【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种泥石流防治工程构筑体，特别是涉及一种在山洪泥石流沟道使用的生态型拦排结构及其设计施工方法，属于山地灾害防治技术、生态型构筑体。
技术介绍
1、泥石流防治措施可以简单概括为“稳、拦、排”。其中，“拦”是指在沟道的中游段修建拦砂坝，用以拦截泥沙与漂木等，削减泥石流的规模；“排”是指在沟道的下游段修建排导槽类结构，将泥石流排导至规划地点，保护下游目标对象。由于泥石流具有高的冲击能量，工程措施既不可能“仅拦不排”，也不可能“不拦仅排”，因而将拦截与排导功能整合在工程结构中，能够实现较好的防治效果。现今具体的泥石流防治措施工程主要包括岩土工程措施与生态工程措施两大类型，且已显示出各自的技术优势。这就意味着，岩土工程结构与生态工程结构相结合的拦排整合型工程方案，能够提升工程措施综合性能，是山地环境防灾减灾与环境绿色治理方案的合理选择。
2、现有岩土生态结合型泥石流防治工程构筑体一般有两种形式：一种主要是单体构筑物，一般采用现浇混凝土或浆砌石结构的岩土措施为主体，兼施生态措施。单体构筑物设计受地形因素较小，推广适应性高，但两类措施有机结合程度有限。另一种主要是组合系统，一般将一定范围内沟道及岸坡的上下游环境因素综合规划，占地较广。组合系统中两类措施有机结合程度较高，但规划设计需考虑更多地形因素，推广适应性有限。整体上，现有两种形式都涉及较多现浇混凝土结构施工，技术缺陷集中在：首先，施工周期较长、成本高，增加在偏远落后山区建设的难度；其次，工程建设对环境扰动大，对风景区、生态脆弱区以及生态保护区等地区的不利影响更为
3、现有技术cn 2017113560804公开一种利于生态治理的泥石流拦挡结构。拦挡结构的坝体包括格宾钢丝笼、回填土、生态袋及碎石袋；防渗土工布自护坦底部开始铺设，经坝体底部，并沿坝体的格宾钢丝笼与回填土接触面铺设至坝顶；碎石袋沿回填土斜面自坝底向上堆叠至坝顶；生态袋位于碎石袋外侧，紧挨碎石袋自坝底向上堆叠至坝顶，生态袋之间采用排水连接扣锁紧，坝底素混凝土垫层在与生态袋接触位置预埋排水连接扣；回填土内铺设土工格栅，土工格栅伸出长度用于包裹生态袋及碎石袋，土工格栅搭接部分采用u型钉固定；坝顶素混凝土保护层现浇于坝体顶部。该结构体仅具体有拦挡功能，由格宾钢丝笼构成的坝体迎流面背后有大体积回填土，使整体结构体不能发挥对泥石流的排导作用。由于设计仅拦不排，因而迎流面直接承受泥石流冲击能量，格宾钢丝笼易冲毁破坏，致使整个结构体趋向解体。同时，大规模回填土施工需要大量机械设备夯实土层、甚至局部硬化，工程量大，不利于工程快速响应。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是针对现有技术的不足，提供一种装配式泥石流生态透水拦排结构技术方案。
2、为实现上述目的，本专利技术首先提供装配式泥石流生态透水拦排结构，其技术方案如下。
3、一种装配式泥石流生态透水拦排结构，其特征在于：中部为矩形体坝身，坝身上游面紧贴上坝坡、下游面紧贴下坝坡，坝身、上坝坡、下坝坡三者等高；坝身包括砼立桩与预制装配件，装配坝身的预制装配件包括短柱箱、顶板，所述砼立桩以桩阵形式埋入地基，构成坝身轮廓并固定拦挡结构整体，桩阵内分层装配短柱箱；每层短柱箱无缝铺满砼立桩桩阵内空间，顶板覆盖顶层短柱箱与砼立桩顶面，所述顶板是不透水混凝土浇筑板，表面做抗磨蚀处理；上坝坡是由预制装配件以砖砌体结构装配成的台阶体，装配上坝坡的预制装配件包括宾格沙土袋笼、宾格石笼、种植箱；台阶体主体由宾格石笼构成，台阶面由种植箱构成护坡，台阶背面由宾格沙土袋笼砌墙并与坝身连接，宾格沙土袋笼墙与坝身接触面覆盖土工布；下坝坡是由预制装配件以砖砌体结构装配成的台阶体，装配下坝坡的预制装配件包括宾格石笼、种植箱、宾格土石笼、蓄水池；台阶体主体由宾格石笼与宾格土石笼构成，台阶面由种植箱构成护坡；蓄水池埋置在下坝坡之下的沟床内，接下坝坡下渗水；所述短柱箱是填装砾石的透水混凝土箱，宾格沙土袋笼是宾格网笼内装沙土袋，宾格石笼是宾格网笼内装碎石，宾格土石笼是宾格网笼内装土与碎石混合物。
