CN114687366B - 一种利用工业废弃物协同黄豆脲酶加固边坡的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用工业废弃物协同黄豆脲酶加固边坡的方法，包括如下步骤：步骤一：选取高陡边坡样地，清除坡面上落叶和碎石块垃圾，根据坡面条件制作不同直径的保护筒，并挖与保护筒配合的种植穴；步骤二：将保护筒插装至相应的种植穴内，并在保护筒所在区域周围挂设椰纤网，然后在保护筒内添加植物种子后注入磷石膏混合物A；步骤三：在保护筒内灌注黄豆脲酶混合液B，一段时间后，喷洒肥料溶液C；步骤四：后期养护：根据设计地区条件及设计要求进行养护；本发明中椰纤网和保护筒的配合使得对边坡固持力更长久有效，通过保护筒的限位作用可使得椰纤网不易移动或滑动，且各材料价格低廉，便于工业化推广使用，对边坡生态修复具有重要的意义。

Description

一种利用工业废弃物协同黄豆脲酶加固边坡的方法
技术领域
本发明涉及边坡生态防护工程技术领域，具体地指一种利用工业废弃物协同黄豆脲酶加固边坡的方法。
背景技术
伴随着现代化建设的进行和时间的推移，越来越多的隧道、水库、路桥等基础设施不断建设和改造，各施工项目附近的自然边坡受到极大程度的工程扰动，这些边坡在长时间的降雨侵蚀等其它自然因素的影响下，发生大规模的滑坡、泥石流等自然灾害，对周边经济以及生态环境造成不可估计的破坏。现有的边坡防护技术中存在下列问题：传统边坡防护存在适用边坡固定，防护效果持续时间短，施工耗时长，坡前施工所需劳动力多耗费人力物力；喷播类防护方法存在以下问题：挂网喷播受限于网片和坡面距离，加固效果单一且无加筋作用，网片容易发生位移，易整体皲裂脱落，单一性草本植物固坡能力弱，土壤肥力、萌发的植被密度低，受持续性大雨等自然气候影响依然会发生坡面崩塌。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种利用工业废弃物协同黄豆脲酶加固边坡的方法，以解决背景技术中提出的问题。
本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种利用工业废弃物协同黄豆脲酶加固边坡的方法，它包括如下步骤：
步骤一：选取高陡边坡样地，清除坡面上落叶和碎石块垃圾，根据坡面条件制作不同直径的保护筒，并挖与保护筒配合的种植穴；
步骤二：将保护筒插装至相应的种植穴内，并在保护筒所在区域周围挂设椰纤网，然后在保护筒内添加植物种子后注入磷石膏混合物A；
步骤三：在保护筒内灌注黄豆脲酶混合液B，一段时间后，喷洒肥料溶液C；
步骤四：后期养护：根据设计地区条件及设计要求进行养护。
优选地，步骤一中的保护筒采用可降解的纤维布或椰纤材料制作，保护筒为圆环状，外径60-80mm，深80-120mm。
优选地，所述步骤二中，椰纤网的网格与保护筒侧面接触。
优选地，每四个保护筒为一组挂设椰纤网，此时椰纤网呈田字格结构，保护筒位于椰纤网的田字格内。
优选地，所述椰纤网还通过草皮钉与坡面固定连接。
优选地，所述保护筒侧面还穿设有压钉，用于对椰纤网的高度进行调整和固定。
优选地，所述步骤二中，植物种子为经过1000-1200mg/L赤霉素浸泡过的乔、灌木种子；磷石膏混合物A制作方法为：将磷石膏原料去除杂质、风干并过100目筛后备用，将稻壳和油菜杆晒干去除杂物后磨成粉，按照磷石膏:稻壳粉:油菜杆粉＝10:1:2的重量配比混合形成磷石膏混合物A。
