CN1469954A - 斜坡整治的体系和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种斜坡整治的方法，特别是指提供一种斜坡整治以防止冲蚀的方法，该方法是在斜坡上加一个保护层，该保护层包括(a)保护坡面的结构基体，以及(b)埋置在结构基体中的生物质，可供植物生长；本发明另一方面涉及一种用以防止冲蚀的斜坡整治的体系，该体系主要是包括由(a)保护坡面的结构基体，以及(b)埋置在结构基体中可供植物生长的生物质组成的一层保护层。

Description

斜坡整治的体系和方法

发明的应用领域

本发明为提供开挖斜坡和天然斜坡的整治体系和方法，它用于防止斜坡的崩塌和冲蚀，并可给斜坡造成一个美好景观。

发明的背景

喷射混凝土(也叫shotcrete)被广泛应用于边坡的保护，它的主要作用是在斜坡上形成一层“不透水”的覆盖面，减少地表水渗入到坡体中去，同时也可保护坡面，防止表面冲蚀。但是，有喷射混凝土覆盖面的边坡仍然存在着以下一些问题：

1)由于喷射混凝土覆盖层的坡体内部的孔隙水压力过高，而导致斜坡破坏。在有喷射混凝土覆盖层的斜坡中，采用泄水孔来控制地下水渗流，被视为较为经济的方式，然而由于极细颗粒从土坡内部被带出或者单纯由于人为因素而结块，都可能使这些泄水孔的功能急剧恶化，一旦堵塞破坏，泄水孔就不再能拦截和排送渗水，达不到控制坡内地下水位的目的。再则对于复杂地质条件的地区，有限数量的泄水孔也无法将斜坡汇水面积内的水完全拦截和排泄。当坡内地下水位升高，孔隙水压力增大，就有可能导致斜坡遭受破坏。

2)喷射混凝土的深沉灰暗的颜色，加上经过磨蚀和出现的裂痕，都会让人感到极为刺目。

发明概要

针对斜坡治理工程中喷射混凝土的严重缺陷，我们开发了一种新的斜坡保护体系。

本发明内容新颖，方法独特，富有创意性，旨在利用当地的天然植被，令暴露的陡峭泥土斜坡、岩石斜坡和喷射混凝土斜坡保持四季常春。本发明以独特的方法并用两种不相容的物质：泥土和混凝土。

混凝土是一种众所周知的建筑材料，它通常由硅酸盐水泥、干净河砂、砾石和水以不同的比例混合而成，还有其他已知的变化。

与混凝土不同的是，泥土是一种天然物质，它是有机物和无机物的混合物，泥土中的有机物是动植物经生物变化演变而来，泥土中无机物成份的形成是岩石经物理化学的风化作用以及随后由于风、雨、冰的浸蚀和沉积作用。

本发明是泥土和混凝土喷射物一种独特的结合型式，发挥了各自的功能而且价格低廉。这是一种将泥土和混凝土以独特方式的混合物，但是作为喷射混凝土或多或少与传统的施工方法相似。生物混凝土中的泥土成份通常以生物囊(也叫capsules或者bio-balls)的形式置入生物混凝土里面，这些生物囊用到斜坡表面后，允许植物生存、繁衍，最终使斜坡表面自然美观，特别是在都市中有许多优势。

生物混凝土体系用于裸露的岩土斜坡表面，宜包括四层：1)排水层，收集并安全输排来自岩土斜体内的渗水，使之流出坡体；2)位于排水层上面的挡水层，防止坡体变湿时表层水进入坡体，以保证植物生长；3)生物基层；以及4)由生物混凝土材料制成的生长层。

生物混凝土最好包括如下材料：

·硅酸盐水泥(或其他类型的混凝土)、干净河砂和水(优选为饮用水)；

·肥土(或适于植物生长的土壤)；

·有机纤维

·土壤养份和草或植物种子；

·蒙脱石，一种能吸收大量水份的粘土矿物质，吸水量与其重量成比例，吸水后膨胀，这种土名叫“膨润土”。

本发明的方法还包括用传统的混凝土喷射机施工时，混凝土混合物中的掺合料和供植物生长的泥土组元如生物囊的分布。生物囊的粒径通常在2mm-30mm之间。这些生物囊分布在喷射混凝土中，形成了可供草根长入的通道，并为植物的生长提供养份。

由于生物囊和混凝土混合物是同时使用，混凝土就在生物囊表层形成硬壳，使草籽难以发芽和生长，因此，在与混凝土混合前在生物囊表面包裹一层膨润土粉末，膨润土吸收湿混凝土混合物里的水份后膨胀，将包裹在生物囊表层的混凝土覆盖物挤破，这样生物囊里的泥土暴露出来，利于草籽发芽和植物生长。

本发明是适合各种斜坡进行治理和绿化的一种技术。例如新建斜坡、有排水问题的斜坡或没有排水问题的斜坡和那些植被被冲蚀的斜坡。图1-图5阐明了用生物混凝土体系对上述四种斜坡进行治理的原则。

本发明的环境效应包括：四季常青，空气自然清新，在人口稠密的都市地区效果尤为显著，消除了裸露的混凝土表面，给人以美的享受。

生物混凝土体系要注意植物品种的选择，以确保所选植物品种在有限的泥土资源和养份资源的环境中能维持其自身的生长，这样可免除周期性的维护工作，比如：对斜坡上的草坪进行定期保养，对混凝土已破坏的地方进行重新喷注；应人类审美观的要求对不雅观的旧混凝土的斜坡进行重新整治。

本发明的主要优点包括：

1两种完全不相容的物质(泥土和混凝土)配合作用。

2.这两种物质且能长期共存而彼此间在酸碱环境中又不产生大的副作用。

3.使用了膨胀性能较好的粘土矿物质如膨润土，能挤破生物囊表层的水泥质硬壳，有利于草籽发芽和植物的生长。

4.在斜坡表面使用不同的多层组合，有利于生物混凝土体系的应用成功。

5.生物混凝土体系能够解决各种不同的斜坡治理难题。

6.生物混凝土体系采用当地天然植被使各类岩土斜坡、喷射混凝土覆盖斜坡保持四季常青，与斜坡相对于水平面的角度无关。

生物混凝土体系最明显的优点是，泥土和混凝土在各自保持其自身特性和优势的情况下得以混合使用，而彼此间又互不干扰。在坚固而裸露的岩土斜坡表层喷上强度较高的混凝土情况下，用膨润土包裹在生物囊的表层，成为延续植物生长不可缺少的介质。用生物混凝土体系整治后的斜坡变得四季常青，更接近自然。

