專利名稱：斜坡整治的體系和方法
發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域本發(fā)明為提供開挖斜坡和天然斜坡的整治體系和方法，它用于防止斜坡的崩塌和沖蝕，并可給斜坡造成一個美好景觀。
發(fā)明的背景噴射混凝土(也叫shotcrete)被廣泛應(yīng)用于邊坡的保護，它的主要作用是在斜坡上形成一層“不透水”的覆蓋面，減少地表水滲入到坡體中去，同時也可保護坡面，防止表面沖蝕。但是，有噴射混凝土覆蓋面的邊坡仍然存在著以下一些問題1)由于噴射混凝土覆蓋層的坡體內(nèi)部的孔隙水壓力過高，而導(dǎo)致斜坡破壞。在有噴射混凝土覆蓋層的斜坡中，采用泄水孔來控制地下水滲流，被視為較為經(jīng)濟的方式，然而由于極細顆粒從土坡內(nèi)部被帶出或者單純由于人為因素而結(jié)塊，都可能使這些泄水孔的功能急劇惡化，一旦堵塞破壞，泄水孔就不再能攔截和排送滲水，達不到控制坡內(nèi)地下水位的目的。再則對于復(fù)雜地質(zhì)條件的地區(qū)，有限數(shù)量的泄水孔也無法將斜坡匯水面積內(nèi)的水完全攔截和排泄。當坡內(nèi)地下水位升高，孔隙水壓力增大，就有可能導(dǎo)致斜坡遭受破壞。
2)噴射混凝土的深沉灰暗的顏色，加上經(jīng)過磨蝕和出現(xiàn)的裂痕，都會讓人感到極為刺目。
發(fā)明概要針對斜坡治理工程中噴射混凝土的嚴重缺陷，我們開發(fā)了一種新的斜坡保護體系。
本

發(fā)明內(nèi)容
新穎，方法獨特，富有創(chuàng)意性，旨在利用當?shù)氐奶烊恢脖唬畋┞兜亩盖湍嗤列逼?、巖石斜坡和噴射混凝土斜坡保持四季常春。本發(fā)明以獨特的方法并用兩種不相容的物質(zhì)泥土和混凝土。
混凝土是一種眾所周知的建筑材料，它通常由硅酸鹽水泥、干凈河砂、礫石和水以不同的比例混合而成，還有其他已知的變化。
與混凝土不同的是，泥土是一種天然物質(zhì)，它是有機物和無機物的混合物，泥土中的有機物是動植物經(jīng)生物變化演變而來，泥土中無機物成份的形成是巖石經(jīng)物理化學(xué)的風(fēng)化作用以及隨后由于風(fēng)、雨、冰的浸蝕和沉積作用。
本發(fā)明是泥土和混凝土噴射物一種獨特的結(jié)合型式，發(fā)揮了各自的功能而且價格低廉。這是一種將泥土和混凝土以獨特方式的混合物，但是作為噴射混凝土或多或少與傳統(tǒng)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，這些生物囊用到斜坡表面后，允許植物生存、繁衍，最終使斜坡表面自然美觀，特別是在都市中有許多優(yōu)勢。
生物混凝土體系用于裸露的巖土斜坡表面，宜包括四層1)排水層，收集并安全輸排來自巖土斜體內(nèi)的滲水，使之流出坡體；2)位于排水層上面的擋水層，防止坡體變濕時表層水進入坡體，以保證植物生長；3)生物基層；以及4)由生物混凝土材料制成的生長層。
生物混凝土最好包括如下材料·硅酸鹽水泥(或其他類型的混凝土)、干凈河砂和水(優(yōu)選為飲用水)；·肥土(或適于植物生長的土壤)；·有機纖維·土壤養(yǎng)份和草或植物種子；·蒙脫石，一種能吸收大量水份的粘土礦物質(zhì)，吸水量與其重量成比例，吸水后膨脹，這種土名叫“膨潤土”。
本發(fā)明的方法還包括用傳統(tǒng)的混凝土噴射機施工時，混凝土混合物中的摻合料和供植物生長的泥土組元如生物囊的分布。生物囊的粒徑通常在2mm-30mm之間。這些生物囊分布在噴射混凝土中，形成了可供草根長入的通道，并為植物的生長提供養(yǎng)份。