优选地，所述步骤三中黄豆脲酶混合液B制作方法为；将黄豆原料进行烘干磨成粉，过100目筛，使其按60g/L的浓度充分与纯水混合，放置一段时间后，经过离心后取上清液，得到脲酶溶液，添加与脲酶溶液体积比为2:1的1mol/L碳酰胺溶液，然后添加4-6g/L的脱脂奶粉溶液，三者混合搅拌均匀后置于-4℃备用，形成黄豆脲酶混合液B，其注入保护筒内的体积为3.5-4.5L/m2。
优选地，步骤三中，肥料溶液C为腐植酸肥料，共喷洒两次，喷洒量为300-500g/亩，间隔7天后喷洒第二次。
本发明的有益效果是：
(1)本发明方法利用磷石膏、稻秆粉、油菜杆粉和植物种子混合物置于特制可降解的保护筒中，置于选取坡面上，使用挂网固定；将脲酶、碳酰胺溶液和脱脂奶粉混合溶液注入，最后喷洒腐植酸溶液进行后期养护；待植物生长后覆盖在坡体上以提高坡体稳定性；该方法使用碱性物质稻壳粉和油菜杆粉作为改良剂使磷石膏摆脱作为工业废弃物被闲置堆积无法利用的缺点，而磷石膏中富含大量适合植物生长的微量元素，优化了碳酸盐沉淀的生成不均匀的现象，椰纤网和保护筒的配合使得对边坡固持力更长久有效，而且通过保护筒的限位作用可以使得椰纤网不易移动或滑动，且各材料价格低廉，便于工业化推广使用，对边坡生态修复具有重要的意义；
(2)本发明中的保护筒采用可降解的纤维材料，渗透性好，可在乔、灌木种子在养护发芽后，很好的对周边水分进行吸收，乔、灌木种子在成活后无需特殊养护，可达到自然放养的状态。
(3)本发明中的磷石膏混合物含多种适宜种子生长所必须的磷、硅、钾、锰等营养物质，可以促进作物生长，提高作物产量和抗病旱能力等；磷石膏呈酸性，可以降低盐分含量，调节土壤酸碱性，改善土壤结构；磷石膏中含一定游离钙离子，一方面可以提供植物脲酶诱导碳酸钙沉淀反应中的钙源，另一方面生成的磷酸盐降低植物源脲酶诱导碳酸钙中成型混合物的凝固和硬化改善土壤的板结现象，提高植物的存活率；土颗粒表面所有带相同电荷粒子朝向边缘排列，粒子间产生孔隙，磷石膏混合物的加入提供各类高价阳离子，而黏土颗粒表面的吸附的高价阳离子越多，发生阳离子的交换越剧烈，导致土颗粒表面双电子层中扩散层的厚度降低，在离子水化后形成的水化膜变薄，导致粒间距离变薄，从而提高离子间的库伦力增强土颗粒和碳酸盐的絮凝作用，和在加固后期不易发生膨胀效应。
(4)稻壳粉和油菜杆粉成碱性，作为改良剂很好地中和磷石膏的酸性，三者混合可以有效改善磷石膏的理化性质；另外磷石膏本身颗粒细小，不利于植物生长，加入稻壳粉和油菜杆粉后，可有效改善孔隙，使其疏松多孔，提供植物生长适宜条件。稻壳粉和油菜杆粉存在占位残留，提高各分子间的界面接触面积，充当碳酸盐的附着位点；其次联合磷石膏中金属离子形成水化酸钙混合物，吸附土体中的金属离子形成新的大碳酸盐团聚体，比单一碳酸钙固结更为稳定，大碳酸盐团聚体会存在应力集中，在边坡受压时与基体间结合的孔隙，释放塑形约束，引发基体的整体塑形变形，提高韧性；这种大团聚体还会占据聚合物链间的空间，降低链的流动性，增加基体的变形和裂纹扩展阻力，减小植物源脲酶诱导碳酸钙沉淀固结土体产生的裂缝。
(5)植物酶诱导碳酸钙沉淀作为新式的土体加固方法，安全可靠，原材料价格低廉，持续时间长久且效果良好，绿色环保，节能高效，脱脂奶粉溶液中的酪蛋白作为成核剂使其更易产生碳酸盐晶体。
