CN111218943A - 基于抗蚀控渗复合材料的砒砂岩边坡生态护坡结构及其施工方法 - Google Patents

基于抗蚀控渗复合材料的砒砂岩边坡生态护坡结构及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于抗蚀控渗复合材料的砒砂岩边坡生态护坡结构及其施工方法，结构包括：设在边坡上的栽植孔，所述栽植孔包括多个，多个栽植孔在坡面上均匀间隔布置；抗蚀控渗层，设置在边坡的整个坡面、以及所述栽植孔的孔底和孔壁表面，是由抗蚀控渗复合材料与砒砂岩固结后形成具有保水保肥作用的抗蚀控渗层；营养基材，设置在表面覆盖有抗蚀控渗层的栽植孔中，用于给所栽植的植物提供营养；集水槽，每个栽植孔中设有一个，每个集水槽的一端插入所述栽植孔中与所述营养基材相连通，另一端延伸至栽植孔外，用于收集雨水。本发明可以促进植物生长，实现砒砂岩边坡的生态恢复，同时也能有效防止砒砂岩边坡的水土流失。

Description

基于抗蚀控渗复合材料的砒砂岩边坡生态护坡结构及其施工 方法
技术领域
本发明涉及一种基于抗蚀控渗复合材料的砒砂岩边坡生态护坡结构及其施 工方法。
背景技术
砒砂岩区位于鄂尔多斯高原，气候类型为干旱半干旱的过渡区，地貌类型也 是黄土高原到西北沙漠类型的过渡区域，环境异质性极为突出，土壤贫瘠，植被 稀少，植被退化严重，土壤侵蚀剧烈。
目前，砒砂岩区道路边坡护坡的方法主要有生物措施和工程措施。
生物措施是通过在砒砂岩边坡栽种植物的方法实现边坡的防护，但由于砒砂 岩地区水资源贫乏、土壤贫瘠，植物的成活率低，难以对边坡进行有效的防护。
工程措施通常采用高压喷涂设备将水泥、砂等硬性材料喷涂在道路边坡表面 的方法，虽然一定程度上防止了边坡的水土流失，但边坡上不能生长植物，与周 边的自然环境不协调，且与当前人与自然和谐发展趋势相违背。
因此，采用不仅能实现砒砂岩边坡生态修复，具有一定的自然景观效果，也 能有效防止边坡的水土流失，具有一定安全性和耐久性的新型生态护坡方法是未 来砒砂岩边坡防护的发展趋势。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为克服现有砒砂岩边坡生态恢复方法的不足， 提供一种基于抗蚀控渗复合材料的砒砂岩边坡生态修复方法。该方法不仅可以促 进植物生长，实现砒砂岩边坡的生态修复，也能有效防止砒砂岩边坡的水土流失。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于抗蚀控渗复合材料的砒砂岩边坡生态护坡结构，包括：
设在边坡上的栽植孔，所述栽植孔包括多个，多个栽植孔在坡面上均匀间隔 布置；
抗蚀控渗层，设置在边坡的整个坡面以及所述栽植孔的孔底和孔壁表面，由 抗蚀控渗复合材料与砒砂岩固结后形成,所述抗蚀控渗复合材料为改性亲水性聚 氨酯复合材料，通过如下重量份的原料制备而成，
二异氰酸酯，45份～55份；
聚醚多元醇，35份～45份；
1，4-丁二醇，0.5份～5份；
二轻甲基丙酸，6份～7份；
环氧树脂，6份～7份；
以及2～5份的功能性改性材料在60°～120°的温度下，经过2h～5h的聚合 反应、3h～4h的聚合调整反应而得到；
营养基材，设置在表面覆盖有抗蚀控渗层的栽植孔中，用于给所栽植的植物 提供营养；
集水槽，每个栽植孔中设有一个，每个集水槽的一端插入所述栽植孔中与所 述营养基材相连通，另一端延伸至栽植孔外，用于收集雨水。
所述二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。
所述功能性改性材料为聚乙烯醇颗粒。
所述抗蚀控渗复合材料的喷洒浓度为1％～10％；形成的抗蚀控渗层的厚度为1cm～3cm。
