CN110670606A - 一种秸秆型生态护坡结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种秸秆型生态护坡结构及方法，包括麻纤维层、秸秆形成的网状框架和种植槽，所述的麻纤维层铺设在边坡上，在麻纤维层边角和中间位置固定在边坡土中，秸秆形成的网状框架设置在麻纤维层上，且秸秆形成的网状框架在坡顶和坡底的位置也固定在边坡土中；在网状框架内部形成了若干三棱柱型的格室，间隔的在三棱柱型的格室内放置有种植槽；在所述的种植槽和网状框架的表面还覆盖有一层表土。

Description

一种秸秆型生态护坡结构及方法

技术领域

本发明涉及一种利用高粱秸秆、麻纤维布和无纺布，通过绑扎和粉碎工艺得到的设有种植槽的格室型生态护坡结构及方法，属于土木工程领域。

背景技术

随着城市化进程的加快，城市公路、铁路以及河道水利等的兴修不断增加。大规模的工业建设和矿山开采造成了大量类型多样且成分复杂的裸露土质边坡，成为水土流失的重灾区。同时，城市面源污染加剧，大量污染物随地表雨水径流进入河道水体，逐渐成为城市水体水质恶化的主要原因之一。因此，采取有效措施进行生态治理，实现防护边坡与改善水体污染的双重效果，是环境保护与生态建设过程中人与自然和谐发展理念的生动实践。

传统的生态护坡方式有人工种草护坡、生态袋护坡、网格生态护坡等。但以上护坡方式普遍存在种草成活率低、后期植被生存条件受到限制、整体稳定性较差、植物蓄水而拦截地表径流等问题，往往难以达到满意的效果。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的技术问题，公开了一种秸秆型生态护坡结构及方法，本发明利用高粱秸秆、麻纤维布和无纺布组成的秸秆式生态型护坡结构，既能对坡面起到防护作用，又能有效截流净化污染物，实现防护与净化的双重效果，为改善和解决裸露边坡稳定性问题提供理论依据和技术支撑。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提出了一种秸秆型生态护坡结构，包括麻纤维层、秸秆形成的网状框架和种植槽，所述的麻纤维层铺设在边坡上，在麻纤维层边角和中间位置固定在边坡土中，秸秆形成的网状框架设置在麻纤维层上，且秸秆形成的网状框架在坡顶和坡底的位置也固定在边坡土中；在网状框架内部形成了多个三棱柱型的格室，间隔的在三棱柱型的格室内放置有种植槽；在所述的种植槽和秸秆形成的网状框架的表面还覆盖有一层表土。

作为进一步的技术方案，所述的种植槽的高度低于秸秆格室的高度，底面尺寸与秸秆绑扎形成的三角网格中位于护坡上的面的面积一致，且种植槽底面尺寸大于种植槽顶面尺寸，种植槽底面与护坡接触。

作为进一步的技术方案，所述的麻纤维层通过木楔固定在边坡上。

作为进一步的技术方案，所述的秸秆形成的网状框架在坡顶和坡底位置用锚具固定，同时将边角和中间位置的木楔露出地面的部分套入格室中。

本发明还提出了一种秸秆型生态护坡方法，包括以下步骤：

步骤1秸秆网状框架的布置

先沿坡建立一个十字框架，然后根据坡度和坡面长度构建梯形框架；梯形框架上下边与防护堤轴线成45°角；在梯形框架内横向绑扎秸秆，然后再斜向绑扎秸秆，使得梯形框架内形成多个三棱柱型的格室；

步骤2制作种植槽

将高粱秆打碎成颗粒状掺在土中，加入适量的水，搅拌均匀，使其呈胶状，并能粘结为一个整体；放入中空的三棱台型的模具中，然后进行干燥成型；待成型后，用无纺土工布将其裹住，并在表面喷洒适量的水，使二者粘接为一个整体；

