(quán)利要求1所述的河道生態(tài)凈污型正方體框體構(gòu)建組合擋壩方法，其特 征在于構(gòu)建步驟如下a、將若干個(gè)生態(tài)凈污型正方體框體疊放在一起，并通過打樁將木樁 或仿木樁(10)依次穿過各個(gè)生態(tài)凈污型正方體框體上下表面上的正方形框體(8)形成組 合體；b、將多個(gè)組合體并列排成兩排固定于河床之上，形成擋壩(11)，所述擋壩(11)的軸 線與水流線呈110° 120°夾角的方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的河道生態(tài)凈污型正方體框體構(gòu)建組合擋壩方法，其特征在于 所述組合體內(nèi)生態(tài)凈污型正方體框體的疊放高度根據(jù)河道深度而定，以河道平水期水面不 高于壩頂(11)為準(zhǔn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的河道生態(tài)凈污型正方體框體構(gòu)建組合擋壩方法，其特征在于 所述擋壩(11)的壩體長度在垂直于水流方向的投影長度與河寬之比小于0.3。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的河道生態(tài)凈污型正方體框體構(gòu)建組合擋壩方法，其特征在于 沿水流方向連續(xù)設(shè)置3 5個(gè)擋壩(11)以形成壩群，相鄰兩個(gè)擋壩(11)的間距為壩長的 1. 5 2. 5倍，安放順序?yàn)橛上掠蜗蛏嫌巍?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種河道生態(tài)凈污型正方體框體及其構(gòu)建組合擋壩的方法，該框體由預(yù)制鋼筋砼桿件和彈性濾球生物填料，拼裝形成，將多個(gè)河道生態(tài)凈污型正方體框體疊放在一起，通過打樁的形式將其固定，使組合體按其軸線與水流線呈110°～120°夾角的方向固定安放于河床之上，壩體長度滿足其在垂直于水流方向的投影長度與穩(wěn)定河寬之比小于0.3。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)可穩(wěn)定岸坡、保護(hù)河床，能降低流速、截留泥沙，對高泥沙含量水體具有較好的治理效果，對水體具有較好的凈化效果、有利于水環(huán)境質(zhì)量的改善，可營造多樣化的河岸棲息環(huán)境、有利于生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)，適用于不同尺度的河道整治，且造價(jià)較低、制作簡單、施工和維護(hù)管理比較方便。
文檔編號C02F3/34GK102070245SQ20101057077
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者侯俊, 吳建成, 王沛芳, 王超, 錢進(jìn) 申請人:河海大學(xué)