所述栽植孔的形状为长方体、正方体或圆柱体，栽植孔与坡面的夹角为 45°～90°，栽植孔在坡面上整体排布成菱形或矩形，行距为50cm～100cm，间距 为50cm～100cm。
圆柱体的所述栽植孔，直径为15cm～25cm，高为15cm～30cm。
所述集水槽为采用管材制作的弧形集水槽，弧度为120°～180°，长度为 15cm～25cm；位置为插入栽植孔下边缘处，外部预留3cm～20cm。
一种基于所述一种基于抗蚀控渗复合材料的砒砂岩边坡生态护坡结构的施 工方法，包括以下几个步骤：
(1)整理坡面，去除坡面上已经风化的砒砂岩浮层；
(2)根据栽种植物的种类设计和布置栽植孔的行间距，利用空心钻在坡面 上按设计的行间距进行钻孔，并清理栽植孔；
(3)在栽植孔底部和洞壁均匀喷涂抗蚀控渗复合材料，其与砒砂岩固结后 形成具有保水保肥作用的抗蚀控渗层；
(4)配置营养基材，将配置的营养基材灌入喷涂好抗蚀控渗层的栽植孔内；
(5)制作集水槽，每个栽植孔插入一个集水槽，集水槽一端插入栽植孔与 所述营养基材连通，另一端延伸至栽植孔外，用于收集雨水；
(6)在营养基材里面栽种1株～2株灌木，并播撒灌木植株的3～5倍数量的 草本植物；
(7)在整个坡面上喷涂抗蚀控渗复合材料，其与砒砂岩固结后形成具有减 低雨水冲蚀作用的抗蚀控渗层；
(8)养护与管理。
所述营养基材包括砒砂岩、砂、缓释性有机肥料、保水剂、稻壳炭、蛭石、 微生物菌剂和腐殖土，其中，各组分重量比：砒砂岩15份～30份，砂30份～60 份，缓释性有机肥料3份～10份，保水剂0.1份～0.3份，稻壳炭6份～10份，蛭 石3份～6份，微生物菌剂0.1份～1份，腐殖土10份～40份.
所述的微生物菌剂是由在砒砂岩风土化和植物根系中进行筛选出包含根瘤 菌和芽孢杆菌的优势菌种，将优势菌种进行培育，并制成菌剂。
本发明具有以下突出的有益效果：
(1)本发明在栽植孔内喷涂抗蚀控渗复合材料，主要成分为酯，具有很好 的亲水性，从而可以吸收水分子，且这些分子的聚合体形成分子交叉，能够网状 结构，可以有效地对砒砂岩和水分进行包裹、对水分、肥料等进行吸收，形成一 个良好的抵抗雨蚀、风蚀等侵蚀的固结层该抗蚀控渗复合材料可将松散的土壤进 行固结，起到保水保肥的效果，从而可以有效防止水分的渗漏和坡面的冲蚀，本 发明公开的抗蚀控渗复合材料中，二苯基甲烷二异氰酸酯的挥发性低，活性高， 可赋予抗蚀控渗复合材料良好的力学性能；所述功能性改性材料为聚乙烯醇颗粒， 聚乙烯醇可以增强抗蚀控渗复合材料的力学性能和抗紫外线能力，相比于单独采 用抗蚀控渗复合材料，抗压强度可提高5-8倍，抗紫外线能力可提高2-4倍。
(2)本发明提供的由砒砂岩、砂、缓释性有机肥料、保水剂、稻壳炭、蛭 石、微生物菌剂等配置而成的营养基材，为植物生长营造适合的土壤环境。缓释 性有机肥料可在土壤中缓慢地分解，可长期保持肥效，为植物的生长提供充足的 养分。优势微生物菌剂不仅可以改良土壤的理化特性，也可提高保肥和保水特性， 促进植物的养分吸收，提高植物根部的活力。
(3)本发明设置的集水槽可以有效收集雨水，提高植物的成活率，收集的 雨水量与集水槽的横向尺寸和长度有关，通常可根据植物特征及其生长需水量设 置集水槽的尺寸。
(4)与传统砒砂岩边坡防护方法相比，本发明提供的一种基于抗蚀控渗复 合材料的砒砂岩边坡生态护坡结构及其施工方法，成本低，可行性高，不仅可以 促进植物生长，实现边坡的生态恢复，也能通过喷涂抗蚀控渗层防止砒砂岩边坡 的水土流失。
附图说明
图1为本发明栽植孔与与坡面的夹角示意图；
其中，X—坡面方向，Y—栽植孔的孔轴线方向；
图2为本发明集水槽与栽植孔连接结构示意图；
其中，5—栽植孔，4—集水槽；
图3护坡结构示意图；
其中，1—砒砂岩边坡，2—抗蚀控渗层，3—灌木；
图4为砒砂岩的微观结构图；