由于生物囊和混凝土混合物是同時使用，混凝土就在生物囊表層形成硬殼，使草籽難以發(fā)芽和生長，因此，在與混凝土混合前在生物囊表面包裹一層膨潤土粉末，膨潤土吸收濕混凝土混合物里的水份后膨脹，將包裹在生物囊表層的混凝土覆蓋物擠破，這樣生物囊里的泥土暴露出來，利于草籽發(fā)芽和植物生長。
本發(fā)明是適合各種斜坡進行治理和綠化的一種技術(shù)。例如新建斜坡、有排水問題的斜坡或沒有排水問題的斜坡和那些植被被沖蝕的斜坡。圖1-圖5闡明了用生物混凝土體系對上述四種斜坡進行治理的原則。
本發(fā)明的環(huán)境效應(yīng)包括四季常青，空氣自然清新，在人口稠密的都市地區(qū)效果尤為顯著，消除了裸露的混凝土表面，給人以美的享受。
生物混凝土體系要注意植物品種的選擇，以確保所選植物品種在有限的泥土資源和養(yǎng)份資源的環(huán)境中能維持其自身的生長，這樣可免除周期性的維護工作，比如對斜坡上的草坪進行定期保養(yǎng)，對混凝土已破壞的地方進行重新噴注；應(yīng)人類審美觀的要求對不雅觀的舊混凝土的斜坡進行重新整治。
本發(fā)明的主要優(yōu)點包括1兩種完全不相容的物質(zhì)(泥土和混凝土)配合作用。
2.這兩種物質(zhì)且能長期共存而彼此間在酸堿環(huán)境中又不產(chǎn)生大的副作用。
3.使用了膨脹性能較好的粘土礦物質(zhì)如膨潤土，能擠破生物囊表層的水泥質(zhì)硬殼，有利于草籽發(fā)芽和植物的生長。
4.在斜坡表面使用不同的多層組合，有利于生物混凝土體系的應(yīng)用成功。
5.生物混凝土體系能夠解決各種不同的斜坡治理難題。
6.生物混凝土體系采用當?shù)靥烊恢脖皇垢黝悗r土斜坡、噴射混凝土覆蓋斜坡保持四季常青，與斜坡相對于水平面的角度無關(guān)。
生物混凝土體系最明顯的優(yōu)點是，泥土和混凝土在各自保持其自身特性和優(yōu)勢的情況下得以混合使用，而彼此間又互不干擾。在堅固而裸露的巖土斜坡表層噴上強度較高的混凝土情況下，用膨潤土包裹在生物囊的表層，成為延續(xù)植物生長不可缺少的介質(zhì)。用生物混凝土體系整治后的斜坡變得四季常青，更接近自然。
本發(fā)明還包括制備生物囊的工藝，生物囊最好呈球狀，粒徑在2mm-30mm之間，制作時先將泥土、纖維和草籽、肥料混合拌勻；裝進容器里，然后拌入適量的種子(如草籽)，拌入種子時加入量要恰當，要利于種子發(fā)芽，然后做成生物囊(例如用機器壓成或轉(zhuǎn)盤造成)，最后用膨潤土包裹。
生物混凝土體系最好用四層組合，但在某些情況也可采用以下方案1)生長層+生物基層+排水層+不透水層；2)生物基層一層；3)生長層+生物基層；4)生物基層+排水層；5)生物基層+不透水層。
生物混凝土體系舉例(括號中的百份比為建議范圍)生物囊配合比100kg(±30％)粘土或肥土，5kg(±20％)木粉膠，3kg(±20％)無機肥，10kg(±25％)膨潤土(包裹層)，120kg(±100％)草籽。
生物基層配合比30kg(±20％)水泥，70kg(±40％)砂，46kg(±30％)碎石，88kg(±30％)生物囊，10kg(±100％)稻殼。
排水層60kg(±20％)水泥，240kg(±35％)砂，30kg碎石(±100％)，6kg(±100％)稻殼。
本發(fā)明體系的另一實施例為生物囊配合比100kg(±25％)粘土或肥土，0.5kg(±25％)木粉膠，3kg(±25％)無機肥，1kg(±25％)膨潤土(包裹層)，120kg(±100％)草籽，3kg(+-20％)有機纖維，1kg(+-20％)擋水聚合物。
生物基層配合比70kg(±25％)水泥，70kg(±25％)砂，146kg(±25％)碎石，170kg(±25％)生物囊，5kg(±25％)稻殼，2.5kg(+-25％)擋水聚合物。
