CN113089691B

CN113089691B - 一种基于景观再造的高陡硬质边坡修复系统及其修复方法

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Publication number: CN113089691B
Application number: CN202110222929.9A
Authority: CN
Inventors: 朱新玉; 胡云川; 许会道; 许宁; 邵培; 张梦娜; 赵书磊; 崔敏
Original assignee: Shangqiu Normal University
Current assignee: Dragon Totem Technology Hefei Co ltd; Hangzhou Yida Landscape Design Co ltd
Priority date: 2021-03-01
Filing date: 2021-03-01
Publication date: 2022-09-23
Anticipated expiration: 2041-03-01
Also published as: CN113089691A

Abstract

本发明公开了一种基于景观再造的高陡硬质边坡修复系统，边坡的坡面包括顶部平台、底部平台、台阶平台及台阶斜面，台阶平台及台阶斜面上覆设有内层防护网及封闭层，台阶斜面上安装有锚筋，并浇筑有混凝土格构，顶部平台、底部平台及台阶平台上均设有种植槽，混凝土格构内及种植槽内均铺设有种植基质，混凝土格构内还铺设有生态条带及外层防护网，所述种植基质为掺入有改良剂的土壤，该改良剂以多孔矿物材料及有机质材料为基体，通过表面改性和微生物配合，来调整土壤的参数，利于护坡植物的生长，确保水土保持、边坡复绿；本发明还公开了高陡硬质边坡的修复方法，增强了边坡的整体稳定性，强化了生态修复效果，具有良好的经济和社会效益。

Description

一种基于景观再造的高陡硬质边坡修复系统及其修复方法

技术领域

本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种基于景观再造的高陡硬质边坡修复系统及其修复方法。

背景技术

矿业是我国国民经济建设的重要支柱产业，采矿和矿业生产为我国经济社会发展和人民生活提供了丰富的原材料和能源。矿山停产后形成的废弃地由采矿坑、坑道、岩石斜坡、矿石堆放场及堆土场等地形组成，且大部分岩石斜坡都有着不规整的阶梯状开采面，岩石斜坡表面遍布着开采留下的不规则凹陷和缝隙，坡度一般在40~90°，甚至存在反倾石壁。这就造成了一定的安全隐患。采矿活动去除了矿山表土覆盖层，对矿山原有的生物学特征造成了巨大的破坏，并使其原有的植物繁殖体全部丢失，对环境中的微生物群落也造成了破坏，降低了原有物种的数量。采矿和选矿废水中含有大量的悬浮物和污染物质排放到周围的环境中，严重影响生态系统，导致水体污染，土壤质量的下降，影响着当地居民的生活。因此，对矿山进行生态恢复，制定科学合理的土地复垦和生态重建规划具有重要意义，同时也是可持续发展采矿业和避免生态破坏发生的必然选择。

矿山废弃地上的生态恢复包括边坡治理、土壤改良、植被修复等，其中，植被的恢复是自然生态系统恢复和重建的重点，而土壤作为植物生长的基质，对土壤的改良也是矿山废弃地生态恢复与重建的基础，边坡治理是土壤改良及植被修复的前提。边坡治理首先要平整坡面，清除坡面的碎石及杂物，打掉突出的岩石，对坡顶角和坡面突出的岩体棱角进行削坡减载，对于高度不大的此类边坡，也可填方压低坡脚，使之呈弧形状，坡面要求达到基本平整，然后建立土壤层。土壤层一般就近选择土壤，对土壤的相关理化特性进行优化改良，通过引进氮素、微生物和植物种子等方式，为矿山废弃地的植被恢复创造条件。但是，在长期大规模采矿过程中产生的大量废石、废渣和矿井废水中含有大量重金属，会通过不同方式（淋滤、风化、燃烧和生物反应）释放并累积在土壤中，造成矿区周边土壤环境恶化、土壤肥力降低以及土壤结题，同时在一定条件下重金属元素迁移到地下，导致地表水甚至地下水出现重金属污染。重金属土壤会影响矿区复垦植物的恢复，进而制约矿山修复的进程。

