一种应用于坡面改平的拼插式生态护坡砌块及施工方法

技术领域

本发明涉及水工预制件技术领域，具体涉及一种应用于坡面改平的拼插式生态护坡砌块及施工方法。

背景技术

近年来，人们生态环保意识日益提高，目前生态环保的护坡砌块广泛应用于公路、河堤等工程中。护坡与植被的共同作用有效的降低了河水对护坡的冲击，一定程度上的减小了水土流失所带来的影响。在此基础上，为进一步提高护坡的生态效益，大量的新型生态护坡砌块开始投入生产实践，现有的新型护坡砌块大多为坡改平式砌块或工字形连锁式砌块。

公告号为CN201125390的中国实用新型专利，公开了“坡改平生态护坡砖”，其通过使砌块底端面与水平面形成一个与所护边坡坡角基本相同的夹角，从而保证顶端面与水平面平行，将斜坡面分解成多个小型阶梯平面，使得所护坡面实现“零土壤流失”，水土保持作用显著，绿化效果持久，但该坡改平砌块仅适用于1:1～1:3坡度的边坡，应用范围较小，在较陡边坡上整体稳定性不足。

公告号为CN201762690U的中国实用新型专利，公开了“连锁式护坡砌块”，利用混凝土预制块间的相互咬合作用，使预制块在护坡斜面方向上达到稳定的连接，具有工程防护标准高、适用范围广、美观实用的优势，但其开孔率较低，生态效益不足。

公告号为CN207512693U的中国实用新型专利，公开了“一种生态护坡砌块及其生态护坡”，砌块表面设有多个植栽孔，绿化程度高，砌块上下表面平行且与坡面平行布置，植栽孔与水平面成一定夹角，孔内土壤易受水流冲刷而流失。

此外，上述所列发明专利均采用传统的装配式施工方式，减少施工过程的物料损耗，环保节能；缩短工期，加快进度。但传统装配式施工存在施工精度方面的问题，可能出现砌块间连接偏差错位，导致整体受力不均，单体集中承载；由于装配式施工在水工建筑物中应用不广泛，预制块设计经验不足，在缺乏数字模拟实验的情况下，在生产过程中会出现大量材料损耗。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于坡面改平的拼插式生态护坡砌块及施工方法，不仅结构简单合理，而且有效提高消能率，为护坡提供消能和保持自身整体稳定的能力。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种应用于坡面改平的拼插式生态护坡砌块，包括护坡砌块主体，所述护坡砌块主体包括高度不等的外侧壁，并沿其外周各侧壁依次设置有滑动燕尾榫和自嵌卯，所述护坡砌块主体的顶部与水平面保持平行，所述护坡砌块主体的底部倾斜设置且与坡面保持平行，所述护坡砌块主体上竖向开设有贯通其顶部与底部的大生态孔，所述护坡砌块主体于相邻的滑动燕尾榫和自嵌卯之间设置有侧棱切割面。

进一步的，所述滑动燕尾榫均呈外凸状固设在护坡砌块主体外侧壁，所述自嵌卯均呈内凹状以配合相邻护坡砌块主体的滑动燕尾榫插接嵌合。

进一步的，所述护坡砌块主体呈类六棱柱状，所述护坡砌块主体相邻边分别设置边滑动燕尾榫与自嵌卯，即护坡砌块主体上的滑动燕尾榫与自嵌卯均设有三组，且滑动燕尾榫与自嵌卯均竖向延伸顶部与护坡砌块主体顶部齐平，底部与护坡砌块主体底部齐平，相邻的护坡砌块主体间均经滑动燕尾榫与自嵌卯拼插成砌块结合体；砌块结合体的稳定性显著优于传统砌块简单铺设相接，能适应更陡峭的坡面，即使部分砌块发生松动或破碎，护坡整体仍能保证正常防护工作；砌块结合体仅限制砌块主体横向移动，竖向移动不受限，即使护坡土壤发生沉降或膨胀，滑动燕尾榫和自嵌卯之间相对滑动，砌块间不会发生挤压形变,同时降低坡面整平要求。

