基于抗蚀控渗层的砒砂岩道路边坡生态护坡系统及其施工
方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及一种基于抗蚀控渗层的砒砂岩道路边坡生态护坡系统及其施工 方法，属于边坡防护和生态修复技术领域。
背景技术
[0002] 砒砂岩区位于鄂尔多斯高原，
气候类型为干旱半干旱的过渡区，
地貌类型也 是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，
土壤贫瘠，植被 稀少，植被退化严重，土壤侵蚀剧烈。
[0003] 目前，砒砂岩区道路边坡护坡的方法主要有
生物措施和工程措施。
[0004] 生物措施是通过在砒砂岩边坡栽种
植物的方法实现边坡的防护，但由于砒砂 岩地区
水资源贫乏、土壤贫瘠，植物的成活率低，难以对边坡进行有效的防护。
[0005] 工程措施通常采用高压
喷涂设备将
水泥、砂等硬性材料喷涂在道路边坡表面 的方法，虽然一定程度上防止了边坡的水土流失，但边坡上不能生长植物，与周 边的自然环境不协调，且与当前人与自然和谐发展趋势相违背。
[0006] 因此，采用不仅能实现砒砂岩边坡生态修复，具有一定的自然景观效果，也 能有效防止边坡的水土流失，具有一定安全性和耐久性的新型生态护坡方法是未 来砒砂岩边坡防护的发展趋势。
发明内容
[0007] 发明的目的：本发明的目的是为克服现有砒砂岩道路边坡生态恢复方法的不 足，提供一种
基于抗蚀控渗层的砒砂岩道路边坡生态护坡系统及其施工方法。该 方法不仅可以促进植物生长，实现砒砂岩道路边坡的生态修复，也能有效防止边 坡的水土流失。
[0008] 为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
[0009] 一种基于抗蚀控渗层的砒砂岩道路边坡生态护坡系统，包括：
[0010] 抗蚀控渗层，设置在砒砂岩道路边坡的表面，是由抗蚀控渗
复合材料与砒砂 岩固结形成，抗蚀控渗复合材料主要成分为酯，具有很好的亲水性，从而可以吸 收水分子，且这些分子的聚合体形成分子交叉，能够形成网状结构，可以有效地 对砒砂岩和水分进行包裹、对水分、
肥料等进行吸收，形成一个良好的抵抗雨蚀、
风蚀等侵蚀的固结层；
[0011] 锚杆，所述的锚杆包括多个，多个锚杆在坡面上均匀间隔布置，用于固定灌 注营养基材后的植生卷材；
[0012] 植生卷材，设置在抗蚀控渗层的上面，并固定在锚杆上，用于容纳营养基材；
[0013] 营养基材，设置在植生卷材中，用于给所栽植的植物提供营养。
[0014] 所述抗蚀控渗复合材料为改性亲水性聚
氨酯复合材料，通过如下重量份的原 料制备而成：
[0015] 二异氰酸酯，45份～55份；
[0016] 聚醚多元醇，35份～45份；
[0017] 1，4-丁二醇，0.5份～5份；
[0018] 二轻甲基丙酸，6份～7份；
[0020] 以及2～5份的功能性改性材料在60°～120°的
温度下，经过2h～5h的聚合 反应、3h～4h的聚合调整反应而得到。
[0021] 所述功能性改性材料为聚乙烯醇颗粒。
[0022] 所述二异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯。
[0023] 所述锚杆直径为14mm～28mm，锚固深度不得小于15cm，锚杆端部弯折 5cm～10cm，弯折
角度为60°～90°，锚杆垂直于坡面锚固，锚固时预留5cm～10cm 长度，用于固定灌浆后的植生卷材。
[0024] 所述的锚杆的行间距根据灌注营养基材后植生卷材的重量确定，其计算公式 如下：
[0025] F＝Wsinθ (2)
[0026] W＝BLM (3)
[0027] 其中，F—每根锚杆所能承受的
力，W—每根锚杆所承受的重力，θ—边坡 的坡度，B—锚杆的行距，L—锚杆的间距，M—单位面积灌注后植生卷材的重 力。
[0028] 所述的营养基材通过如下重量份的原料制备而成：
