CN106284278A - 一种用于土体开裂的生态修复技术及评价方法 - Google Patents

一种用于土体开裂的生态修复技术及评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于土体开裂的生态修复技术及评价方法，具体包括：步骤1土体的裂缝清理；步骤2混合材料配制：按体积百分比计：将3‑10％高分子固化剂和90‑97％水均匀混和配成固化剂稀释液；步骤3灌入混合材料：将步骤2形成的混合材料灌入土体的地裂缝或地表开裂处并压实混合材料；步骤4土体养护：灌入混合材料后对土体周围进行防护，防止水渗漏和超载，晴天养护48‑120h，形成生态修复后的固化层；步骤5评估维护：对步骤4生态修复后的固化层的土体开裂的损坏情况、保水性、植被生长情况等生态加固效果进行评估，以决定是否追加维护保养的时间。本发明具有良好的保水性，防止水从裂缝处快速流失，适于植被生长，生态环保。

Description

一种用于土体开裂的生态修复技术及评价方法
技术领域
本发明属于环境保护工程技术领域，特别是涉及一种用于土体开裂的生态修复技术及评价方法。
背景技术
土体开裂是地面形成一定长度、深度和延伸程度的地表破坏现象，产生的原因有自然原因如地震、河流干涸、特殊地下地质条件等，人为因素是地下水开采、灌溉等，常见的修复技术是回填和注浆，但在保水性和环保性方面，回填不能从根本上解决土体裂缝引起的渗漏，不易与农田、河道保水，而注浆会占有农田耕地，破坏农田生态，引起环境污染。中国专利申请201310436492.4公开了一种复合固化剂对土质边坡坡面生态加固的方法，该复合固化剂是通过固化剂和水、泥浆、草籽均匀配合而制成，对土体坡面喷洒加固，它虽然实现了对土体坡面的加固，但还存在以下不足：一是该方案主要适用于土体坡面，但不适用于填补土体裂缝，且对土体裂缝不能起到防渗、保水性的作用；二是通过固化剂和水、泥浆复合形成，对于土体裂缝，全部加入会导致施工上的浪费。中国专利申请201520657740.2公开一种地裂缝的修复系统，对矿山复垦区基岩采用水泥板和锚杆的工程防护办法，虽然可以回填土与植物，但还存在以下不足：一是由于地下水开采在农田、河堤引起的裂缝并没有很好的适用性；二是在土体裂缝保水性方面，由于水泥板下依然采空，仅仅通过回填原状土和植物，在雨水冲蚀下，极易在裂缝区形成渗水通道，不利于农田灌溉和水土保持；三是采用工程防护，并没有从根本上解决土本身的问题，不能做到很好的生态修复。
综上所述，如何克服现有技术的所存在的不足已成为当今环境保护工程技术领域中一项亟待解决的重点难题。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术所存在的不足而提供一种用于土体开裂的生态修复技术及评价方法，本发明修复技术具有良好的保水性，防止水从裂缝处快速流失，特别适用于植被生长，且不影响土体本身的功能，生态环保。
根据本发明提出的一种用于土体开裂的生态修复技术，其特征在于，包括如下具体步骤：
步骤1，土体的裂缝清理：对土体的地裂缝或地表开裂处进行杂草、杂物、污染物清理；
步骤2，混合材料配制：
步骤2-1,按体积百分比计：首先将3-10％高分子固化剂和90-97％水均匀混和配成固化剂稀释液；
步骤2-2,然后将步骤2-1配成的固化剂稀释液与土料进行搅拌混合，形成混合材料，其中所述固化剂稀释液以每100mL与土料200-400g进行搅拌混合；
步骤3，灌入混合材料：将步骤2-2形成的混合材料灌入土体的地裂缝或地表开裂处并压实混合材料，所述压实混合材料的密度与周围土层密度相同，其中所述周围土层密度为1.5-2.0g/cm3；
步骤4，养护阶段：灌入混合材料后对土体周围进行防护，防止水渗漏和超载，晴天养护48-120h，之后形成生态修复后的固化层；或者根据在生态修复区播种需要，保持水分和养分的充足供给，其中水分保持含水率为18.5-20.0％，土壤的主要养分含量包括：氮0.03-0.35％、磷(p2o5)0.04-0.25％、钾(k2o)0.1-3％；
