CN104343126A - 一种电渗生态护坡养护系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电渗生态护坡养护系统及工艺，通过在土体中埋设可导电的新型的塑料导水体以及含水率传感器、土壤EC计等装置，实现了生态边坡在干旱条件下给水与雨季时排水的智能化控制，消除了人工养护存在的弊端，节水、节肥、省时省工，提高了边坡的可靠度。另外，针对以往工程中存在的电渗处理耐久性差的问题，使用了新型耐腐蚀材料，提出了补给液的添加方案，维持了电渗的效率。该方法施工工艺简单，可操作性强，便于质量控制，具有一次施工终身受益的特点，经济效益显著，具有一定的推广价值。

Description

一种电渗生态护坡养护系统及工艺

技术领域

本发明涉及一种电渗生态边坡养护系统及工艺，主要适用于富粘土地区公路两侧边坡植被的养护及边坡加固等技术领域。

背景技术

高速公路是我国经济发展的命脉，在建造过程中常遇到各种边坡，如果加固或防护不当，极易引起滑坡，给人民生命财产带来重大威胁。引起滑坡的因素主要有两个：一是地表水和地下水的影响；二是地震等地壳震动的影响。为降低水对边坡的作用，前人提出了多种治理方法，生态护坡作为一种可有效减小降雨对边坡冲刷并且经济环保的防护措施被广泛使用，但在边坡的后期养护过程中仍存在着诸多问题。

在对富粘土地区的边坡进行绿化后，随着时间的增长，秋冬季干旱、夏伏季炎热，土体养分逐渐流失，土壤肥力降低，如何解决边坡呈现的无土、缺水、缺肥的状态及边坡植被面临的干、热威胁，将直接影响到边坡最终的绿化效果和生态效益。常规的养护方法是将混合了多种植物生长必须的营养物质的水溶液通过洒水车淋向草皮表面，但这种方法不仅费工费力，还会造成大量溶液的损失，甚至对边坡形成一定的冲刷，日积月累，危害边坡的稳定性。

在本发明之前，中国专利“一种复合固化剂对土质边坡坡面生态加固的方法”（公开号：CN 103485328 A）公开了一种生态边坡加固方法，它通过将混合了固化剂、泥浆、水以及草种的复合固化剂喷洒于边坡坡面，形成一定厚度的固化层，通过固化层和植被的相互作用，实现土质边坡生态加固。但该方法存在一些问题，例如：复合固化剂在施工过程中，复合固化剂容易在重力作用下流动到边坡底部；所使用的聚氨酯固化剂中的化学成分易对周围环境形成污染；只考虑前期施工，未考虑后期的生态边坡维护问题。专利“一种电渗脉冲除潮防渗监控装置”（公开号：CN 103306314 A）公开了一种地下建筑防潮方法，它通过将脉冲电极埋设在墙体表面，通过施加电压，促进阳离子带动水分子向阴极流动，但该方法未考虑阳离子的补给，可导致后期防潮效果变差。专利“一种化学电渗法联合微型抗滑桩治理滑坡工程的方法”（公开号：CN 102322067 A）公开了一种利用化学电渗法对潜在滑坡带软弱土层的电渗加固方法，虽然施工工艺简单，可操作性强，但存在着耐久性差，金属电极在经过1~3次使用后，会发生锈蚀断裂，使加固方法失效。因此，有必要开发一种既经济耐久，又能长效地维持生态边坡土壤肥力及稳定性的养护装置及工艺。

发明内容

本发明的目的在于克服生态边坡维护过程中存在的土壤肥力下降，人工养护费工费力并对边坡形成冲刷等问题，提出了一种可节水、节肥、省时省工，排水与送水实现自动化控制的生态边坡电渗养护系统及工艺。