[0029] 砒砂岩，15份～30份；
[0030] 砂，30份～60份；
[0032] 蛭石，3份～6份；
[0033] 稻壳，6份～10份；
[0034] 保水剂，0.1份～0.3份；
[0035] 腐殖土，10份～40份；
[0037] 所述缓释性有机肥料的添加量根据如下公式确定：
[0038] F＝(P/Q)×100 (1)
[0039] 其中，F-单位面积的
施肥量(g/㎡)，P-单位面积的施肥纯成分量(g/㎡)， Q-使用肥料的成分百分比(％)。
[0040] 所述微生物菌剂是在当地的土壤和植物根系中进行筛选出包含根瘤菌和芽 孢杆菌的优势菌种，将优势菌种进行培育，并制成菌剂。
[0041] 一种基于抗蚀控渗层的砒砂岩道路边坡生态护坡系统的施工方法，包括如下 步骤：
[0043] (2)在坡面上进行钻锚杆孔，并
自下而上依次灌注植筋胶和打入锚杆；
[0044] (3)在坡面上均匀喷涂抗蚀控渗复合材料，其与砒砂岩固结后可形成具有 保水保肥作用的抗蚀控渗层；
[0045] (4)将植生卷材按锚杆行距的115％～120％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20cm～50cm；铺挂植生卷材前，将 植生卷材按锚杆设计行距的115％～120％设定为1个单元，并在单元两端绑扎承 重绳；
自上而下依次铺挂植生卷材，两行锚杆之间铺挂1个单元的植生卷材，承 重绳放置于锚杆的上部；
[0046] (5)沿坡长方向从上至下铺挂植生卷材，两行锚杆之间铺挂一个单元的植 生卷材，将承重绳放置在锚杆的上部，承重绳两段绑在锚杆上，以保证灌注基材 后重量能均匀分布在锚杆上；
[0047] (6)采用
挤压泵将由营养基材、混合草种和水配置的混合物料自下而上依 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；所述的混 合草种拌和在营养基材中，提前12小时对草本植物进行湿润、浸泡，或者再用 多菌灵、托布津进行药剂拌种，提前出苗；
[0048] (7)在植生卷材里面栽种适合当地自然环境的灌木，行距为50cm～100cm， 间距为50cm～100cm；
[0049] (8)养护与管理。
[0050] 本发明具有以下突出的有益效果：
[0051] (1)本发明在栽植孔内喷涂抗蚀控渗复合材料，主要成分为酯，具有很好 的亲水性，从而可以吸收水分子，且这些分子的聚合体形成分子交叉，能够网状 结构，可以有效地对砒砂岩和水分进行包裹、对水分、肥料等进行吸收，形成一 个良好的抵抗雨蚀、风蚀等侵蚀的固结层该抗蚀控渗复合材料可将松散的土壤进 行固结，起到保水保肥的效果，从而可以有效防止水分的渗漏和坡面的冲蚀；另 外，本发明公开的抗蚀控渗复合材料中，二苯基甲烷二异氰酸酯的挥发性低，活 性高，可赋予抗蚀控渗复合材料良好的力学性能；其次，所述功能性改性材料为 聚乙烯醇颗粒，聚乙烯醇可以增强抗蚀控渗复合材料的力学性能和抗紫外线能力， 相比于单独采用抗蚀控渗复合材料，抗压强度可提高5-8倍，抗紫外线能力可提 高2-4倍。
[0052] (2)本发明提供的由砒砂岩、砂、缓释性有机肥料、保水剂、稻壳炭、蛭 石、微生物菌剂等配置而成的营养基材，为植物生长营造适合的土壤环境。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。优势微生物菌剂不仅可以改土壤的理化特性，也可提高保肥和保水特性， 促进植物的养分吸收，提高植物根部的活力。
[0053] (3)与传统砒砂岩道路边坡防护方法相比，本发明提供的一种新型砒砂岩 道路边坡生态护坡方法结构简单，施工方便，可行性高。本发明采用锚杆固定植 生卷材，使之与边坡形成一个整体，在加固边坡的同时，也通过植生卷材中的营 养基材提供了植物生长所需的养分，实现砒砂岩道路边坡的快速生态恢复，也能 通过抗蚀控渗层和植生卷材防止雨水对砒砂岩道路边坡的侵蚀，减少水土流失。