步骤5，评估维护：对步骤4实现生态修复后的固化层的土体开裂的损坏情况、保水性、植被生长情况等生态加固效果进行定期评估，以决定是否追加维护保养的时间。
本发明的实现原理是：土体开裂会在农田水利灌溉、河道引水中导致渗漏，对保水保肥不利。本发明为克服现有单一固化剂不足而采用由固化剂、土料和水形成的混合材料作为加固剂，所述混合材料与土壤中的干土颗粒有很好的相容性，通过土颗粒孔隙进入并包裹土颗粒，与土壤形成土颗粒网状结构，从而形成一定厚度的固化层，该固化层能够有效阻挡由于环境气候变化产生的渗水源，即不因渗水源的产生而对固化后的土壤渗透性产生影响；同时增加持水时间，具有良好的保水性，且在农水灌溉和河道、堤岸修复上具有良好效果。所述混合材料生态环保，能够与固化后的土壤上生长植物，共同增加裂缝处保水性，可在植物生长良好生态恢复后降解。
本发明与现有技术相比其显著优点在于：
一是本发明能够有效解决土体开裂渗漏、破坏生态等问题，混合材料既有助于植物的正常生长，又有良好的加固效果。
二是本发明的混合材料形成的固化层具有良好的保水性，可以减缓水流下渗速度，但不改变土体本身的渗透性。
三是本发明施工简单，操作方便，既可广泛应用与农田灌溉渗漏、河道渗漏、堤坝裂缝，还可应用于由于地下水引起的地面沉降裂缝、由于地质构造引起的裂缝。
附图说明
图1本发明提出的一种用于土体开裂的生态修复技术的流程方框示意图。
图2是现有土体开裂状态的结构示意图。
图3是本发明提出的一种用于土体开裂的生态修复技术的结构示意图。
图4是现有未加固化剂的土体开裂状态的内部结构示意图。
图5是本发明提出的一种用于土体开裂的生态修复技术的土体内部结构示意图。
图6本发明提出的一种用于土体开裂的生态修复技术的评价方法的流程方框示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
结合图1-5，本发明提出的一种用于土体开裂的生态修复技术，包括如下具体步骤：
步骤1，土体裂缝清理：对土体的地裂缝或地表开裂处进行杂草、杂物、污染物清理；如图2、图4所示。
步骤2，混合材料配制：
步骤2-1,按体积百分比计：首先将3-10％高分子固化剂和90-97％水均匀混和配成固化剂稀释液；
步骤2-2,然后将步骤2-1配成的固化剂稀释液与土料进行搅拌混合，形成混合材料，其中所述固化剂稀释液以每100mL与土料200-400g进行搅拌混合；
步骤3，灌入混合材料：将步骤2-2形成的混合材料灌入土体的地裂缝或地表开裂处并压实混合材料，所述压实混合材料的密度与周围土层密度相同，其中所述周围土层密度为1.5-2.0g/cm3；
步骤4，土体养护：灌入混合材料后对土体周围进行防护，防止水渗漏和超载，晴天养护48-120h，之后形成生态修复后的固化层；或者根据在生态修复区播种需要，保持水分和养分的充足供给，其中水分保持含水率为18.5-20.0％，土壤的主要养分含量包括：氮0.03-0.35％、磷(p2o5)0.04-0.25％、钾(k2o)0.1-3％；如图3、图5所示。
步骤5，评估维护：对步骤4实现生态修复后的固化层的土体开裂的损坏情况、保水性、植被生长情况等生态加固效果进行定期评估，以决定是否追加维护保养的时间。
本发明提出的一种用于土体开裂的生态修复技术的进一步的优选方案是：
本发明所述土料取自地裂缝或地表开裂处的干土。
本发明步骤2所述固化剂稀释液以每100mL与200-400g土料进行搅拌混合；
本发明所述的高分子固化剂为适于粘性土的醋酸乙烯酯型固化剂或适于砂性土的W-OH型固化剂；
本发明所述的混合材料形成的固化层与裂缝形状相同。