(6)本发明施工方法便捷，所有制作材料均可实现批量生产，且成本低廉，容易实现工业化大量生产。
附图说明
图1是一种利用工业废弃物协同黄豆脲酶加固边坡的方法实施后的剖面图。
图2为图1的俯视结构示意图；
图中，椰纤网1；保护筒2；草皮钉3；坡面4。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1和2所示，一种利用工业废弃物协同黄豆脲酶加固边坡的方法，它包括如下步骤：
步骤一：选取高陡边坡样地，清除坡面4上落叶和碎石块垃圾，根据坡面条件制作不同直径的保护筒2，并挖与保护筒2配合的种植穴；
步骤二：将保护筒2插装至相应的种植穴内，并在保护筒2所在区域周围挂设椰纤网1，然后在保护筒2内添加植物种子后注入磷石膏混合物A；
步骤三：在保护筒2内灌注黄豆脲酶混合液B，一段时间后，喷洒肥料溶液C；在本实施例中，是12-24h后，采用电动喷雾器将肥料溶液C隔7天喷洒一次，仅喷洒2次；
步骤四：后期养护：根据设计地区条件及设计要求进行养护。
优选地，步骤一中的保护筒2采用可降解的纤维布或椰纤材料制作，保护筒2为圆环状，外径60-80mm，深80-120mm。保护筒2采用可降解的纤维材料，渗透性好，可在乔、灌木种子在养护发芽后，很好的对周边水分进行吸收，乔、灌木种子在成活后无需特殊养护，可达到自然放养的状态。
优选地，所述步骤二中，椰纤网1的网格与保护筒2侧面接触。这样设计后，保护筒2可以对椰纤网1进行限位，由于保护筒2的阻挡效果，可以防止椰纤网1在坡面4表面移动。
优选地，每四个保护筒2为一组挂设椰纤网1，此时椰纤网1呈田字格结构，保护筒2位于椰纤网1的田字格内。这样设计后，保护筒2和椰纤网1可以彼此配合，椰纤网1及保护筒2布置更为均匀。
优选地，所述椰纤网1还通过草皮钉3与坡面4固定连接。通过草皮钉3可以防止椰纤网1脱离坡面4。
优选地，所述保护筒2侧面还穿设有压钉，用于对椰纤网1的高度进行调整和固定。在实际挂网过程中，传统手段只是通过草皮钉将网固定在坡面，只是防止其脱离坡面，但是网还是会因重力作用而朝着坡面方向下滑，而本发明通过在保护筒2侧面增设压钉，可以使得椰纤网1不易上下滑动；另外通过调整椰纤网1的高度后，再将其通过压钉固定于保护筒2侧面，这样可以将椰纤网1的高度固定，使得其离坡面4的距离一定。
优选地，所述步骤二中，植物种子为经过1000-1200mg/L赤霉素浸泡过的乔、灌木种子；磷石膏混合物A制作方法为：将磷石膏原料去除杂质、风干并过100目筛后备用，将稻壳和油菜杆晒干去除杂物后磨成粉，按照磷石膏:稻壳粉:油菜杆粉＝10:1:2的重量配比混合形成磷石膏混合物A。
优选地，所述步骤三中黄豆脲酶混合液B制作方法为；将黄豆原料进行烘干磨成粉，过100目筛，使其按60g/L的浓度充分与纯水混合，放置一段时间后，经过离心后取上清液，得到脲酶溶液，添加与脲酶溶液体积比为2:1的1mol/L碳酰胺溶液，然后添加4-6g/L的脱脂奶粉溶液，三者混合搅拌均匀后置于-4℃备用，形成黄豆脲酶混合液B，其注入保护筒2内的体积为3.5-4.5L/m2。
优选地，步骤三中，肥料溶液C为腐植酸肥料，共喷洒两次，喷洒量为300-500g/亩，间隔7天后喷洒第二次。
下面以具体实施例来说明：
实施例：
以四川瀑布沟水电站开挖5#坡为例说明本发明的具体施工步骤：