图5为砒砂岩与抗蚀控渗层固结体的微观结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的权利要求做进一步的详细说明，但不构 成对本发明的任何限制，任何人在本发明权利要求保护范围之内所做的有限次的 修改，仍在本发明的权利要求保护范围之内。以下实施例中除特例说明外，均 为本领域内的常规实验方法和操作步骤。
一种基于抗蚀控渗复合材料的砒砂岩边坡生态护坡结构，包括：
设在边坡上的栽植孔5，所述栽植孔5包括多个，多个栽植孔5在坡面上均 匀间隔布置；
抗蚀控渗层2，设置在边坡的整个坡面、以及所述栽植孔5的孔底和孔壁表 面，是由抗蚀控渗复合材料与砒砂岩固结后形成具有保水保肥作用的抗蚀控渗层；
营养基材，设置在表面覆盖有抗蚀控渗层的栽植孔中，用于给所栽植的植物 提供营养；
集水槽4，每个栽植孔中设有一个，每个集水槽4的一端插入所述栽植孔中 与所述营养基材相连通，另一端延伸至栽植孔外，用于收集雨水。
进一步的，所述栽植孔的形状为长方体、正方体或圆柱体，栽植孔与坡面的 夹角为45°～90°，行距为50cm～100cm，间距为50cm～100cm，整体排布成菱形 或矩形。
进一步的，圆柱体的所述栽植孔，直径为15cm～25cm，高为15cm～30cm。
进一步的，所述集水槽为采用管材制作的弧形集水槽，弧度为120°～180°， 长度为15cm～25cm；位置为插入栽植孔下边缘处，外部预留3cm～20cm。
实施案例1：案例实施地点为内蒙古自治区鄂尔多斯市暖水乡109国道725 公里处，施工面积约为400m2，具体施工过程如下：
(1)整理坡面，去除浮土层，并测量和记录边坡的坡长、坡度等参数，其 中坡长15.6m，上段坡度为56°，中断坡度为43°，下端坡度为74°；
(2)设计和布置栽植孔的行间距(行距1.0m，间距1.0m)，利用空心钻在 坡面上进行钻孔，与坡面的夹角为45°，孔深15cm，直径15cm，并清理栽植 孔；
(3)在栽植孔底部和洞壁均匀喷涂5％浓度的抗蚀控渗复合材料，其与砒砂 岩固结后可形成具有保水保肥作用的抗蚀控渗层；所述抗蚀控渗复合材料通过如 下重量份的原料制备而成，二异氰酸酯，45份；聚醚多元醇，35份；1，4-丁二 醇，0.5份；二轻甲基丙酸，6份；环氧树脂，6份；以及2份的聚乙烯醇颗粒， 在60°的温度下，经过2h的聚合反应、3h的聚合调整反应而得到的改性亲水性 聚氨酯复合材料；
(4)配置营养基材，所述营养基材通过如下重量份的原料制备而成：砒砂 岩15份，砂30份，缓释性有机肥料3份，保水剂0.1份，稻壳炭6份，蛭石3 份，微生物菌剂0.1份，腐殖土10份；将配置的营养基材灌入栽植孔，营造适 合植物生长的土壤环境，以灌满为宜，并清除溢出部分；
(5)采用PVC管制作集水槽，长度15cm，弧度为120°，每个栽植孔插 入一个集水槽，且洞外预留5cm，用于收集雨水；
(6)在营养基材里面栽种1株沙棘，并播撒1g紫花苜蓿；
(7)在整个坡面上喷涂6％浓度的抗蚀控渗复合材料，其与砒砂岩固结后可 形成具有减低雨水冲蚀作用的抗蚀控渗层；
(8)养护与管理。
此次施工共种植416株沙棘，植株高度为10cm～20cm，成活383株，成活 率为92.1％。
实施案例2：
案例实施地点为内蒙古自治区鄂尔多斯市暖水乡109国道725公里处，施工 面积约为300m2，具体施工过程如下：
(1)整理坡面，去除浮土层，并测量和记录边坡的坡长、坡度等参数，其 中坡长15.6m，上段坡度为56°，中断坡度为43°，下端坡度为74°；
(2)设计和布置栽植孔的行间距(行距1.0m，间距1.0m)，利用空心钻在 坡面上进行钻孔，与坡面的夹角为70°，孔深21cm，直径20cm，并清理栽植 孔；