目前，土壤重金属污染的修复技术主要包括物理修复、化学修复及生物修复。物理修复技术主要是直接使用未污染的土壤替换受污染的土壤，或者通过蒸汽、微波和红外辐射加热污染的土壤，使污染物挥发，这些方法工程量大、成本较高。化学修复技术主要是向污染土壤中添加修复剂，将有毒废物转化为物理和化学更稳定的形态，使土壤重金属的移动性和生物性有效下降，这种方法成本较低、使用便捷，但难以彻底清除，需长期监测。生物修复技术主要是通过植物提取土壤中的污染物，通过蒸发作用挥发到空气中，同时采用微生物辅助，促进植物生长以及土壤中重金属吸附、沉淀、氧化等，这种方法无二次污染，但是修复能力有限、修复时间长，植物和土壤都需要长期监测。基于上述技术，国内外将研究热点转向极高比表面积和多孔的纳米材料，以纳米材料为基础研制出强吸附力的纳米修复剂，对溶液中重金属离子及污染土壤中重金属进行原位修复。但该原位修复技术尚不成熟，纳米修复剂修复效果并不稳定，一经外界环境变化，钝化的重金属很可能被活化，从而造成重金属的二次污染。

因此，基于景观再造，开发切实可行的土地复垦技术，通过土壤的再利用恢复生态平衡，使土地资源和环境得以保护和持续利用，对于矿山废弃地上的生态恢复具有十分重要的意义。

发明内容

针对矿山高陡边坡的生态修复问题，本发明提供了一种基于景观再造的高陡硬质边坡修复系统，清理并加固坡面后铺设含有改良剂的土壤，该改良剂以天然多孔矿物材料及有机质材料为基体，通过表面改性和微生物配合，来调整土壤的参数，使重金属被固化稳定并有效降低，利于护坡植物的生长，确保水土保持、边坡复绿；本发明还公开了基于景观再造的高陡硬质边坡的修复方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于景观再造的高陡硬质边坡修复系统，所述高陡硬质边坡的坡面包括顶部平台、底部平台、位于顶部平台与底部平台之间的若干级台阶平台及台阶斜面，所述台阶平台及台阶斜面上覆设有内层防护网及封闭层；台阶斜面上均匀间隔设置有锚孔，锚孔内插入有锚筋，并填充有注浆体，锚孔的孔口处设置有混凝土垫块，所述锚筋外露出锚孔的端部穿过混凝土垫块、并安装有垫片及紧固件，台阶斜面上浇筑有混凝土格构，所述锚筋的上端位于混凝土格构内；所述顶部平台与最上级台阶斜面的相接处、底部平台与最下级台阶斜面的相接处以及台阶平台上均设置有种植槽，种植槽侧壁的底部设置有透水孔，底部平台设置有用于嵌入种植槽的混凝土基础，混凝土格构内及种植槽内均铺设有种植基质，混凝土格构内的种植基质上铺设有生态条带，生态条带上覆设有外层防护网，所述外层防护网固定在混凝土格构顶部，种植槽内的种植基质上铺设有有机肥料层；

所述种植基质为掺入有改良剂的土壤，土壤中改良剂掺入的质量分数为2~4%，所述改良剂按照以下步骤制备：

（1）将经粉碎、过筛、洗涤、干燥的蒙脱土及硅藻土混匀，得到矿物粉料；将矿物粉体分散于5~10 wt%聚乙烯醇的水溶液中，得到基体分散液；将玉米淀粉分散于1~2 wt%羟丙基壳聚糖的水溶液中，再加入微生物菌剂，震荡混合30~60 min，静置1~2 h，得到微生物悬液；将基体分散液与微生物悬液混合后，搅拌交联5~8 h，于室温静置固化1~2天，干燥、研磨，得到固化微生物缓释颗粒；

