CN115191266B - 一种生物钉钉体结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物钉钉体结构，包括可降解材料制得的钉体，所述钉体内设置有容纳腔，容纳腔向上和钉体顶端外部连通形成有供植物种子发芽破出的发芽孔，所述钉体顶部具有一个沿周向水平向外延伸的钉帽，其特征在于，所述钉帽上表面正对钉体的部分具有一圈向上延伸呈圆环状的承力部。本发明更加方便在钉入生物钉时承力，避免钉帽中部的薄弱位置遭受破坏。使得在打入钉体过程中，能够将倒钩上方位置的土壤压实，避免倒钩刺入时导致土壤松开而影响倒钩的防退出效果。同时能够更好地保护钉体内部的植物种子和营养基质，避免遭受水流波浪冲刷而被水流带走；同时又能够更加有利于草籽（植物种子）发芽、叶片生长出地表。
Description
本申请为申请号2019110771516，申请日2019-11-06的《一种生物钉及其消落带岸坡绿化保护方法》专利的分案申请。
技术领域
本发明涉及生态环境保护的生物钉技术领域，具体涉及一种生物钉钉体结构。
背景技术
消落带植被的好坏是水库以及河道等水域的周边生态环境保护是否有效，以及水土流失现象是否严重的重要影响因素。尤其是在水库生态系统中消落带植被的好坏显得尤为重要。然而，由于水库调蓄运行和自然条件等原因，导致水库水位频繁和大幅度波动以及淹没时间过长，水库边缘植被容易遭受破坏，特别是在一些坡度陡、水流流速大且土壤贫瘠的区域，其植被可能因此淹没消失，则意味着水库库区失去了一道生态屏障，可能会产生包括环境污染加重，近岸水体水质富营养化，土壤侵蚀和水土流失加大，植物多样性及生态系统被破坏，诱发地质灾害，爆发流行性疾病等在内的一系列生态环境问题，从而威胁到水库水质的安全与水库的安全运行和管理。
中国专利（CN108547256A）公开一种河道生态岸坡保护系统，包括依次铺设在河道岸坡上的反滤垫和草皮增强垫，通过土体自锚装置固定在岸坡上。包括依次铺设在河道岸坡上的反滤垫和保护垫，利用锚定装罝将保护垫和反滤垫固定在岸坡上。
中国专利（CN110042798A）公开了一种消落带生态修护系统及其消落带岸坡绿化保护方法，其系统结构包括铺设在消落带土体上方的土壤固化垫以及铺设在所述土壤固化垫上的具有立体中空结构的植物保护垫；还包括用于将土壤固化垫和植物保护垫固定在滑落带土体上的锚固装置；土壤固化垫和植物保护垫之间设有植物种子层或植物根茎层。
上述专利，均公开了采用垫子对消落带土壤以及植物种子进行保护，再采用锚固装置对垫子进行固定的技术。能够用于消落带岸坡植被的恢复和绿化保护。但仍然存在以下缺陷：即用于覆盖并保护土壤和植物种子的垫子，均需要依靠锚固装置固定，而锚固装置自身只能固定周边一小块区域的垫子，其余区域的垫子部分需要依靠垫子整体覆盖形成的张力和锚固装置传递过来的拉扯力实现固定。但是消落带由于自身独特环境导致受水流冲蚀比较严重，同时覆盖的垫子需要能够方便下方种子破开长出而不能设置过高的强度，所以容易导致植被还没长成时，距离锚固装置较远，锚固作用覆盖不到位置的垫子就已经被水流冲刷腐蚀坏掉，失去保护作用。同时锚固装置自身结构较大，成本较高，且通常为金属构件，很难通过增加锚固装置数量的方式解决该问题。
为了解决上述问题，发明人考虑设置由含有种子的可降解材料制得的钉形构件，实现对垫子的辅助固定，提高对植物保护用垫子的固定效果。我国专利CN201510824757曾公开过一种边坡用植物钉，以及CN201720022790公开过的一种用于边坡绿化的草皮固定装置中均公开了类似构思的专利技术。
