CN114960616B - 基于植物根系的高土边坡裂缝修复方法及防水结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于边坡防护治理领域，涉及一种基于植物根系的高土边坡裂缝修复方法及防水结构，方法包括以下步骤：1）对边坡裂缝进行勘察；2）采用由水泥、植物营养液以及土壤构成的混合土填埋裂缝，直至混合土将裂缝填埋至与边坡齐平；3）沿边坡裂缝的走势在边坡裂缝的上方填埋原状土，在边坡裂缝上形成防水结构；4）选取植物根系发达的木本植物，根据木本植物的品种获取木本植物种植参数；5）根据步骤4）所获取得到的木本植物种植参数将木本植物种植；木本植物以及防水结构沿边坡走势自上而下依次设置。本发明提供了一种防雨水入渗性能良好以及防止滑坡灾害的基于植物根系的高土边坡裂缝修复方法及防水结构。

Description

基于植物根系的高土边坡裂缝修复方法及防水结构

技术领域

本发明属于边坡防护治理领域，涉及一种边坡裂缝修复方法及防水结构，尤其涉及一种基于植物根系的高土边坡裂缝修复方法及防水结构。

背景技术

在高土边坡出现大裂缝时，雨水会从裂缝中快速渗入到坡体内部，雨水渗入土层，除了增大其重量外，还会软化土体，并降低滑带土的强度，导致裂缝下的土体松动。长此以往，在遇到强降雨、地震或工程施工时，会发生滑坡、泥石流等灾害。而传统的边坡防护工程，不仅工程成本高，对环境较大污染，且无法做到永久有效的防护。

当前我国治理高土边坡由降雨渗流、地震等自然因素和非自然因素，导致的滑坡破坏，主要工程措施有排水工程、支挡工程和改变土体性质等。锚杆框格梁这种结构可以对坡体起到整体加固的作用，但无法抑制坡面产生裂缝的情况，也就无法做好良好的排水和防护。这些措施各有其优点和缺点，但不能做到永久性防护。水是边坡失稳的重要影响因素，因此传统的高边坡防护对排水十分重视，但在复杂的地质条件下，排水问题十分困难，或不能做到彻底永久性排水。高土边坡的支挡工程一般有锚索框架、主被动网架、挡土墙和抗滑桩等刚性支护，它们的共同缺陷是无法兼顾生态修复的功能，甚至还造成了生态环境的进一步污染。锚喷支护，施工所需设备简单，但费用较高，混凝土喷射过程中回弹量大，厚度难以控制。粉尘较多，影响操作人员健康，且对环境还有一定影响，应减少使用。挡土墙对基础承载要求过高，施工工期相对较长、施工工艺要求较高，需要钻孔对设备要求较高和不经济等缺点。且建筑结构由于施工水平和材料质量的差异，达不到设计要求，后期需要定期检查、维护和修补。不能永久的解决固土和植被恢复这一问题，不符合当今绿色可持续发展的理念。本发明主要是解决高土边坡出现的裂缝积水问题。裂缝长时间积水会导致下层土体被水渗透，从而土体重量增加，土质反而松软，不利于植被生长和容易形成滑坡体，造成滑坡、边坡失稳等问题。相比于传统施工方法，本发明施工简单，不需要大型机械设备；经济环保，不仅能有效长期防止裂缝渗水导致的滑坡失稳等灾害，还能美化景观，改善环境。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种防雨水入渗性能良好以及防止滑坡灾害的基于植物根系的高土边坡裂缝修复方法及防水结构。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于植物根系的高土边坡裂缝修复方法，其特征在于，所述基于植物根系的高土边坡裂缝修复方法包括以下步骤：

1)对边坡裂缝进行勘察，获取边坡裂缝的勘察参数，所述边坡裂缝的勘察参数包括边坡裂缝长度a，宽度b以及深度h₁；

2)采用由水泥、植物营养液以及土壤构成的混合土填埋裂缝，直至混合土将裂缝填埋至与边坡齐平；所述水泥和植物营养液的总重量占混合土总质量的1％-2％；

3)沿边坡裂缝的走势在边坡裂缝的上方填埋原状土，在边坡裂缝上形成防水结构，所述防水结构的截面呈八字型；

4)选取植物根系发达的木本植物，根据木本植物的品种获取木本植物种植参数，所述木本植物种植参数包括木本植物的埋深h、边坡裂缝与木本植物的间距R以及木本植物的水平间距S；