其中，矿物粉料、玉米淀粉、微生物菌剂的质量比为(7~11)﹕(2.5~6)﹕(2~5)；

（2）将农作物秸秆和/或果壳经洗涤、风干、粉碎后，得到有机质粉体；将有机质粉体置于含有0.03~0.06 mol/L氯化钾和0.2~0.3 mol/L氯化镁的水溶液中，震荡浸泡15~25h后，固液分离，取固体于85~105℃烘干，在无氧条件下，以5~10℃/min的速率升温至450~550℃后，恒温炭化50~80 min，冷却至常温，研磨、过筛，得到改性生物质炭；

（3）将羟基磷灰石经过粉碎、过筛后，分散于乙醇的水溶液中，再加入γ-氨丙基三甲氧基硅烷，于50~70℃搅拌4~6 h，然后固液分离，取固体用乙醇抽提洗涤、真空干燥、研磨，得到硅烷化羟基磷灰石；将硅烷化羟基磷灰石分散于2~4 wt%乙二酸的水溶液中，再加入酪氨酸，于50~70℃震荡12~20 h，滴加乙二胺水溶液调节溶液呈中性后，继续震荡3~4 h，然后固液分离，取固体水洗、真空干燥，得到螯合吸附剂；

其中，羟基磷灰石、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、酪氨酸的用量比为10﹕(4~5)﹕(3~4)；

（4）将步骤（1）所得固化微生物缓释颗粒、步骤（2）所得改性生物质炭、步骤（3）所得螯合吸附剂按照质量比(8~10)﹕(3~8)﹕(2~3)混匀，即得改良剂。

优选地，所述有机肥料层由以下重量份数的原料混合而成：有机物料10~25份、氮磷钾基肥0.4~1份、泥炭20~50份、保水剂0.1~0.25份。

进一步，所述有机物料由农作物秸秆和/或果壳经粉碎、发酵而得，所述氮磷钾基肥采用磷酸二氢钾和尿素按照质量比3﹕1~2混合而成，所述保水剂采用吸水树脂。

优选地，改良剂的制备步骤（1）中所述基体分散液中矿物粉体的浓度为60~90 g/L，矿物粉料中蒙脱土与硅藻土的质量比为(4~5)∶(1~3)；所述羟丙基壳聚糖的水溶液中玉米淀粉的加入量为25~60 g/L，微生物菌剂的加入量为20~50 g/L。

进一步，所述微生物菌剂为木霉菌或白腐菌。

优选地，改良剂的制备步骤（3）中乙醇的水溶液中羟基磷灰石的加入量为20~30g/L；乙二酸的水溶液中硅烷化羟基磷灰石的加入量为28~45 g/L。

进一步，所述乙醇的水溶液中乙醇的体积分数为85~95%。

优选地，所述内层防护网采用镀锌铁丝网，外层防护网采用钢丝网，封闭层采用1:3水泥砂浆。

利用上述系统对高陡硬质边坡的修复方法，包括以下步骤：

步骤一，坡面整理：对顶部平台、底部平台、位于顶部平台与底部平台之间的若干级台阶平台及台阶斜面的松土及落石进行清除；

步骤二，铺设内层防护网、喷射封闭层：由上至下铺设内层防护网，网片交叉节点处用扣压件固定、接头处用搭接件压接，内层防护网固定好后，喷射1.5~2.5 cm封闭层；

步骤三，锚孔定位、锚筋安装：锚孔间距2~4 m、锚孔直径10~15 cm，锚筋长度4~8m、锚筋插入高陡硬质边坡内2~3 m；锚筋插入锚孔后注入水泥砂浆，浇筑混凝土垫块进行封锚处理，并安装垫片及紧固件锁紧；

步骤四，浇筑混凝土格构及混凝土基础，固定种植槽；

步骤五，铺设植生基材：将改良剂与土壤混匀形成种植基质，将种植基质铺设于混凝土格构及种植槽内，铺设厚度20~50 cm；混凝土格构内的种植基质上铺设生态条带，并覆设外层防护网，将外层防护网固定在混凝土格构顶部，种植槽内的种植基质上铺设有机肥料层，有机肥料层的厚度为4~10 cm；

