CN113338310B - 一种就地取材且可降解的边坡水土保持桩、系统、及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及边坡或斜坡的稳定技术领域，公开了一种就地取材且可降解的边坡水土保持桩、系统、及方法，本发明中，通过从待处理的边坡周边采集草木，粉碎干燥后在现场加胶热压成用于水土保持的水土保持桩来进行水土保持，克服了材料运输困难的问题，且成本极低；构成水土保持桩的生物质中，包括起连接作用的碎木，以及起降解作用的杂草、秸秆、树叶、海藻等物质；碎木之间相互有效粘结，形成网格状的结构，以使水土保持桩有一定的强度，碎的杂草等物质由于粘接不良，在水土保持桩上形成了大量容易使菌丝、以及植物根系进入的薄弱点，从而使水土保持桩能够在客土边坡上的植被及真菌生长起来后被降解，且降解后还能为植被提供养分。

Description

一种就地取材且可降解的边坡水土保持桩、系统、及方法

技术领域

本发明涉及边坡或斜坡的稳定技术领域，特别是涉及一种就地取材且可降解的边坡水土保持桩、系统、及方法。

背景技术

客土指的是由外地运来的土，由客土组成的边坡，由于缺乏植物根系的固定以及与相邻地层黏结，因此在水土保持上存在巨大的劣势，轻度的降水和刮风都可以对客土组成的边坡造成严重的影响。

但客土的应用却又十分的广泛，除了水利和道路之外，环境修复中也大量地用到客土所组成的边坡，除采用客土法修复土壤污染外，矿山的植被恢复中也需要用客土覆盖采矿后裸露的岩石地层，以供植被生长。

矿山的植被恢复中用到的客土边坡，必须在植被生长起来之前进行水土保持，否则堆积在裸露的岩石表面的客土会迅速损失。而在植被生长起来后，又需要将水土保持装置拆除，否则植被的生长会受到影响。但现有的水土保持装置，如土木栅格、生态毯或生态袋、活木桩等，主要还是从建筑施工的边坡稳固手段中改进而来的，因而也像建筑施工那样，需要从外地运来大量的建筑材料。但矿山采矿过的边坡这种场合，不仅偏僻而且地形恶劣，且由于采矿早已停止，也无法用矿山上的运输装置进行材料的运输。此外这些建筑材料本身由于难以降解，不人工拆除的话会在边坡上长期存在，不仅会干扰植被生长，而且还会造成二次污染。现有的水土保持装置根本不适合矿山的植被恢复用的客土边坡。

胶合木是用秸秆或者碎木制成的再生木，但目前市面上基本上只有以碎木制成的胶合木制品，基本没有秸秆制成的胶合木制品。将秸秆这样的草本植物制成胶合木，需要克服两方面的技术问题（周定国. 农作物秸秆人造板开发现状、难点、风险和建议[J]. 林产工业, 2002(02):000003-6.），一是秸秆这样的草本植物表面带有蜡质以及氧化硅等一系列影响其粘接的物质，需进行去除；二是干燥的草本植物的导热系数太小，因此在进行热压加工时，不仅需要加工更长的时间，而且容易因局部热量积累而造成爆炸。这两点拔高了生产难度，限制了秸秆制成的胶合木的应用。

发明内容

本发明提供一种就地取材且可降解的边坡水土保持桩、系统、及方法。

解决的技术问题是：由于材料运输困难且难以降解，现有的水土保持装置无法用于矿山植被恢复用到的客土边坡中。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种就地取材且可降解的边坡水土保持桩，下端插在边坡的土中且上端露出到土外，用于客土缓坡的水土保持；所述水土保持桩的材质为胶合木；