5)根据步骤4)所获取得到的木本植物种植参数将木本植物种植；所述木本植物以及防水结构沿边坡走势自上而下依次设置。

作为优选，本发明所采用的步骤4)中，木本植物的埋深h是根据边坡裂缝的深度h₁与木本植物的根系长度h₂的关系确定的；

当边坡裂缝的深度h₁大于木本植物的根系长度h₂时，木本植物的埋深h的计算方式是：

其中：

h是木本植物的埋深；

h₁是边坡裂缝的深度；

h₂是木本植物的根系长度；

当边坡裂缝的深度h₁不大于木本植物的根系长度时，木本植物的埋深h为非正数，取木本植物的最小埋深。

作为优选，本发明所采用的步骤4)中，边坡裂缝与木本植物的间距R的计算方式是根据木本植物根系覆盖半径r确定，所述R＝r/2。

作为优选，本发明所采用的步骤4)中，木本植物的水平间距S的计算方式是根据木本植物根系覆盖半径r确定，所述S＝r。

作为优选，本发明所采用的步骤3)和步骤4)之间还包括对防水结构进行稳固的步骤，所述稳固是采用水泥生态基材对原状土进行生态护坡处理增强防水结构的强度；所述水泥生态基材包括水泥、绿化添加剂、腐殖质以及生态肥，以原状土的总量为基准，所述水泥、绿化添加剂(市售产品)、腐殖质以及生态肥的掺量依次是7％-9％(质量分数)、2％-3％(质量分数)、0.036g/m³以及1％-2％(质量分数)；此外，所述稳固还包括用长钉将橡胶圈固定至防水结构的顶端，在橡胶圈中间插入钢管，增强防水结构是整体稳定性，橡胶圈和钢管通过螺栓固定。

作为优选，本发明所采用的步骤3)和步骤4)之间还包括在防水结构与边坡的结合处修筑散水结构的步骤；所述散水结构整体呈弧形。

作为优选，本发明所采用的防水结构的高度是H；所述H＝(1/2～1)h₁；所述防水结构的宽度是B，所述B＝(2～5)b。

作为优选，本发明所采用的B＝3b。

作为优选，本发明所采用的基于植物根系的高土边坡裂缝修复方法在步骤5)之后还包括：

6)待木本植物粗壮且根系发达时，边坡裂缝处完全被植物根系所贯穿，在防水结构上种植草本植物，所述草本植物是狗牙根或多花木兰。

一种用于如前所记载的基于植物根系的高土边坡裂缝修复方法的防水结构，其特征在于：所述防水结构包括原状土、水泥生态基材以及设置在水泥生态基材顶部的顶部加固装置；所述原状土的截面成八字型；所述水泥生态基材铺设在原状土的上表面；所述顶部加固装置包括橡胶圈以及长钉；所述橡胶圈通过长钉固定在水泥生态基材的顶部。