步骤3整体结构的固定及布置

清理边坡后，先铺一层麻纤维布，在边角和中间位置用木楔扦插于边坡土中；

将秸秆型网状格室框架的坡顶和坡底用锚具固定，同时将边角和中间位置的木楔露出地面的部分套入格室中；

上层结构固定完成后，将步骤2中成型的种植槽放入每个格室中，种植槽底面与三角格室底面边缘处与秸秆能够紧密贴合，同时能与下部麻纤维层紧密接触；

整体结构布置完成后，在种植槽中播撒草种，喷洒营养液，最后覆盖一层表土。

作为进一步的技术方案，所述的步骤1和步骤2的顺序可以调换。

作为进一步的技术方案，所述的种植槽的高度低于秸秆格室的高度，底面尺寸与秸秆绑扎形成的格室一致。

作为进一步的技术方案，秸秆之间通过无接茬麻绳连接，内部做成三棱柱型的格室。

本发明的有益效果如下：

1.秸秆网格作为固定层

秸秆之间通过无接茬麻绳连接，做成三棱柱型的格室，利用三角结构的力学稳定性，在对角线方向上的节点处能够承受较大的扭矩而不被撕裂，同时，三棱柱状物体纵向支持力大，横向承受力小，纵向受力产生压应力，理论上对结构具有增强作用，具有更好的抓地性，在坡面作为一层固定结构。由于秸秆本身木质化程度较高，纤维发育良好，抗冲击性强。因此，秸秆网格层的存在能够避免坡面受到雨水溅蚀的侵袭，防止坡面土壤在植被生长之前被冲刷流失。同时，可以防止草籽散落，或者是植物在生长初期被雨水冲刷掉，起到很好的护坡护草的作用。在三棱柱的侧面，秸秆之间的连接留有一定的缝隙，保证较好的透光透水性，有利于植物的存活。另外，由于秸秆自身可降解，在植物长成后，秸秆能够转化为天然肥料反作用于土壤，被植物再次利用，不会限制植物根系的生长空间。

2.麻纤维层的过滤作用

麻纤维层在护坡结构的最底层，在前期草种未生长完全时能够防止边坡土壤被地表径流带走。在植物生长后，其密度变高，草本植物根系与下层麻纤维垫层相连，与土颗粒缠绕形成稳固的防护面层，能提高坡岸的下渗和吸水能力，延缓地表径流的流速，减小地表径流量，增加植物、微生物接触污染物的时间和频率，更有利于截留、吸附、降解径流中的污染物。另外，麻纤维本身性能较稳定，直径为微米级，具有过滤精度高、水流阻力小等特点。麻纤维层与植物层相结合，上层致密均匀的植物层能够首先起到过滤作用。在水压的作用下，麻纤维丝层层紧密压缩，外层相对疏松而内层在挤压的作用下变得比较密实，这样整体形成一个级配非常好的滤料，使得整体结构在具有较高的孔隙率的同时水流的阻力较小，滤料的比表面积大大增加、吸附能力增强、截污纳污容量也大大提高。随着过滤的进行，水流流过滤层时产生的阻力进一步将滤层压实，使整个滤层的截污能力得以充分利用。

3.无纺布与种植槽的联合骨架作用

无纺布具有柔软、透气、强韧、可降解程度高等特点，是一种环保型增强材料。无纺布与土颗粒的吸附能力较强，能够锁住浅层土，并形成稳定的分界面，防止水土流失，促进植物生长。将高粱秆打碎掺在土中，搅拌均匀，加入适量的水，使其粘结为一个整体。置于三棱台式的模具中，中间为空心，成型后用无纺布将其裹住，放入首层秸秆格室内。掺杂高粱秆颗粒的种植槽一方面对整体结构具有加筋作用；另一方面，种植槽的底面积大于顶面积的设计，可以与坡面之间保持更大的接触面积，不易滑脱，从而更好地限制上层秸秆网格的位移，保持更高的稳定性。同时能够避免刚播撒的种子流失，提高植物存活率。外层无纺布能够发挥其强韧、透水、透气性好的优势，紧密锁住表面浅层土，防止种植槽掉渣起尘。在植物生长后，夹杂高粱秆颗粒的种植槽可以转化为天然肥料被植物再次利用，保水保土的同时更能促进植物生长。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是秸秆网状框架示意图；

图2是三棱柱型格室；

图3是种植槽结构图；

图4是种植槽侧视图；

图5是整体结构示意简图。

图中：1锚具，2木楔，3三棱柱型格室，4秸秆，5种植槽，6网状框架，7麻纤维层。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种秸秆型生态护坡结构及方法。

本申请的一种典型的实施方式中，如图5所示，一种秸秆型生态护坡结构，包括麻纤维层7、秸秆形成的网状框架6和种植槽5，所述的麻纤维层7铺设在边坡上，在麻纤维层7边角和中间位置固定在边坡土中，秸秆形成的网状框架设置在麻纤维层7上，且秸秆形成的网状框架6在坡顶和坡底的位置也固定在边坡土中；在网状框架6内部形成了多个三棱柱型的格室，在每个格室内放置有种植槽5；在所述的种植槽5和秸秆形成的网状框架6的表面还覆盖有一层表土。