所述胶合木由待处理的边坡所在地区就地取得的、含木质素和纤维素的生物质经粉碎后加胶压制而成；

构成所述胶合木的生物质中，包括起连接作用的木本植物茎干，以及起降解作用的、木本植物茎干以外的生物质。

进一步，所述胶合木中的胶粘剂为可在土壤中降解的胶粘剂。

进一步，所述胶粘剂为米糠胶粘剂。

进一步，所述水土保持桩上设置有与水土保持桩一体成型的抗拔结构。

进一步，所述水土保持桩呈箭头状，所述箭头的后部边沿向外延伸形成用于抗拔的倒刺。

一种就地取材且可降解的边坡水土保持系统，采用上述的一种就地取材且可降解的边坡水土保持桩进行水土保持，所述水土保持桩相互贴靠并呈X状排布为护坡单元，所述护坡单元在边坡上成竖列布置，各列之间相互交错且部分重叠。

进一步，所述护坡单元为由两排排面相互垂直的水土保持桩组合而成的左右对称的X状结构，所述X状结构中，位于交叉点上方的部分朝向边坡正上方，且位于交叉点上方的部分小于位于交叉点下方的部分。

一种客土边坡水土保持方法，采用上述的一种就地取材且可降解的边坡水土保持系统进行水土保持，并包括以下步骤：

步骤一：备料，从施工现场及周边地区采集生物质；

步骤二：制桩，将采集的生物质烘干、粉碎、混合后，加胶压制为水土保持桩；

步骤三：布设，将水土保持桩布设到待处理的边坡上。

进一步，步骤二包括以下分步骤：

步骤2.1：以高于施工现场水沸点的温度，对步骤一采集到的生物质进行湿热杀青；

步骤2.2：以低于施工现场水沸点的温度，烘干湿热杀青过的生物质；

步骤2.3：粉碎并混合烘干后的生物质；

步骤2.4：在粉碎并混合后的生物质中添加胶粘剂，压制为水土保持桩。

进一步，步骤三中，水土保持桩采用明挖法布设。

本发明一种就地取材且可降解的边坡水土保持桩、系统、及方法与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明中，通过从待处理的边坡周边采集草木，粉碎干燥后在现场加胶热压成用于水土保持的水土保持桩，克服了材料运输困难的问题，且由于同时用到了草本植物和木本植物，原料来源极广，成本极低；

本发明中，构成水土保持桩的生物质中，包括起连接作用的木本植物茎干（碎木），以及起降解作用的、木本植物茎干以外的生物质（杂草、秸秆、树叶等）；碎木之间相互有效粘结，形成网格状的结构，以使水土保持桩有一定的强度，碎的杂草等物质由于粘接不良，在水土保持桩上形成了大量容易使菌丝、以及植物根系进入的薄弱点，从而使水土保持桩能够在客土边坡上的植被及真菌生长起来后被降解，且降解后还能为植被提供养分；

本发明中，不需要像纯秸秆制成的胶合木那样进行复杂的原料处理，且由于碎木改善了原料的导热性能，不易因局部热量积累而发生水蒸气爆炸，用常规的热压机即可生产水土保持桩；

本发明中，由于水土保持桩是由热压的方式一体成型的，因此可以很方便的设置各种抗拔出的结构，使之能够稳定使用；

本发明中，水土保持桩排布为X形护坡单元，护坡单元在边坡上成竖列布置，各列之间相互交错且部分重叠，从而将边坡上的降水分散开来，能够有效防止降水汇流对边坡的冲刷破坏；

本发明中，X形护坡单元上小下大，在确保有效拦截从上到下由风携带的土壤颗粒的同时，尽可能减少受风较强的X形护坡单元上部的受风面积，使之不易被损坏。

附图说明

图1为本发明一种就地取材且可降解的边坡水土保持桩的结构示意图；

图2为水土保持桩埋设方式示意图；

图3为护坡单元的结构示意图；

图4为护坡单元在边坡上的排布示意图；

其中，1-护坡单元，11-水土保持桩，111-倒刺，2-边坡。

具体实施方式

如图1-2所示，一种就地取材且可降解的边坡水土保持桩，下端插在边坡2的土中且上端露出到土外，用于客土缓坡的水土保持；水土保持桩11的材质为胶合木。

胶合木由待处理的边坡2所在地区就地取得的、含木质素和纤维素的生物质经粉碎后加胶压制而成；构成胶合木的生物质中，包括起连接作用的木本植物茎干，以及起降解作用的、木本植物茎干以外的生物质。