作为优选，本发明所采用的顶部加固装置还包括钢管以及螺栓；所述钢管沿橡胶圈的轴向置于橡胶圈中；所述螺栓沿橡胶圈的径向贯穿橡胶圈以及钢管并将橡胶圈与钢管固定。

作为优选，本发明所采用的顶部加固装置还包括铺设在橡胶圈顶部的混凝土。

作为优选，本发明所采用的防水结构还包括修筑在水泥生态基材与边坡的结合处的散水结构；所述散水结构整体呈弧形结构。

本发明的优点是：

本发明提供了一种基于植物根系的高土边坡裂缝修复方法，该方法包括：1)对边坡裂缝进行勘察，获取边坡裂缝的勘察参数，边坡裂缝的勘察参数包括边坡裂缝长度a，宽度b以及深度h₁；2)采用由水泥、植物营养液以及土壤构成的混合土填埋裂缝，直至混合土将裂缝填埋至与边坡齐平；水泥和植物营养液的总重量占混合土的1％-2％；3)沿边坡裂缝的走势在边坡裂缝的上方填埋原状土，在边坡裂缝上形成防水结构，防水结构的截面呈八字型；4)选取植物根系发达的木本植物，根据木本植物的品种获取木本植物种植参数，木本植物种植参数包括木本植物的埋深h、边坡裂缝与木本植物的间距R以及木本植物的水平间距S；5)根据步骤7)所获取得到的木本植物种植参数将木本植物种植；木本植物以及防水结构沿边坡走势自上而下依次设置。本发明对高土边坡裂缝修复治理方法主要包括；一种“八”字型防水结构、植物根系修复裂缝机理和提出系统的植物根系修复方法。“八”字型结构主要有两个作用。第一，防水作用，防水结构两端用水泥生态基材水泥生态基材并且种植草本植物，可防止高土边坡的雨水以及山上的水进入裂缝中。“八”字型结构下部可阻止雨水渗入，上部可阻止山上的水流入裂缝，当水流至结构上部时，雨水可向两侧流出；第二，柔性结构，橡胶圈能够连接“八”字型结构，并能在坡度发生变化时有一定转动，使结构不被破坏。当裂缝由于一定原因开裂或错动时，两边水泥生态基材的坡度会随着裂缝的变大而减缓，从而使基材的覆盖面变大，保证结构仍然能保护裂缝防止雨水入渗；植物根系修复机理：因为填埋裂缝的土含有大量的植物营养物，植物根系具有向化性，根系在土壤中总是朝着肥料多的地方生长，在有裂缝一侧的植物根系的长度和密度都要长于和大于另一侧。使其根系生长至富有营养土的裂缝之中，形成根土复合体等价加筋土，起到加筋作用，可使裂缝填埋土、原状土和植物根系形成一个整体；根据勘察裂缝情况，和计算可得裂缝h深处。为了植物根系水平方向能嵌入土壤内，植物与裂缝垂直距离(1/2)r处种植，植物间的中心间距r处种植，使裂缝均匀被植物根系贯穿，且树木之间不相互影响。根茎向化性在植物学广泛应用，但在边坡裂缝治理上为首次应用，此方法不仅解决了柔性结构治理边坡裂缝的问题，且达到了永久治理裂缝破坏的目的，经济环保，绿色美观。裂缝是水分优势通道，很多滑坡的产生就是由于水分沿裂缝大量入渗土体而引起的，因此裂缝治理尤为重要。

附图说明

图1是本发明提供的基于植物根系的高土边坡裂缝修复的结构剖面图；

图2是本发明提供的基于植物根系的高土边坡裂缝修复结构的防水结构细部图；

图3是本发明提供的“八”字型防水结构侧视图；

图4是本发明提供的仰视防水结构的效果图；

图5是本发明提供的基于植物根系的高土边坡裂缝修复的排水示意图和植物布置图；

图6本发明提供的植物根系修复裂缝的细部结构图和埋深布置图；

图7本发明提供的植物根系修复裂缝的平面间距布置图；

其中：

1-高土边坡；2-木本植物；21-植物根系；22-植物根系覆盖范围；3-边坡裂缝；4-渗透层；5-填埋土；6-防水结构；61-水泥生态基材；611-散水结构；62-橡胶圈；621-螺栓；622-钢管；63-长钉；64-水流方向；7-草本植物；8-混凝土。

具体实施方式

本发明提供了一种基于植物根系的高土边坡裂缝修复方法，该方法包括以下步骤：

1)对边坡裂缝进行勘察，获取边坡裂缝的勘察参数，边坡裂缝的勘察参数包括边坡裂缝长度a，宽度b以及深度h₁；

2)采用由水泥、植物营养液以及土壤构成的混合土填埋裂缝，直至混合土将裂缝填埋至与边坡齐平；水泥和植物营养液的总重量占混合土总质量的1％-2％；

3)沿边坡裂缝的走势在边坡裂缝的上方填埋原状土，在边坡裂缝上形成防水结构，防水结构的截面呈八字型；防水结构的高度是H；H＝(1/2～1)h₁；防水结构的宽度是B，B＝(2～5)b，优选的，B＝3b。

在步骤3)之后，还包括防水结构进行稳固的步骤以及在防水结构与边坡的结合处修筑散水结构的步骤；稳固是采用水泥生态基材对原状土进行生态护坡处理增强防水结构的强度，防止雨水入渗；所述水泥生态基材包括水泥、绿化添加剂、腐殖质以及生态肥，以原状土的总量为基准，所述水泥、绿化添加剂、腐殖质以及生态肥的掺量依次是7％-9％(质量分数)、2％-3％(质量分数)、0.036g/m³以及1％-2％(质量分数)；此外，所述稳固还包括用长钉将橡胶圈固定至防水结构的顶端，在橡胶圈中间插入钢管，增强防水结构是整体稳定性，橡胶圈和钢管通过螺栓固定。散水结构整体呈弧形，使边坡上方的水，和雨水能够流畅排出，并且加强“八”字型结构的稳定性。