步骤六，坡面绿化，定期养护。

优选地，所述坡面绿化选用的护坡植物为紫穗槐、黑麦草、高羊茅、狗牙根、龙葵、海州香薷及紫花苜蓿中的一种或两种以上。

本发明所制备的改良剂中所述固化微生物缓释颗粒以天然多孔矿物粉体为基体材料，与土壤原有的主要成分相同，使稳定修复剂与土壤具有更好的兼容性，在使用时对土壤本体环境干扰性较小；蒙脱土具有二维层状空隙结构，硅藻土具有三维空隙通道，利用两者不同的孔隙结构、离子交换性能和表面荷电能力，可以有效提高土壤中离子的交换量、土壤颗粒团聚量和养分元素的保存量；玉米淀粉可以为微生物菌剂提高能量，且在制备过程中起凝固作用，结合聚乙烯醇-羟丙基壳聚糖，使微生物菌剂稳定负载在基体材料上，并达到缓释效果。所述改性生物质炭是有机质粉体经氯化钾和氯化镁溶液浸泡预处理后炭化而得，先预处理可以使有机质粉体活性位增多，经煅烧后使改性生物质炭上附着的钾、镁更加牢固，提高对污染物的吸附、络合性能；同时，改性生物质炭也是微生物菌剂分解、代谢的主要原料，通过分泌代谢物质或者氧化还原作用等转化重金属的化学形态，改善土壤环境和植物生存条件。羟基磷灰石表面具有大量的极性、羟基、有机配位基团，通过对羟基磷灰石进行表面接枝，引入反应性基团，可与土壤中的重金属发生一系列的化学反应，将重金属固定于材料表面，从而使重金属离子由生物利用率高的形态向生物利用率低的形态转变；同时，增强微生物和植物的代谢功能，加快微生物和植物生长繁殖。

本发明通过坡面改善、锚筋及防护网的安装、混凝土格构、混凝土基础及种植槽的配置，增强了边坡的整体稳定性，避免了坡面落石等安全问题；同时，就近选择土壤，节省了客土运输费用，通过掺入改良剂，调理土壤含水量、增强土壤中气体扩散、改善土壤中养分元素的含量，为护坡植物的生长提供有利条件，进一步防止水土流失，强化生态修复效果，具有良好的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明所述高陡硬质边坡修复系统的结构示意图；

图2是图1中A处的局部放大图。

具体实施方式

为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合具体实施例对本发明的技术方案作出进一步的说明，但所述实施例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

下述实施例中所用原料均为普通市售产品，所述聚乙烯醇选用三维品牌088-20（型号PVA 1788），醇解度为87.0~89.0%，平均聚合度为1650~1850，分子量为72600~81400，粒度160目；所述微生物菌剂采用白腐菌（黄孢原毛平革菌），购自中国工业微生物菌种保藏管理中心，保藏编号40299。改良剂效果试验的供试土壤于10~11月采集于郑州新密某矿区周边土壤，静置1周后研磨粉碎并过200目筛保存，土壤pH为6.6~7.2、总氮含量5.26 g/kg、总磷含量0.45 g/kg；龙葵和海州香薷种子购自种子批发市场。所述有机肥料层由以下重量份数的原料混合而成：有机物料20份、氮磷钾基肥（磷酸二氢钾和尿素按照质量比2﹕1混合）0.8份、泥炭40份、保水剂（聚丙烯酰胺）0.2份；其中，所述有机物料采用经过粉碎的农作物秸秆，施加催腐菌剂，堆肥发酵而得。