本发明所述的适于粘性土的醋酸乙烯酯型固化剂的成分为醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯或与共聚单体、丙烯酸酯、聚乙烯醇、乳化剂十二烷基硫酸钠；20℃时的粘度为400-3000mPa.s、吸水率为34-38％。
本发明所述的适于砂性土的W-OH型固化剂的成分为改性亲水性聚氨酯预聚物、MDI、丁酮、功能复合添加材料，20℃时的粘度为650-700mPa.s、抱水量≧40倍。
下面按照本发明提出的一种土体开裂生态修复技术及优选方案进一步公开本发明的具体实施例。
实施例1。
步骤1，土体裂缝清理：对土体的地裂缝或地表开裂处进行杂草、杂物、污染物清理；
步骤2，混合材料配制：
步骤2-1,按体积百分比计：首先将3％高分子固化剂和97％水或者6％高分子固化剂和94％水或者10％高分子固化剂和90％水均匀混和配成固化剂稀释液；其中所述的高分子固化剂为适于粘性土的醋酸乙烯酯型固化剂或适于砂性土的W-OH型固化剂；
步骤2-2,然后将步骤2-1配成的固化剂稀释液与土料进行搅拌混合，形成混合材料，其中所述固化剂稀释液以每100mL与土料200-400g进行搅拌混合；其中：所述土料取自地裂缝或地表开裂处的干土；所述固化剂稀释液以每100mL与200g土料或者每100mL与土料300g或者每100mL与土料400g进行搅拌混合；所述的适于粘性土的醋酸乙烯酯型固化剂的成分为醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯或与共聚单体、丙烯酸酯、聚乙烯醇、乳化剂十二烷基硫酸钠；20℃时的粘度为400-3000mPa.s、吸水率为34-38％。
所述的适于砂性土的W-OH型固化剂的成分为改性亲水性聚氨酯预聚物、MDI、丁酮、功能复合添加材料，20℃时的粘度为650-700mPa.s、抱水量≧40倍。
步骤3，灌入混合材料：将步骤2-2形成的混合材料灌入土体的地裂缝或地表开裂处并压实混合材料，所述压实混合材料的密度与周围土层密度相同，其中所述周围土层密度为1.5-2.0g/cm3；其中：所述的混合材料形成的固化层与裂缝形状相同。
步骤4，土体养护：灌入混合材料后对土体周围进行防护，防止水渗漏和超载，晴天养护48-120h，之后形成生态修复后的固化层；或者根据在生态修复区播种需要，保持水分和养分的充足供给，其中水分保持含水率为18.5-20.0％，土壤的主要养分含量包括：氮0.03-0.35％、磷(p2o5)0.04-0.25％、钾(k2o)0.1-3％；
步骤5，评估维护：对步骤4实现生态修复后的固化层的土体开裂的损坏情况、保水性、植被生长情况等生态加固效果进行定期评估，以决定是否追加维护保养的时间。
实施例2。
结合图6，本发明提出的一种用于土体开裂的生态修复技术的评价方法，其特征在于，包括如下基本评价内容：
评价内容1，植物生长情况：对植物生长情况得分为26-30分的，种子发芽率达80％以上且生长良好；对植物生长情况得分为21-25分的，种子发芽率达60％-80％，且生长良好；对植物生长情况得分为11-20分的，种子发芽率达60％及以上，生长情况一般或较差；对植物生长情况得分为0-10分，种子发芽率低于60％，生长一般或较差；
评价内容2，保水性：保水性得分为26-30分的，每分钟渗水量占水的体积为0-5％；保水性得分为21-25分的，每分钟渗水量占水的体积为6-10％；保水性得分为11-20分的，每分钟渗水量占水的体积为11-20％；保水性得分为0-10分，每分钟渗水量占水的体积为21-100％；
评价内容3，与周围土体结合程度：与周围土体结合程度得分为16-20分的，与周围土体结合裂缝0-5条，裂缝深度小于10cm；与周围土体结合程度得分为11-15分的，与周围土体结合裂缝6-20条，裂缝深度小于10cm；与周围土体结合程度得分为6-10分的，与周围土体结合裂缝0-20条，裂缝深度大于10cm；与周围土体结合程度得分为0-5分的，与周围土体结合裂缝大于20条，裂缝深度大于10cm；