(3)在栽植孔底部和洞壁均匀喷涂5％浓度的抗蚀控渗复合材料，其与砒砂 岩固结后可形成具有保水保肥作用的抗蚀控渗层；所述抗蚀控渗复合材料通过如 下重量份的原料制备而成，二异氰酸酯，50份；聚醚多元醇，40份；1，4-丁二 醇，2.5份；二轻甲基丙酸，6.5份；环氧树脂，6.5份；以及3.5份的聚乙烯醇 颗粒，在90°的温度下，经过3h的聚合反应、3h的聚合调整反应而得到的改性 亲水性聚氨酯复合材料；
(4)配置营养基材，所述营养基材通过如下重量份的原料制备而成：砒砂 岩52份，砂40份，缓释性有机肥料5份，保水剂0.2份，稻壳炭6份，蛭石3 份，微生物菌剂0.5份，腐殖土13份；将配置的营养基材灌入栽植孔，营造适 合植物生长的土壤环境，以灌满为宜，并清除溢出部分；
(5)采用PVC管制作集水槽，长度15cm，弧度为150°，每个栽植孔插 入一个集水槽，且洞外预留5cm，用于收集雨水；
(6)在营养基材里面栽种1株沙棘，并播撒1g紫花苜蓿；
(7)在整个坡面上喷涂6％浓度的抗蚀控渗复合材料，其与砒砂岩固结后可 形成具有减低雨水冲蚀作用的抗蚀控渗层；
(8)养护与管理。
此次施工共种植420株沙棘，植株高度为10cm～20cm，成活390株，成活 率为92.8％。
实施案例3：
案例实施地点为内蒙古自治区鄂尔多斯市暖水乡109国道725公里处，施工 面积约为200m2，具体施工过程如下：
(1)整理坡面，去除浮土层，并测量和记录边坡的坡长、坡度等参数，其 中坡长15.6m，上段坡度为56°，中断坡度为43°，下端坡度为74°；
(2)设计和布置栽植孔的行间距(行距1.0m，间距1.0m)，利用空心钻在 坡面上进行钻孔，与破面的夹角为90°，孔深30cm，直径20cm，并清理栽植 孔；
(3)在栽植孔底部和洞壁均匀喷涂5％浓度的抗蚀控渗复合材料，其与砒砂 岩固结后可形成具有保水保肥作用的抗蚀控渗层；所述抗蚀控渗复合材料通过如 下重量份的原料制备而成，二异氰酸酯，55份；聚醚多元醇，45份；1，4-丁二 醇，5份；二轻甲基丙酸，7份；环氧树脂，7份；以及5份的聚乙烯醇颗粒， 在120°的温度下，经过5h的聚合反应、4h的聚合调整反应而得到的改性亲水 性聚氨酯复合材料；
(4)配置营养基材，所述营养基材通过如下重量份的原料制备而成：砒砂 岩30份，砂60份，缓释性有机肥料10份，保水剂0.2份，稻壳炭6份，蛭石3 份，微生物菌剂0.5份，腐殖土40份；将配置的营养基材灌入栽植孔，营造适 合植物生长的土壤环境，以灌满为宜，并清除溢出部分；
(5)采用PVC管制作集水槽，长度15cm，弧度为180°，每个栽植孔插 入一个集水槽，且洞外预留5cm，用于收集雨水；
(6)在营养基材里面栽种1株沙棘，并播撒1g紫花苜蓿；
(7)在整个坡面上喷涂6％浓度的抗蚀控渗复合材料，其与砒砂岩固结后可 形成具有减低雨水冲蚀作用的抗蚀控渗层；
(8)养护与管理。
此次施工共种植420株沙棘，植株高度为10cm～20cm，成活390株，成活 率为92.8％。
本发明公开的抗蚀控渗复合材料具有无毒、无污染等优点(见表1)，具有 高度安全性，对生态环境不造成二次污染，是一种环境友好型材料。
表1抗蚀控渗层浸出液水质样品检测结果
Figure BDA0002316878130000081
该抗蚀控渗复合材料可将松散的砒砂岩(见图4)进行固结，形成一个大型 网状结构层(见图5)，起到保水保肥的效果，从而可以有效防止水分的渗漏和 坡面的冲蚀。

Claims (10)

1.一种基于抗蚀控渗复合材料的砒砂岩边坡生态护坡结构，其特征在于，包括：
设在边坡上的栽植孔，所述栽植孔包括多个，多个栽植孔在坡面上均匀间隔布置；
抗蚀控渗层，设置在边坡的整个坡面以及所述栽植孔的孔底和孔壁表面，由抗蚀控渗复合材料与砒砂岩固结后形成,所述抗蚀控渗复合材料为改性亲水性聚氨酯复合材料，通过如下重量份的原料制备而成，