一种电渗生态边坡养护系统，由新型导电塑料导水板、新型土工格栅、导电波纹管、粗砂、塑料排水板、混凝土、导水导电通路、控制中心、集水沟、连接构件、含水量传感器、土壤EC计等装置组成。其中导电导水板用作阳极，新型土工格栅和导电波纹管用作阴极。导电导水板横向平铺在边坡表面，其上覆盖0.5~0.7m厚度的粘土；新型土工格栅平铺在粘土表面，其上覆盖0.2~0.3m厚度的含有草种和肥料的客土；导电导水板和新型土工格栅通过连接构件与控制中心相连。导电波纹管安装在边坡顶部的钻孔内，然后将塑料排水板和粗砂分别放入波纹管中，并用混凝土封口，将波纹管通过导水导电通路和控制中心相连。土壤EC计和含水量传感器埋入阳极上部粘土的中间位置，并通过连接构件与控制中心相连。

所述的导电塑料排水板，由导线、导电塑料、导水管及无纺滤布构成，导水管上留有给水孔，只有在管内有水压时，给水孔张开。

所述的新型土工格栅，其横向由导线及导电塑料组成，纵向由导水管组成，管上留有给水孔，当管内存在水压时，给水孔张开。

根据以上电渗生态护坡养护系统的养护工艺其步骤如下：

1）按设计要求在边坡上部钻孔并在孔内安置导电波纹管，然后分别将塑料排水板和粗砂放入波纹管中，在距离口部0.5m处用混凝土封口，并将波纹管通过导水导电通路与控制中心相连。

2）在边坡表面按图（1）所示方式铺设导电排水板，铺设完成后在其表面覆盖0.5~0.7m厚度的粘土，并在覆盖过程中在土层中部布置含水量传感器与土壤EC计。并将导电排水板、含水量传感器、土壤EC计通过连接构件与控制中心相连。

3）在土层上表面铺设新型土工格栅，待铺设完成后在其表面喷洒0.2~0.3m厚度的混有草种与肥料的客土。并将新型土工格栅通过连接构件与控制中心相连。

4）当土壤含水率较低或土壤营养成分匮乏时，通过控制中心经由新型土工格栅向土壤根部补给水分及养分，待补给量达到一定程度后停止补给。

5）当雨季土体含水率较高危害边坡稳定性时，接通电源，使水分由阳极向阴极移动并在土体表面及波纹管附近汇集。汇集到土体表面的水分将沿集水沟排出，而汇集到波纹管周围的水分将经由排水板被抽离开土体。

6）当土体由于离子迁移造成电渗效率降低时，通过导电排水板上的导水管向土体中补给氯化钙溶液，待现场溶液浓度达到15~20%时，停止输送。通过新型土工格栅上面的导水管及导电波纹管内部的排水板向土体中补给硅酸钠溶液，待现场溶液浓度达到30%~40%时，停止输送。

本发明的优点和效果在于：利用电渗的方法对生态边坡进行维护，不仅可以实现节水、节肥、省时省工的目的，还可实现干旱条件下的送水与雨季条件下的排水的智能化控制，提高边坡的可靠度。此外，化学补给液的输送维持了电渗的速率，化学反应过程中形成的沉淀可提高土体强度。该方法施工工艺简单，可操作性强，便于质量控制，经济效益显著，具有一定的推广价值。

附图说明

图1为电渗生态护坡养护系统的结构示意图；

图2为本发明边坡表面阴极A的的结构示意图；

图3为本发明阳极导电导水板的结构示意图；

图4为本发明钻孔内阴极B的结构示意图；

其中（1）为导电排水板并用作阳极，（2）新型土工格栅并用作阴极A，（3）为导电波纹管并用作阴极B，（4）为粗砂，（5）为塑料排水板，（6）为混凝土，（7）为导水导电通路，（8）为控制中心，（9）为集水沟，（10）为连接构件，（11）为含水量传感器，（12）为土壤EC计，（13）为阴极A导线，（14）为阴极A导电塑料，（15）为阴极A导水管，（16）为阴极A给水孔，（17）为阳极无纺滤布，（18）为阳极导线，（19）为阳极导水管，（20）为阳极给水孔，（21）为阴极B无纺滤布，（22）为阴极B导线，（23）为阴极B塑料内支撑。