4、上述装配式泥石流生态透水拦排结构，整体结构沿沟道方向按照主要功能变化依次是上坝坡、坝身、下坝坡三部分。上坝坡主要功能在于抗冲、消能、绿化，抗冲功能是利用坝坡坡度与台阶体结构消解泥石流正向冲击，降低冲击能量。消能功能一方面在于台阶体使泥水逐层下降消耗能量；另一方面，也是更重要的，在于上坝坡后部宾格沙土袋笼砌墙。在受泥水冲击下，沙土变形较碎石、砾石等更大，因而整面宾格沙土袋笼砌墙类似于柔性层，能够发挥明显弹性消能作用。绿化功能由构成护坝的大面积种植箱实现。坝身主要功能一是为整体结构提供支撑、稳固结构，二是过滤泥水。通过设计砼立柱规格及埋深，能够优化结构整体稳定性，通过改变坝身中不同区域短柱箱的容重及填装砾石的粒径等，能够调节坝身整体过滤性能。下坝坡主要功能一是利用台阶体结构调节跃坝水流方向并消能，避免产生坝后冲刷；二是回收部分水资源再利用；三是绿化环境。
5、上述装配式泥石流生态透水拦排结构的优化可以包括如下方案。
6、优化一、坝身结构。砼立桩与短柱箱都为多棱直桩/柱结构，侧面分为有定位结构的定位面与没有定位结构的光滑面；坝身的外侧面由砼立桩与短柱箱的光滑面连接构成，坝身内部由短柱箱通过定位结构相互连接并延展构成铺设层，铺设层与砼立桩的定位面相互连接固定。
7、优化二、水石分离过滤结构。在坝身内，短柱箱填充砾石分布。构成与上坝坡和顶板连接面的短柱箱内砾石粒径最大(即一个倒l型90°连续面)；在其余区域，沿沟道方向的短柱箱内砾石粒径逐渐减小。倒l型90°连续面设计能够快速增加泥石流的水石分离效果，降低危害，并快速排水。同时坝身内部构成梯度过渡层。该优化结构除增强过滤效能、充分实现泥石流资源化外，还能部分避免泥石流漫顶。
8、优化三、快速排导结构。在下坝坡中，宾格石笼构成台阶体背面与底面(即一个l型90°连续面)，台阶体背面与坝身连接，台阶体底面与蓄水池顶部连接。利用宾格石笼构成的l型连续面类似一个l形渗流通道，可以快速排出过滤后的泥石流水，并连通下坝坡底部的回收利用水路通道。
9、本专利技术同时提供上述装配式泥石流生态透水拦排结构的设计施工方法，其技术方案如下。
10、上述装配式泥石流生态透水拦排结构的设计施工方法，包括：步骤s100、沟道现场调查获取基础数据资料，步骤s200、根据基础数据资料设计拦挡结构；步骤s300、加工预制件，所述预制件包括预制装配件与预制施工件；步骤s400，在沟道施工场内现场整体装配；其特征在于：所述步骤s400依如下步骤：
11、步骤s410、现场整理，平整地基；
12、步骤s420、装配坝身
13、浇筑砼立桩阵；其次，在砼立桩阵内由下向上分层装配短柱箱，顶层上部加盖顶板；
14、步骤s430、装配上坝坡与下坝坡
15、上坝坡施工，首先本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.装配式泥石流生态透水拦排结构，其特征在于：中部为矩形体坝身(1)，坝身(1)上游面紧贴上坝坡(2)、下游面紧贴下坝坡(3)，坝身(1)、上坝坡(2)、下坝坡(3)三者等高；
2.根据权利要求1所述装配式泥石流生态透水拦排结构，其特征在于：构成与上坝坡(2)和顶板(42)连接面的短柱箱(41)内砾石粒径最大，在其余区域，沿沟道方向的短柱箱(41)内砾石粒径逐渐减小。