附图说明
[0054] 图1为植生卷材未填充时的结构示意图；
[0055] 图2为植生卷材填充后的结构示意图；
[0056] 图3为锚杆结构示意图；
[0057] 其中，α—锚杆端部弯折的角度；
[0058] 图4为锚杆负重计算简图；
[0059] 其中，W—灌注基材后植生卷材重力，θ—边坡的坡度
[0060] 图5为砒砂岩道路边坡护坡示意图；
[0061] 其中，1—砒砂岩道路边坡；2—抗蚀控渗层；3—植生卷材；4—草本植物； 5—灌木；
[0062] 图6为砒砂岩的微观结构图；
[0063] 图7为砒砂岩与抗蚀控渗层固结体的微观结构图。
具体实施方式
[0064] 下面结合具体实施方式，对本发明的
权利要求做进一步的详细说明，但不构 成对本发明的任何限制，任何人在本发明权利要求保护范围之内所做的有限次的
修改，仍在本发明的权利要求保护范围之内。以下
实施例中除特例说明外，均 为本领域内的常规实验方法和操作步骤。
[0065] 一种基于抗蚀控渗层的砒砂岩道路边坡生态护坡系统，其特征在于，包括：
[0066] 抗蚀控渗层，设置在砒砂岩道路边坡的表面，是由抗蚀控渗复合材料与砒砂 岩固结形成具有保水保肥作用；
[0067] 锚杆，所述的锚杆包括多个，多个锚杆在坡面上均匀间隔布置，用于固定灌 注营养基材后的植生卷材；
[0068] 植生卷材，设置在抗蚀控渗层的上面，固定在锚杆上，用于容纳营养基材；
[0069] 营养基材，设置在植生卷材中，用于给所栽植的植物提供营养。
[0070] 进一步的，所述锚杆直径为14mm～28mm，锚固深度不得小于15cm，锚杆 端部弯折5cm～10cm，弯折角度为60°～90°，锚杆垂直于坡面锚固，锚固时预 留5cm～10cm长度，用于固定灌浆后的植生卷材。
[0071] 进一步的，铺挂植生卷材前，将植生卷材按锚杆设计行距的115％～120％设 定为1个单元，并在单元两端绑扎承重绳；自上而下依次铺挂植生卷材，两行锚 杆之间铺挂1个单元的植生卷材，承重绳放置于锚杆的上部。
[0072] 进一步的，所述的混合草种是指根据坡面角度、土质、周边环境以及当地气 候条件
选定草本植物，草本植物拌和在营养基材中，提前12小时对草本植物进 行湿润、浸泡，或者再用多菌灵、托布津进行药剂拌种，提前出苗。
[0073] 所述的锚杆的行间距根据灌注营养基材后植生卷材的重量确定，其计算公式 如下：
[0074] F＝Wsinθ (2)
[0075] W＝BLM (3)
[0076] 其中，F—每根锚杆所能承受的力，W—每根锚杆所承受的重力，θ—边坡 的坡度，B—锚杆的行距，L—锚杆的间距，M—单位面积灌注后植生卷材和基 材垫层的重力。
[0077] 所述的营养基材通过如下重量份的原料制备而成：
[0078] 砒砂岩，15份～30份；
[0079] 砂，30份～60份；
[0080] 缓释性有机肥料，3份～10份；
[0081] 蛭石，3份～6份；
[0082] 稻壳，6份～10份；
[0083] 保水剂，0.1份～0.3份；
[0084] 腐殖土，10份～40份；
[0085] 微生物菌剂，0.1份～1份。
[0086] 所述缓释性有机肥料的添加量根据如下公式确定：
[0087] F＝(P/Q)×100 (1)
[0088] 其中，F-单位面积的施肥量(g/㎡)，P-单位面积的施肥纯成分量(g/㎡)， Q-使用肥料的成分百分比(％)。
[0089] 所述抗蚀控渗复合材料通过如下重量份的原料制备而成，
[0090] 二异氰酸酯，45～55份；
[0091] 聚醚多元醇，35～45份；
[0092] 1，4-丁二醇，0.5～5份；
[0093] 二轻甲基丙酸，6～7份；
[0095] 以及2～5份的功能性改性材料在60°～120°的温度下，经过2h～5h的聚合 反应、3h～4h的聚合调整反应而得到的改性亲水性聚氨酯复合材料。
