CN114642134B - 一种砒砂岩高陡边坡植生绿化的可持续柔性护坡方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种砒砂岩高陡边坡植生绿化的可持续柔性护坡方法及系统，方法包括挖坡顶截水沟，用于截留坡顶的降雨径流；采用喷洒坡面，通过渗透和包裹作用形成一定厚度含微孔的抗蚀控渗层；在砒砂岩坡面上铺设一层细钢丝网控制入渗；铺设连续2层的连续植生袋，然后利用机械压送装备注入植生基材，并使得植生袋呈现饱和状态，保证植生袋之间的紧密性；采用固定件固定植生袋及钢丝网；在坡面底部砌筑防水挡墙；设置坡地排水沟汇流部分从坡面和坡底径流的雨水；在坡面种植植被并进行后期养护。该方法总体上形成一个整体的多层柔性护坡结构，不仅可以有效对砒砂岩高陡边坡进行抗蚀防护，且可以通过表层绿化实现可持续治理与修复。

Description

一种砒砂岩高陡边坡植生绿化的可持续柔性护坡方法及系统

技术领域

本发明属于边坡综合治理技术范畴，具体为一种砒砂岩高陡边坡植生绿化的可持续柔性护坡方法及系统。

背景技术

砒砂岩是一种由砂岩、砂页岩和泥质砂岩所构成的特殊松散的弱胶结岩石互层，主要分布在我国黄河中上游流域，显著特点是颗粒间胶结程度差、结构强度低，自然环境下极易风化脱落，遇水溃散成沙，侵蚀极为剧烈，侵蚀模数可达到30,000 ~ 40,000 t/(a·km2)。此外，砒砂岩区处于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，生态退化和水土流失极其严重。据统计，砒砂岩区的面积不到黄河流域的2%，但粗泥沙产生量约占黄河淤积量的1/4，是黄河粗泥沙来源的核心区。砒砂岩区除剧烈的水土流失，自然条件下人工边坡也会发生侵蚀、破坏、坡面失稳、坍塌等问题也尤为严重，这不仅造成了造成了当地土地资源的损失，而且严重威胁着区域边坡稳定及公路交通的安全。

边坡治理通常采用工程措施和生物措施，其中工程措施主要对坡面进行固化（硬质护坡，如混凝土护坡等）、设置截水沟等进行防护，效果有效，且耐久性不能保证，往往会因为局部砒砂遇水溃散和膨胀，导致整个坡面的破坏甚至崩塌。生物措施则是在砒砂岩边坡上种植植物，或者在砒砂岩边坡上喷洒固结材料，还有通过喷护水泥砂浆来稳固砒砂岩边坡等。然而，现有的这些措施都存在很多问题，采用生物措施治理边坡时，会破坏砒砂岩自然边坡的稳定性，甚至会进一步加剧边坡的水土流失；当通过喷洒固结材料或水泥砂浆防护砒砂岩边坡时，这些材料难以渗入到砒砂岩内部较深的地方，仅在砒砂岩表层形成一层较薄的固结层，当地冻融侵蚀特别严重，固结层下的砒砂岩被冻融侵蚀破坏后，固结层会发生整体顺坡滑落，需要高频次喷洒固结材料或水泥砂浆来对砒砂岩边坡重新进行防护。

综上所述，以上这些措施对于砒砂岩整个坡面的治理效果有限，很难全面满足坡面稳定性、耐久性、可持续性等方面的要求，特别是针对人工开挖形成的高陡边坡（如道路边坡），更是缺乏相应的有效防护技术。因此，针对砒砂岩的特征，仍然亟需开发高效、柔性、综合的治理技术，从而能够有效的保障边坡稳定及生态安全。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种用于砒砂岩整个坡面的砒砂岩高陡边坡植生绿化的可持续柔性护坡方法以解决砒砂岩边坡侵蚀和稳定问题，同时实现其可持续生态发防护。