排水層配合比60kg(±20％)水泥，240kg(±35％)砂，30kg碎石(±100％)，6kg(±100％)稻殼。
生長成混合配比450kg(+-25％)砂，30kg(+-25％)有機纖維，5kg(+-25％)木粉膠，2kg(+-25％)擋水聚合物，5kg(+-25％)種子。
本發(fā)明包括1)生物囊配合比；2)生物基層噴射方法；3)生物囊應(yīng)用；4)排水層配合比；5)排水層噴射方法；6)生長層配合比；7)生長層噴射方法。
生物混凝土體系變量包括生物基層配合比(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％的速凝劑。
另外生物囊配合比亦可改變?yōu)?重量比)。
黏土∶化肥∶水∶膠結(jié)劑＝1∶0.1(±20％)∶0.2(±20％)∶0.02+(80％)另一個生物基層配合比(重量比)如下水泥∶砂∶碎石∶生物囊∶稻殼∶擋水聚合物＝1∶1(±25％)∶2(±25％)∶2.4(±25％)∶0.07(+-25％)∶0.035(+-25％)最好加上0％-5％的速凝劑。
另外生物囊配合比亦可改變?yōu)?重量比)。
黏土∶化肥∶水∶膠結(jié)劑∶膨潤土∶有機纖維＝1∶0.03(±25％)∶0.05(±20％)∶0.005(±25％)∶0.3(+-100％)∶0.1(+-25％)在一個實施例中，本發(fā)明主要涉及治理斜坡防止沖蝕的方法，在斜坡表層噴射一層混合物，其成份有(a)加固斜坡表面的結(jié)構(gòu)基層；(b)在結(jié)構(gòu)基層里置入可供植物生長的生物質(zhì)。本發(fā)明的另一個實施例是關(guān)于斜坡整治防止沖刷的一個體系，主要內(nèi)容為噴射一層混合物，成份為(a)加固斜坡表面的結(jié)構(gòu)基層；(b)在結(jié)構(gòu)基層里置入可供植物生長的生物質(zhì)。
在這個方法和體系中，生物混凝土層含有可供植物生長的有機物、水泥、骨料和有機纖維，結(jié)構(gòu)基層和生物質(zhì)通常包括天然化合物，結(jié)構(gòu)基層優(yōu)選為包括擋水劑。在變化的實施例中，結(jié)構(gòu)層里不包括合成聚合物，結(jié)構(gòu)基層優(yōu)選為包含無機質(zhì)，無機質(zhì)優(yōu)選為在斜坡表面應(yīng)用時是可分散的，但硬化后成為堅硬件。另外，結(jié)構(gòu)基層包括混凝土，而混凝土最好是噴射上去的，混凝土是由水泥，骨料和水組成，在一個實施例中，在斜坡噴射時，每公斤結(jié)構(gòu)基層里大約含有60-200gm的水泥、300-800g骨料(粒徑0.16mm-10mm)以及30-120gm的水。在另一個實施例中，用在表面上的結(jié)構(gòu)基層包括150-250gm的水泥、500-700g骨料(粒徑0.16mm-10mm)以及150-250gm的水。而生物質(zhì)優(yōu)選為含有由無機化合物和有機化合物的混合物。生物質(zhì)還優(yōu)選為在結(jié)構(gòu)基層里形成相通的通道可供植物生長。本專利所指方法，其生物質(zhì)成份存在于生物囊中。生物囊最好為球形，粒徑為2mm-30mm或5mm-30mm，生物囊通常是由粘土、有機和無機肥料、化肥、水和膠結(jié)劑組成，其比例為1份粘土、0.02-0.2份肥料、0.1-0.3份水、0.01-0.05份膠結(jié)劑，生物囊中的粘土、有機和無機肥料、化肥、水和膠結(jié)劑組成比例也可為1份粘土、0.02-0.1份肥料、0.01-0.1份水、0.01-0.1份膠結(jié)劑。生物質(zhì)里優(yōu)選為包括泥土，而且還包括從一批膠結(jié)劑、肥料、有機物和種子種類中選擇1個和多個品種組成。生物質(zhì)可進一步包括膠結(jié)劑、肥料、有機物、種子和膨脹劑。