4)选取植物根系发达的木本植物，根据木本植物的品种获取木本植物种植参数，木本植物种植参数包括木本植物的埋深h、边坡裂缝与木本植物的间距R以及木本植物的水平间距S；其中：

木本植物的埋深h是根据边坡裂缝的深度h₁与木本植物的根系长度h₂的关系确定的；

当边坡裂缝的深度h₁大于木本植物的根系长度h₂时，木本植物的埋深h的计算方式是：

其中：

h是木本植物的埋深；

h₁是边坡裂缝的深度；

h₂是木本植物的根系长度；

当边坡裂缝的深度h₁不大于木本植物的根系长度时，木本植物的埋深h为非正数，取木本植物的最小埋深。

边坡裂缝与木本植物的间距R的计算方式是根据木本植物根系覆盖半径r确定，R＝r/2。

木本植物的水平间距S的计算方式是根据木本植物根系覆盖半径r确定，S＝r。

5)根据步骤4)所获取得到的木本植物种植参数将木本植物种植；木本植物以及防水结构沿边坡走势自上而下依次设置。

6)待木本植物粗壮且根系发达时，边坡裂缝处完全被植物根系所贯穿，在防水结构上种植草本植物，草本植物是狗牙根或多花木兰。

本发明在提供一种用于如前所记载的基于植物根系的高土边坡裂缝修复方法的同时，还提供了用于实现上述方法的专用的防水结构，防水结构6包括原状土、水泥生态基材61以及设置在水泥生态基材61顶部的顶部加固装置；原状土的截面成八字型；水泥生态基材61铺设在原状土的上表面；顶部加固装置包括橡胶圈62以及长钉63；橡胶圈62通过长钉63固定在水泥生态基材61的顶部。顶部加固装置还包括钢管622以及螺栓621；钢管622沿橡胶圈62的轴向置于橡胶圈62中；螺栓621沿橡胶圈62的径向贯穿橡胶圈62以及钢管622并将橡胶圈62与钢管622固定。顶部加固装置还包括铺设在橡胶圈62顶部的混凝土8。防水结构还包括修筑在水泥生态基材61与边坡的结合处的散水结构611；散水结构611整体呈弧形结构。

本发明的具体方式是：勘察高土边坡裂缝长度，宽度以及深度。用掺有1％至2％的水泥和植物营养液混合土填埋裂缝，填埋至与边坡齐平。在边坡裂缝的上方压填原状土，形成“八”字型土坡，然后用水泥生态基材浇筑至“八”字型原状土两侧，种植根系发达的草本植物，原状土中间用橡胶密封连接，防止雨水渗入。其次可在高土边坡裂缝上边坡(1/2)r处，种植植物根系发达的木本植物。由于植物根系的向化性，根系在土壤中总是朝着肥料多的地方生长，使其根系长入富有营养土的裂缝之中，形成根土复合体等价加筋土，起到加筋作用。

其中，水泥生态基材包括水泥、绿化添加剂、腐殖质以及生态肥，以原状土的总量为基准，所述水泥、绿化添加剂、腐殖质以及生态肥的掺量依次是7％-9％(质量分数)、2％-3％(质量分数)、0.036g/m³以及1％-2％(质量分数)；水泥生态基材中的绿化添加剂可以迅速营造适合植物生长的营养环境，绿色植物能够稳固基材，抗雨水冲刷能力较强，能够有效防止水土流失。“八”字型结构两侧用橡胶圈连接，橡胶材料具有一定弹性，当裂缝开裂时，可以允许结构坡度有一定变形。

种植在边坡上的植物，选取植物根系发达的木本植物，发达的根系不仅可以防止水土流失，还可以使根系生长至边坡裂缝，固化土体，修复裂缝。

八字型结构两侧种植根系发达的草本植物，如狗牙根，多花木兰等，它们与其他植物相比，有耐旱，易生长，根系发达等优点。

下面通过附图对本技术方案进行详细描述：

请参阅图1到图7，本发明提供了一种基于植物根系的高土边坡裂缝修复治理及施工方法，包括填埋土、“八”字型结构、植物位置布置和植物根系修复裂缝机理。

参见图6，填埋裂缝的土含有大量的植物营养物，植物根系具有向化性，营养物会吸引植物根系向裂缝处生长，使其根系长入富有营养土的裂缝之中，形成根土复合体等价加筋土，起到加筋作用。根系在土壤中总是朝着肥料多的地方生长，使有裂缝处植物根系更加茂盛。根茎向化性在植物学广泛应用，但在边坡裂缝治理上为首次应用。