(1)选取水电站边坡绿化工地的样地，清坡削坡，根据坡面条件制作直径65mm，深11cm的保护筒，并挖等大小种植穴放置保护筒。
(2)各保护筒内添加20颗经过1200mg/L赤霉素浸泡过的乔、灌木种子，将磷石膏风干过100目筛后，将稻壳粉和油菜杆粉晒干去除杂质后根据保护筒体积，按照10:1:2的配比混合置于保护筒中，放置椰纤网，样地每隔4cm钉孔，制作多组16×16cm椰纤网，每4个保护筒为一组挂网，间隔32cm使用草皮钉进行固定，
(3)将黄豆进行烘干磨成粉，过100目筛，使其按60g/L的浓度充分与纯水混合，于低温下放置一夜后经过4500r/min转速离心后取上清液，得到脲酶溶液，添加1mol/L与脲酶溶液体积比为2:1的碳酰胺溶液，添加4g/L的脱脂奶粉溶液，三者混合后搅拌均匀置于-4℃备用，注入体积为4L/m2，12h后，将腐殖酸肥料融于水，按400g/亩喷洒量使用电动喷雾器将其喷洒于样地，隔7天喷洒一次，仅喷洒2次。
(4)按当地气候进行适当的养护。
对比例1：
四川瀑布沟水电站开挖2#坡，进行清坡、削坡，挖种植穴，孔深11cm，直径73mm，填入20颗经过1200mg/L赤霉素浸泡过的乔、灌木种子，将黄豆烘干磨成粉，经纯水浸泡放置一夜经过4000r/min转速离心后取上清液，添加1mol/L与上清液体积比为2:1的碳酰胺溶液，添加4g/L的脱脂奶粉溶液，三者混合后搅拌均匀置于-4℃备用，注入体积为4L/m2，经过混合后搅拌均匀，使用灌浆泵将混合液注入种植穴中，后期养护与实施例相同。
对比例2：
四川瀑布沟水电站开挖2#坡，进行清坡、削坡，挖种植穴，孔深11cm，直径73mm，填入20颗经过1200mg/L赤霉素浸泡过的乔、灌木种子和磷石膏，将黄豆烘干磨成粉，经纯水浸泡放置一夜经过4000r/min转速离心后取上清液，添加1mol/L与上清液体积比为2:1的碳酰胺溶液，添加4g/L的脱脂奶粉溶液，三者混合后搅拌均匀置于-4℃备用，注入体积为4L/m2，经过混合后搅拌均匀，使用灌浆泵将混合液注入种植穴中，后期养护与实施例相同。
对比例3：
四川瀑布沟水电站开挖2#坡，进行清坡、削坡，挖种植穴，孔深11cm，直径73mm，填入20颗经过1200mg/L赤霉素浸泡过的乔、灌木种子和稻壳灰和油菜杆灰，将黄豆烘干磨成粉，经纯水浸泡放置一夜经过4000r/min转速离心后取上清液，添加1mol/L与上清液体积比为2:1的碳酰胺溶液，添加4g/L的脱脂奶粉溶液，三者混合后搅拌均匀置于-4℃备用，注入体积为4L/m2，经过混合后搅拌均匀，使用灌浆泵将混合液注入种植穴中，后期养护与实施例相同。
实施例与对比例相比，具体结果如下表1
表1实施例与对比例结果
测量方法及参考标准：抗压强度根据土工试验方法标准(GB/T 50123-2019)，采用微机控制电液伺服万能试验机测定；有机质根据重铬酸钾氧化外加热法；pH采用雷磁pH计测定；植被覆盖度采用相机垂直于坡面进行图像采集利用ERDAS Imagine2012分析软件对图像进行处理测定植物的盖度，植被盖度＝(植被的像素个数×每个像素的面积/(总像素个数×每个像素的面积)；孔隙率根据土工试验方法标准(GB/T 50123-2019)，采用密度试验方法测定；土壤分离能力采用标准环刀法取样后进行测定。