具体实施方式

以下结合附图详细叙述本发明的具体实施方式。本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述。

一种电渗生态边坡养护系统，包括新型导电塑料导水板（1）、新型土工格栅（2）、导电波纹管（3）、粗砂（4）、塑料排水板（5）、混凝土（6）、导水导电通路（7）、控制中心（8）、集水沟（9）、连接构件（10）、含水量传感器（11）、土壤EC计（12）。其中导电导水板（1）用作阳极，新型土工格栅（2）和导电波纹管（3）用作阴极，导电导水板（1）横向平铺在边坡表面，其上覆盖0.5~0.7m厚度的粘土；新型土工格栅（2）平铺在粘土表面，其上覆盖0.2~0.3m厚度的含有草种和肥料的客土；导电导水板（1）和新型土工格栅（2）通过连接构件（10）与控制中心（8）相连，导电波纹管安装在边坡顶部的钻孔内，然后将塑料排水板（5）和粗砂（4）分别放入波纹管（3）中，并用混凝土（6）封口，将波纹管（6）通过导水导电通路（7）和控制中心（8）相连，土壤EC计（12）和含水量传感器（11）埋入阳极上部粘土的中间位置，并通过连接构件（10）与控制中心（8）相连。

其中导电排水板（1）由导电塑料（14）、无纺滤布（17）、导线（18）及导水管（19）构成，导水管上留有给水孔（20），当管内有水压时，给水孔张开。

新型土工格栅（2）分为横向和纵向。横向由导线（13）和导电塑料（14）组成，纵向由导水管（15）组成，导水管上留有给水孔（16），当管内有水压时，给水孔张开。

导电波纹管（3）由无纺滤布（21）、导线（22）、塑料内支撑（23）组成，导线（22）被导电塑料（14）包裹。

含水量传感器（11）为TR-3100型土壤水分传感器，使用范围为0~100%，可测量以中央探针为中心的直径为3cm、高为7cm的圆柱体。土壤EC计（12）用来测量土体中可溶性盐浓度，并通过给水或补充盐类使土壤EC值处于植物生长适宜范围内。

一种电渗生态边坡养护系统的养护工艺步骤如下：

1）按设计要求在边坡上部钻孔并在孔内安置导电波纹管（3），然后分别将塑料排水板（5）和粗砂（4）放入波纹管（3）中，在距离口部0.5m处用混凝土（6）封口，并将波纹管通过导水导电通路（7）与控制中心（8）相连；

2）在边坡表面铺设导电排水板（1），铺设完成后在其表面覆盖0.5~0.7m厚度的粘土，并在覆盖过程中在土层中部布置含水量传感器（11）与土壤EC计（12）；并将导电排水板（1）、含水量传感器（11）、土壤EC计通过连接构件（10）与控制中心（8）相连；

3）在土层上表面铺设新型土工格栅（2），待铺设完成后在其表面喷洒0.2~0.3m厚度的混有草种与肥料的客土，并将新型土工格栅（2）通过连接构件（10）与控制中心（8）相连；

4）当土壤含水率较低或土壤营养成分匮乏时，通过控制中心（8）经由新型土工格栅（2）向土壤根部补给水分及养分，待达到满足植物生长所需补给量时停止补给；

5）当雨季土体含水率较高危害边坡稳定性时，接通电源，使水分由阳极向阴极移动并在土体表面及波纹管（3）附近汇集，汇集到土体表面的水分将沿集水沟（9）排出，而汇集到波纹管（3）周围的水分将经由排水板（5）被抽离开土体；

6）当土体由于离子迁移造成电渗效率降低时，通过导电排水板（1）上的导水管（19）向土体中补给氯化钙溶液，待现场溶液浓度达到15~20%时，停止输送，通过新型土工格栅（2）上面的导水管（15）及导电波纹管（3）内部的排水板（5）向土体中补给硅酸钠溶液，待现场溶液浓度达到30%~40%时，停止输送。