本申请的实施例提供一种砒砂岩高陡边坡植生绿化的可持续柔性护坡方法，该方法包括：

挖坡顶截水沟，用于截留坡顶的降雨径流，并采用防水材料对对截水沟进行防水处理，防止雨水流入砒砂岩坡面和渗入地下；

采用喷洒坡面，通过渗透和包裹作用形成一定厚度含微孔的抗蚀控渗层，控制水分的入渗，防止砒砂岩侵蚀，并能够保证植物根系的生长发育；

在砒砂岩坡面上铺设一层细钢丝网，从而保证改性亲水性聚氨酯材料溶液在坡面的渗透包裹的厚度和效果；

铺设连续2层的连续植生袋，然后利用机械压送装备注入植生基材，并使得植生袋呈现饱和状态，保证植生袋之间的紧密性；

采用固定件固定植生袋及钢丝网，防止其移位或者滑动；

在坡面底部砌筑防水挡墙，可以防止坡底的水分渗透入坡面，造成坡面底部侵蚀和失稳，保证其整体稳定性；

设置坡地排水沟汇流部分从坡面和坡底径流的雨水，疏浚水流；

在坡面上种植植被；

对坡面进行养护，保证绿化的效果，并跟踪调查长期效果。

进一步的，所述改性亲水性聚氨酯材料是一种环保可降解的高分子材料，可与任意比例水迅速反应，形成多孔弹性的凝胶体，并可以与沙土、砒砂岩进行渗透包裹，形成具有较好力学性能的固结层。

进一步的，所述植生袋为聚乙烯材质的扁平长丝纱通过精细化编制工艺编制而成，具有较强的抗拉强度和一定的收缩性，紫外降解性能可达到5年以上，保障了植被生长发育周期内的耐久性。

进一步的，所述植生基材是包含有微生物菌剂、有机缓释肥、有机土、风化砒砂岩颗粒、生物质、灌草种子的营养基材，供灌草种子发芽发育生长。

进一步的，所述微生物菌剂是通过提取砒砂岩中优势菌群，并加以培养制备得到的富含嗜盐芽孢杆菌、苜蓿中华根瘤菌、巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌植物促生用的固态微生物菌剂，用来改良风化砒砂岩。

进一步的，所述有机缓释肥为缓释型肥料，缓慢溶解，可保持长期的肥效，保证了植被的生长发育。

进一步的，所述有机土用于改善植生基材的土壤性质，包括透水性、透气性、团粒体结构。

进一步的，所述灌草种子以当地的优势物种为主，并根据施工作业面土壤或岩面性质、当地气候条件、施工季节，并结合各种植物生长特性选择根系发达的灌草种子进行播种。

一种根据砒砂岩高陡边坡植生绿化的可持续柔性护坡方法得到的砒砂岩高陡边坡植生绿化系统，包括：坡顶截水沟、抗蚀防渗层、柔性网格层、植生卷材层、固定件、防水挡墙、坡地排水沟及坡面植被，其中坡顶截水沟是用于截留流坡顶雨水，有效避免了坡顶侵蚀的发育，边坡抗蚀层是采用环保可降解的改性亲水性聚氨酯材料对砒砂岩边坡进行渗透包裹，从而形成一定厚度的抗蚀防渗层，为了保证抗蚀层的渗透包裹效果，表面铺设一层柔性网格层，最上层采用连续袋装富含微孔的可降解卷材，其中灌注含有微生物菌剂、缓释肥、保水剂、生物质、风化砒砂岩颗粒、有机土、灌草种子，并采用固定件对植生卷材进行固定，最底部设置防水挡墙，防止坡底的水进入边坡造成坡底破坏，坡底预设一定坡度和排水沟，从而疏浚汇流的雨水。

有益效果：砒砂岩人工边坡的稳定是保证其安全的重要基础，同时对其表面进行植生绿化是实现其生态修复和治理的有效途径之一。本发明针对砒砂岩工程边坡的水土流失、植被及生态系统破坏的严重问题，传统的硬质护坡措施很难达到生态修复及边坡绿化的效果，且由于砒砂岩遇水极易发生侵蚀，其边坡防护的耐久性也很难保证，而基于抗蚀促生技术的护坡方法很难在陡坡上使用，因此超过45°的人工边坡很难进行推广应用。因此，本发明提出了一种砒砂岩抗蚀和植生绿化技术相结合的柔性护坡技术方法，并创新的利用微生物菌剂及风化砒砂岩作为基材，从而实现同一破面不同坡度处实现雨水有效渗透的可控性，既可有效防止边坡的水土流失，又能实现较缓坡面的植生，保障人工砒砂岩边坡的地质稳定性和生态安全性。

（1）利用安全无毒环保的改性亲水性聚氨酯材料对砒砂岩进行渗透和包裹，形成含有微孔结构的柔性固结层，形成柔性护坡结构，不仅可以起到抗蚀的效果，而且还能起到防渗、保水等效果。且该材料通过对鱼和白鼠的毒性研究表明其对有机体不会造成伤害，对植被不产生危害，对生态环境不造成二次污染，是一种环境友好型材料。