作为进一步的技术方案，所述的种植槽5的高度低于秸秆格室的高度，底面尺寸与秸秆绑扎形成的三角网格一致，预留出间隙的目的主要是利于植物生长。

作为进一步的技术方案，所述的麻纤维层7通过木楔固定在边坡上。

作为进一步的技术方案，所述的秸秆形成的网状框架在坡顶和坡底位置用锚具固定，同时将边角和中间位置的木楔露出地面的部分套入格室中。

对应的具体实施方法如下：

(1)秸秆网状框架的布置

选择粗细均匀的高粱秆，用麻绳和钩针进行绑扎。先沿坡建立一个十字框架，然后根据坡度和坡面长度构建梯形框架。梯形框架上下边与防护堤轴线成45°角，每隔200mm沿横向绑扎秸秆，然后再斜向捆绑秸秆，形成三棱柱型格室，三棱柱型格室的高度取80～150mm，沿高度方向，相邻两杆之间留有一根杆径的空隙，最后根据坡度的大小调整斜杆布置的密集程度。如下图1、2所示。

秸秆之间通过无接茬麻绳连接，做成三棱柱型的格室，利用三角结构的力学稳定性，在对角线方向上的节点处能够承受较大的扭矩而不被撕裂，同时，三棱柱状物体纵向支持力大，横向承受力小，纵向受力产生压应力，理论上对结构具有增强作用，具有更好的抓地性，在坡面作为一层固定结构。由于秸秆本身木质化程度较高，纤维发育良好，抗冲击性强。因此，秸秆网格层的存在能够避免坡面受到雨水溅蚀的侵袭，防止坡面土壤在植被生长之前被冲刷流失。同时，可以防止草籽散落，或者是植物在生长初期被雨水冲刷掉，起到很好的护坡护草的作用。在三棱柱的侧面，秸秆之间的连接留有一定的缝隙，保证较好的透光透水性，有利于植物的存活。另外，由于秸秆自身可降解，在植物长成后，秸秆能够转化为天然肥料反作用于土壤，被植物再次利用，不会限制植物根系的生长空间。

(2)种植槽的做法

将高粱秆打碎成颗粒状掺在土中，秸秆颗粒与土的重量比为1：3，加入适量的水，搅拌均匀，使其呈胶状，并能粘结为一个整体。放入中空的三棱台型的模具中，在150～200℃的高温环境中进行干燥成型。种植槽的高度取50～100mm(不得超过秸秆格室的高度)，底面尺寸与秸秆绑扎形成的三角网格中位于护坡上的面的面积一致，且种植槽底面尺寸大于种植槽顶面尺寸，种植槽底面与护坡接触。待成型后，用无纺土工布将其裹住，并在表面喷洒适量的水，使二者粘接为一个整体。种植槽(外部包裹无纺布)如下图3所示。

无纺布具有柔软、透气、强韧、可降解程度高等特点，是一种环保型增强材料。无纺布与土颗粒的吸附能力较强，能够锁住浅层土，并形成稳定的分界面，防止水土流失，促进植物生长。将高粱秆打碎掺在土中，搅拌均匀，加入适量的水，使其粘结为一个整体。置于三棱台式的模具中，中间为空心，成型后用无纺布将其裹住，放入首层秸秆格室内。掺杂高粱秆颗粒的种植槽一方面对整体结构具有加筋作用；另一方面，种植槽的底面大于顶面的面积，底面与坡面接触，可以与坡面之间保持更大的接触面积，不易滑脱，从而更好地限制上层秸秆网格的位移，保持更高的稳定性。同时能够避免刚播撒的种子流失，提高植物存活率。外层无纺布能够发挥其强韧、透水、透气性好的优势，紧密锁住表面浅层土，防止种植槽掉渣起尘。在植物生长后，夹杂高粱秆颗粒的种植槽可以转化为天然肥料被植物再次利用，保水保土的同时更能促进植物生长。

(3)整体结构的固定及布置顺序

清理边坡后，先铺一层麻纤维布，在边角和中间位置用木楔扦插于边坡土中。将秸秆型网状格室框架的坡顶和坡底用专用锚具固定，同时将边角和中间位置的木楔露出地面的部分套入格室中。麻纤维层在护坡结构的最底层，在前期草种未生长完全时能够防止边坡土壤被地表径流带走。在植物生长后，其密度变高，草本植物根系与下层麻纤维垫层相连，与土颗粒缠绕形成稳固的防护面层，能提高坡岸的下渗和吸水能力，延缓地表径流的流速，减小地表径流量，增加植物、微生物接触污染物的时间和频率，更有利于截留、吸附、降解径流中的污染物。另外，麻纤维本身性能较稳定，直径为微米级，具有过滤精度高、水流阻力小等特点。麻纤维层与植物层相结合，上层致密均匀的植物层能够首先起到过滤作用。在水压的作用下，麻纤维丝层层紧密压缩，外层相对疏松而内层在挤压的作用下变得比较密实，这样整体形成一个级配非常好的滤料，使得整体结构在具有较高的孔隙率的同时水流的阻力较小，滤料的比表面积大大增加、吸附能力增强、截污纳污容量也大大提高。随着过滤的进行，水流流过滤层时产生的阻力进一步将滤层压实，使整个滤层的截污能力得以充分利用。