其中绿化草种要根据本地区的气候条件和工程实际情况，适时适地地选择。客土可按照下列用量配比：普通粘土（40%-50%）、有机营养土（25—35%）、土壤改良材料（15—25%）、多含量复合肥（0.6~0.8%）、保水剂（0.25%）、团粒剂（0.3‰），微生物菌剂（0.154~0.2‰）。

所采用的直流电场，电压一般控制在30V左右，电流控制在100A左右。电力可由风能、太阳能或直流电源提供。

Claims (4)

1.一种电渗生态边坡养护系统，包括新型导电塑料导水板（1）、新型土工格栅（2）、导电波纹管（3）、粗砂（4）、塑料排水板（5）、混凝土（6）、导水导电通路（7）、控制中心（8）、集水沟（9）、连接构件（10）、含水量传感器（11）、土壤EC计（12），其特征在于：其中导电导水板（1）用作阳极，新型土工格栅（2）和导电波纹管（3）用作阴极，导电导水板（1）横向平铺在边坡表面，其上覆盖0.5~0.7m厚度的粘土；新型土工格栅（2）平铺在粘土表面，其上覆盖0.2~0.3m厚度的含有草种和肥料的客土；导电导水板（1）和新型土工格栅（2）通过连接构件（10）与控制中心（8）相连，导电波纹管安装在边坡顶部的钻孔内，然后将塑料排水板（5）和粗砂（4）分别放入波纹管（3）中，并用混凝土（6）封口，将波纹管（6）通过导水导电通路（7）和控制中心（8）相连，土壤EC计（12）和含水量传感器（11）埋入阳极上部粘土的中间位置，并通过连接构件（10）与控制中心（8）相连。

2.根据权利要求1所述的电渗生态边坡养护系统，其特征在于：所述的导电塑料排水板（1）由导线（18）、导电塑料（14）、导水管（19）及无纺滤布（17）构成，导水管上留有给水孔（20），只有在管内有水压时，给水孔（20）张开。

3.根据权利要求1所述的电渗生态边坡养护系统，其特征在于：所述的新型土工格栅（2）其横向由导线（13）及导电塑料（14）组成，纵向由导水管（15）组成，管上留有给水孔（16），当管内存在水压时，给水孔张开。

4.一种使用如权利要求1所述的电渗生态边坡养护系统的养护工艺，其特征在于它的步骤如下：

1）按设计要求在边坡上部钻孔并在孔内安置导电波纹管（3），然后分别将塑料排水板（5）和粗砂（4）放入波纹管（3）中，在距离口部0.5m处用混凝土（6）封口，并将波纹管通过导水导电通路（7）与控制中心（8）相连；

2）在边坡表面铺设导电排水板（1），铺设完成后在其表面覆盖0.5~0.7m厚度的粘土，并在覆盖过程中在土层中部布置含水量传感器（11）与土壤EC计（12）；并将导电排水板（1）、含水量传感器（11）、土壤EC计通过连接构件（10）与控制中心（8）相连；

3）在土层上表面铺设新型土工格栅（2），待铺设完成后在其表面喷洒0.2~0.3m厚度的混有草种与肥料的客土，并将新型土工格栅（2）通过连接构件（10）与控制中心（8）相连；

4）当土壤含水率较低或土壤营养成分匮乏时，通过控制中心（8）经由新型土工格栅（2）向土壤根部补给水分及养分，待达到满足植物生长所需补给量时停止补给；

5）当雨季土体含水率较高危害边坡稳定性时，接通电源，使水分由阳极向阴极移动并在土体表面及波纹管（3）附近汇集，汇集到土体表面的水分将沿集水沟（9）排出，而汇集到波纹管（3）周围的水分将经由排水板（5）被抽离开土体；

6）当土体由于离子迁移造成电渗效率降低时，通过导电排水板（1）上的导水管（19）向土体中补给氯化钙溶液，待现场溶液浓度达到15~20%时，停止输送，通过新型土工格栅（2）上面的导水管（15）及导电波纹管（3）内部的排水板（5）向土体中补给硅酸钠溶液，待现场溶液浓度达到30%~40%时，停止输送。