宋文杰,劉 珊,鄧仁貴,何香建
(湖南省水利水電科學(xué)研究院,湖南 長沙 410007)
傳統(tǒng)的農(nóng)村小微水體治理工程,重點(diǎn)考慮保持岸坡穩(wěn)定、防止水土流失等目標(biāo),大量采用漿砌石、混凝土等傳統(tǒng)駁岸技術(shù),在一定程度上破壞了小微水體原有的景觀和生態(tài)環(huán)境,且該類駁岸措施的施工進(jìn)度和工程質(zhì)量也難以保障。因此,在農(nóng)村小微水體治理工程中,突破傳統(tǒng)駁岸技術(shù)的范圍局限,開發(fā)并應(yīng)用可進(jìn)行植生作業(yè),具有水質(zhì)凈化、恢復(fù)和保護(hù)環(huán)境、改善生態(tài)條件,具有防護(hù)功能、施工效率高的裝配式生態(tài)駁岸實(shí)用技術(shù)是非常必要的。目前,國內(nèi)對裝配式生態(tài)駁岸實(shí)用技術(shù)的研究和應(yīng)用還處于起步階段。20世紀(jì)90年代末開始,吉林省的一些企業(yè)引進(jìn)日本技術(shù),董建偉、曹載宏等[1-6]立足于我國北方氣候及環(huán)境條件,開展了一系列的技術(shù)研究工作,內(nèi)容涉及植物營養(yǎng)供給、堿性水環(huán)境改造、混凝土結(jié)構(gòu)改良、植生混凝土的生態(tài)環(huán)境功能等多方面。但是在將裝配式生態(tài)構(gòu)件技術(shù)在中國進(jìn)行推廣時(shí),由于價(jià)格太高,效果不理想。此后,東南大學(xué)和江蘇大學(xué)等高校和機(jī)構(gòu)對裝配式生態(tài)構(gòu)件進(jìn)行了深入而廣泛的研究并進(jìn)行了實(shí)地應(yīng)用,取得了良好的生態(tài)效果。
在湖南省水利科技項(xiàng)目“裝配式生態(tài)駁岸技術(shù)在農(nóng)村小微水體治理中的應(yīng)用”的支持下,湖南省水利水電科學(xué)研究院的技術(shù)團(tuán)隊(duì)針對傳統(tǒng)駁岸技術(shù)存在的問題,研發(fā)了多項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型裝配式生態(tài)駁岸實(shí)用技術(shù)。本文匯總整理了本技術(shù)團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的“一種裝配式四翼生態(tài)護(hù)坡筒及生態(tài)護(hù)坡”等3項(xiàng)典型裝配式生態(tài)駁岸技術(shù)的研究成果,以期為農(nóng)村小微水體綜合整治工程提供關(guān)鍵的實(shí)用技術(shù)。
裝配式四翼生態(tài)護(hù)坡筒及生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示,裝配式四翼生態(tài)護(hù)坡筒包括中部筒體和等距連接于中部筒體外表面中央位置的側(cè)翼;側(cè)翼為弧形狀設(shè)置,且側(cè)翼設(shè)置有兩組;兩組側(cè)翼可形成整體結(jié)構(gòu)置于中部筒體內(nèi),并與中部筒體內(nèi)側(cè)壁之間存在摩擦力。該技術(shù)通過對四翼護(hù)坡筒模塊進(jìn)行組成成型的同時(shí),可對拆卸的側(cè)結(jié)構(gòu)與中部結(jié)構(gòu)向配合定位,解決了傳統(tǒng)的四翼生態(tài)護(hù)坡筒損壞成本高以及拆卸后易散落丟失等問題[7]。該技術(shù)已申報(bào)取得了國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局頒布的實(shí)用新型專利證書(專利號:2023201004517)。
圖1 裝配式四翼生態(tài)護(hù)坡筒及生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)示意圖圖中:100、四翼護(hù)坡筒模塊;110、中部筒體;120、側(cè)翼;130、卡塊;140、卡槽;200、連接模塊;210、連接塊;220、套管;230、把控柱;240、防滑套。
在依次對多個(gè)四翼護(hù)坡筒模塊進(jìn)行組裝成型后,再經(jīng)由防滑套對把控柱進(jìn)行結(jié)構(gòu)的把控后,將把控柱的底端依次與連接塊上的套管相套接,并經(jīng)由連接塊對相連一組四翼護(hù)坡筒模塊進(jìn)行連接成型;并通過底端延伸凸起與土壤之間的插接連接,便可完成裝配式四翼生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)的組裝成型,在護(hù)坡筒的孔洞內(nèi)回填種植土,撒播植物種子,進(jìn)行簡單園林養(yǎng)護(hù),至植被長出并覆蓋護(hù)坡表面。
該技術(shù)通過采用卡塊、卡槽之間的卡接連接方式,進(jìn)行側(cè)翼、中部筒體之間的連接,卡接的方式,可便捷的進(jìn)行損壞結(jié)構(gòu)的拆卸更換,有助于節(jié)約成本,且拆卸后的側(cè)翼可統(tǒng)一置于中部筒體內(nèi),以形成較小整體結(jié)構(gòu),用于運(yùn)輸放置;同時(shí),進(jìn)行相連中部筒體連接的連接塊,可在套管、把控柱的配合使用下,便捷的對拆裝所需的力進(jìn)行施加,易于使用。