上层结构固定完成后，将成型的种植槽放入上述的三棱柱格室中，因为种植槽底面与三角格室的尺寸一致，因此底面边缘处与秸秆能够紧密贴合，同时能与下部麻纤维层紧密接触；但是在放置种植槽时，要注意，按照图1的方式进行放置，即隔一个三棱柱格室放置一个种植槽，且每个种植槽种植完成后，均成倒三角的形式结构。

整体结构布置完成后，可在种植槽中播撒草种，喷洒营养液，最后覆盖一层表土。整体结构如下图5所示；注意由于部分三棱柱格室未放置种植槽，因此，可以在为纺织种植槽的三棱柱格室内放置一些土。

具体的实施例

某水电站施工完毕，需要对开挖的边坡进行生态治理，运用秸秆式生态护坡方法，首先进行边坡处理，然后加铺麻纤维布，将纤维布的边角和中间位置用木楔扦插于边坡土中。上部结构采用高粱秸秆绑扎而成的三棱柱型格室结构，格室厚度取120mm，并且留有排水和透光通道。将上部结构和木楔嵌套在一起，形成整体结构。将高粱秆打碎掺在土中，搅拌均匀，加入适量的水，使其具有一定粘结力，在高温环境下的三棱柱型模具中干燥成型。种植槽成型后，整体裹一层无纺布，并喷洒适量的水，放入三棱柱格室中，使二者边界接触良好。该方法通过优化结构及组成材料能够更有效截留污染物，净化地表水，大大提高坡面植物的存活率，在保土保水的同时对坡面起到防护作用，从而有利于构建更稳定的生态系统。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种秸秆型生态护坡结构，其特征在于，包括麻纤维层、秸秆形成的网状框架和种植槽，所述的麻纤维层铺设在边坡上，在麻纤维层边角和中间位置固定在边坡土中，秸秆形成的网状框架设置在麻纤维层上，且秸秆形成的网状框架在坡顶和坡底的位置也固定在边坡土中；在网状框架内部形成了若干三棱柱型的格室，间隔的在三棱柱型的格室内放置有种植槽；在所述的种植槽和网状框架的表面还覆盖有一层表土。

2.如权利要求1所述的一种秸秆型生态护坡结构，其特征在于，所述的种植槽的高度低于秸秆格室的高度，底面尺寸与秸秆绑扎形成的三角网格中位于护坡上的面的面积一致，且种植槽底面尺寸大于种植槽顶面尺寸，种植槽底面与护坡接触。

3.如权利要求1所述的一种秸秆型生态护坡结构，其特征在于，所述的麻纤维层通过木楔固定在边坡上。

4.如权利要求3所述的一种秸秆型生态护坡结构，其特征在于，所述的秸秆形成的网状框架在坡顶和坡底位置用锚具固定，同时将边角和中间位置的木楔露出地面的部分套入格室中。

5.一种秸秆型生态护坡方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1秸秆网状框架的制作

先沿坡建立一个十字框架，然后根据坡度和坡面长度构建梯形框架；梯形框架上下边与防护堤轴线成45°角；在梯形框架内横向绑扎秸秆，然后再斜向绑扎秸秆，使得梯形框架内形成多个三棱柱型的格室；

步骤2制作种植槽

将高粱秆打碎成颗粒状掺在土中，加入适量的水，搅拌均匀，使其呈胶状，并能粘结为一个整体；放入中空的三棱台型的模具中，然后进行干燥成型；待成型后，用无纺土工布将其裹住，并在表面喷洒适量的水，使二者粘接为一个整体；

步骤3整体结构的固定及布置

清理边坡后，先铺一层麻纤维布，将边角和中间位置固定在边坡土中；

将秸秆型网状格室框架在坡顶和坡底固定；上层结构固定完成后，将步骤2中成型的种植槽放入每个格室中，种植槽底面与三角格室底面边缘处与秸秆能够紧密贴合，同时能与下部麻纤维层紧密接触；

整体结构布置完成后，在种植槽中播撒草种，喷洒营养液，最后覆盖一层表土。

6.如权利要求5所述的一种秸秆型生态护坡方法，其特征在于，所述的步骤1和步骤2的顺序可以调换。

7.如权利要求5所述的一种秸秆型生态护坡方法，其特征在于，所述的种植槽的高度低于秸秆格室的高度，底面尺寸与秸秆绑扎形成的三角网格中位于护坡上的面的面积一致，且种植槽底面尺寸大于种植槽顶面尺寸，种植槽底面与护坡接触。

8.如权利要求5所述的一种秸秆型生态护坡方法，其特征在于，所述的麻纤维布，在边角和中间位置用木楔扦插于边坡土中；秸秆型网状格室框架的坡顶和坡底用锚具固定，同时将边角和中间位置的木楔露出地面的部分套入格室中。

Images