但这些现有的含有植物种子的固定装置，均是直接将植物种子混杂固定到装置的可降解硬性材料内部。这样常常需要硬性材料降解后植物种子才能更好地发芽生根，故其固定效果有限，仍然不适用于消落带岸坡绿化用保护垫的固定使用。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种能够更好地实现对植物绿化用保护垫的固定，更加利于植株和植被的长成，提高保护垫使用的生态修护能力的生物钉，并同时提供一种基于该生物钉的消落带岸坡绿化保护方法。还提供了一种方便在钉入生物钉时承力以避免破坏的生物钉钉体结构。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种生物钉，包括可降解材料制得的钉体，钉体内设置有植物种子，其特征在于，所述钉体内设置有容纳腔，所述植物种子装填于容纳腔内，容纳腔内还装填有营养基质，容纳腔向上和钉体顶端外部连通形成有供植物种子发芽破出的发芽孔，容纳腔周侧的钉体上沿轴向开设有供植物根须长出的根须用开缝。
这样，将钉体内部设置容纳腔，将植物种子置于容纳腔内并在钉体上端开设发芽孔。这样生物钉使用后，无需等待降解，植物种子即可以在钉体内部容纳腔内发芽并从顶部发芽用空隙内长出，这样钉体降解前植物即已先行长出，同时植物长出后其根系的生长又反作用于钉体，使其有利于加速钉体的分解降解，然后依靠植株及其根系代替钉体实现对垫子以及土壤的固定。故本装置不仅更利于植株的长成，也提高了对植物绿化用保护垫的固定效果。同时，容纳腔内设置的营养基质和植物种子混杂在一起，可以更好地帮助植物种子迅速发芽和长出根系。另外，容纳腔周侧的钉体上开设的根须用开缝，可以供植物根须长出后，在钉体未降解之前即从开缝间隙处穿出钉体，解除根系长出后需要破开钉体的压力，使得根系可以提前从钉体长出以提前加强对土壤的抓紧固定效果。
进一步地，可降解材料为可降解淀粉填充型塑料。
这样具有易于制备，成本低廉，且材料降解后可以形成营养源更好地供植被成长等优点。
进一步地，所述钉体周向上固定设置倒刺体，倒刺体外侧尖端部分向后上方延伸。
这样，钉体向下刺入土壤后能够依靠倒刺体勾住土壤，避免钉体在水流冲刷下被拔出，使其能够更好地保持钉体固定。
进一步地，倒刺体横向截面为尖端向下的倒三角形。
这样，降低钉体打入土体的阻力，提高钉体拔出土壤的阻力，使其更加利于顺利打入土体并难以拔出。
进一步地，倒刺体为多个且沿钉体周向均匀布置呈环形。这样可以更好地提高倒刺体的加固作用效果。更好的选择是钉体沿轴向上布置数环倒刺体。进一步地提高加固效果。
进一步地，所述钉体顶部具有一个沿周向水平向外延伸的钉帽。
这样，钉帽可以更好地向下施力压住垫子以及下方土壤。
进一步地，所述发芽孔位于钉帽中部且直径小于容纳腔水平截面圆直径。
这样，发芽孔设置较小，可以保护容纳腔内的种子和营养基质不会流失，使其能够更好的发芽生根。
进一步地，所述钉帽正对下方容纳腔部分的厚度小于其余部分厚度，且该部分上设置有从外到内连接到发芽孔的发芽用开缝。
这样，使得该厚度较薄的部分既能够在种子发芽前保护好种子和营养基质，又能够在种子发芽后方便种子芽向上顶出钉帽，更加利于种子发芽。
作为优化，所述发芽孔直径为2-6mm。使其既能够在内部种子发芽前提供较好的保护，又能够在种子发芽后利于芽体长出。进一步地，所述发芽用开缝宽度为1-3mm。使其既能够在内部种子发芽前提供较好的保护，又能够在种子发芽后利于芽体进一步破开钉帽向上长出。
