[发明专利]一种生态过水堰及其构筑方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种生态过水堰及其构筑方法。属于近自然水资源工程技术领域。 

背景技术：

在传统上，水资源利用主要关注的是农业灌溉、工业和生活用水、发电和航运等资源功能，水资源的价值仅仅体现为人类能够利用的资源价值。在历史上，人类建造了各种水利工程，这些工程一方面对社会经济的发展做出了巨大贡献，但于此同时，也对水生态和水环境系统造成了不同程度的干扰。由于水利工程在不同程度上阻断了生物与环境之间的有机联系，改变了自然水生态系统的生境，从而导致生物群落多样性下降，并对水体的自净能力造成一定影响。随着人们对水利工程弊端认识的增加，在水利工程建设时，生态设计、生态保护等理念逐渐被融入进来，从而产生了“近自然水资源工程”，这类工程既具备特定的水利功能，可以满足经济社会发展的需求，同时也兼顾水生态系统健康和可持续性的需求，可实现水利功能与生态系统功能的统一，达到人与自然的和谐共处。 

在水利工程建设中，过水堰是指为拦蓄水体，抬高上游水位，满足农田灌溉、控制河道冲刷等需求而建造的临时性或永久性水利设施。在人工湿地、水体生态系统修复等工程的建设中，为了布水均匀，提高水生态系统的水质净化功能，也多处应用到了过水堰。在库塘中，过水堰是浅滩水域水位控制的主要工程措施，通过过水堰的建设，可拦蓄水体，增加水流在浅滩区的停留时间，净化库塘水体，改善水质；在渠道中，过水堰则主要应用为明渠的溢流堰或配水堰。目前，通常采用的过水堰结构形式有土石堰、钢筋混凝土过水堰、钢板 桩堰和软质橡胶防水材料过水堰等。针对各种过水堰，前人进行了大量的研究，有以化纤编织布和土料为材料的土石堰(CN 1209488，CN 101614017，CN20124582)，有以钢板和钢管为材料的钢板桩堰(CN 1837512，CN 101368389)，有以软质橡胶防水材料制成的过水堰(CN 101205711)。但是这些过水堰的建造都是基于传统的水利工程设计思路，没有考虑生态保护、生态治理的因素，不符合近自然水资源工程设计理念。为解决这一问题，前人将过水堰与水生植物相结合，提出了水生植物床堰(CN 1776109，CN 2837378)，由于种植了水生植物，这种过水堰在挡水的同时，可达到净化水质的目的。但这种堰过水能力相对较低，抗冲性差，运行维护成本高。 

发明内容：

本发明克服了现有过水堰的不足，将水利工程和生态保护融合在一起，建造生态过水堰。具体地说，就是利用钢筋混凝土构建不透水或透水过水堰心墙，心墙基础植入地下，满足生态过水堰的稳定性要求。在地面上过水堰心墙两侧堆积抛石，抛石罩上铅丝笼或沿过水堰底边的两条边线连续楔入木桩，满足过水堰抛石的稳定条件。 

本发明利用钢筋混凝土构筑生态过水堰心墙及其基础，具体包括以下两个方面，第一，不透水心墙的混凝土强度等级C20以上，抗渗等级P6以上，抗冻等级F150以上；透水心墙的混凝土强度等级C10～C20，抗冻等级F100以上，透水心墙中含粒状骨料，骨料粒径为2.5mm～10mm，骨料占混凝土总质量的60％以上。心墙横断面的边坡可为直线形，折线形或弧形。 

本发明中心墙基础植入地下，根据不透水或透水心墙两侧的水压平衡计算，视具体情况，确定心墙基底宽度和横断面边坡，以及心墙基础植入深度。在心墙基础与地基之间设置垫层，以防止地基的扰动。垫层均采用强度等级不低于 C15的素混凝土构筑，厚度视具体情况而定，一般在100mm以上。 

本发明构筑的生态过水堰心墙间隔一定距离需设置一个变形缝，以防止不均匀沉降等因素造成的破坏，缝距视具体情况而定。 

本发明中的生态过水堰心墙建设可通过开挖土方、浇注混凝土、回填土方的方式施工，心墙基础填筑前必须将基底的表土清除干净，并将清理后的地基表面土层压实，基础浇注完后，回填土方，并将回填土压实。如河床底部岩石风化层较厚，无法全部清除，也可通过向河床钻孔、注浆等方式完成。 

本发明提供的地面上过水堰心墙两侧堆积的抛石可为花岗岩、石灰岩等质地致密、坚硬、耐久性能好、易于选材的块石。过水堰抛石的稳定方法为铅丝笼和沿过水堰底边的两条边线连续楔入木桩等方法中的一种或两种，以保证抛石结构的稳定性，方法选择的理论基础是块石材料的大小和水力学稳定计算。堆积抛石后生态过水堰的边坡比应大于1∶2，以增加水流域抛石的接触面积，提高跌水曝气效果。