如图1、2所示，一种基于景观再造的高陡硬质边坡修复系统，所述高陡硬质边坡的坡面包括顶部平台4、底部平台1、位于顶部平台4与底部平台1之间的若干级台阶平台2及台阶斜面3。所述台阶平台2及台阶斜面3上覆设有内层防护网9及封闭层10，所述内层防护网9采用镀锌铁丝网，封闭层10采用1:3水泥砂浆。台阶斜面3上均匀间隔设置有锚孔，锚孔内插入有锚筋17，并填充有注浆体18，所述注浆体18采用水泥砂浆（水灰比0.14）注入锚孔；锚孔的孔口处设置有混凝土垫块14，所述锚筋17外露出锚孔的端部穿过混凝土垫块14、并安装有垫片15及螺帽16；台阶斜面3上浇筑有混凝土格构13，所述锚筋17的上端位于混凝土格构13内。所述顶部平台4与最上级台阶斜面3的相接处、底部平台1与最下级台阶斜面3的相接处以及台阶平台2上均设置有种植槽6，所述种植槽6的上端敞口，且种植槽6的横截面呈倒置的直角梯形，种植槽6侧壁的底部设置有透水孔；底部平台1设置有用于嵌入种植槽6的混凝土基础5。混凝土格构13内及种植槽6内均铺设有种植基质7，混凝土格构13内的种植基质7上沿横向铺设有生态条带11，所述生态条带11采用长条状的植生带（采用本领域常规技术手段即可，并非本发明创新所在，故不再详细赘述）；生态条带11上覆设有外层防护网12，外层防护网12采用钢丝网，所述外层防护网12固定在混凝土格构13顶部，种植槽6内的种植基质7上铺设有有机肥料层8。

所述种植基质7为掺入有改良剂的土壤，土壤中改良剂掺入的质量分数为3%，所述改良剂按照以下步骤制备：

（1）将经粉碎、过筛、洗涤、干燥的蒙脱土及硅藻土（质量比为2﹕1）混匀，得到矿物粉料；将矿物粉体分散于6 wt%聚乙烯醇的水溶液中，得到基体分散液；基体分散液中矿物粉体的浓度为85 g/L；

将玉米淀粉分散于2 wt%羟丙基壳聚糖的水溶液中，再加入微生物菌剂，震荡混合1 h，静置1 h，得到微生物悬液；所述羟丙基壳聚糖的水溶液中玉米淀粉的加入量为40 g/L，微生物菌剂的加入量为35 g/L；

将基体分散液与微生物悬液按照体积比1﹕1混合（即矿物粉料、玉米淀粉、微生物菌剂的质量比为8.5﹕4﹕3.5）后，搅拌交联7 h，于室温静置固化1天，干燥、研磨，得到固化微生物缓释颗粒。

（2）将农作物秸秆和/或果壳经洗涤、风干、粉碎后，得到有机质粉体；将有机质粉体置于含有0.05 mol/L氯化钾和0.25 mol/L氯化镁的水溶液中，震荡浸泡20 h后，固液分离，取固体于90℃烘干，在无氧条件下，以5℃/min的速率升温至500℃后，恒温炭化60 min，冷却至常温，研磨、过筛，得到改性生物质炭；

（3）将羟基磷灰石经过粉碎、过筛后，分散于乙醇的水溶液（体积分数为90%）中，再加入γ-氨丙基三甲氧基硅烷，于60℃搅拌5 h，然后固液分离，取固体用乙醇抽提洗涤、真空干燥、研磨，得到硅烷化羟基磷灰石；乙醇的水溶液中羟基磷灰石的加入量为25 g/L、γ-氨丙基三甲氧基硅烷的加入量为10 g/L；

将所制得的硅烷化羟基磷灰石分散于3 wt%乙二酸的水溶液（所述乙二酸的水溶液用量与乙醇的水溶液所用体积相同）中，再加入酪氨酸，于60℃震荡16 h，滴加乙二胺水溶液调节溶液呈中性后，继续震荡4 h，然后固液分离，取固体水洗、真空干燥，得到螯合吸附剂；乙二酸的水溶液中酪氨酸的加入量为10 g/L（即：羟基磷灰石、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、酪氨酸的用量比为5﹕2﹕2）；