作为优化，所述根须用开缝宽度为1-3mm。使其既能够避免种子在发芽前掉出，又能够方便种子根须长出。
作为优化，所述根须用开缝在竖直方向上间隔设置有多个宽度局部变大的通过孔。
这样，通过孔的存在，可以让种子根须生长时，生命力较强的根须能够有一个优先释放生长的空间，依靠通过孔先向外生长延伸并在该局部区域形成应力集中位置。同时由于通过孔自身在宽度变大后成为根须用开缝上的强度薄弱位置。所以在根系生长时，能够依靠通过孔产生以点带面的效应，使其能够更好地破开生物钉，更好地加速根系的生长以抓牢土壤，并很好地加强对生物钉的破坏降解速度。实施时，通过孔直径只需略大于开缝，即可产生上述效果，且不会导致种子漏出。
作为优化，所述钉帽上表面正对钉体的部分具有一圈向上延伸呈圆环状的承力部。
这样，承力部的存在一是更加方便在钉入生物钉时承力，避免钉帽中部的薄弱位置遭受破坏。其次承力部的存在使得在打入钉体过程中，当钉帽下表面已经接触土壤或者垫子表面时，能够继续下压，进而将倒钩上方位置的土壤压实，避免倒钩刺入时导致土壤松开而影响倒钩的防退出效果。同时承力部的结构再结合承力部内部钉帽采用收缩的发芽孔的结构设置，使其既能够更好地保护钉体内部的植物种子和营养基质，避免遭受水流波浪冲刷而被水流带走；同时又能够更好地留出种子长出的空间并使其保持内部湿润状态，更加有利于草籽（植物种子）发芽、叶片生长出地表。
进一步地，钉帽和钉体为可拆卸连接。
这样，使用施工时，可以现场先将钉体打入垫子及下方土壤内，然后再将植物种子和营养基质填入到钉体内部容纳腔中，然后再将钉帽和钉体连接，再打击钉帽将土体压实。使其更加方便植物种子和营养基质的添加使用。
进一步地，钉帽下方具有一圈连接筒，连接筒外径和钉体上端内径匹配使其能够实现卡接配合。
这样，相对采用螺纹旋接的可拆卸连接方式，更加方便连接安装且方便使用时传递向下的打击力。
实施时，所述根须用开缝、发芽用开缝均优选为沿周向均匀布置的两条或三条。过低作用效果不明显，过高则影响结构整体强度。
进一步地，钉体水平截面圆直径为3-6cm、长度为20-50cm。该尺寸范围比较适合用于和土壤保护垫子以及植物保护垫配合使用的情况。其他情况使用时也可以采用其他尺寸。
本发明还公开了一种消落带岸坡绿化保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将消落带土体沿岸坡斜面沿斜向整平后，再将土壤固化垫对应的铺在消落带土体上；b、在土壤固化垫上铺设下层海绵，再在下层海绵上抛洒营养基质层，之后在营养基质层上抛洒植物种子，再在植物种子上方铺设上层海绵；c、在上层海绵上铺上一层植物保护垫，再利用锚固装置和上述结构的生物钉将土壤固化垫、下层海绵、上层海绵以及植物保护垫固定在消落带土体上；d、浇水养护，等待植物种子发芽向上破出植物保护垫表面，并且生长形成草皮后，完成消落带岸坡绿化保护。
其中，所述土壤固化垫可以采用复合土工膜或者反滤垫实现。
其中，所述植物保护垫可以采用三维土工网垫，或者采用专利（201810427413.6）中的一种用于防止岸坡水土流失的保护垫实现。
其中，所述锚固装置优选采用CN109778854A公开的一种用于土体锚固的箭头锚，也可以采用CN201810286970公开的一种稳定土体的自锚装置，或者现有技术中其他锚固装置。
更好的选择是，在相邻的植物保护垫交错位置采用锚固装置间隔地进行锚固，其余位置采用生物钉钉入固定。