评价内容4，施工难易：施工难易得分为16-20分的，施工容易；施工难易得分为11-15分的，施工较容易；施工难易得分为6-10分的，施工较难；施工难易得分为0-5分，施工很难；
表1：土体开裂生态修复评分细则一览表
根据以上基本评价内容进行综合打分并得到分数总和，若：
(1)得分在85-100分之间，则该方法适用于开裂程度较大的裂缝；
(2)得分在75-84分之间，则该方法适用于开裂程度较小的裂缝；
(3)得分在60-74分之间，则该方法需要进行改进；
(4)得分低于60分，则该方法不适用于裂缝修复；
表2：土体开裂生态修复效果评估表
最后，计算总得分。
实施例3。
下面对本发明所涉及的混合材料性能试验做进一步的详细说明。
本发明对裂缝层中的混合材料形成的固化层进行渗透试验和植物生长试验。
混合材料的渗透性验证方法：
A.采用常水头渗透仪，按规范分层填土，击实并进行土层分层饱和，填筑最后两层时，不进行饱和。
B.配比不同固化剂浓度，均匀喷洒在砂土表面，并养护48小时。
C.打开供水管，使水流缓慢上升至溢水管，开始计时，计算不同浓度固化剂出水时间和渗透系数。
现以标准细砂为例，进一步详细验证混合材料的固化层保水性和渗透性变化。
按照上述混合材料的渗透性验证方法的具体步骤，得到参数如下：
标准细砂：分层，每层填土250g，共分13层，高分子固化剂选用W-OH型，共浇入100ml浓度分别为0％、1％、3％、5％的固化剂稀释液，静置和养护时间为48h。
表1：不同固化剂浓度对应出水时间和渗透系数一览表
固化剂浓度 0％ 1％ 3％ 5％
出水时间 11.3s 69.0s 210.0s 300.0s
渗透系数 2.60×10-3 2.56×10-3 3.10×10-3 2.70×10-3
混合材料的植物生长试验效果验证方法：
A.选取一定体积的容器，加入相同土壤；
B.喷洒固化剂至土体一定深度，播撒种子；
C.定期浇水，观察植物发芽情况。
现以标准细砂为例，进一步详细说明植物生长情况。
本实施具体步骤如上，具体参数如下：容器为塑料圆筒，直径为10cm，高度20cm。喷洒固化剂稀释液50ml，浓度分别为0％、1％、3％、5％，种子放10颗。加入土壤2kg，每隔4天观察一次。
表2：不同固化剂浓度对应发芽率一览表
固化剂浓度 0％ 1％ 3％ 5％
发芽率 60％ 50％ 60％ 50％
上述两个室内试验说明该混合材料与素土相比具有很好的保水性，固化剂稀释液浓度越高，出水时间越晚，保水性越好，混合材料不改变土体原有渗透性。将固化剂浓度控制在一定范围内对植物生长不产生影响。
本发明的具体实施方式中凡未涉到的说明属于本领域的公知技术，可参考公知技术加以实施。
本发明新型经反复试验验证，取得了满意的试用效果。
以上具体实施方式及实施例是对本发明提出的一种用于土体开裂的生态修复技术及评价方法技术思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (8)

1.一种用于土体开裂的生态修复技术，其特征在于，包括如下具体步骤：
步骤1，土体的裂缝清理：对土体的地裂缝或地表开裂处进行杂草、杂物、污染物清理；
步骤2，混合材料配制：
步骤2-1,按体积百分比计：首先将3-10％高分子固化剂和90-97％水均匀混和配成固化剂稀释液；
步骤2-2,然后将步骤2-1配成的固化剂稀释液与土料进行搅拌混合，形成混合材料，其中所述固化剂稀释液以每100mL与土料200-400g进行搅拌混合；
步骤3，灌入混合材料：将步骤2-2形成的混合材料灌入土体的地裂缝或地表开裂处并压实混合材料，所述压实混合材料的密度与周围土层密度相同，其中所述周围土层密度为1.5-2.0g/cm3；