（4）将步骤（1）所得固化微生物缓释颗粒、步骤（2）所得改性生物质炭、步骤（3）所得螯合吸附剂按照质量比3﹕2﹕1混匀，即得改良剂。

其中，步骤（2）所制得的改性生物质炭可以吸附土壤中的氨氮、磷及其他养分，为微生物和植物提供能量。为了验证氯化钾和氯化镁对有机质粉体的预处理效果，下面采用有机质粉体、改性生物质炭以及未经预处理的生物质炭（将有机质粉体在无氧条件下，以5℃/min的速率升温至500℃后，恒温炭化60 min，冷却至常温，研磨、过筛）作为吸附试样对氨氮进行吸附测试。

吸附测试方法：在常温条件下，将0.5 g吸附试样加入50 mL氨氮浓度为100 mg/L的氯化铵溶液中，恒温振荡器中振荡24 h后取出，用0.45 μm滤膜过滤，取1 mL滤液于50 mL比色管中，用水稀释至标线，测定滤液中剩余氨氮量，计算吸附试样的吸附量q=(C₀-C_t)/W，其中C₀为100 mg/L，W为吸附试样的添加量（即10 g/L）。

经检测，有机质粉体、改性生物质炭以及未经预处理的生物质炭的吸附量分别为1.12 mg/g、3.89 mg/g、2.37 mg/g。由此可见，改性生物质炭的吸附性能明显提高，说明钾离子和镁离子能够使有机质粉体孔道里面的杂质被替换，微观空间改变，从而改善其吸附性能和离子交换能力。

为了考察改良剂对土壤的改良效果，分别制备以下三种改良剂作为对比，并按照以下步骤进行效果验证：

（a）按照本发明的方法制备固化微生物缓释颗粒、改性生物质炭及螯合吸附剂，对比例1由固化微生物缓释颗粒及改性生物质炭按照质量比3﹕2混匀而成，对比例2由固化微生物缓释颗粒及螯合吸附剂按照质量比3﹕1混匀而成；对比例3由以下重量份数的原料混合而成：蒙脱土21份、硅藻土11份、玉米淀粉15份、微生物菌剂13份、农作物秸秆和/或果壳40份、羟基磷灰石15份、酪氨酸5份；

（b）对重金属土壤监测、取样，作为供试土壤，采用超富集植物（龙葵和海州香薷）对供试土壤进行盆栽试验。盆栽试验采用直径15 cm、高14 cm的PVC盆，每盆供试土壤1.5kg，先对供试土壤施用氮磷钾底肥（磷酸二氢钾和尿素按照质量比2﹕1混合），施用量为0.2g/kg，将氮磷钾底肥与供试土壤充分混匀，静置一周后，进行单作龙葵、单作海州香薷、间作龙葵和海州香薷的试验；单作条件下，每盆各移栽龙葵或海州香薷10株；间作条件下，每盆移栽龙葵和海州香薷各5株。根据盆栽试验结构确定采用间作龙葵和海州香薷，龙葵和海州香薷的播种量相同，两者的总播种量为1.2 g/m²；

（c）春季三月，对重金属土壤翻耕后，将改良剂加水制得修复剂悬液（质量份数为20%），将修复剂悬浮液喷洒在土壤表面，翻土混匀，静置21天，每隔4天喷水施灌一次，土壤湿度（持水量）保持在40%以上；改良剂的施用量为30 g/kg，施用量单位中每kg土壤是以土层表面0~20厘米深的土壤重量计量的；

（d）对土壤施用氮磷钾底肥，翻土混匀，平衡10天后，氮磷钾底肥的施用量为0.2g/kg，施用量单位中每kg土壤是以土层表面0~20厘米深的土壤重量计量的；按照步骤一确定的超富集植物及种植方式实施播种，待超富集植物出苗、成长至结实时收获（生长周期约6个月）；

在对重金属土壤的处理过程中，施用氮磷钾底肥前对土壤采样测试，结果如表1所示，经过上述步骤（b）~（d）即完成改良重金属土壤的一个处理周期；完成一个处理周期后对土壤采样测试，结果如表2所示。