本发明还包括制备生物囊的工艺，生物囊最好呈球状，粒径在2mm-30mm之间，制作时先将泥土、纤维和草籽、肥料混合拌匀；装进容器里，然后拌入适量的种子(如草籽)，拌入种子时加入量要恰当，要利于种子发芽，然后做成生物囊(例如用机器压成或转盘造成)，最后用膨润土包裹。

生物混凝土体系最好用四层组合，但在某些情况也可采用以下方案：

1)生长层+生物基层+排水层+不透水层；

2)生物基层一层；

3)生长层+生物基层；

4)生物基层+排水层；

5)生物基层+不透水层。

生物混凝土体系举例(括号中的百份比为建议范围)：

生物囊配合比：100kg(±30％)粘土或肥土，5kg(±20％)木粉胶，3kg(±20％)无机肥，10kg(±25％)膨润土(包裹层)，120kg(±100％)草籽。

生物基层配合比：30kg(±20％)水泥，70kg(±40％)砂，46kg(±30％)碎石，88kg(±30％)生物囊，10kg(±100％)稻壳。

排水层：60kg(±20％)水泥，240kg(±35％)砂，30kg碎石(±100％)，6kg(±100％)稻壳。

本发明体系的另一实施例为：

生物囊配合比：100kg(±25％)粘土或肥土，0.5kg(±25％)木粉胶，3kg(±25％)无机肥，1kg(±25％)膨润土(包裹层)，120kg(±100％)草籽，3kg(+-20％)有机纤维，1kg(+-20％)挡水聚合物。

生物基层配合比：70kg(±25％)水泥，70kg(±25％)砂，146kg(±25％)碎石，170kg(±25％)生物囊，5kg(±25％)稻壳，2.5kg(+-25％)挡水聚合物。

排水层配合比：60kg(±20％)水泥，240kg(±35％)砂，30kg碎石(±100％)，6kg(±100％)稻壳。

生长成混合配比：450kg(+-25％)砂，30kg(+-25％)有机纤维，5kg(+-25％)木粉胶，2kg(+-25％)挡水聚合物，5kg(+-25％)种子。

本发明包括：1)生物囊配合比；2)生物基层喷射方法；3)生物囊应用；4)排水层配合比；5)排水层喷射方法；6)生长层配合比；7)生长层喷射方法。

生物混凝土体系变量包括：

生物基层配合比(重量比)

水泥∶砂∶碎石∶生物囊＝

1∶1.8(±10％)∶1.8(±10％)∶2.8(±10％)

最好加上0％-5％的速凝剂。

另外生物囊配合比亦可改变为(重量比)。

黏土∶化肥∶水∶胶结剂＝

1∶0.1(±20％)∶0.2(±20％)∶0.02+(80％)

另一个生物基层配合比(重量比)如下：

水泥∶砂∶碎石∶生物囊∶稻壳∶挡水聚合物＝

1∶1(±25％)∶2(±25％)∶2.4(±25％)∶0.07(+-25％)∶0.035(+-25％)

最好加上0％-5％的速凝剂。

另外生物囊配合比亦可改变为(重量比)。

黏土∶化肥∶水∶胶结剂∶膨润土∶有机纤维＝

1∶0.03(±25％)∶0.05(±20％)∶0.005(±25％)∶0.3(+-100％)∶0.1(+-25％)

在一个实施例中，本发明主要涉及治理斜坡防止冲蚀的方法，在斜坡表层喷射一层混合物，其成份有(a)加固斜坡表面的结构基层；(b)在结构基层里置入可供植物生长的生物质。本发明的另一个实施例是关于斜坡整治防止冲刷的一个体系，主要内容为喷射一层混合物，成份为(a)加固斜坡表面的结构基层；(b)在结构基层里置入可供植物生长的生物质。

在这个方法和体系中，生物混凝土层含有可供植物生长的有机物、水泥、骨料和有机纤维，结构基层和生物质通常包括天然化合物，结构基层优选为包括挡水剂。在变化的实施例中，结构层里不包括合成聚合物，结构基层优选为包含无机质，无机质优选为在斜坡表面应用时是可分散的，但硬化后成为坚硬件。另外，结构基层包括混凝土，而混凝土最好是喷射上去的，混凝土是由水泥，骨料和水组成，在一个实施例中，在斜坡喷射时，每公斤结构基层里大约含有60-200gm的水泥、300-800g骨料(粒径0.16mm-10mm)以及30-120gm的水。在另一个实施例中，用在表面上的结构基层包括150-250gm的水泥、500-700g骨料(粒径0.16mm-10mm)以及150-250gm的水。而生物质优选为含有由无机化合物和有机化合物的混合物。生物质还优选为在结构基层里形成相通的通道可供植物生长。本专利所指方法，其生物质成份存在于生物囊中。生物囊最好为球形，粒径为2mm-30mm或5mm-30mm，生物囊通常是由粘土、有机和无机肥料、化肥、水和胶结剂组成，其比例为：1份粘土、0.02-0.2份肥料、0.1-0.3份水、0.01-0.05份胶结剂，生物囊中的粘土、有机和无机肥料、化肥、水和胶结剂组成比例也可为：1份粘土、0.02-0.1份肥料、0.01-0.1份水、0.01-0.1份胶结剂。生物质里优选为包括泥土，而且还包括从一批胶结剂、肥料、有机物和种子种类中选择1个和多个品种组成。生物质可进一步包括胶结剂、肥料、有机物、种子和膨胀剂。

可选地，胶结剂包括树胶和纤维，泥土则选用粘土，种子则选用草籽，有机物选用粪肥、氮肥、钾肥或泥碳沼，膨胀剂选用膨润土，纤维通常包括碎纸，草籽的撒播密度要恰到好处有利种子发芽。

生物基层由24-36kg水泥，75-160kg的骨料，62-114kg的生物囊，0.1-20kg的有机物以及1-2kg的速凝剂组成。

生物混凝土层用干法或半干法喷射施工，混合物从喷咀直接喷到斜坡上，水一般从喷咀加入的，喷射厚度控制在20-200mm的范围内，之后在该层上再喷射生长层，生长层优选为包括30-50kg顶层土、2-5kg有机纤维、2-5kg木粉胶、1-3kg挡水聚合物和0.4-0.8kg种子。