进一步的，所述砌块主体侧面的滑动燕尾榫和自嵌卯之间设有竖向垂直的侧棱切割面，在一组砌块结合体中三个侧棱切割面包围形成正三角形的小生态孔。

进一步的，护坡工程能在合理范围内减少混凝土材料消耗，减少碳排放，并能提高护坡整体开孔率，进一步增大护坡的生态植草率，保证生态效益。

一种应用于坡面改平的拼插式生态护坡砌块的施工方法，按以下步骤进行：

S1：坡面整平,清除边坡地表的植被与腐植质后，对现有边坡分层填入素土并进行打压密实，保持天然斜坡的自然坡度；

S2：勘测地形数据。获取勘察资料后分析整理所得的资料，用所测得的资料作为模型关键点，选取关键点建立出坡岸侧平面，将坡岸侧平面沿其法向进行延伸生成坡体数字模型；

S3：由S2所得坡体数字模型定制砌块，根据不同坡度定制砌块底面倾斜度，并以其为基础确定砌块的长棱与短棱的长度，保证各个砌块间有足够的连接面；砌块数据确定后，生成护坡砌块主体的数字模型；

S4：由S2与S3所得模型，建立出护坡整体数字模型，并模拟砌块的铺设过程，选择最佳护坡砌块主体尺寸；

S5：现场施工，由S4四所得出的方案批量定制生产砌块；通过水泥于坡脚浇筑形成基础，确定施工基准位置后，沿边坡方向由下而上铺设护坡砌块主体，最后大生态孔与小生态孔中种上植被，完成护坡的施工建设。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.砌块中心正六边形的大生态孔提供稳定的“花盆式”植草环境，提高植草存活率。

2.砌块中心大生态孔采用正六边形，最大程度上保证砌块厚度均匀，减少应力集中造成的损害。

3.砌块结合体顶面呈交错阶梯状，水流自坡面向下流动时，于砌块拼接处汇聚，形成紊流消能区，显著降低水流能量。

4.鱼尾形消能槽在遭受波浪冲击时，能够使波浪更充分地掺气，提高消能率，为护坡提供消能和保持自身整体稳定的能力。

5.采用数字化模型进行定制化、预装配施工，模拟施工过程；一是方便对不同倾斜度坡面定制砌块，扩大应用范围；二是使用数字化技术进行施工方案的设计演示、模拟施工过程等，在施工开始前提前发现施工过程中可能出现的问题并设法避免，降低施工风险。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例的构造示意图；

图2为本发明实施例中护坡砌块主体的构造示意图；

图3为本发明实施例中护坡砌块主体的俯视示意图；

图4为本发明实施例中砌块结合体的俯视示意图；

图5为砌块结合体中紊流消能区的立体示意图。

图中：1、护坡砌块主体；2、滑动燕尾榫；3、自嵌卯；4、护坡砌块主体顶部；6、大生态孔；5、护坡砌块主体底部；7、侧棱切割面；8、砌块结合体；9、小生态孔；10、紊流消能区；11、鱼尾形消能槽。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

参照附图1、2、3，一种应用于坡面改平的拼插式生态护坡砌块及数字化施工方法，包括生态护坡砌块主体1和生态护坡砌块结合体8，生态护坡砌块主体1可近似看为一个正六棱柱从侧棱中部斜切所得，该护坡砌块主体的水平截面为正六边形，每个砌块上设有三个滑动燕尾榫2和三个自嵌卯3，相邻布置于正六边形的各条边上，滑动燕尾榫2的每个棱角和自嵌卯3的每个内角均为60°；相邻的护坡砌块之间通过滑动燕尾榫2和自嵌卯3之间的配合实现互锁，两者宽度值、长度值、角度值相适配，可进行拼插处理，安装施工方便，便于砌块间的相互定位；生态护坡砌块主体1以交错阶梯状的形式拼接，形成生态护坡砌块结合体8，进而形成护坡整体。

在本发明实施例中，参照附图2、4，生态护坡砌块主体1的顶部4和底部5之间采用贯通设计并于砌块中央开设正六边形的大生态孔6，大生态孔6为“花盆式”生态孔洞，为生态植草提供类似花盆内部的生长环境，砖中土体保持水平稳定，受水流冲刷影响较小，同时，底部贯通保证植物根系有充足的生长空间，为植物生长提供充足氧气，同时向四周蔓延的根系有更好的固土作用，上述条件有利于在护坡上进行固土植物栽培；三个护坡砌块主体两两拼插，并在三个砌块的交接处的侧棱切割面7包围形成正三角形的小生态孔，孔洞也可用于绿化或为小型生物的提供栖息地。