根据具体实施例和对比例所得数据说明：加入黄豆脲酶混合液、磷石膏混合物和肥料溶液后，土体的抗压强度最高提高0.24MPa，土体中有机质含量最大提高2.13倍，土体pH降低至6.4，达到适于植物生长的最佳范围，56天时，植被覆盖度达到92％，相对于未处理的增加了2.42倍，孔隙率有了相应的下降，从最初的45.8％到38.2％,提高了边坡土体的致密性，土壤分离能力相对未处理的提高6.76-7.35倍(如表1所示)，大大增强了边坡土体的抵抗降雨受到的径流侵蚀能力。综上所述黄豆脲酶结合工业废弃物的边坡加固技术可以显著提高土体的强度和抗侵蚀能力，且原材料价格低廉易产业化获取，获得更有力的护坡效果，结合植被更好的达到生态护坡的理念，易于推广使用。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用工业废弃物协同黄豆脲酶加固边坡的方法，其特征在于：它包括如下步骤：
步骤一：选取高陡边坡样地，清除坡面（4）上落叶、碎石块和其它垃圾，根据坡面条件制作不同直径的保护筒（2），并挖与保护筒（2）配合的种植穴；
步骤二：将保护筒（2）插装至相应的种植穴内，并在保护筒（2）所在区域周围挂设椰纤网（1），然后在保护筒（2）内添加植物种子后注入磷石膏混合物A；
步骤三：在保护筒（2）内灌注黄豆脲酶混合液B，一段时间后，喷洒肥料溶液C；
步骤四：后期养护，根据设计地区条件及设计要求进行养护；
所述步骤二中，植物种子为经过1000-1200 mg/L赤霉素浸泡过的乔、灌木种子；磷石膏混合物A制作方法为：将磷石膏原料去除杂质、风干并过100目筛后备用，将稻壳和油菜杆晒干去除杂物后磨成粉，按照磷石膏:稻壳粉:油菜杆粉=10:1:2的重量配比混合形成磷石膏混合物A；
所述步骤三中黄豆脲酶混合液B制作方法为；将黄豆原料进行烘干磨成粉，过100目筛，使其按60 g/L的浓度充分与纯水混合，放置一段时间后，经过离心后取上清液，得到脲酶溶液，添加与脲酶溶液体积比为2:1的1 mol/L碳酰胺溶液，然后添加4-6 g/L的脱脂奶粉溶液，三者混合搅拌均匀后置于-4℃备用，形成黄豆脲酶混合液B，保护筒（2）底面每平方米注入3.5-4.5 L黄豆脲酶混合液B。
2.根据权利要求1所述的一种利用工业废弃物协同黄豆脲酶加固边坡的方法，其特征在于：步骤一中的保护筒（2）采用可降解的纤维布或椰纤材料制作，保护筒（2）为圆环状，外径60-80 mm，深80-120 mm。
3.根据权利要求1所述的一种利用工业废弃物协同黄豆脲酶加固边坡的方法，其特征在于：所述步骤二中，椰纤网（1）的网格与保护筒（2）侧面接触。
4.根据权利要求3所述的一种利用工业废弃物协同黄豆脲酶加固边坡的方法，其特征在于：每四个保护筒（2）为一组挂设椰纤网（1），此时椰纤网（1）呈田字格结构，保护筒（2）位于椰纤网（1）的田字格内。
5.根据权利要求3所述的一种利用工业废弃物协同黄豆脲酶加固边坡的方法，其特征在于：所述椰纤网（1）还通过草皮钉（3）与坡面（4）固定连接。
6.根据权利要求3所述的一种利用工业废弃物协同黄豆脲酶加固边坡的方法，其特征在于：所述保护筒（2）侧面还穿设有压钉，用于对椰纤网（1）的高度进行调整和固定。
7.根据权利要求4所述的一种利用工业废弃物协同黄豆脲酶加固边坡的方法，其特征在于：步骤三中，肥料溶液C为腐植酸肥料，共喷洒两次，喷洒量为300-500g/亩，间隔7天后喷洒第二次。
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