本体系和方法还包括在生物混凝土层和坡体之间设置一层挡水层，挡水层的透水性极小，可阻止生物混凝土层里的水向坡体渗透，具体地说，挡水层包括砂浆。本方法和体系优选为还包括在混凝土生物层与坡体之间设一排水层，排水层是多孔和透水的，可以防止来自坡体的水对生物混凝土层产生内水压力。另一个变化是包括挡水层和排水层，其中挡水层靠近生物混凝土层，而排水层则靠近斜坡面，排水层通常为粗砂的贫混凝土。

本发明还包括一种喷射混凝土添加物，该添加物里含有促使植物生长的生物质，添加剂优选为包括无机物和有机物组合而成的混合物，使用时对生物质也可加以规定(例如做成胶囊还是球状)。附图说明

以下参考附图说明本发明的优选实施例。

图1是本发明优选实施例。

图2(a)和(b)是本发明一个变化的实施例，用于解决第I类新建斜坡问题，排水层影响了地下水位，排走了水，两个水位相同。

图3(a)和(b)是本发明一个变化的实施例，用于解决第II类没有排水问题的斜坡问题，地下水位没有降低，两个地下水位相同。

图4(a)和(b)是本发明一个变化的实施例，用于解决第III类有排水问题的斜坡问题，不有问题，且图b示出了前一状态的排水效果(上图)。

图5(a)和(b)是本发明一个变化的实施例，用于解决第IV类表面被冲蚀的斜坡问题，斜坡上有表面冲蚀，地下水位比表面run-off时的问题要小。

图6是本发明各组分的功能，箭头表示水的渗透。

图7是种草籽14天后的生物基层图照(左边部分是类型I，中间部分是类型II，右边部分是类型III(参见表3第1组))。

图8是上部覆盖生长层的生物基层在种草籽2个月前的情况图照(左边部分是类型VI，右边部分是类型I(参见表3第5组))。

图9是埋设在生物基层的排水管图照(参见表3第6-3组)。

图10是掺入珍珠岩的生物基层，上面盖有泥土层的图照(a)从左数第二个图是类型IV，左数第三个图是类型II(参见表3第7组)(b)左边部分是类型VI，右边部分是类型II(参见表3第8-1组)。

图11是生物基层的植物生长情况图照(参见表3第8-2、8-3组)。

图12是喷射生长层图照(参见表3第9组)。

图13是排水试验装置图照。

图14是草生长情况图照：(a)2-1，(b)2-2和(c)2-3(参见表5第2-1组、2-2组和2-3组)；以及

图15(a)和(b)是草根长入生物基层内部图照。

本发明的详细描述

首先参考图1到图6所示，本发明是一种新型的符合环保要求的斜坡保护体系1，特别是基于多层的观念，生物混凝土10最好是由四层组成：生物基层、生长层、挡水层和排水层。但是这些层中一层或多层，都可以与传统的斜坡整治体系结合起来使用。其中：

生物基层15；优选地，这一层是由掺入特制生物囊的混凝土组成。生物囊的形状呈球形，但也可以是任意合适的形状。混凝土在这一层中起胶结和骨架作用，依靠它使这一层具有一定的结构强度和抗表面冲蚀性能。生物囊含有适合植物生长的养份和种子，被埋置于混凝土之中。

混凝土和生物囊拌和物能够采用干法或半干法用喷射机直接喷射到斜坡的表面上，硬化之后，再把草或其它植物种子植到生物基层的表面上去。

挡水层20；这一层优选为是由砂浆组成，它具有极低的渗透性，用来隔水，阻止水从生物基层渗入到坡体内部，系统还可包括排水管75。

排水层25；这一层主要为粗砂的贫混凝土，具有非常高的孔隙率和渗透性，它的作用是输排来自斜坡体内的渗水，防止坡内的孔隙水压力过高。

生长层30；这一层主要为肥料和种子与泥土混合组成，它的作用是制造一个种子发芽及生长的环境。(图1还显示出水位35和积水层40。)

本发明有以下的特点：

a.高抗冲蚀能力；

b.适于植物生长，进而美化了斜坡的环境，改善了空气的质量；

c.适用于陡峭边坡；

d.造价低；

e.可以透水，来自土坡表面的渗水能稳定地排出，从而也提高了边坡的稳定性；

f.适用于岩石边坡和已有喷射混凝土覆盖面的斜坡；

g.也可以应用于水土保持的地区。

本发明适应性强。对于特定的工程问题，发明中的不同层可以相互组合并给出最优秀效果。

我们常见的四种斜坡工程，采用本发明可以有效地改善边坡安全，它们是：(1)新建斜坡；(2)没有排水隐患的喷射混凝土覆盖面的斜坡；(3)有排水问题的喷射混凝土覆盖面的斜坡；(4)表面遭到冲蚀的有植被的斜坡。

如何解决这些工程问题，将在下面讨论：

I类：新建斜坡

用于保护新建斜坡表面2的体系如图2所示，最好由四层组成。排水层的作用像一块排水毡垫，用于拦截来自坡体内的渗水，并将其排泄至与城市暴雨排水系统相连通的集水井中。排水层上面的挡水层是阻隔来自生物基层的水，防止它进入坡体内部。而该体系表面的生物基层则提供了适合植物生长的介质并且抵抗冲蚀。生长层提供了植物发芽生长的环境。

II类：没有排水隐患的喷射混凝土覆盖层的斜坡

有喷射混凝土保护层的斜坡很难看，虽然可以用油漆将坡面刷成绿色或褐色来美化灰色的喷射混凝土表面。图3(a)示出了一个有喷射混凝土保护层45的斜坡，但是时间一长久它会褪色变暗淡。所幸的是，生物基层可以应用于喷射混凝土保护层的表面。好像穿了一件新的外衣，如图3(b)所示。生物混凝土形成了一种天然的美观的斜坡，附带的好处是生物基层中生长出来的植物，能改善空气的质量。

III类：有排水问题的喷射混凝土覆盖层的斜坡

对于有堵塞问题的喷射混凝土斜坡，从斜坡内渗出的水往往在表面看到一片片潮湿的区域(图4(a))。当这些斜坡内的泄水孔遭到堵塞时，坡内的地下水压急剧上升，引起喷射混凝土表面开裂，最终导致斜坡破坏。在这种情况下，用生物混凝土部分或全部替换表面的喷射混凝土可以得到补救。首先折除一部份旧的喷射混凝土覆盖层，然后做一层排水层(例如约20-30mm厚)，再在排水层的上面加上可供植物生长的生物基层(如图4(b)所示)。