在本发明实施例中，参照附图5，一组砌块结合体8顶面呈交错阶梯状，相邻砌块的顶面均不在同一平面，为一高两中一低四个不同顶面，结合体整体呈“山谷状”，“谷底汇聚区”即为紊流消能区10；雨季降雨较大时，若雨水汇聚形成水流，向下流动过程中，将自三个较高坡面汇聚至一个较低顶面，三股水流交汇，因流速矢量不同形成紊流，同时在水流空中卷入空气，进一步加强紊动，从而达到消能效果，减少水流对土壤的冲刷侵蚀。自嵌卯3未与滑动燕尾榫2咬合的上半外表面为鱼尾形消能槽11，风浪较大对坡面进行拍击或坡面为堤岸时，河水冲上护坡，流入消能槽，动能转变为势能，当河水动能为零时再转变为动能向下流动，流出鱼尾形消能槽，因鱼尾形消能槽为鱼尾形，河水流出受阻形成紊流，加大该过程的能量损耗，以减缓河水回流带走土壤。当坡面为河岸时，河水在砌块结合体8形成的凹口中形成紊流，消减河流对两岸的冲刷。

在本发明实施例的数字化施工方法：

步骤1，进行坡面整平，清除边坡地表的植被与腐植质后，对现有边坡分层填入素土并进行打压密实，保持天然斜坡的自然坡度。由于砌块结合体不限制纵向移动，对于有一定施工难度的坡面，坡面整平标准可适当降低，整面护坡的坡度可不一致或存在小部分崎岖不平区域，对于未整平区域的铺设砌块可进行定制化处理。

步骤2，勘测地形数据。获取勘察资料后分析整理所得的资料，导入Workbench作为模型关键点，选取关键点建立出坡岸侧平面，将坡岸侧平面沿其法向进行延伸生成坡体数字模型。

步骤3，由步骤2所得坡体数字模型定制砌块，根据不同坡度定制砌块底面，并以其为基础确定砌块的长棱与短棱的长度，保证各个砌块间可以有足够的连接面。砌块数据确定后，于Workbench生成内部中空的六边形（大生态孔），变换工作平面建立点位，通过剪切、连接等操作绘出砌块主体平面，对平面进行拉伸得到六棱柱体，选取坡面侧面点形成剪切面对六棱柱进行剪切，得到砌块主体的数字模型，再于侧棱进行剪切得砌块数字模型。

步骤4，根据步骤2建立的坡体数字模型和步骤3建立的砌块数字模型，进行预装配施工，模拟砌块铺设的全过程，并于过程中进行数值模拟实验，包括模拟计算应力集中点验证材料强度是否符合要求、护坡整体抗滑稳定性是否满足要求、在暴雨等恶劣气候环境下护坡是否稳定、施工或砌块尺寸误差对护坡影响等，及时发现施工过程中的隐藏风险；或根据数值模拟结果改善工程方案，包括在工程安全系数较高时减小砌块壁厚和高度以节约材料成本、材料强度要求不高采用再生混凝土以实现绿色水利等改善措施。

步骤5，现场施工，由步骤四所得出的方案批量定制生产砌块。用水泥于坡脚浇筑形成基础，确定施工基准位置后，铺设下第一层护坡砌块，根据预施工的形式来进行后续各项施工过程，最后在大小生态孔孔中种上植被，完成整个护坡的建设。

在本发明实施例中，生态护坡砌块主体1的长棱与短棱长度可根据所护坡面实际情况进行调整。

在本发明实施例中，生态护坡砌块主体1可以沿滑动燕尾榫2和自嵌卯3的咬合上下移动，使得生态护坡砌块主体1在拼接安装的过程中可以适应不平整地形或护坡土壤发生沉降、膨胀，砌块之间都能够相对滑动抵消竖直位移的影响，砌块间不会发生挤压形变，对地质变化的适应能力强。

在本发明实施例中，正六边形的大生态孔6的尺寸可根据不同坡岸的绿化条件进行适当调整。

在本发明实施例中，一组砌块结合体8包围形成的正三角形的小生态孔9尺寸由侧棱切割面7决定，可根据护坡强度要求适当调整。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的便携式快速支撑救生网装置及其施工方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。