这里木本植物茎干以外的生物质，指的是杂草、秸秆、树叶、水草等物质，另外，各种藻类，虽然不含木质素和纤维素，但在缺乏草木的时候也可使用。

注意，由于本发明中的边坡水土保持桩11的降解，主要是靠真菌的菌丝和植物根系进入后导致的崩解，因此其实际使用中，其降解所用的时间取决于植被生长状况。如果用在其它场合，如当作土钉用在建筑施工中，可能无法顺利降解。

胶合木中的胶粘剂为可在土壤中降解的胶粘剂。这样在水土保持桩11降解后不会留下残留物质。本实施例中，胶粘剂为米糠胶粘剂（陈颖, 黄英, 苗璐,等. 可生物降解胶粘剂的研究进展[J]. 中国胶粘剂, 2008, 017(011):46-50.），是一种在米糠中加入质量分数为6%的NaOH溶液，并于60℃糊化2h所得的胶粘剂。其不仅容易降解，成本低且容易在现场制作，而且干状强度超过1.1MPa，完全符合强度要求。

水土保持桩11上设置有与水土保持桩11一体成型的抗拔结构。本实施例中，水土保持桩11呈箭头状，箭头的后部边沿向外延伸形成用于抗拔的倒刺111。

如图3-4所示，一种就地取材且可降解的边坡水土保持系统，采用上述的一种就地取材且可降解的边坡水土保持桩进行水土保持，水土保持桩11相互贴靠并呈X状排布为护坡单元1，护坡单元1在边坡2上成竖列布置，各列之间相互交错且部分重叠。这种构造能够有效防止降水汇流对边坡2的冲刷破坏。

护坡单元1为由两排排面相互垂直的水土保持桩11组合而成的左右对称的X状结构，X状结构中，位于交叉点上方的部分朝向边坡2正上方，且位于交叉点上方的部分小于位于交叉点下方的部分。这种构造在确保有效拦截从上到下由风携带的土壤颗粒的同时，尽可能减少受风较强的X形护坡单元1上部的受风面积，使之不易被损坏。

一种客土边坡水土保持方法，采用上述的一种就地取材且可降解的边坡水土保持系统进行水土保持，并包括以下步骤：

步骤一：备料，从施工现场及周边地区采集生物质；本实施例中，现场有柠条、金露梅、芦苇杆、三芒草、马唐等生物质；

这里采集的时候对生物质没什么特别的要求，新鲜的干枯的植物都可以使用，有条件的话也可以掺杂一些木材厂的废木屑或者是周围的秸秆。但应注意采集的时候，尽可能避免造成植物死亡而影响采集地的水土保持，采集杂草和小灌木的时候应留一些枝叶，采集乔木应只采树叶及速生枝条，不可将乔木整个砍伐。在采集后应进行冲洗，洗掉生物质上面粘的泥土灰尘，以免影响后续的步骤。

步骤二：制桩，将采集的生物质烘干、粉碎、混合后，加胶压制为水土保持桩11；

步骤三：布设，将水土保持桩11布设到待处理的边坡2上。水土保持桩11采用明挖法布设，挖20~30cm深的浅沟，将50cm长的水土保持桩11插入并掩埋压实，水土保持桩11高出地面20~30cm。

客土边坡2容易开挖，因此可以采用明挖法快速地布置大量的水土保持桩11，采用明挖法还可避免损伤倒刺111。

步骤二包括以下分步骤：

步骤2.1：以高于施工现场水沸点的温度，对步骤一采集到的生物质进行湿热杀青；本实施例中，在105℃下杀青30min；

在水的沸点以上的温度对生物质进行湿热杀青，使生物质内的酶失活，达到保质的作用，还能够一定程度上去除生物质表面的蜡质等影响其胶合的物质。这是就地取材的又一个好处，由于现场采集到的生物质是活的，因此可以用这种方式，很方便的起到去除蜡质的效果（周定国. 农作物秸秆人造板的研究[J]. 中国工程科学, 2009, 11(10).），去除蜡质后的生物质中，不需要包含太多的碎木，就可以热压成型，实际使用中，我们根本没有刻意控制采集到的生物质中碎木的含量，有什么用什么就可以制备出满足需求的水土保持桩11。而从别处购买的干秸秆就无法采用这种方式去除蜡质，我们尝试过用干的秸秆混合碎木制作水土保持桩11，掺杂的碎木需要过半甚至超过70%才能使水土保持桩11成型。