IV类：存在表面冲蚀沟的有植被的斜坡

在陡峭的边坡，短浅草根与表土之间的微弱结合力难以抵御地表径流所形成的强大冲蚀力问题(图5(a))，使得表面(有植被层或无植被层表面)发生冲蚀形成破坏区域50。

这种类型的斜坡也可以应用适宜新草和植物生长的生物基层来加以很好的保护(如图5(b)所示)。

这一发明也能用于沟渠保护和水土保护工程。

第一阶段开发研究

开发研究出斜坡保护技术，既能保护斜坡抗冲蚀又能适于植物生长保护环境。各种不同的斜坡表面保护方法效果比较列于表1。

表1：三种斜坡保护方法的比较

	坡度	植被	喷射混凝土*	生物混凝土
					土坡	＜45°	可以	可以	可以
＞45°	不可以	可以	可以
				岩坡		＜45°	不可以	可以	可以
＞45°	不可以	可以	可以

*不美观

本发明提供了具有以下特点的斜坡保护体系：

a)抗冲蚀；

b)能适宜植物生长；

c)坡面可以排水；

d)造价低。

本发明所推荐基本形式由四部份组成(如图6所示)，每一层的作用是：

1.生物基层，提供抗冲蚀保护和适于植物生长的环境，它优选为由混凝土和其它添加物组合而成。

2.生长层，提供植物发芽和生长的环境。

3.挡水层，阻止汇集的渗水渗入到坡体内。

4.排水层，拦截和排走来自坡内的坡体渗水。

生物基层的合适组份是十分重要的，有经验的人能够调整生物囊中泥土和肥料的含量，而不影响植物的生长，也不会降低生物基层的强度。另外，为了减少由于干喷使排水层变密实而造成渗透性下降的影响，骨料大小也可以变化。

生物囊是用粉质粘土(ASTM分类标准)、营养剂和草籽用手工制作成直径约5-30mm的球粒。生物囊可以用水溶性乳胶强化，在使用前宜在空气中风干。

混凝土部分优选为是由砂(比如粒径＞0.63mm)、碎石(比如粒径＜10mm)和水泥(例如波特兰水泥)组成。

由混凝土、生物囊和添加料组成的十种配比拌制后浇注在木制的方框中(见表2)，尺寸和草的生长情况列于表3，PH值随时间而改变。

表2：生物基层配合比

	配合比，kg
							编号	水泥	砂(＞0.63mm)	碎石(＜10mm)	生物囊	掺合料	水
A	1	1.7	1.7	1.4		1.0
							B	1		3	1.2	复合肥0.05	0.9
C	1	0.84	1.7	1.4		1.0
							D	1	0.84	1.7	1.4	碎草0.17	1.0
E	1		1.7	1.4	碎草0.17	1.0
							F	1	0.43	1.7	1.4	碎草0.17	1.0
G	1	1.75	1.75	1.0	碎草0.17	0.9
							H	1	1.75	1.75	1.0	珍珠岩0.2	1.0
I	1	1.55	1.55	1.0	碎草0.17	1.0
							J	1	1.5	1.5	1.0	碎草0.17	1.0

表3：生物基层板块的尺寸和草的生长情况

序号	生物基层试验板
									配比编号(见表2)	尺寸		备注	种植方法	草籽种类	草籽生长情况	说明
	1	A	18×28×4			种子放在试板表面，并用碎草覆盖养护3，7，14天	I，II，III	14天生长率10％									见图7
2									B	14×28×3			种子裹在生物囊内		12天仍未发芽	未发芽
	3	A	30×40×3		6块	盖土1cm，加4g种子和2g肥料，然后用碎草覆盖	I-VI	7天I，II，III及VI种子生长率为20-40％，IV和V相对生长较差
4									A	30×40×3		5块	将混有种子的生物囊嵌入生物基层中并用塑料布覆盖	I，II，IV-VI	12天5％发芽再过10天草发黄
	5	C	14×28×3			先放1cm土，再放种子，最后再盖土0.5cm	I和IV	3天发芽，7天生长率40-80％，14天生长率90％									因天热草发黄，见图8
6-1									D	14×28×3		盖碎 草	先放1cm土，半块放种子，另半块放裹有种子的生物囊，最后盖土0.5cm	II和IV	5天发芽，14天生长率90％	未裹入生物囊内的种子发芽快
	6-2	E	14×28×3		盖碎 草	先放1cm土，半块放种子，另半块放裹有种子的生物囊，最后盖土0.5cm	I和VI	5天发芽，14天全部长草									仅土中种子发芽
6-3									F	14×28×3		盖碎草	先放1cm土，半块放种子另半块放裹有种子的生物囊，最后盖土0.5cm	III和V	5天土中种子发芽20天生物囊中种子发芽	见图9
	7	G	60×40×5		盖碎草	1天后板块斜放45°，放土0.5cm，然后放入20-40g/m2种子	II，V，VI	同序号5									见图10
8-1									H	14×28×4		加珍珠岩	土中加入2g种子	VI	5天发芽，10天60％草长高3-4cm	见图10
	8-2	I	14×28×4		加珍珠岩	土中加入2g种子	II，V	5天发芽，10天70％草长高3-4cm									见图11
8-3									J	14×28×4		加珍珠岩	土中加入1g种子	IV	5天发芽，10天生长率40％	见图11
	9	G	100×100×4		4块	土中加入椰丝和种子后干喷	II，IV-VI	7天发芽，12天生长率50％									见图12