可選地，膠結(jié)劑包括樹膠和纖維，泥土則選用粘土，種子則選用草籽，有機物選用糞肥、氮肥、鉀肥或泥碳沼，膨脹劑選用膨潤土，纖維通常包括碎紙，草籽的撒播密度要恰到好處有利種子發(fā)芽。
生物基層由24-36kg水泥，75-160kg的骨料，62-114kg的生物囊，0.1-20kg的有機物以及1-2kg的速凝劑組成。
生物混凝土層用干法或半干法噴射施工，混合物從噴咀直接噴到斜坡上，水一般從噴咀加入的，噴射厚度控制在20-200mm的范圍內(nèi)，之后在該層上再噴射生長層，生長層優(yōu)選為包括30-50kg頂層土、2-5kg有機纖維、2-5kg木粉膠、1-3kg擋水聚合物和0.4-0.8kg種子。
本體系和方法還包括在生物混凝土層和坡體之間設(shè)置一層擋水層，擋水層的透水性極小，可阻止生物混凝土層里的水向坡體滲透，具體地說，擋水層包括砂漿。本方法和體系優(yōu)選為還包括在混凝土生物層與坡體之間設(shè)一排水層，排水層是多孔和透水的，可以防止來自坡體的水對生物混凝土層產(chǎn)生內(nèi)水壓力。另一個變化是包括擋水層和排水層，其中擋水層靠近生物混凝土層，而排水層則靠近斜坡面，排水層通常為粗砂的貧混凝土。
本發(fā)明還包括一種噴射混凝土添加物，該添加物里含有促使植物生長的生物質(zhì)，添加劑優(yōu)選為包括無機物和有機物組合而成的混合物，使用時對生物質(zhì)也可加以規(guī)定(例如做成膠囊還是球狀)。


以下參考

本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例。
圖2(a)和(b)是本發(fā)明一個變化的實施例，用于解決第I類新建斜坡問題，排水層影響了地下水位，排走了水，兩個水位相同。
圖3(a)和(b)是本發(fā)明一個變化的實施例，用于解決第II類沒有排水問題的斜坡問題，地下水位沒有降低，兩個地下水位相同。
圖4(a)和(b)是本發(fā)明一個變化的實施例，用于解決第III類有排水問題的斜坡問題，不有問題，且圖b示出了前一狀態(tài)的排水效果(上圖)。
圖5(a)和(b)是本發(fā)明一個變化的實施例，用于解決第IV類表面被沖蝕的斜坡問題，斜坡上有表面沖蝕，地下水位比表面run-off時的問題要小。
圖6是本發(fā)明各組分的功能，箭頭表示水的滲透。
圖7是種草籽14天后的生物基層圖照(左邊部分是類型I，中間部分是類型II，右邊部分是類型III(參見表3第1組))。
圖8是上部覆蓋生長層的生物基層在種草籽2個月前的情況圖照(左邊部分是類型VI，右邊部分是類型I(參見表3第5組))。
圖9是埋設(shè)在生物基層的排水管圖照(參見表3第6-3組)。
圖10是摻入珍珠巖的生物基層，上面蓋有泥土層的圖照(a)從左數(shù)第二個圖是類型IV，左數(shù)第三個圖是類型II(參見表3第7組)(b)左邊部分是類型VI，右邊部分是類型II(參見表3第8-1組)。
圖11是生物基層的植物生長情況圖照(參見表3第8-2、8-3組)。
圖12是噴射生長層圖照(參見表3第9組)。
圖13是排水試驗裝置圖照。
圖14是草生長情況圖照(a)2-1，(b)2-2和(c)2-3(參見表5第2-1組、2-2組和2-3組)；以及圖15(a)和(b)是草根長入生物基層內(nèi)部圖照。