步骤2.2：以低于施工现场水沸点的温度，烘干湿热杀青过的生物质；本实施例中，在80℃下烘干；

这里之所以要选用低于施工现场水沸点的温度进行烘干，是为了避免生物质出现热解。

步骤2.3：粉碎并混合烘干后的生物质；

步骤2.4：在粉碎并混合后的生物质中添加胶粘剂，压制为水土保持桩11。这里在加胶的时候可以像其它的胶合木那样，添加一些防水剂，以提高耐候性，避免水土保持桩11在被降解前因水泡而强度下降。

本实施例应用于矿山的边坡，但也可以应用于其它各种斜坡。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种就地取材且可降解的边坡水土保持系统，采用水土保持桩（11）进行水土保持，所述水土保持桩（11）下端插在边坡（2）的土中且上端露出到土外，用于客土缓坡的水土保持；其特征在于：所述水土保持桩（11）的材质为胶合木；

所述胶合木由待处理的边坡（2）所在地区就地取得的、含木质素和纤维素的生物质经粉碎后加胶压制而成；

构成所述胶合木的生物质中，包括起连接作用的木本植物茎干，以及起降解作用的、木本植物茎干以外的生物质；

所述水土保持桩（11）相互贴靠并呈X状排布为护坡单元（1），所述护坡单元（1）在边坡（2）上成竖列布置，各列之间相互交错且部分重叠。

2.根据权利要求1所述的一种就地取材且可降解的边坡水土保持系统，其特征在于：所述胶合木中的胶粘剂为可在土壤中降解的胶粘剂。

3.根据权利要求2所述的一种就地取材且可降解的边坡水土保持系统，其特征在于：所述胶粘剂为米糠胶粘剂。

4.根据权利要求1所述的一种就地取材且可降解的边坡水土保持系统，其特征在于：所述水土保持桩（11）上设置有与水土保持桩（11）一体成型的抗拔结构。

5.根据权利要求4所述的一种就地取材且可降解的边坡水土保持系统，其特征在于：所述水土保持桩（11）呈箭头状，所述箭头的后部边沿向外延伸形成用于抗拔的倒刺（111）。

6.根据权利要求1所述的一种就地取材且可降解的边坡水土保持系统，其特征在于：所述护坡单元（1）为由两排排面相互垂直的水土保持桩（11）组合而成的左右对称的X状结构，所述X状结构中，位于交叉点上方的部分朝向边坡（2）正上方，且位于交叉点上方的部分小于位于交叉点下方的部分。

7.一种客土边坡水土保持方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种就地取材且可降解的边坡水土保持系统进行水土保持，并包括以下步骤：

步骤一：备料，从施工现场及周边地区采集生物质；

步骤二：制桩，将采集的生物质烘干、粉碎、混合后，加胶压制为水土保持桩（11）；

步骤三：布设，将水土保持桩（11）布设到待处理的边坡（2）上。

8.根据权利要求7所述的一种客土边坡水土保持方法，其特征在于：步骤二包括以下分步骤：

步骤2.1：以高于施工现场水沸点的温度，对步骤一采集到的生物质进行湿热杀青；

步骤2.2：以低于施工现场水沸点的温度，烘干湿热杀青过的生物质；

步骤2.3：粉碎并混合烘干后的生物质；

步骤2.4：在粉碎并混合后的生物质中添加胶粘剂，压制为水土保持桩（11）。

9.根据权利要求7所述的一种客土边坡水土保持方法，其特征在于：步骤三中，水土保持桩（11）采用明挖法布设。

Images