结论：

1.pH值随时间降低，总体上看，21天pH值从初始值11降至7.5。

由于草根进入生物基层中要在20天以后，因此生物基层中初始的碱性环境对植物生长无太大影响。

2.图7为测定生物基层透水性的试验装置。水从生物基层中源源不断地排出，这个结果表示在生物基层中存在着渗水通道。

3.生物基层的试样是手工浇注的，拌和成型后的密实程度可能会小于干喷法喷射施工的密实度。

4.发现置于生物基层之中所有生物囊表面均包裹着一层水泥浮浆。

5.埋藏在生物囊的草籽发芽率是低的，而种在泥土中的草籽发芽率却好得多，因而生物囊的设计要加以修改，如下所述以便草籽在生物囊中能迅速生长。

6.在生物基层的上部放薄薄的一层生长层，在生长层中种入种子，便于种子发芽，随着时间推移，草根将会进到生物基层中去。

7.这一阶段所用的生物囊是手工制作的，若需要大量的生物囊，可以采用机器来制作。

第二阶段：生物基层和排水层的开发研究

1.我们进行了生物基层和排水层的干喷射法施工试验，以便确定生物基层和排水层的最佳配合比。

2.我们用干喷法制作生物基层、排水层以及表面土层以检验其可行性和实用性；

3.提出用干喷法制作生物基层和排水层的施工工艺；

4.解决包裹在生物囊表层的水泥浮浆问题。

选择一个30m长，1.5m高，其坡度从45°到80°不等的土堤作试验现场。

薄薄的一层水泥砂浆先喷射在土堤的表面，形成了1m宽彼此断开的若干个板块。板的不同坡度可仿真不同的现场斜坡条件。将3cm×3cm间距的网格置于每块板的表面，然后用ZP-VIII型生产能力为5m³/hr的混凝土喷射机喷射制作生物基层。

试验方法

生物囊用圆盘机制作，为了要解决在生物囊表面所包裹的水泥浆的问题，在生物囊的表面裹上一层膨润土，另外，适量的蒙脱石粘土也能吸收大量的水，吸水量与其重量成比例(没有膨胀)，对本领域技术人员来说是很明显的，起到类似的作用。膨润土受湿后便会膨胀，致使水泥浮浆外皮开裂，这样草根就可以贯入到生物囊中去。生物基层的成分列于表4之中。这些不同的配比在强度、回弹量、植物生长的适宜性方面有明显差异(表5)。为了改善在生物基层内生物囊彼此之间的通道联系，加用各种添加剂。生物基层试板所用的添加料也列于表4，为减少在喷射过程中生物囊受潮而软化的问题，在生物囊上涂上一层乳胶。

表4：生物基层板块的配合比和尺寸(用干喷法成型)

编号	浇注日期	试板尺寸	配合比，kg								备注
												坡度	水泥	硅粉	速凝剂	砂	石	生物囊	掺合料
			2-1	1999-9-27	160×200×8	35°	50	0	2	###										####	50		回弹5-10％
2-2	1999-9-29	100×200×4									35°	50	0	2	25	150	75		回弹15％
			2-3	1999-10-7	100×200×4	35°	50	0	2	50										125	60		回弹5-10％
2-4	1999-10-8	100×200×4									35°	50	0	2	50	150	75		回弹15％
			2-5	1999-10-14	100×200×4	42°	50	0	2	50										150	75		回弹15％
2-6	1999-11-2	100×160×4									35°	60	0	3	50	135	75		回弹5-10％
			2-7	1999-10-25	100×160×4	70°	65	0	3	50										125	60		回弹15-20％
2-8	1999-10-30	200×160×4									70°	120	0	6	75	300	150		回弹15-25％
			2-9	1999-11-13	200×160×5	70°	120	8	6	120										250	150		回弹15-25％
2-10	1999-11-16	100×160×5									70°	60	4	3	25	150	150	珍珠岩5	回弹15-20％
			2-11	1999-11-17	100×160×5	70°	60	0	3	160										150	0		回弹15-25％

表5：生物基层板块(干喷法成型)的长草情况

编号	浇注日期	28天抗压强度Mpa	种草日期	表土配比	种子品种	生长情況	备注
								2-1	1999-9-27	6.0	1999-10-13	泥土+肥料+稻壳	VI40g	3周50％草长高1cm	见图14
2-2	1999-9-29	5.4	1999-10-13	泥土+肥料+稻壳	II 40g	3周50％草长高1cm	见图14
								2-3	1999-10-7	4.8	1999-10-13	泥土+肥料+稻壳	V 40g	2周50％草长高1-1.5cm	见图14
2-4	1999-10-8	4.8	1999-10-13	泥土+肥料+稻壳	IV30g	2周50％草长高0.5cm
								2-5	1999-10-14	4.8	1999-10-28	泥土+肥料+稻壳	IV40g	2周10％草长高0.5cm
2-6	1999-11-2	5.0	1999-11-4	泥土+肥料+稻壳	VI40g	1周种子发芽
								2-7	1999-10-25	5.1	1999-10-30	泥土+肥料+稻壳	VI30g	2周50％草长高0.5cm
2-8	1999-10-30	5.5	1999-11-2	泥土+肥料+稻壳	II 80g	1周种籽发芽
								2-9	1999-11-13	6.3	1999-11-16	泥土+肥料+稻壳	IV40g	2周60％草长高1cm
2-10	1999-11-16	6.7	1999-12-3	泥土+肥料+稻壳	I 草被	5天草被变绿
								2-11	1999-11-16	4.0				排水层	不透水

喷射生物基层的厚度约30mm，当然也可以采用其它厚度，养护两天后，再在生物基层面上放置土工网，再用喷射机把含有草籽、肥料的泥土喷射到生物基层的表面。

生物基层试板和草生长的情况：

1.喷射的生物基层试板，28天抗压强度为4.8-6.7MPa；(表5)；

2.喷射加大了生物基层的密实度，减少了生物囊之间的通道；

3.随着碎石用量的增加，喷射过程中回弹量也加大；

4.所喷射的六种草籽，其发芽均正常完好(表6)。

5.由于生长层中具有较好的生长条件(肥料和水)，长入生物基层中的草根还不到10％。希望50％以上植物能在生物基层11中生长，借助预埋在生物基层内的排水系统，提供草根必需的营养和水，也是能够实现的。

6.改变生物囊的成分，加入有机肥料，增加了生物囊中的有机质含量，有助于草根贯入到生物基层中去。

7.珍珠岩的应用，并未能改善草根贯入的环境，相反还增加了回弹量，因此没有必要在生物基层的配方中加入珍珠岩。

8.在喷射过程中水的数量应加以控制，以避免形成一水泥浮浆层。

9.稻壳添加料，改善了生物囊之间的连接通道，并增加了生物基层的孔隙率。

10.膨润土外衣受潮会膨胀，致使生物囊周围的水泥浆层开裂。除了采用膨润土外衣的生物囊之外，也可以采用非常干的生物囊。

表6：生物基层板块的尺寸和配合比(用干喷法成型)