[0096] 抗蚀控渗复合材料具有无毒、无污染等优点(见表1)，具有高度安全性， 对生态环境不造成二次污染，是一种环境友好
型材料。
[0097] 表1抗蚀控渗层
浸出液水质样品检测结果
[0098]
[0099] 该抗蚀控渗复合材料可将松散的砒砂岩(见图6)进行固结，形成一个大型 网状结构层(见图7)，起到保水保肥的效果，从而可以有效防止水分的渗漏和 坡面的冲蚀。
[0100] 实施例1：
[0101] 案例实施地点为内蒙古自治区鄂尔多斯市暖水乡109国道725公里处，施工 面积约为200m2，具体施工过程如下：
[0102] (1)整理坡面，并测定和记录边坡的坡长、坡度、土质等参数，其中坡长 15.6m，上段坡度为56°，中断坡度为43°，下端坡度为74°，土质为红白相 间的砒砂岩；
[0103] (2)根据植生卷材的重量、边坡的土壤性质及坡度大小设计锚杆尺寸和布 置锚杆的行间距，并采用1.2的保险系数，锚杆的行距为1.0m，间距为0.5m， 然后自下而上依次灌注植筋胶和打入锚杆；
[0104] (3)在坡面上均匀喷涂4％浓度的抗蚀控渗复合材料，其与砒砂岩固结后可 形成具有保水保肥作用的控渗层；所述抗蚀控渗复合材料通过如下重量份的原料 制备而成，二异氰酸酯，47份；聚醚多元醇，37份；1，4-丁二醇，2份；二轻 甲基丙酸，6份；环氧树脂，6份；以及3份的聚乙烯醇，在80°的温度下，经 过2h的聚合反应、3h的聚合调整反应而得到的改性亲水性聚氨酯复合材料；
[0105] (4)将植生卷材按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40cm；
[0106] (5)沿坡长方向从上至下铺挂植生卷材，两行锚杆之间铺挂一个单元的植 生卷材，将承重绳放置在锚杆的上部，承重绳两段绑在锚杆上，以保证灌注基材 后重量能均匀分布在锚杆上；
[0107] (6)配置营养基材，所述的营养基材通过如下重量份的原料制备而成：砒 砂岩，15份；砂，30份；缓释性有机肥料，3份；蛭石，3份；稻壳，6份；保 水剂，0.1份；腐殖土10份；微生物菌剂，0.1份，并选用适合当地环境的披
碱 草、紫花苜蓿、草木犀等草种，采用
搅拌机加水均匀搅拌，营养基材的拌和时要 注意水量的控制，不得太稀，以防漏浆，亦不得太粘稠，以防影响灌注基材的流 动性；
[0108] (7)采用专用的挤压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，营造适合植物生长的土壤环境；
[0109] (8)在植生卷材里面栽种适合当地自然环境的沙棘和柠条，交叉种植，行 距为1.0m，间距为0.5m；
[0110] (9)养护与管理。
[0111] 三个月后砒砂岩道路边坡的植被
覆盖率达87.2％，边坡的冲蚀量和产沙量几 乎为零，不仅实现砒砂岩道路边坡的生态修复，也有效的防止了砒砂岩道路边坡 的水土流失。
[0112] 实施例2：
[0113] 案例实施地点为内蒙古自治区鄂尔多斯市暖水乡109国道725公里处，施工 面积约为200m2，具体施工过程如下：
[0114] (1)整理坡面，并测定和记录边坡的坡长、坡度、土质等参数，其中坡长 15.6m，上段坡度为56°，中断坡度为43°，下端坡度为74°，土质为红白相 间的砒砂岩；
[0115] (2)根据植生卷材的重量、边坡的土壤性质及坡度大小设计锚杆尺寸和布 置锚杆的行间距，并采用1.2的保险系数，锚杆的行距为1.0m，间距为0.5m， 然后自下而上依次灌注植筋胶和打入锚杆；
[0116] (3)在坡面上均匀喷涂5％浓度的抗蚀控渗复合材料，其与砒砂岩固结后可 形成具有保水保肥作用的控渗层；所述抗蚀控渗复合材料通过如下重量份的原料 制备而成，二异氰酸酯，50份；聚醚多元醇，40份；1，4-丁二醇，3份；二轻 甲基丙酸，6.5份；环氧树脂，6.5份；以及4份的聚乙烯醇，在100°的温度下， 经过3h的聚合反应、3.5h的聚合调整反应而得到的改性亲水性聚氨酯复合材料；