更好的选择是，生物钉相互间距0.2m设置。
这样，上述的消落带岸坡绿化保护方法具有施工方便的优点，种子生长成植被后，植被向上破出植物保护垫表面层，植被根系向四周辐射生长形成草皮，使得植被能够更好的与植物保护垫和土壤固化垫结合，从而能够提高对消落带岸坡的保护效果和绿化效果。同时种子长出之前，植物保护垫由锚固装置和生物钉共同固定。生物钉的存在可以极大地提高固定效果，并降低锚固装置的用量，生物钉使用后能够降解到土壤中，不会导致金属构件遗留土壤等后续问题。
综上所述，本发明具有能够更好地实现对植物绿化用保护垫的固定，更加利于植株和植被的长成，提高保护垫的生态修护能力，提高消落带岸坡绿化保护效果等优点。
附图说明
图1为本发明生物钉第一种具体实施方式的结构示意图。
图2为本发明生物钉第二种实施方式的结构示意图。
图3为图2中取消种子和营养基质后的结构示意图。
图4为图2的生物钉在使用状态时的示意图。
图5为图2的生物钉使用后内部植物种子发芽后，且生物钉降解前的结构示意图。
图6为图2的生物钉在使用状态时显示生物钉和锚固装置结合使用状况的平面布置示意图，图中正六边形表示锚固装置，圆形表示生物钉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
具体实施时本发明生物钉第一种实施方式，参见图1。
一种生物钉，包括可降解材料制得的钉体1，钉体1内设置有植物种子2，其中，所述钉体1内设置有容纳腔，所述植物种子2（本实施例中为植物种子为草籽）装填于容纳腔内，容纳腔内还装填有营养基质3，容纳腔向上和钉体顶端外部连通形成有供植物种子发芽破出的发芽孔4，容纳腔周侧的钉体上沿轴向开设有供植物根须长出的根须用开缝5。
这样，将钉体内部设置容纳腔，将植物种子置于容纳腔内并在钉体上端开设发芽孔。这样生物钉使用后，无需等待降解，植物种子即可以在钉体内部容纳腔内发芽并从顶部发芽用空隙内长出，这样钉体降解前植物即已先行长出，同时植物长出后其根系的生长又反作用于钉体，使其有利于加速钉体的分解降解，然后依靠植株及其根系代替钉体实现对垫子以及土壤的固定。故本装置不仅更利于植株的长成，也提高了对植物绿化用保护垫的固定效果。同时，容纳腔内设置的营养基质和植物种子混杂在一起，可以更好地帮助植物种子迅速发芽和长出根系。另外，容纳腔周侧的钉体上开设的根须用开缝，可以供植物根须长出后，在钉体未降解之前即从开缝间隙处穿出钉体，解除根系长出后需要破开钉体的压力，使得根系可以提前从钉体长出以提前加强对土壤的抓紧固定效果。
本实施方式的生物钉结合植物保护垫和锚固装置使用。在易侵蚀的土质坡面，先覆盖植物保护垫，然后用锚固装置和生物钉结构进行锚固。其中锚固装置锚固深度1.0-1.2m，生物钉结构锚固深度0.3-0.5m。在初始阶段，生物钉自身起到锚固功能。钉入土体后，10-15天内营养基内的草籽（植物种子）发芽，叶片伸出地表，根系由竖缝处伸入周围土壤，开始固结周边坡体。约30-50天后，草籽成长成熟，根系发育，长度大于15-30cm，有效固结植物保护垫和周边土体。再半年后生物钉的可降解塑料逐渐分解，锚固功能基本由草籽发育的植被代替。2-4年后，生物钉结构完全降解，草本植物固定保护垫和边坡。
本实施方式中，可降解材料3为可降解淀粉填充型塑料。
这样具有易于制备，成本低廉，且材料降解后可以形成营养源更好地供植被成长等优点。
本实施方式中，所述钉体1周向上固定设置倒刺体6，倒刺体6外侧尖端部分向后上方延伸。