编号	坡度	配合比，kg							备注
										水泥	硅粉	速凝剂	砂	石	生物囊	掺合料
		3--11	70°	50	3.3	2.5	25	150									55
3--12	70°								60	4	3	25	150	55	珍珠岩15
		3--13	70°	50	3.3	2.5	25	150									65	米饭10
3--14	70°								60		3	(＞2.5mm)240			稻壳8	排水层
		3--15	70°	50	3.5	2	75	100									70(加化肥)	稻壳10
3--16	70°								60	5	2.6	75	100	70(加化肥)	稻壳8
		3--17	70°	120	10	5.2	150	200									120(加化肥)	稻壳12	加120g铝粉
3--18	70°								150		2.6	170	220	120	稻壳20
		3--19	70°	186	15	8.1	254	338									120(加化肥)	稻壳27
3--20	70°								60	5	2.6	75	100	65	稻壳15
		3--21	70°	60			60	110									50(加化肥)	稻壳5米饭10
3--22	70°								60		3	(＞2.5mm)60	110	45	稻壳5米饭10	排水层
		3--23	73°	60	5	3	100	80									50(加化肥)	稻壳10	k＝4×10-5cm/s
3--24	77°								60	5	3	80	100	50(加化肥)	稻壳8

在一块试板上喷射高孔隙率的混凝土(表4编号2-11)配比列于表4，排水层是用塑料板分格开的。在排水层的表面涂上一层不透水的水泥浆体。三根塑料管通入排水层内。通过上部管端注水进入排水层用以仿真斜坡渗水。下部的管用作为渗压计测量该层中的水位。当中的管则用于排水，在试验过程中依靠上管使排水层充满水，排水层内的水位变化则用下管来测量，此时中管关闭。当排水层中的水位升至顶部时，中管打开，再由下管来测量水位下降速率。排水层的效果可通过下管测得的水位下降的速率来确定。

排水试验的结果显示，这块板几乎是不透水的(表5)。由于这一排水层的水位下降速率太低，因此被废弃淘汰(在2m水头下经过4小时，试验板仍未能饱和。)。

试验结果显示，干喷的方法使排水层变密实，而且由于回弹损失，碎石量减少，致使该层的孔隙下降。这些因素都导致了排水层的低透水性，为了减少回弹，改用粗砂和碎石的配方则是可行的。铝粉添加料也用来加大排水层的孔隙率。

为了提高强度，增加孔隙率，减少生物囊的回弹量，将生物囊的粒径改为5mm。为增加有机质含量在生物囊中加入了20％的有机肥料。经过这些改变最终设计出新生物基层的配比。

12种配合比列于表6。表6编号3-17中加有120g铝粉。最后把含有草籽和肥料的泥土用喷射的方法加到试验板块的表面，养护两天。在表层还掺加了羧甲基纤维素钠以改善它的抗冲蚀性能。本发明也可用其他添加剂，例如，用于增加混凝土的可使用性，设定时间和/或强度。可加入任何合适的碎石到混凝土中，混凝土一般由三种粒子尺寸制成：混凝土(泥沙大小)、沙土和碎石，这种碎石通常占40％体积比(70％重量比)，指的是，比如，挤碎的石头或河里的含有矿石的砂粒，即比砂粒大的岩石碎粒。

结论：

播种一周后观察到生物囊之间的连接已明显改观。生物基层28天的抗压强度达4.5-7.2MPa，改进后的生物基层非常适宜草根的生长(见图15)。为加速草的生长，特制了一个温室将所有试验板放入。

编号3-14和3-22排水层13的配比列于表6，为了增加透水性，将砂过筛控制其颗粒大于2.5mm，除去较细的砂，也减少了碎石的数量，此外，还掺入了约8kg的稻壳。

这种新配方28天抗压强度达3.6-4.3MPa，初期的现场观测表明，排水层13是非常透水的，试样的室内渗透试验结果可用来评估该层的渗透性。

我们在一个近似70°坡度的斜坡应用本发明，坡体埋入渗压计进行监测，草的生长进度也每天监测，当草全长出后采用洒水来仿真暴雨的状况，显示出该体系具有的抗冲蚀能力。斜坡的渗流也用一个预先埋设的内部排水系统来仿真，反应出排水层工作的有效性。

这一发明提供了用于绿化和边坡整治的生物基层和排水层的有效型式。在排水层中使用粗质砂，其费用大约比喷射混凝土高5％。

喷射混凝土施工的干喷技术对于生物基层和排水层的施工也是有用的，当坡度达到80°时，回弹损失大约为20-25％，这方面有经验的熟练人员控制喷射过程中的水量以防止在生物基层的表面形成一层水泥浮浆层。

本发明现已具体参考优选实施例作了详细描述，然而应指出在这方面通常有经验的熟练人员可以作出变更，但不会超出本发明的原则和范围。

在这份申请中所介绍的文章，专利和其它为同一目的合并起来成一个整体，好象每一篇专门性论文、专利和文件均有其特殊性和个别性，组合起来才成为一整体。这也可延伸到包括附录、说明、提供的背景、教授方法、技术及所用的合成品在内。

Claims (95)

1.一种斜坡整治的方法，用于防止冲蚀，该方法包括在斜坡表面加设保护层，该保护层是由二部份组成的：(a)结构基体，加固保护斜坡表面的作用，(b)埋置在结构基层中的生物质，可供植物生长。

2.如权利要求1所述的斜坡整治的方法，其中该保护层包括能够提供植物生长的有机物、水泥、碎石、和有机纤维。

3.如权利要求2所述的斜坡整治的方法，其中该保护层还包括掺合料。

4.如权利要求1所述的斜坡整治的方法，其中该结构基体和生物质包括天然物质。

5.如权利要求1所述的斜坡整治的方法，其中该结构基体包括保水合成聚合物。

6.如权利要求1所述的斜坡整治的方法，其中该结构基体包括无机物。

7.如权利要求6所述的斜坡整治的方法，其中该无机物用于斜坡时是一种可流动的混合物，而硬化后为一坚硬物。

8.如权利要求7所述的斜坡整治的方法，其中该结构基体包括混凝土。

9.如权利要求8所述的斜坡整治的方法，其中该混凝土是喷射混凝土。

10.如权利要求9所述的斜坡整治的方法，其中该喷射混凝土的组成为水泥、碎石、水。

11.如权利要求10所述的斜坡整治的方法，其中该喷射混凝土还包括掺合料。

12.如权利要求11所述的斜坡整治的方法，其中该掺合料的组成包括硅粉、粉煤灰、保水聚合物和稻壳。

13.如权利要求1所述的斜坡整治的方法，其中该结构基体每公斤的用量为：水泥150-250gm，碎石(粒径0.16-10mm)520-700gm，水150-250gm。