表1 改良重金属土壤的修复效果（单位 mg/kg）

表2 改良重金属土壤的修复效果（单位 mg/kg）

以河南省土壤背景值（Cu 32.26 mg/kg、Pb 17.42 mg/kg、Cr 55.58 mg/kg、Cd0.20 mg/kg）为评价标准，原土中各重金属均已超标。从表1中可以看出，使用固化微生物缓释颗粒、改性生物质炭、螯合吸附剂三者混合的改良剂明显优于使用任意两者混合，使“有机质-微生物-植物”耦合螯合吸附剂达到最佳处理效果；本发明制得的改良剂应用于改良重金属土壤中，经过一个处理周期，土壤中多种重金属的有效态含量均降低了60%以上，接近河南省土壤背景值，符合农林生产和植物正常生长的土壤要求。因此，将该改良剂掺入矿区的土壤中，可对土壤中的重金属污染有所改善，利于后续护坡植物的生长。

基于景观再造的高陡硬质边坡修复方法，包括以下步骤：

步骤一，坡面整理：采用高压水枪对顶部平台4、底部平台1、位于顶部平台4与底部平台1之间的若干级台阶平台2及台阶斜面3的松土及落石进行清除；

步骤二，铺设内层防护网9、喷射封闭层10：由上至下铺设内层防护网9，网片交叉节点处用扣压件固定、接头处用搭接件压接，内层防护网9固定好后，喷射1.5~2.5 cm封闭层10；

步骤三，锚孔定位、锚筋17安装：用风镐及潜孔钻完成锚孔，锚孔间距2~4 m、锚孔直径10~15 cm；锚筋17长度4~8 m、锚筋17插入高陡硬质边坡内2~3 m；锚筋17插入锚孔后注入水泥砂浆，浇筑混凝土垫块14进行封锚处理，并安装垫片15及螺帽16锁紧；

步骤四，浇筑混凝土格构13及混凝土基础5，固定种植槽6；

步骤五，铺设植生基材：将改良剂与土壤混匀形成种植基质7，将种植基质7铺设于混凝土格构13及种植槽6内，铺设厚度20~50 cm；混凝土格构13内的种植基质7上铺设生态条带11，并覆设外层防护网12，将外层防护网12固定在混凝土格构13顶部，种植槽6内的种植基质7上铺设有机肥料层8，有机肥料层8的厚度为4~10 cm；

步骤六，坡面绿化，定期养护。所述坡面绿化选用的护坡植物为紫穗槐、黑麦草、高羊茅、狗牙根、龙葵、海州香薷及紫花苜蓿中的一种或两种以上。

采用上述方法修复高陡硬质边坡后，边坡稳定、安全设施到位、景观协调，随机抽取台阶斜面3的锚筋17进行轴向抗拔验收试验，锚筋17抗拔力均满足设计要求；根据边坡变形监测成果，边坡各观测点累计位移量不超过12 mm，边坡加固效果显著。

本发明采用的修复系统及方法可适应各种形态特征复杂多变的高陡坡面，防止岩面风化破碎层脱落，有效解决结构面不利、岩面风化严重、破碎段较多的高陡边坡的支护难题，在施工中可就近选择原土，能节约成本、简化工序、加快工程进度，掺入改良剂，能有效改良矿区土壤理化指标，实现高陡岩质边坡的景观绿化，避免水土流失，在边坡修复工程中适用性强。

Claims

1.一种基于景观再造的高陡硬质边坡修复系统，其特征在于：所述高陡硬质边坡的坡面包括顶部平台、底部平台、位于顶部平台与底部平台之间的若干级台阶平台及台阶斜面，所述台阶平台及台阶斜面上覆设有内层防护网及封闭层；台阶斜面上均匀间隔设置有锚孔，锚孔内插入有锚筋，并填充有注浆体，锚孔的孔口处设置有混凝土垫块，所述锚筋外露出锚孔的端部穿过混凝土垫块、并安装有垫片及紧固件，台阶斜面上浇筑有混凝土格构，所述锚筋的上端位于混凝土格构内；所述顶部平台与最上级台阶斜面的相接处、底部平台与最下级台阶斜面的相接处以及台阶平台上均设置有种植槽，种植槽侧壁的底部设置有透水孔，底部平台设置有用于嵌入种植槽的混凝土基础，混凝土格构内及种植槽内均铺设有种植基质，混凝土格构内的种植基质上铺设有生态条带，生态条带上覆设有外层防护网，所述外层防护网固定在混凝土格构顶部，种植槽内的种植基质上铺设有有机肥料层；