（2）采用自主研发的微生物菌剂、风化砒砂岩颗粒、黄沙、缓释性有机肥料、保水剂、稻壳、蛭石、有机土等配置而成的营养基材，将砒砂岩变废为宝，加以利用，形成改良的植生基材，这样可以为植物生长营造适合的土壤环境。同时该基材的配置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，提高植物的成活率。

（3）整年提上柔性护坡结构，该护坡方法中坡面的3层防护均为柔性防护层，均可以根绝砒砂岩的特征及当地气候，可以在小范围内实现与砒砂岩坡体的微小协同变形，从而避免了硬质护坡技术的耐久性问题。

（4）实现砒砂岩高陡边坡的坡面防护、生态恢复及植生绿化：与传统砒砂岩边坡防护方法相比，本方法提供的一种兼具抗蚀防渗和植生绿化效果的综合治理方法，可行性高，效果显著。不仅可以防止砒砂岩的侵蚀破坏，而且最上层的卷材可以促进植物生长，最终实现边坡的可持续生态恢复和植生绿化。

附图说明

图1为本发明的砒砂岩高陡边坡植生绿化的可持续柔性护坡方法示意图；

图2为本发明的护坡方法施工步骤。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例进行描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“顶”、“底”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、以及类似的表述只是为了说明的目的。

下面结合附图，对本申请的一些实施例作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参见图1至图2，本发明公开了一种砒砂岩高陡边坡植生绿化的可持续柔性护坡方法及通过该方法得到的砒砂岩高陡边坡植生绿化系统。

系统包括了坡顶截水沟、抗蚀防渗层、柔性网格层、植生卷材层、固定件、防水挡墙、坡地排水沟及坡面植被等，其中坡顶截水沟是用于截留流坡顶雨水，有效避免了坡顶侵蚀的发育，边坡抗蚀层是采用环保可降解的改性亲水性聚氨酯材料对砒砂岩边坡进行渗透包裹，从而形成一定厚度的抗蚀防渗层，为了保证抗蚀层的渗透包裹效果，表面铺设一层柔性网格层，最上层采用连续袋装富含微孔的可降解卷材，其中灌注含有微生物菌剂、缓释肥、保水剂、生物质、风化砒砂岩颗粒、有机土、灌草种子等基质，并采用固定件对植生卷材进行固定，最底部设置防水挡墙，防止坡底的水进入边坡造成坡底破坏，坡底预设一定坡度和排水沟，从而疏浚汇流的雨水。该方法总体上形成一个整体的柔性护坡结构，可以有效对砒砂岩高陡边坡进行抗蚀防护，且可以通过表层绿化实现可持续治理与修复。

方法包括为：

整理坡面，清理坡面上的浮石，并对其坡长、坡度、土质等参数进行记录测量，同时对局部特别不平整的部分进行处理。

挖坡顶截水沟，这是用于截留坡顶的降雨径流。然后采用改性亲水性聚氨酯材料（浓度8%以上）对截水沟进行防水处理，防止雨水流入砒砂岩坡面和渗入地下，从而保证顶部的稳定安全。其中截水沟尺寸为宽度50 cm左右，50~80 cm，且离边坡边缘的距离保持1米以上，并在该范围内也进行防水处理，并同时铺设植生袋。

铺设柔性网格层，在清理过后的砒砂岩坡面上铺设一层细钢丝网，其在起到部分固定坡面的同时，还可以更好保证改性亲水性聚氨酯材料溶液在坡面的渗透包裹的厚度和效果（入渗的抗蚀防渗层厚度为1~1.5 cm）。

喷洒抗蚀促生材料采用一定浓度（6%~8%）的改性亲水性聚氨酯材料溶液喷洒坡面，然后通过溶液的渗透和包裹作用形成一定厚度含微孔的抗蚀控渗层，可以有效的控制水分的入渗，防止砒砂岩侵蚀，并能够保证植物根系的生长发育。

其中，改性亲水性聚氨酯材料是一种可降解的高分子材料，可与任意比例水迅速反应，形成多孔弹性的凝胶体，并可以与沙土、砒砂岩进行渗透包裹，形成具有较好力学性能的固结层，固结体的伸长率可达到100%以上，且经毒性试验和有害物质检验结果表明，抗蚀控渗无毒无害，具有高度安全性。是一种成本低廉、施工方便、环境负荷小的环保材料。

铺设连续植生袋，在抗蚀防渗层及铺设连续2层的植生袋形成连续的卷材，按1.2m划分为一个单元，并在单元两端用绑扎带绑扎承重绳，承重绳比植生卷材宽40 cm；沿坡长方向从上至下铺挂植生卷材，两行固定件之间铺挂一个单元的植生卷材。然后利用机械压送装备注入植生基材（自下而上进行灌注），并使得植生袋呈现饱和状态（经试验计算约为1300 kg/m3），保证植生袋之间的紧密性。