裝配式新型生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示,裝配式新型生態(tài)護(hù)坡包括多個(gè)堆疊設(shè)置的護(hù)坡砌塊,相鄰護(hù)坡砌塊之間安裝有加固機(jī)構(gòu);加固機(jī)構(gòu)包括對稱構(gòu)造在護(hù)坡砌塊頂部的兩個(gè)T形槽,護(hù)坡砌塊的底部一體成型有和T形槽對應(yīng)的T形塊,且T形塊滑動(dòng)插接在對應(yīng)的T形槽內(nèi),護(hù)坡砌塊的頂部均勻開設(shè)有多個(gè)固定孔,且對應(yīng)的固定孔之間螺接有固定螺栓,最下側(cè)護(hù)坡砌塊的底部支撐有支撐砌塊,且支撐砌塊的頂部均勻開設(shè)有多個(gè)和固定孔對應(yīng)的加固孔,且固定螺栓的尾部螺接在對應(yīng)的加固孔內(nèi)[8]。該技術(shù)已申報(bào)取得了國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局頒布的實(shí)用新型專利證書(專利號:2022229001854)。
圖2 裝配式新型生態(tài)護(hù)坡結(jié)構(gòu)示意圖圖中:1、護(hù)坡砌塊;2、加固機(jī)構(gòu);3、T形塊;4、T形槽;5、固定孔;6、固定螺栓;7、支撐砌塊;8、加固孔;9、加固板;10、連接孔;11、種植槽
通過螺釘在護(hù)坡砌塊對稱的兩側(cè)壁安裝加固板,加固板和護(hù)坡砌塊之間并排開設(shè)有多個(gè)連通的連接孔,插入連接桿后可以用于固定對齊同水平方向的其他護(hù)坡砌塊;護(hù)坡砌塊的頂部均勻開設(shè)有多個(gè)固定孔,且對應(yīng)的固定孔之間采用固定螺栓螺接;護(hù)坡砌塊的頂部設(shè)有用于種植草皮的種植槽,可以在種植槽內(nèi)鋪設(shè)種植草皮,且固定孔位于種植槽內(nèi),草皮正好可以遮掩固定孔和固定螺栓;底部護(hù)坡砌塊的底面支撐有支撐砌塊,且支撐砌塊的頂部均勻開設(shè)有多個(gè)和固定孔對應(yīng)的加固孔,固定螺栓的尾部螺接在對應(yīng)的加固孔內(nèi),可增加底部護(hù)坡砌塊的穩(wěn)定性。
該技術(shù)通過將上部的護(hù)坡砌塊通過T形塊插入T形槽內(nèi)并推到底,然后在對應(yīng)的固定孔內(nèi)螺接固定螺栓即可完成安裝,安裝方便、施工效率高;多個(gè)固定螺栓可以避免相鄰的護(hù)坡砌塊在橫向上發(fā)生相對移動(dòng),而T形塊和對應(yīng)的T形槽又可以避免相鄰的護(hù)坡砌塊在縱向上發(fā)生相對移動(dòng),駁岸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性更高。
河道生態(tài)治理用護(hù)坡結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示,在河道邊坡的坡面上嵌入設(shè)置安裝槽,安裝槽內(nèi)豎直滑動(dòng)安裝綠植種植箱,綠植種植箱的底部與安裝槽的下端連接有第一彈簧,在綠植種植箱內(nèi)含有充足水分的時(shí)候,綠植種植箱位置固定,在天氣炎熱,水分蒸發(fā)而導(dǎo)致綠植種植箱的重量急劇減小時(shí),在第一彈簧的彈力作用下,使得綠植種植箱上升,綠植種植箱上升時(shí),在反向推動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用下,使得空氣增壓推板向下滑動(dòng)并壓縮柱槽上端與空氣增壓推板之間的空氣,使得壓強(qiáng)增大,將柱槽底部的水通過加水管壓入到水管內(nèi),再通過噴孔噴出到綠植種植箱內(nèi),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)為綠植種植箱內(nèi)的綠植提供水分。
圖3 河道生態(tài)治理用護(hù)坡結(jié)構(gòu)示意圖圖中:1、斜坡;10、安裝槽;11、柱槽;12、滑軌;13、連通槽;131、轉(zhuǎn)桿;132、傳動(dòng)齒輪;133、傳動(dòng)齒條;134、清掃刷;2、綠植種植箱;20、滑塊;3、彈簧;4、空氣增壓推板;41、泄壓孔;5、水管;51、加水管;512、第一管道;511、第二管道;510、安裝架;6、反向推動(dòng)機(jī)構(gòu);61、第一齒條;62、第二齒條;63、第一軸;64、第二軸;65、第三軸;66、第一齒輪;67、第二齒輪;68、第三齒輪;69、大齒輪;7、種植箱限位機(jī)構(gòu);70、固定桿;71、連接塊、72、第二彈簧;73、連接槽;8、水滲透繩子;9、濾網(wǎng)