本發(fā)明的詳細描述首先參考圖1到圖6所示，本發(fā)明是一種新型的符合環(huán)保要求的斜坡保護體系1，特別是基于多層的觀念，生物混凝土10最好是由四層組成生物基層、生長層、擋水層和排水層。但是這些層中一層或多層，都可以與傳統(tǒng)的斜坡整治體系結(jié)合起來使用。其中生物基層15；優(yōu)選地，這一層是由摻入特制生物囊的混凝土組成。生物囊的形狀呈球形，但也可以是任意合適的形狀?；炷猎谶@一層中起膠結(jié)和骨架作用，依靠它使這一層具有一定的結(jié)構(gòu)強度和抗表面沖蝕性能。生物囊含有適合植物生長的養(yǎng)份和種子，被埋置于混凝土之中。
混凝土和生物囊拌和物能夠采用干法或半干法用噴射機直接噴射到斜坡的表面上，硬化之后，再把草或其它植物種子植到生物基層的表面上去。
擋水層20；這一層優(yōu)選為是由砂漿組成，它具有極低的滲透性，用來隔水，阻止水從生物基層滲入到坡體內(nèi)部，系統(tǒng)還可包括排水管75。
排水層25；這一層主要為粗砂的貧混凝土，具有非常高的孔隙率和滲透性，它的作用是輸排來自斜坡體內(nèi)的滲水，防止坡內(nèi)的孔隙水壓力過高。
生長層30；這一層主要為肥料和種子與泥土混合組成，它的作用是制造一個種子發(fā)芽及生長的環(huán)境。(圖1還顯示出水位35和積水層40。)本發(fā)明有以下的特點a.高抗沖蝕能力；b.適于植物生長，進而美化了斜坡的環(huán)境，改善了空氣的質(zhì)量；c.適用于陡峭邊坡；d.造價低；e.可以透水，來自土坡表面的滲水能穩(wěn)定地排出，從而也提高了邊坡的穩(wěn)定性；f.適用于巖石邊坡和已有噴射混凝土覆蓋面的斜坡；g.也可以應(yīng)用于水土保持的地區(qū)。
本發(fā)明適應(yīng)性強。對于特定的工程問題，發(fā)明中的不同層可以相互組合并給出最優(yōu)秀效果。
我們常見的四種斜坡工程，采用本發(fā)明可以有效地改善邊坡安全，它們是(1)新建斜坡；(2)沒有排水隱患的噴射混凝土覆蓋面的斜坡；(3)有排水問題的噴射混凝土覆蓋面的斜坡；(4)表面遭到?jīng)_蝕的有植被的斜坡。
如何解決這些工程問題，將在下面討論I類新建斜坡用于保護新建斜坡表面2的體系如圖2所示，最好由四層組成。排水層的作用像一塊排水氈墊，用于攔截來自坡體內(nèi)的滲水，并將其排泄至與城市暴雨排水系統(tǒng)相連通的集水井中。排水層上面的擋水層是阻隔來自生物基層的水，防止它進入坡體內(nèi)部。而該體系表面的生物基層則提供了適合植物生長的介質(zhì)并且抵抗沖蝕。生長層提供了植物發(fā)芽生長的環(huán)境。
II類沒有排水隱患的噴射混凝土覆蓋層的斜坡有噴射混凝土保護層的斜坡很難看，雖然可以用油漆將坡面刷成綠色或褐色來美化灰色的噴射混凝土表面。圖3(a)示出了一個有噴射混凝土保護層45的斜坡，但是時間一長久它會褪色變暗淡。所幸的是，生物基層可以應(yīng)用于噴射混凝土保護層的表面。好像穿了一件新的外衣，如圖3(b)所示。生物混凝土形成了一種天然的美觀的斜坡，附帶的好處是生物基層中生長出來的植物，能改善空氣的質(zhì)量。
III類有排水問題的噴射混凝土覆蓋層的斜坡對于有堵塞問題的噴射混凝土斜坡，從斜坡內(nèi)滲出的水往往在表面看到一片片潮濕的區(qū)域(圖4(a))。當這些斜坡內(nèi)的泄水孔遭到堵塞時，坡內(nèi)的地下水壓急劇上升，引起噴射混凝土表面開裂，最終導(dǎo)致斜坡破壞。在這種情況下，用生物混凝土部分或全部替換表面的噴射混凝土可以得到補救。首先折除一部份舊的噴射混凝土覆蓋層，然后做一層排水層(例如約20-30mm厚)，再在排水層的上面加上可供植物生長的生物基層(如圖4(b)所示)。
IV類存在表面沖蝕溝的有植被的斜坡在陡峭的邊坡，短淺草根與表土之間的微弱結(jié)合力難以抵御地表徑流所形成的強大沖蝕力問題(圖5(a))，使得表面(有植被層或無植被層表面)發(fā)生沖蝕形成破壞區(qū)域50。