[0117] (4)将植生卷材按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40cm；
[0118] (5)沿坡长方向从上至下铺挂植生卷材，两行锚杆之间铺挂一个单元的植 生卷材，将承重绳放置在锚杆的上部，承重绳两段绑在锚杆上，以保证灌注基材 后重量能均匀分布在锚杆上；
[0119] (6)配置营养基材，所述的营养基材通过如下重量份的原料制备而成：砒 砂岩，20份；砂，45份；缓释性有机肥料，5份；蛭石，4份；稻壳，7份；保 水剂，0.2份；腐殖土25份；微生物菌剂，0.1份，并选用适合当地环境的披碱 草、紫花苜蓿、草木犀等草种，采用搅拌机加水均匀搅拌，营养基材的拌和时要 注意水量的控制，不得太稀，以防漏浆，亦不得太粘稠，以防影响灌注基材的流 动性；
[0120] (7)采用专用的挤压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8cm，营造适合植物生长的土壤环境；
[0121] (8)在植生卷材里面栽种适合当地自然环境的沙棘和柠条，交叉种植，行 距为1.0m，间距为0.5m；
[0122] (9)养护与管理。
[0123] 三个月后砒砂岩道路边坡的植被覆盖率达88.3％，边坡的冲蚀量和产沙量几 乎为零，不仅实现砒砂岩道路边坡的生态修复，也有效的防止了砒砂岩道路边坡 的水土流失。
[0124] 实施例3：
[0125] 案例实施地点为内蒙古自治区鄂尔多斯市暖水乡109国道725公里处，施工 面积约为200m2，具体施工过程如下：
[0126] (1)整理坡面，并测定和记录边坡的坡长、坡度、土质等参数，其中坡长 15.6m，上段坡度为56°，中断坡度为43°，下端坡度为74°，土质为红白相 间的砒砂岩；
[0127] (2)根据植生卷材的重量、边坡的土壤性质及坡度大小设计锚杆尺寸和布 置锚杆的行间距，并采用1.2的保险系数，锚杆的行距为1.0m，间距为0.5m， 然后自下而上依次灌注植筋胶和打入锚杆；
[0128] (3)在坡面上均匀喷涂6％浓度的抗蚀控渗复合材料，其与砒砂岩固结后可 形成具有保水保肥作用的控渗层；所述抗蚀控渗复合材料通过如下重量份的原料 制备而成，二异氰酸酯，55份；聚醚多元醇，45份；1，4-丁二醇，5份；二轻 甲基丙酸，7份；环氧树脂，7份；以及5份的聚乙烯醇，在120°的温度下， 经过5h的聚合反应、4h的聚合调整反应而得到的改性亲水性聚氨酯复合材料；
[0129] (4)将植生卷材按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40cm；
[0130] (5)沿坡长方向从上至下铺挂植生卷材，两行锚杆之间铺挂一个单元的植 生卷材，将承重绳放置在锚杆的上部，承重绳两段绑在锚杆上，以保证灌注基材 后重量能均匀分布在锚杆上；
[0131] (6)配置营养基材，所述的营养基材通过如下重量份的原料制备而成：砒 砂岩，30份；砂，60份；缓释性有机肥料，10份；蛭石，6份；稻壳，10份； 保水剂，0.3份；腐殖土40份；微生物菌剂，1份，并选用适合当地环境的披碱 草、紫花苜蓿、草木犀等草种，采用搅拌机加水均匀搅拌，营养基材的拌和时要 注意水量的控制，不得太稀，以防漏浆，亦不得太粘稠，以防影响灌注基材的流 动性；
[0132] (7)采用专用的挤压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10cm，营造适合植物生长的土壤环境；
[0133] (8)在植生卷材里面栽种适合当地自然环境的沙棘和柠条，交叉种植，行 距为1.0m，间距为0.5m；
[0134] (9)养护与管理。
[0135] 三个月后砒砂岩道路边坡的植被覆盖率达86.4％，边坡的冲蚀量和产沙量几乎为 零，不仅实现砒砂岩道路边坡的生态修复，也有效的防止了砒砂岩道路边坡的水 土流失。