通過水滲透繩子吸收柱槽內(nèi)的水分,為綠植種植箱內(nèi)的綠植生長提供部分的水分,在綠植種植箱內(nèi)含有充足水分的時(shí)候,在綠植種植箱的重力以及與連接塊之間的摩擦力作用下,足以克服第一彈簧的彈力,保持綠植種植箱的靜止,第一彈簧處于壓縮狀態(tài),在天氣炎熱,水分蒸發(fā)而導(dǎo)致綠植種植箱的重力逐漸減少到一定數(shù)值時(shí),連接塊和連接槽之間的靜止摩擦力轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力,使得綠植種植箱緩慢的向上滑動(dòng),使得連接塊逐漸向連接槽的下端移動(dòng),當(dāng)連接塊和連接槽完全脫離時(shí),綠植種植箱失去了與連接塊之間的摩擦力限制,在第一彈簧的彈力作用下,快速的向上滑動(dòng)一小段距離,而在綠植種植箱快速向上滑動(dòng)時(shí),帶動(dòng)第一齒條快速向上滑動(dòng),第一齒條向上移動(dòng)時(shí)帶動(dòng)第一齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),第一齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)第二齒輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),第二齒輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)第三齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),第三齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)大齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),大齒輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)第二齒條向下移動(dòng),又因?yàn)榈谝积X輪的直徑大于第二齒輪的直徑,第二齒輪的直徑大于第三齒輪的直徑,起到了兩級增速的作用,而在第三齒輪上固定大齒輪,通過大齒輪帶動(dòng)第二齒條滑動(dòng),起到的效果是,綠植種植箱向上滑動(dòng)時(shí),在第一齒輪、第二齒輪的帶動(dòng)下,使得第三齒輪快速轉(zhuǎn)動(dòng),從而使得大齒輪快速的轉(zhuǎn)動(dòng),使第二齒條快速的向下滑動(dòng),帶動(dòng)空氣增壓推板在短時(shí)間內(nèi)快速的向下滑動(dòng)較大的距離并擠壓柱槽上端的空氣,將柱槽底部的水通過加水管擠入水管內(nèi)并通過噴孔噴出,起到自動(dòng)加水的作用,且本發(fā)明通過在連通槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置轉(zhuǎn)桿,在轉(zhuǎn)桿上固定傳動(dòng)齒輪,在空氣增壓推板的底部固定傳動(dòng)齒條,通過傳動(dòng)齒條與傳動(dòng)齒輪嚙合連接,在轉(zhuǎn)桿的頭部固定清掃刷,使得空氣增壓推板在柱槽內(nèi)滑動(dòng)時(shí),帶動(dòng)傳動(dòng)齒條滑動(dòng),傳動(dòng)齒條滑動(dòng)時(shí)帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng),傳動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)傳動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng),傳動(dòng)桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)清掃刷在濾網(wǎng)的表面轉(zhuǎn)動(dòng),對濾網(wǎng)的表面進(jìn)行清掃,防止雜物集聚在濾網(wǎng)的表面,起到自動(dòng)清潔、防止堵塞的作用。
該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)為綠植種植箱內(nèi)的綠植提供水分的功能;通過補(bǔ)水管道將河道水體引入種植箱并進(jìn)行儲(chǔ)存,可為植物生長提供了穩(wěn)定而連續(xù)的水源供應(yīng);通過過濾裝置可去除河道水體中的雜質(zhì)和有害物質(zhì),保證了供給綠植的水源質(zhì)量,減少了有害物質(zhì)對植物生長的影響;該技術(shù)可大幅度降低河道邊坡植被養(yǎng)護(hù)的人工成本和用水成本。
文章提出了3項(xiàng)典型的裝配式生態(tài)駁岸實(shí)用技術(shù),可為農(nóng)村小微水體綜合整治工程提供參考和借鑒。但還有很多技術(shù)問題尚待研究和解決,例如如何研發(fā)一系列滿足工程實(shí)際需求的裝配式生態(tài)駁岸技術(shù)、如何規(guī)范裝配式生態(tài)駁岸技術(shù)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、如何降低裝配式生態(tài)駁岸技術(shù)的生產(chǎn)成本和施工成本、如何形成系統(tǒng)的施工工藝、如何準(zhǔn)確地評價(jià)裝配式生態(tài)駁岸的生態(tài)效果等等。這些問題都需要科研、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工等單位共同合作,只有這樣才能使裝配式生態(tài)駁岸技術(shù)得到大力推廣及工程上的廣泛應(yīng)用。