参见图2至图4，将胶圈62通过长钉63固定至水泥生态基材两侧，橡胶圈中间插入钢管，起到固定橡胶圈的作用，使用螺栓621将钢管和橡胶圈固定。橡胶圈和水泥生态基材上浇筑混凝土，以保证连接处的稳定性。防水结构6下端两侧用钢管65固定，目的是防止裂缝进一步开裂，并且稳固防水结构。在底端设置散水结构611，并使结构有一定弧度，防止积水，使雨水流畅排出。在“八”字型结构两侧种植根系发达的草本植物7，生态护坡，绿化环境，防止水土流失。

Claims (6)

1.一种基于植物根系的高土边坡裂缝修复方法，其特征在于，所述基于植物根系的高土边坡裂缝修复方法包括以下步骤：

1)对边坡裂缝进行勘察，获取边坡裂缝的勘察参数，所述边坡裂缝的勘察参数包括边坡裂缝长度a，宽度b以及深度h₁；

2)采用由水泥、植物营养液以及土壤构成的混合土填埋裂缝，直至混合土将裂缝填埋至与边坡齐平；所述水泥和植物营养液的总重量占混合土总质量的1％-2％；

3)沿边坡裂缝的走势在边坡裂缝的上方填埋原状土，在边坡裂缝上形成防水结构，所述防水结构的截面呈八字型；

4)选取植物根系发达的木本植物，根据木本植物的品种获取木本植物种植参数，所述木本植物种植参数包括木本植物的埋深h、边坡裂缝与木本植物的间距R以及木本植物的水平间距S，木本植物的埋深h是根据边坡裂缝的深度h₁与木本植物的根系长度h₂的关系确定的：

当边坡裂缝的深度h₁大于木本植物的根系长度h₂时，木本植物的埋深h的计算方式是：

其中，h是木本植物的埋深，h₁是边坡裂缝的深度，h₂是木本植物的根系长度；

当边坡裂缝的深度h₁不大于木本植物的根系长度h₂时，木本植物的埋深h为非正数，取木本植物的最小埋深；

边坡裂缝与木本植物的间距R的计算方式是根据木本植物根系覆盖半径r确定，所述R＝r/2；

5)根据步骤4)所获取得到的木本植物种植参数将木本植物种植；所述木本植物以及防水结构沿边坡走势自上而下依次设置；

6)待木本植物粗壮且根系发达时，边坡裂缝处完全被植物根系所贯穿，在防水结构上种植草本植物，所述草本植物是狗牙根或多花木兰；

所述步骤3)和步骤4)之间还包括对防水结构进行稳固的步骤，所述稳固是采用水泥生态基材对原状土进行生态护坡处理增强防水结构的强度，防止雨水入渗；所述水泥生态基材包括水泥、绿化添加剂、腐殖质以及生态肥，以原状土的总量为基准，所述水泥、绿化添加剂、腐殖质以及生态肥的掺量依次是7％-9％(质量分数)、2％-3％(质量分数)、0.036g/m³以及1％-2％(质量分数)；此外，所述稳固还包括用长钉将橡胶圈固定至防水结构的顶端，在橡胶圈中间插入钢管，螺栓沿橡胶圈的径向贯穿橡胶圈以及钢管并将橡胶圈与钢管固定。

2.根据权利要求1所述的基于植物根系的高土边坡裂缝修复方法，其特征在于，所述木本植物的水平间距S的计算方式是根据木本植物根系覆盖半径r确定，所述S＝r。

3.根据权利要求1所述的基于植物根系的高土边坡裂缝修复方法，其特征在于，所述步骤3)和步骤4)之间还包括在防水结构与边坡的结合处修筑散水结构的步骤；所述散水结构整体呈弧形。

4.根据权利要求1所述的基于植物根系的高土边坡裂缝修复方法，其特征在于，所述防水结构的高度是H；所述H＝(1/2～1)h₁；所述防水结构的宽度是B，所述B＝(2～5)b。

5.根据权利要求4所述的基于植物根系的高土边坡裂缝修复方法，其特征在于，所述B＝3b。

6.根据权利要求1所述的基于植物根系的高土边坡裂缝修复方法，其特征在于：在橡胶圈顶部还铺设有混凝土。