步骤4，土体养护：灌入混合材料后对土体周围进行防护，防止水渗漏和超载，晴天养护48-120h，之后形成生态修复后的固化层；或者根据在生态修复区播种需要，保持水分和养分的充足供给，其中水分保持含水率为18.5-20.0％，土壤的主要养分含量包括：氮0.03-0.35％、磷(p2o5)0.04-0.25％、钾(k2o)0.1-3％；
步骤5，评估维护：对步骤4实现生态修复后的固化层的土体开裂的损坏情况、保水性、植被生长情况等生态加固效果进行定期评估，以决定是否追加维护保养的时间。
2.根据权利要求1所述的一种用于土体开裂的生态修复技术，其特征在于，步骤2所述土料取自地裂缝或地表开裂处的干土。
3.根据权利要求2所述的一种用于土体开裂的生态修复技术，其特征在于，步骤2所述固化剂稀释液以每100mL与200-300g土料进行搅拌混合。
4.根据权利要求3所述的一种用于土体开裂生态修复技术，其特征在于，步骤2所述的高分子固化剂为适于粘性土的醋酸乙烯酯型固化剂或适于砂性土的W-OH型固化剂。
5.根据权利要求4所述的一种用于土体开裂的生态修复技术，其特征在于，步骤3所述的混合材料形成的固化层与裂缝形状相同。
6.根据权利要求5所述的一种用于土体开裂的生态修复技术，其特征在于，适于粘性土的醋酸乙烯酯型固化剂的成分为醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯或与共聚单体、丙烯酸酯、聚乙烯醇、乳化剂十二烷基硫酸钠；20℃时的粘度为400-3000mPa.s、吸水率为34-38％。
7.根据权利要求6所述的一种用于土体开裂的生态修复技术，其特征在于，适于砂性土的W-OH型固化剂的成分为改性亲水性聚氨酯预聚物、MDI、丁酮、功能复合添加材料，20℃时的粘度为650-700mPa.s、抱水量≧40倍。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种用于土体开裂的生态修复技术的评价方法，其特征在于，包括如下基本评价内容：
评价内容1，植物生长情况：对植物生长情况得分为26-30分的，种子发芽率达80％以上且生长良好；对植物生长情况得分为21-25分的，种子发芽率达60％-80％，且生长良好；对植物生长情况得分为11-20分的，种子发芽率达60％及以上，生长情况一般或较差；对植物生长情况得分为0-10分，种子发芽率低于60％，生长一般或较差；
评价内容2，保水性：保水性得分为26-30分的，每分钟渗水量占水的体积为0-5％；保水性得分为21-25分的，每分钟渗水量占水的体积为6-10％；保水性得分为11-20分的，每分钟渗水量占水的体积为11-20％；保水性得分为0-10分，每分钟渗水量占水的体积为21-100％；
评价内容3，与周围土体结合程度：与周围土体结合程度得分为16-20分的，与周围土体结合裂缝0-5条，裂缝深度小于10cm；与周围土体结合程度得分为11-15分的，与周围土体结合裂缝6-20条，裂缝深度小于10cm；与周围土体结合程度得分为6-10分的，与周围土体结合裂缝0-20条，裂缝深度大于10cm；与周围土体结合程度得分为0-5分的，与周围土体结合裂缝大于20条，裂缝深度大于10cm；
评价内容4，施工难易：施工难易得分为16-20分的，施工容易；施工难易得分为11-15分的，施工较容易；施工难易得分为6-10分的，施工较难；施工难易得分为0-5分，施工很难；
表1：土体开裂生态修复评分细则
根据以上基本评价内容进行综合打分并得到分数总和，若：
(1)得分在85-100分之间，则该方法适用于开裂程度较大的裂缝；
(2)得分在75-84分之间，则该方法适用于开裂程度较小的裂缝；
(3)得分在60-74分之间，则该方法需要进行改进；
(4)得分低于60分，则该方法不适用于裂缝修复；
表2：土体开裂生态修复效果评估表
最后，计算总得分。
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