这样，钉体向下刺入土壤后能够依靠倒刺体勾住土壤，避免钉体在水流冲刷下被拔出，使其能够更好地保持钉体固定。
本实施方式中，倒刺体6横向截面为尖端向下的倒三角形。
这样，降低钉体打入土体的阻力，提高钉体拔出土壤的阻力，使其更加利于顺利打入土体并难以拔出。
本实施方式中，倒刺体6为多个且沿钉体周向均匀布置呈环形。这样可以更好地提高倒刺体的加固作用效果。本实施方式中，钉体沿轴向上布置数环倒刺体。进一步地提高加固效果。
本实施方式中，所述钉体1顶部具有一个沿周向水平向外延伸的钉帽7。
这样，钉帽可以更好地向下施力压住垫子以及下方土壤。
本实施方式中，所述发芽孔4位于钉帽7中部且直径小于容纳腔水平截面圆直径。
这样，发芽孔设置较小，可以保护容纳腔内的种子和营养基质不会流失，使其能够更好的发芽生根。
本实施方式中，所述钉帽7正对下方容纳腔部分的厚度小于其余部分厚度，且该部分上设置有从外到内连接到发芽孔的发芽用开缝。
这样，使得该厚度较薄的部分既能够在种子发芽前保护好种子和营养基质，又能够在种子发芽后方便种子芽向上顶出钉帽，更加利于种子发芽。
本实施方式中，所述发芽孔4直径为2-6mm。使其既能够在内部种子发芽前提供较好的保护，又能够在种子发芽后利于芽体长出。其中，所述发芽用开缝宽度为1-3mm。使其既能够在内部种子发芽前提供较好的保护，又能够在种子发芽后利于芽体进一步破开钉帽向上长出。
本实施方式中，所述根须用开缝3宽度为1-3mm。使其既能够避免种子在发芽前掉出，又能够方便种子根须长出。
其中，所述根须用开缝、发芽用开缝均优选为沿周向均匀布置的两条或三条。过低作用效果不明显，过高则影响结构整体强度。
其中，钉体1水平截面圆直径为3-6cm、长度为20-50cm。该尺寸范围比较适合用于和土壤保护垫子以及植物保护垫配合使用的情况。其他情况使用时也可以采用其他尺寸。
本发明生物钉第二种实施方式，参见图2-3.本实施方式中的生物钉在第一种实施方式的结构基础上，增加了以下结构：
所述根须用开缝5在竖直方向上间隔设置有多个宽度局部变大的通过孔8。
这样，通过孔的存在，可以让种子根须生长时，生命力较强的根须能够有一个优先释放生长的空间，依靠通过孔先向外生长延伸并在该局部区域形成应力集中位置。同时由于通过孔自身在宽度变大后成为根须用开缝上的强度薄弱位置。所以在根系生长时，能够依靠通过孔产生以点带面的效应，使其能够更好地破开生物钉，更好地加速根系的生长以抓牢土壤，并很好地加强对生物钉的破坏降解速度。实施时，通过孔直径只需略大于开缝，即可产生上述效果，且不会导致种子漏出。
本实施方式中，所述钉帽7上表面正对钉体的部分具有一圈向上延伸呈圆环状的承力部9。
这样，承力部的存在一是更加方便在钉入生物钉时承力，避免钉帽中部的薄弱位置遭受破坏。其次承力部的存在使得在打入钉体过程中，当钉帽下表面已经接触土壤或者垫子表面时，能够继续下压，进而将倒钩上方位置的土壤压实，避免倒钩刺入时导致土壤松开而影响倒钩的防退出效果。同时承力部的结构再结合承力部内部钉帽采用收缩的发芽孔的结构设置，使其既能够更好地保护钉体内部的植物种子和营养基质，避免遭受水流波浪冲刷而被水流带走；同时又能够更好地留出种子长出的空间并使其保持内部湿润状态，更加有利于草籽（植物种子）发芽、叶片生长出地表。
本实施方式中，钉帽7和钉体1为可拆卸连接。
这样，使用施工时，可以现场先将钉体打入垫子及下方土壤内，然后再将植物种子和营养基质填入到钉体内部容纳腔中，然后再将钉帽和钉体连接，再打击钉帽将土体压实。使其更加方便植物种子和营养基质的添加使用。