其中植生袋是一种聚乙烯材质的扁平长丝纱通过精细化编制工艺编制而成，具有较强的抗拉强度（70 kN）和一定的收缩性（15%~20%），抗紫外降解性能可达到5年以上，其空隙的控制可以防止注入基材的漏出，厚度可控制在5-8 cm，同时也不影响草种的发芽，从而保障了使用周期的耐久性。

植生基材是包含有微生物菌剂、有机缓释肥、有机土、风化砒砂岩颗粒、生物质、灌草种子的营养基材，供灌草种子发芽发育生长。

现场拌制基材并灌注，根据实验结果，形成基材的拌制比例大致可以控制在以下范围：微生物菌剂（0.8%~1.0%）、有机缓释肥（4%~5%）、有机土（也成腐殖土20%~25%）、风化砒砂岩颗粒（30%~35%）、生物质材料（稻壳等，6%~8%）、黄沙（25%~30%）、保水剂（0.2%~0.5%）、蛭石（3%~4%）、灌草种子（10~15 g/m3）。并有效控制其水量的加入，使其具有很好的流动性。然后采用专门的机械泵将配置的营养基材自下而上依次灌入植生卷材，以灌满为宜，灌注后植生卷材的厚度为5cm~10cm，营造适合植物生长的土壤环境。

其中微生物菌剂是通过提取砒砂岩中优势菌群，并加以培养制备得到的富含嗜盐芽孢杆菌（Bacillus halotolerans）、苜蓿中华根瘤菌（Sinorhizobium meliloti）、巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）、枯草芽孢杆菌（Bacillussubtilis）等植物促生用的固态微生物菌剂，这主要成分是按照等重量比例进行的混合配置和培养的，目的是用来改良风化砒砂岩，并改良基质的微生物活性。

有机缓释肥是一种可以缓慢溶解的有机肥料，通过微生物作用在土壤中缓慢分解、可长期保持肥效。特别是在磷酸固定作用高的土壤内容易缺乏的磷酸以有机质的形式含有丰富，可长期保持肥效；由于具有可抑制氮成分成分，防止草本类过于繁茂，促进木本类的成长；含有的通俗化缓效性肥料可缓慢溶解长期保持肥效，持植物长期健全的发育可保持长期的肥效，保证了植被的生长发育。

有机土是包括：跟农用土类似的有机土壤，的在于促进用土的改良、具有增加保肥力，大量微量元素的供给、缓效持续性肥效、根圈微生物的多样化、防止有害微生物的突发性增殖、改善土壤的透水性、通气性、土壤的膨胀软化、促进团粒结构的形成等作用。水分含量55%~65%，PH为5.5～7.5，全氮（TN）为1.2%以上，全磷（TP2O5）0.5%以上，全钾（TK2O）0.3%以上，有机物含量70%以上等。

灌草种子以当地的优势物种为主，并根据施工作业面性质、当地气候条件、施工季节，并结合各种植物生长特性选择根系发达的灌草种子进行播种，砒砂岩区则主要选择披碱草、野牛草和冰草等当地草种，且基本未单子叶植物。

打入固定件，垂直于坡面打入，用于固定卷材的植生袋及钢丝网，防止其移位或者滑动，材质为钢筋，尺寸采用使用D10mm，长度为50-80 cm，带有钩子，弯角为90～60度，长度以3～5㎝为宜。设计为行距为1.0 m，间距为0.5 m。

点种沙棘和柠条幼苗：为了保证其植生绿化的效果，可考虑在植生卷材里栽种适合当地自然环境的沙棘和柠条（一般2年的幼苗），交叉种植，行距为1.0 m，间距为0.5 m。

设置防水挡墙：在坡面底部砌筑，可以防止坡底的水分渗透入坡面，造成坡面底部侵蚀和失稳，保证其整体稳定性。

挖排水沟：汇流部分从坡面和坡底径流的雨水，疏浚水流，从而防止坡底的侵蚀。

养护与监测调查：施工完成后需对坡面进行养护，保证出苗的效果，同时应制定定期巡视制度，配备专门人员在植物生长初期对坡面生态系统进行合理补水（有条件的区域可埋设传感器进行远程监控），保证植被的快速恢复。

另外，本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本申请的公开范围之内。

Claims (8)