14.如权利要求1所述的斜坡整治的方法，其中该结构基体每公斤的用量为：水泥150-250gm，掺合料0-100gm，碎石(粒径0.16-10mm)520-700gm，水150-250gm。

15.如权利要求1所述的斜坡整治的方法，其中该生物质为无机物和有机物的混合物。

16.如权利要求15所述的斜坡整治的方法，其中该生物质在结构基体中形成相连的通道，供植物生长。

17.如权利要求1所述的斜坡整治的方法，其中该生物质包括粒径为2-30mm的球囊。

18.如权利要求1所述的斜坡整治的方法，其中系用转盘将生物质制成粒径为2-30mm的球囊。

19.如权利要求17所述的斜坡整治的方法，其中生物囊是由黏土、有机和无机肥料、化肥、水和胶结剂组成，其比例为：黏土1份、肥料0.02-0.1份、水0.01-0.1份、胶结剂0.01-0.1份。

20.如权利要求15所述的斜坡整治的方法，其中生物质还可包括种子0-0.0024份、膨润土0-0.3份。

21.如权利要求11所述的斜坡整治的方法，其中该生物质包括泥土。

22.如权利要求21所述的斜坡整治的方法，其中该生物质还包括从一批胶结剂、肥料、有机加入物和种子种类中选择一个或多个品种。

23.如权利要求22所述的斜坡整治的方法，其中该生物质还包括胶结剂、肥料、有机加入物、种子和膨胀剂。

24.如权利要求23所述的斜坡整治的方法，其中该胶结剂包括树胶、CMC胶或纤维，泥土包括黏土，种子包括草籽，有机添加物包括粪肥、氮肥、钾肥或泥炭沼，膨胀剂包括膨润土。

25.如权利要求24所述的斜坡整治的方法，其中该纤维包括碎纸。

26.如权利要求24所述的斜坡整治的方法，其中该草籽用量为最适合种子生长的密度。

27.如权利要求1所述的斜坡整治的方法，其中该保护层的组成为：水泥24-36kg，碎石75-160kg，生物囊62-114kg，有机物0.1-20kg，速凝剂1-2kg。

28.如权利要求1所述的斜坡整治的方法，其中该保护层的组成为：水泥24-36kg，掺合料0-36kg，碎石75-160kg，生物囊62-114kg，有机物0.1-20kg，速凝剂1-2kg。

29.如权利要求1所述的斜坡整治的方法，其中该保护层是用干法或半干法用喷射混凝土喷枪喷到斜坡表面上去的。

30.如权利要求29所述的斜坡整治的方法，其中该水是在该喷枪的喷咀口加入的。

31.如权利要求1所述的斜坡整治的方法，其中该保护层的喷射厚度为20-200mm。

32.如权利要求1所述的斜坡整治的方法，其中还包括在该保护层上再喷上一层生长层，该生长层，其组成为：泥土30-50kg，有机纤维2-5kg，保水合成聚合物0.1-0.3kg，木粉胶0.2-0.5kg，种籽0.4-0.8kg。

33.如权利要求1所述的斜坡整治的方法，其中该斜坡表面和保护层的间还包括挡水层，挡水层的透水性很小，可以减少表层水的渗入。

34.如权利要求33所述的斜坡整治的方法，其中该挡水层包括水泥和硅粉或煤粉灰。

35.如权利要求33所述的斜坡整治的方法，其中该挡水层包括砂浆。

36.如权利要求1所述的斜坡整治的方法，其中该保护层和斜坡表面之间还包括排水层，排水层是多孔透水的，可以防止内水压力作用在保护层上。

37.如权利要求1所述的斜坡整治的方法，其中还包括挡水层和排水层，挡水层靠近保护层，而排水层靠近斜坡。

38.如权利要求36所述的斜坡整治的方法，其中该排水层包括水泥及砂。

39.如权利要求26所述的斜坡整治的方法，其中该透水层组成为：水泥48-72kg，砂156-324kg，碎石0-60kg和有机纤维0-12kg。

40.一种斜坡整治的体系，以防止冲蚀，包括采用保护层，保护层包括：(a)保护斜坡的结构基体；(b)埋置在结构基体中的生物质，生物质可供植物生长。

41.如权利要求40所述的斜坡整治的体系，其中该保护层包括能供植物生长的有机物、水泥、碎石和有机纤维。

42.如权利要求40所述的斜坡整治的体系，其中该结构基体和生物质包括天然化合物。

43.如权利要求40所述的斜坡整治的体系，其中该结构基体包括保水合成聚合物。

44.如权利要求40所述的斜坡整治的体系，其中该结构基体包括无机物。

45.如权利要求44所述的斜坡整治的体系，其中该无机物在斜坡上应用时是一种可流动的混合物，但硬化后成为一种坚硬物。

46.如权利要求45所述的斜坡整治的体系，其中该结构基体包括混凝土。

47.如权利要求46所述的斜坡整治的体系，其中该混凝土是喷射混凝土。

48.如权利要求47所述的斜坡整治的体系，其中该喷射混凝土由水泥、碎石、水组成。

49.如权利要求47所述的斜坡整治的体系，其中该喷射混凝土由水泥、碎石、水和掺合料(包括硅粉、粉煤灰、稻壳)组成。

50.如权利要求40所述的斜坡整治的体系，其中结构基体每公斤的用量为：水泥150-250gm，碎石(粒径0.16-10mm)500-750gm，水150-250gm。

51.如权利要求40所述的斜坡整治的体系，其中结构基体每公斤的用量为：水泥150-250gm，掺合料0-100gm，碎石(粒径0.16-10mm)500-700gm，水150-250gm。

52.如权利要求40所述的斜坡整治的体系，其中该生物质为有机和无机物的混合物。

53.如权利要求52所述的斜坡整治的体系，其中该生物质在结构基体中形成相连的通道，以利于植物生长。

54.如权利要求52所述的斜坡整治的体系，其中该生物质包括粒径为0.5-3cm的球囊。

55.如权利要求52所述的斜坡整治的体系，其中系用转盘将生物质制成粒径为2-30mm的球囊。

56.如权利要求55所述的斜坡整治的体系，其中该生物囊是由黏土、有机和无机肥料、化肥、水和胶结剂组成，其比例为：黏土1份、肥料0.02-0.1份、水0.01-0.1份、胶结剂0.01-0.1份。