這種類型的斜坡也可以應(yīng)用適宜新草和植物生長的生物基層來加以很好的保護(如圖5(b)所示)。
這一發(fā)明也能用于溝渠保護和水土保護工程。
第一階段開發(fā)研究開發(fā)研究出斜坡保護技術(shù)，既能保護斜坡抗沖蝕又能適于植物生長保護環(huán)境。各種不同的斜坡表面保護方法效果比較列于表1。
表1三種斜坡保護方法的比較

*不美觀本發(fā)明提供了具有以下特點的斜坡保護體系a)抗沖蝕；b)能適宜植物生長；c)坡面可以排水；d)造價低。
本發(fā)明所推薦基本形式由四部份組成(如圖6所示)，每一層的作用是1.生物基層，提供抗沖蝕保護和適于植物生長的環(huán)境，它優(yōu)選為由混凝土和其它添加物組合而成。
2.生長層，提供植物發(fā)芽和生長的環(huán)境。
3.擋水層，阻止匯集的滲水滲入到坡體內(nèi)。
4.排水層，攔截和排走來自坡內(nèi)的坡體滲水。
生物基層的合適組份是十分重要的，有經(jīng)驗的人能夠調(diào)整生物囊中泥土和肥料的含量，而不影響植物的生長，也不會降低生物基層的強度。另外，為了減少由于干噴使排水層變密實而造成滲透性下降的影響，骨料大小也可以變化。
生物囊是用粉質(zhì)粘土(ASTM分類標準)、營養(yǎng)劑和草籽用手工制作成直徑約5-30mm的球粒。生物囊可以用水溶性乳膠強化，在使用前宜在空氣中風(fēng)干。
混凝土部分優(yōu)選為是由砂(比如粒徑＞0.63mm)、碎石(比如粒徑＜10mm)和水泥(例如波特蘭水泥)組成。
由混凝土、生物囊和添加料組成的十種配比拌制后澆注在木制的方框中(見表2)，尺寸和草的生長情況列于表3，PH值隨時間而改變。
表2生物基層配合比

表3生物基層板塊的尺寸和草的生長情況

結(jié)論1.pH值隨時間降低，總體上看，21天pH值從初始值11降至7.5。
由于草根進入生物基層中要在20天以后，因此生物基層中初始的堿性環(huán)境對植物生長無太大影響。
2.圖7為測定生物基層透水性的試驗裝置。水從生物基層中源源不斷地排出，這個結(jié)果表示在生物基層中存在著滲水通道。
3.生物基層的試樣是手工澆注的，拌和成型后的密實程度可能會小于干噴法噴射施工的密實度。
4.發(fā)現(xiàn)置于生物基層之中所有生物囊表面均包裹著一層水泥浮漿。
5.埋藏在生物囊的草籽發(fā)芽率是低的，而種在泥土中的草籽發(fā)芽率卻好得多，因而生物囊的設(shè)計要加以修改，如下所述以便草籽在生物囊中能迅速生長。
6.在生物基層的上部放薄薄的一層生長層，在生長層中種入種子，便于種子發(fā)芽，隨著時間推移，草根將會進到生物基層中去。
7.這一階段所用的生物囊是手工制作的，若需要大量的生物囊，可以采用機器來制作。
第二階段生物基層和排水層的開發(fā)研究1.我們進行了生物基層和排水層的干噴射法施工試驗，以便確定生物基層和排水層的最佳配合比。
2.我們用干噴法制作生物基層、排水層以及表面土層以檢驗其可行性和實用性；3.提出用干噴法制作生物基層和排水層的施工工藝；4.解決包裹在生物囊表層的水泥浮漿問題。
選擇一個30m長，1.5m高，其坡度從45°到80°不等的土堤作試驗現(xiàn)場。
薄薄的一層水泥砂漿先噴射在土堤的表面，形成了1m寬彼此斷開的若干個板塊。板的不同坡度可仿真不同的現(xiàn)場斜坡條件。將3cm×3cm間距的網(wǎng)格置于每塊板的表面，然后用ZP-VIII型生產(chǎn)能力為5m3/hr的混凝土噴射機噴射制作生物基層。