1.一种砒砂岩高陡边坡植生绿化的可持续柔性护坡方法，其特征在于，该方法包括：

挖坡顶截水沟，用于截留坡顶的降雨径流，并采用防水材料对对截水沟进行防水处理，防止雨水流入砒砂岩坡面和渗入地下；

采用改性亲水性聚氨酯材料喷洒坡面，通过渗透和包裹作用形成一定厚度含微孔的抗蚀控渗层，控制水分的入渗，防止砒砂岩侵蚀，并能够保证植物根系的生长发育；

所述改性亲水性聚氨酯材料是一种环保可降解的高分子材料，可与任意比例水迅速反应，形成多孔弹性的凝胶体，并可以与沙土、砒砂岩进行渗透包裹，形成具有较好力学性能的固结层；

铺设柔性网格层，在砒砂岩坡面上铺设一层细钢丝网，从而保证改性亲水性聚氨酯材料溶液在坡面的渗透包裹的厚度和效果；

铺设连续2层的连续植生袋，然后利用机械压送装备注入植生基材，并使得植生袋呈现饱和状态，保证植生袋之间的紧密性；

采用固定件固定植生袋及钢丝网，防止其移位或者滑动；

在坡面底部砌筑防水挡墙，可以防止坡底的水分渗透入坡面，造成坡面底部侵蚀和失稳，保证其整体稳定性；

设置坡地排水沟汇流部分从坡面和坡底径流的雨水，疏浚水流；

在坡面上种植植被；

对坡面进行养护，保证绿化的效果，并跟踪调查长期效果;

坡面的3层防护均为柔性防护层，均可以根绝砒砂岩的特征及当地气候，可以在小范围内实现与砒砂岩坡体的微小协同变形，从而避免了硬质护坡技术的耐久性问题。

2.根据权利要求1所述的一种砒砂岩高陡边坡植生绿化的可持续柔性护坡方法，其特征在于，所述植生袋为聚乙烯材质的扁平长丝纱通过精细化编制工艺编制而成，具有较强的抗拉强度和一定的收缩性，紫外降解性能可达到5年以上，保障了植被生长发育周期内的耐久性。

3.根据权利要求1所述的一种砒砂岩高陡边坡植生绿化的可持续柔性护坡方法，其特征在于，所述植生基材是包含有微生物菌剂、有机缓释肥、有机土、风化砒砂岩颗粒、生物质、灌草种子的营养基材，供灌草种子发芽发育生长。

4.根据权利要求3所述的一种砒砂岩高陡边坡植生绿化的可持续柔性护坡方法，其特征在于，所述微生物菌剂是通过提取砒砂岩中优势菌群，并加以培养制备得到的富含嗜盐芽孢杆菌、苜蓿中华根瘤菌、巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌植物促生用的固态微生物菌剂，用来改良风化砒砂岩。

5.根据权利要求3所述的一种砒砂岩高陡边坡植生绿化的可持续柔性护坡方法，其特征在于，所述有机缓释肥为缓释型肥料，缓慢溶解，可保持长期的肥效，保证了植被的生长发育。

6.根据权利要求3所述的一种砒砂岩高陡边坡植生绿化的可持续柔性护坡方法，其特征在于，所述有机土用于改善植生基材的土壤性质，包括透水性、透气性、团粒体结构。

7.根据权利要求3所述的一种砒砂岩高陡边坡植生绿化的可持续柔性护坡方法，其特征在于，所述灌草种子以当地的优势物种为主，并根据施工作业面土壤或岩面性质、当地气候条件、施工季节，并结合各种植物生长特性选择根系发达的灌草种子进行播种。

8.一种根据权利要求1所述的一种砒砂岩高陡边坡植生绿化的可持续柔性护坡方法得到的砒砂岩高陡边坡植生绿化系统，其特征在于，包括：坡顶截水沟、抗蚀防渗层、柔性网格层、植生卷材层、固定件、防水挡墙、坡地排水沟及坡面植被，其中坡顶截水沟是用于截留流坡顶雨水，有效避免了坡顶侵蚀的发育，边坡抗蚀层是采用环保可降解的改性亲水性聚氨酯材料对砒砂岩边坡进行渗透包裹，从而形成一定厚度的抗蚀防渗层，为了保证抗蚀层的渗透包裹效果，表面铺设一层柔性网格层，最上层采用连续袋装富含微孔的可降解卷材，其中灌注含有微生物菌剂、缓释肥、保水剂、生物质、风化砒砂岩颗粒、有机土、灌草种子，并采用固定件对植生卷材进行固定，最底部设置防水挡墙，防止坡底的水进入边坡造成坡底破坏，坡底预设一定坡度和排水沟，从而疏浚汇流的雨水。

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