（1）将经粉碎、过筛、洗涤、干燥的蒙脱土及硅藻土混匀，得到矿物粉料；将矿物粉体分散于5~10 wt%聚乙烯醇的水溶液中，得到基体分散液；将玉米淀粉分散于1~2 wt%羟丙基壳聚糖的水溶液中，再加入微生物菌剂，震荡混合30~60 min，静置1~2 h，得到微生物悬液；将基体分散液与微生物悬液混合后，搅拌交联5~8 h，于室温静置固化1~2天，干燥、研磨，得到固化微生物缓释颗粒；所述微生物菌剂为木霉菌或白腐菌；

（2）将农作物秸秆和/或果壳经洗涤、风干、粉碎后，得到有机质粉体；将有机质粉体置于含有0.03~0.06 mol/L氯化钾和0.2~0.3 mol/L氯化镁的水溶液中，震荡浸泡15~25 h后，固液分离，取固体于85~105℃烘干，在无氧条件下，以5~10℃/min的速率升温至450~550℃后，恒温炭化50~80 min，冷却至常温，研磨、过筛，得到改性生物质炭；

2.根据权利要求1所述基于景观再造的高陡硬质边坡修复系统，其特征在于：所述有机肥料层由以下重量份数的原料混合而成：有机物料10~25份、氮磷钾基肥0.4~1份、泥炭20~50份、保水剂0.1~0.25份。

3.根据权利要求2所述基于景观再造的高陡硬质边坡修复系统，其特征在于：所述有机物料由农作物秸秆和/或果壳经粉碎、发酵而得，所述氮磷钾基肥采用磷酸二氢钾和尿素按照质量比3﹕1~2混合而成，所述保水剂采用吸水树脂。

4.根据权利要求1所述基于景观再造的高陡硬质边坡修复系统，其特征在于：改良剂的制备步骤（1）中所述基体分散液中矿物粉体的浓度为60~90 g/L，矿物粉料中蒙脱土与硅藻土的质量比为(4~5)∶(1~3)；所述羟丙基壳聚糖的水溶液中玉米淀粉的加入量为25~60 g/L，微生物菌剂的加入量为20~50 g/L。

5.根据权利要求1所述基于景观再造的高陡硬质边坡修复系统，其特征在于：改良剂的制备步骤（3）中乙醇的水溶液中羟基磷灰石的加入量为20~30 g/L；乙二酸的水溶液中硅烷化羟基磷灰石的加入量为28~45 g/L。

6.根据权利要求5所述基于景观再造的高陡硬质边坡修复系统，其特征在于：所述乙醇的水溶液中乙醇的体积分数为85~95%。

7.根据权利要求1所述基于景观再造的高陡硬质边坡修复系统，其特征在于：所述内层防护网采用镀锌铁丝网，外层防护网采用钢丝网，封闭层采用1:3水泥砂浆。

8.利用权利要求1至7任一所述系统对高陡硬质边坡的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤三，锚孔定位、锚筋安装：锚孔间距2~4 m、锚孔直径10~15 cm，锚筋长度4~8 m、锚筋插入高陡硬质边坡内2~3 m；锚筋插入锚孔后注入水泥砂浆，浇筑混凝土垫块进行封锚处理，并安装垫片及紧固件锁紧；

步骤四，浇筑混凝土格构及混凝土基础，固定种植槽；

步骤六，坡面绿化，定期养护。

9.根据权利要求8所述高陡硬质边坡的修复方法，其特征在于：所述坡面绿化选用的护坡植物为紫穗槐、黑麦草、高羊茅、狗牙根、龙葵、海州香薷及紫花苜蓿中的一种或两种以上。