57.如权利要求55所述的斜坡整治的体系，其中该生物囊是由黏土、有机和无机肥料、化肥、水和胶结剂组成，其比例为：黏土1份、肥料0.02-0.1份、水0.01-0.1份、胶结剂0.01-0.1份、种子0-0.0024份、膨润土0-0.3份。

58.如权利要求52所述的斜坡整治的体系，其中该生物质包括泥土。

59.如权利要求58所述的斜坡整治的体系，其中该生物质包括选自胶结剂、肥料、有机加入物和种子中的一种或多种化合物。

60.如权利要求59所述的斜坡整治的体系，其中该生物质还包括胶结剂、肥料、有机加入物、种子和膨胀剂。

61.如权利要求60所述的斜坡整治的体系，其中该胶结剂包括树胶、CMC胶或纤维，泥土包括黏土，种子包括草籽，有机加入物包括粪肥、氮肥、钾肥或泥炭沼，膨胀剂包括膨润土。

62.如权利要求61所述的斜坡整治的体系，其中该纤维包括碎纸。

63.如权利要求61所述的斜坡整治的体系，其中该草籽用量为最适合种子生长时的密度。

64.如权利要求40所述的斜坡整治的体系，其中该保护层的组成为：水泥24-36kg，碎石75-160kg，生物囊62-114kg，有机物0.1-20kg，速凝剂1-2kg。

65.如权利要求40所述的斜坡整治的体系，其中该保护层的组成为：水泥24-36kg，掺合料0-36kg，碎石75-160kg，生物囊62-114kg，有机物0.1-20kg，速凝剂1-2kg。

66.如权利要求40所述的斜坡整治的体系，其中该保护层是用干喷法或半干喷法通过喷射混凝土喷枪的喷咀喷射到斜坡表面上去的。

67.如权利要求65所述的斜坡整治的体系，其中通过该喷枪的喷咀口加入水。

68.如权利要求40所述的斜坡整治的体系，其中该保护层的喷射厚度为20-200mm。

69.如权利要求40所述的斜坡整治的体系，其中该保护层上再喷一层生长层，该生长层，其组成为：泥土30-50kg，有机纤维2-5kg，保水合成聚合物0.1-0.3kg，木粉胶0.2-0.5kg，种子0.4-0.8kg。

70.如权利要求40所述的斜坡整治的体系，其中该斜坡和保护层之间还包括一层挡水层，挡水层的透水性小，可以减少表层水的渗入。

71.如权利要求70所述的斜坡整治的体系，其中该挡水层包括水泥和硅粉或煤粉灰。

72.如权利要求70所述的斜坡整治的体系，其中该挡水层包括砂浆。

73.如权利要求40所述的斜坡整治的体系，其中该斜坡和保护层之间还包括一层排水层，排水层是多孔透水的，可以防止内水压作用在保护层上。

74.如权利要求40所述的斜坡整治的体系，其中还包括挡水层和排水层，挡水层靠近保护层，而排水性靠近斜坡面。

75.如权利要求73所述的斜坡整治的体系，排水泥层包括水泥和砂。

76.如权利要求73所述的斜坡整治的体系，其中该排水层组成为：水泥48-72kg，砂156-324kg，碎石0-60kg和有机纤维0-12kg。

77.一种喷射混凝土添加物，包括生物质，能供植物生长。

78.如权利要求77所述的添加物，其中该生物质为无机物和有机物的混合物。

79.如权利要求77所述的添加物，其中该生物质在结构基体中形成相连的通道，供植物生长。

80.如权利要求78所述的添加物，其中该生物质包括粒径为2-30mm的球囊。

81.如权利要求78所述的添加物，其中包括用转盘将生物质制成粒径为2-30mm的球囊。

82.如权利要求80所述的添加物，其中生物囊是由黏土、有机和无机肥料、化肥、水和胶结剂组成，其比例为：黏土1份、肥料0.02-0.1份、水0.01-0.1份、胶结剂0.01-0.1份。

83.如权利要求80所述的添加物，其中生物囊是由黏土、有机和无机肥料、化肥、水和胶结剂组成，其比例为：黏土1份、肥料0.02-0.1份、水0.01-0.1份、胶结剂0.01-0.1份。种子0-0.0024份、膨润土0-0.3份。

84.如权利要求77所述的添加物，其中该生物质包括泥土。

85.如权利要求84所述的添加物，其中该生物质还包括从一批胶结剂、肥料、有机加入物和种子中选择一个或多个品种。

86.如权利要求85所述的添加物，其中该生物质还包括胶结剂、肥料、有机加入物、种子和膨胀剂。

87.如权利要求86所述的添加物，其中该胶结剂包括树胶、CMC胶或纤维，泥土包括黏土，种子包括草籽，有机添加物包括粪肥、氮肥、钾肥或泥炭沼，膨胀剂包括膨润土。

88.如权利要求86所述的添加物，其中该纤维包括碎纸。

89.如权利要求87所述的添加物，其中该草籽用量为最适合种子生长的密度。

90.一种斜坡整治的体系，包括：

(a)一个保护层，其选自由大体为固态的喷射混凝土层、结构基体和如权利要求1所述的系统所组成群组；以及

(b)靠近斜坡面的挡水层，该挡水层的透水性小，可减少表层水的渗入。

91.如权利要求90所述的斜坡整治的体系，其中该挡水层包括水泥和硅粉或煤粉灰。

92.如权利要求90所述的斜坡整治的体系，其中该挡水层包括砂浆。

93.一种斜坡整治的体系，包括：

(a)一个保护层，其选自由大体为固态的喷射混凝土层、结构基体和如权利要求1所述的系统所组成群组；以及

(b)靠近斜坡面的排水层，该排水层具多孔透水性，可以防止内水压作用到保护层上。

94.如权利要求74所述的斜坡整治的体系，其中该排水层包括水泥和砂土。

95.如权利要求74所述的斜坡整治的体系，其中该排水层组成为：水泥48-72kg，砂156-324kg，碎石0-60kg和有机纤维0-12kg。

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