本实施方式中，钉帽7下方具有一圈连接筒10，连接筒外径和钉体上端内径匹配使其能够卡接配合以实现拆卸。
这样，相对采用螺纹旋接的可拆卸连接方式，更加方便连接安装且方便使用时传递向下的打击力。
本发明还公开了一种消落带岸坡绿化保护方法，参见图4-图6。包括以下步骤：
a、将消落带土体沿岸坡斜面沿斜向整平后，再将土壤固化垫对应的铺在消落带土体上；b、在土壤固化垫上铺设下层海绵，再在下层海绵上抛洒营养基质层，之后在营养基质层上抛洒植物种子，再在植物种子上方铺设上层海绵；c、在上层海绵上铺上一层植物保护垫，再利用锚固装置和上述结构的生物钉将土壤固化垫、下层海绵、上层海绵以及植物保护垫固定在消落带土体上；d、浇水养护，等待植物种子发芽向上破出植物保护垫表面，并且生长形成草皮后，完成消落带岸坡绿化保护。
其中，所述土壤固化垫可以采用复合土工膜或者反滤垫实现。
其中，所述植物保护垫可以采用三维土工网垫，或者采用专利（201810427413.6）中的一种用于防止岸坡水土流失的保护垫实现。
其中，所述锚固装置优选采用CN109778854A公开的一种用于土体锚固的箭头锚，也可以采用CN201810286970公开的一种稳定土体的自锚装置，或者现有技术中其他锚固装置。
更好的选择是，在相邻的植物保护垫交错位置采用锚固装置间隔地进行锚固，其余位置采用生物钉钉入固定。
更好的选择是，生物钉相互间距0.2m设置。
这样，上述的消落带岸坡绿化保护方法具有施工方便的优点，种子生长成植被后，植被向上破出植物保护垫表面层，植被根系向四周辐射生长形成草皮，使得植被能够更好的与植物保护垫和土壤固化垫结合，从而能够提高对消落带岸坡的保护效果和绿化效果。同时种子长出之前，植物保护垫由锚固装置和生物钉共同固定。生物钉的存在可以极大地提高固定效果，并降低锚固装置的用量，生物钉使用后能够降解到土壤中，不会导致金属构件遗留土壤等后续问题。
Claims (8)
1.一种生物钉钉体结构，包括可降解材料制得的钉体，所述钉体内设置有容纳腔，容纳腔向上和钉体顶端外部连通形成有供植物种子发芽破出的发芽孔，所述钉体顶部具有一个沿周向水平向外延伸的钉帽，容纳腔周侧的钉体上沿轴向开设有供植物根须长出的根须用开缝，其特征在于，所述钉帽上表面正对钉体的部分具有一圈向上延伸呈圆环状的承力部；所述发芽孔位于钉帽中部且直径小于容纳腔水平截面圆直径，所述钉帽正对下方容纳腔部分的厚度小于其余部分厚度，且该部分上设置有从外到内连接到发芽孔的发芽用开缝；所述钉体周向上固定设置倒刺体，倒刺体外侧尖端部分向后上方延伸。
2.根据权利要求1所述的生物钉钉体结构，其特征在于：可降解材料为可降解淀粉填充型塑料。
3.根据权利要求1所述的生物钉钉体结构，其特征在于：倒刺体横向截面为尖端向下的倒三角形。
4.根据权利要求1所述的生物钉钉体结构，其特征在于：倒刺体为多个且沿钉体周向均匀布置呈环形；钉体沿轴向上布置数环倒刺体。
5.根据权利要求1所述的生物钉钉体结构，其特征在于：所述发芽孔直径为2-6mm。
6.根据权利要求5所述的生物钉钉体结构，其特征在于：钉帽和钉体为可拆卸连接。
7.根据权利要求6所述的生物钉钉体结构，其特征在于：钉帽下方具有一圈连接筒，连接筒外径和钉体上端内径匹配使其能够实现卡接配合。
8.根据权利要求6所述的生物钉钉体结构，其特征在于：钉体水平截面圆直径为3-6cm、长度为20-50cm。
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