二异氰酸酯，45份~55份；
聚醚多元醇，35份~45份；
1，4-丁二醇，0.5份~5份；
二轻甲基丙酸，6份~7份；
环氧树脂，6份~7份；
以及2~5份的功能性改性材料在60°~120°的温度下，经过2h~5h的聚合反应、3h~4h的聚合调整反应而得到；
营养基材，设置在表面覆盖有抗蚀控渗层的栽植孔中，用于给所栽植的植物提供营养；
集水槽，每个栽植孔中设有一个，每个集水槽的一端插入所述栽植孔中与所述营养基材相连通，另一端延伸至栽植孔外，用于收集雨水。
2.根据权利要求1所述一种基于抗蚀控渗复合材料的砒砂岩边坡生态护坡结构，其特征在于，所述二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。
3.根据权利要求1所述一种基于抗蚀控渗复合材料的砒砂岩边坡生态护坡结构，其特征在于，所述功能性改性材料为聚乙烯醇颗粒。
4.根据权利要求1所述一种基于抗蚀控渗复合材料的砒砂岩边坡生态护坡结构，其特征在于，所述抗蚀控渗复合材料的喷洒浓度为1%~10%；形成的抗蚀控渗层的厚度为1cm~3cm。
5.根据权利要求1所述一种基于抗蚀控渗复合材料的砒砂岩边坡生态护坡结构，其特征在于，所述栽植孔的形状为长方体、正方体或圆柱体，栽植孔与坡面的夹角为45°~90°，栽植孔在坡面上整体排布成菱形或矩形，行距为50cm ~100cm，间距为50cm ~100cm。
6.根据权利要求1所述一种基于抗蚀控渗复合材料的砒砂岩边坡生态护坡结构，其特征在于，圆柱体的所述栽植孔，直径为15 cm ~25cm，高为15 cm~30cm。
7.根据权利要求1所述一种基于抗蚀控渗层的砒砂岩边坡生态护坡结构，其特征在于，所述集水槽为采用管材制作的弧形集水槽，弧度为120°~180°，长度为15cm~25cm；位置为插入栽植孔下边缘处，外部预留3cm~20cm。
8.一种基于权利要求1~7中任一所述一种基于抗蚀控渗复合材料的砒砂岩边坡生态护坡结构的施工方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
（1）整理坡面，去除坡面上已经风化的砒砂岩浮层；
（2）根据栽种植物的种类设计和布置栽植孔的行间距，利用空心钻在坡面上按设计的行间距进行钻孔，并清理栽植孔；
（3）在栽植孔底部和洞壁均匀喷涂抗蚀控渗复合材料，其与砒砂岩固结后形成具有保水保肥作用的抗蚀控渗层；
（4） 配置营养基材，将配置的营养基材灌入喷涂好抗蚀控渗层的栽植孔内；
（5）制作集水槽，每个栽植孔插入一个集水槽，集水槽一端插入栽植孔与所述营养基材连通，另一端延伸至栽植孔外，用于收集雨水；
（6）在营养基材里面栽种1株~2株灌木，并播撒灌木植株的3~5倍数量的草本植物；
（7）在整个坡面上喷涂抗蚀控渗复合材料，其与砒砂岩固结后形成具有减低雨水冲蚀作用的抗蚀控渗层；
（8）养护与管理。
9.根据权利要求8所述一种基于抗蚀控渗复合材料的砒砂岩边坡生态护坡结构的施工方法，其特征在于，所述营养基材包括砒砂岩、砂、缓释性有机肥料、保水剂、稻壳炭、蛭石、微生物菌剂和腐殖土，其中，各组分重量比：砒砂岩15份~30份，砂30份~60份，缓释性有机肥料3份~10份，保水剂0.1份~0.3份，稻壳炭6份~10份，蛭石3份~6份，微生物菌剂0.1份~1份，腐殖土10份~40份。
10.根据权利要求9所述一种基于抗蚀控渗复合材料的砒砂岩边坡生态护坡结构的施工方法，其特征在于，所述的微生物菌剂是由在砒砂岩风土化和植物根系中进行筛选出包含根瘤菌和芽孢杆菌的优势菌种，将优势菌种进行培育，并制成菌剂。
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