3.根据权利要求2所述装配式泥石流生态透水拦排结构，其特征在于：所述砼立桩(11)是连接面有定位结构的多棱直桩，所述短柱箱(41)是连接面有定位结构的多棱直柱箱，有定位结构的连接面为定位面，反之为光滑面；所述定位结构是相互契合的凸棱与凹槽，有凸棱的连接面为凸棱面，有凹槽的连接面为凹槽面；
4.根据权利要求3所述装配式泥石流生态透水拦排结构，其特征在于：所述种植箱(45)的箱体包括上层箱体(451)与下层箱体(452)，两层箱体间连接面有定位结构；上层箱体(451)是透水混凝土浇筑，底面开孔，内衬土工布(52)并填栽培基质，栽种植株；下层箱体(452)是混凝土浇筑，箱壁开排水孔(5
5.根据权利要求4所述装配式泥石流生态透水拦排结构，其特征在于：在下坝坡(3)，宾格石笼(44)构成台阶体背面与底面，台阶体背面与坝身(1)连接，台阶体底面与蓄水池(47)顶部连接。
6.根据权利要求5所述装配式泥石流生态透水拦排结构，其特征在于：所述蓄水池(47)池体(471)是混凝土浇筑，箱口覆盖土工布(52)，土工布(52)上覆透水混凝土浇筑的盖(472)，池壁开排水孔(51)。
7.权利要求5所述装配式泥石流生态透水拦排结构的设计施工方法，包括：
8.根据权利要求6所述装配式泥石流生态透水拦排结构设计施工方法，其特征在于：所述步骤S200包括，
9.根据权利要求8所述装配式泥石流生态透水拦排结构设计施工方法，其特征在于：所述步骤S200还包括，步骤S240、设计所述砼立桩(11)宽度b11，b11是砼立桩(11)桩林中，各砼立桩(11)在沟道方向上的长度，包括：四棱桩横剖面梯形高度、三棱桩Ⅱ光滑面宽度、三棱桩Ⅰ光滑面1/2宽度，以及短柱箱(41)平铺且与四棱桩插接后，与b11在同轴方向上的长度b41；b11满足式2且≥1.4，
10.根据权利要求8所述装配式泥石流生态透水拦排结构设计施工方法，其特征在于：所述步骤S200还包括，步骤S250、依式3设计下坝坡(3)坡度θ3、下坝坡(3)在沟道方向上的最小长度L3，L3满足式4且≥15，
...【技术特征摘要】
1.装配式泥石流生态透水拦排结构，其特征在于：中部为矩形体坝身(1)，坝身(1)上游面紧贴上坝坡(2)、下游面紧贴下坝坡(3)，坝身(1)、上坝坡(2)、下坝坡(3)三者等高；
2.根据权利要求1所述装配式泥石流生态透水拦排结构，其特征在于：构成与上坝坡(2)和顶板(42)连接面的短柱箱(41)内砾石粒径最大，在其余区域，沿沟道方向的短柱箱(41)内砾石粒径逐渐减小。
3.根据权利要求2所述装配式泥石流生态透水拦排结构，其特征在于：所述砼立桩(11)是连接面有定位结构的多棱直桩，所述短柱箱(41)是连接面有定位结构的多棱直柱箱，有定位结构的连接面为定位面，反之为光滑面；所述定位结构是相互契合的凸棱与凹槽，有凸棱的连接面为凸棱面，有凹槽的连接面为凹槽面；
4.根据权利要求3所述装配式泥石流生态透水拦排结构，其特征在于：所述种植箱(45)的箱体包括上层箱体(451)与下层箱体(452)，两层箱体间连接面有定位结构；上层箱体(451)是透水混凝土浇筑，底面开孔，内衬土工布(52)并填栽培基质，栽种植株；下层箱体(452)是混凝土浇筑，箱壁开排水孔(51)；吸水棒(453)自上层箱体(451)底面开孔插入下层箱体(452)。
5.根据权利要求4所述装配式泥石流生态透水拦排结构，其特征在于：在下坝...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴帆，陈晓清，陈剑刚，赵万玉，
申请(专利权)人：中国科学院，水利部成都山地灾害与环境研究所，
类型：发明
国别省市：
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