試驗方法生物囊用圓盤機制作，為了要解決在生物囊表面所包裹的水泥漿的問題，在生物囊的表面裹上一層膨潤土，另外，適量的蒙脫石粘土也能吸收大量的水，吸水量與其重量成比例(沒有膨脹)，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是很明顯的，起到類似的作用。膨潤土受濕后便會膨脹，致使水泥浮漿外皮開裂，這樣草根就可以貫入到生物囊中去。生物基層的成分列于表4之中。這些不同的配比在強度、回彈量、植物生長的適宜性方面有明顯差異(表5)。為了改善在生物基層內(nèi)生物囊彼此之間的通道聯(lián)系，加用各種添加劑。生物基層試板所用的添加料也列于表4，為減少在噴射過程中生物囊受潮而軟化的問題，在生物囊上涂上一層乳膠。
表4生物基層板塊的配合比和尺寸(用干噴法成型)

表5生物基層板塊(干噴法成型)的長草情況

噴射生物基層的厚度約30mm，當然也可以采用其它厚度，養(yǎng)護兩天后，再在生物基層面上放置土工網(wǎng)，再用噴射機把含有草籽、肥料的泥土噴射到生物基層的表面。
生物基層試板和草生長的情況1.噴射的生物基層試板，28天抗壓強度為4.8-6.7MPa；(表5)；2.噴射加大了生物基層的密實度，減少了生物囊之間的通道；3.隨著碎石用量的增加，噴射過程中回彈量也加大；4.所噴射的六種草籽，其發(fā)芽均正常完好(表6)。
5.由于生長層中具有較好的生長條件(肥料和水)，長入生物基層中的草根還不到10％。希望50％以上植物能在生物基層11中生長，借助預(yù)埋在生物基層內(nèi)的排水系統(tǒng)，提供草根必需的營養(yǎng)和水，也是能夠?qū)崿F(xiàn)的。
6.改變生物囊的成分，加入有機肥料，增加了生物囊中的有機質(zhì)含量，有助于草根貫入到生物基層中去。
7.珍珠巖的應(yīng)用，并未能改善草根貫入的環(huán)境，相反還增加了回彈量，因此沒有必要在生物基層的配方中加入珍珠巖。
8.在噴射過程中水的數(shù)量應(yīng)加以控制，以避免形成一水泥浮漿層。
9.稻殼添加料，改善了生物囊之間的連接通道，并增加了生物基層的孔隙率。
10.膨潤土外衣受潮會膨脹，致使生物囊周圍的水泥漿層開裂。除了采用膨潤土外衣的生物囊之外，也可以采用非常干的生物囊。
表6生物基層板塊的尺寸和配合比(用干噴法成型)

在一塊試板上噴射高孔隙率的混凝土(表4編號2-11)配比列于表4，排水層是用塑料板分格開的。在排水層的表面涂上一層不透水的水泥漿體。三根塑料管通入排水層內(nèi)。通過上部管端注水進入排水層用以仿真斜坡滲水。下部的管用作為滲壓計測量該層中的水位。當中的管則用于排水，在試驗過程中依靠上管使排水層充滿水，排水層內(nèi)的水位變化則用下管來測量，此時中管關(guān)閉。當排水層中的水位升至頂部時，中管打開，再由下管來測量水位下降速率。排水層的效果可通過下管測得的水位下降的速率來確定。
排水試驗的結(jié)果顯示，這塊板幾乎是不透水的(表5)。由于這一排水層的水位下降速率太低，因此被廢棄淘汰(在2m水頭下經(jīng)過4小時，試驗板仍未能飽和。)。
試驗結(jié)果顯示，干噴的方法使排水層變密實，而且由于回彈損失，碎石量減少，致使該層的孔隙下降。這些因素都導(dǎo)致了排水層的低透水性，為了減少回彈，改用粗砂和碎石的配方則是可行的。鋁粉添加料也用來加大排水層的孔隙率。
為了提高強度，增加孔隙率，減少生物囊的回彈量，將生物囊的粒徑改為5mm。為增加有機質(zhì)含量在生物囊中加入了20％的有機肥料。經(jīng)過這些改變最終設(shè)計出新生物基層的配比。
12種配合比列于表6。表6編號3-17中加有120g鋁粉。最后把含有草籽和肥料的泥土用噴射的方法加到試驗板塊的表面，養(yǎng)護兩天。在表層還摻加了羧甲基纖維素鈉以改善它的抗沖蝕性能。本發(fā)明也可用其他添加劑，例如，用于增加混凝土的可使用性，設(shè)定時間和/或強度?？杉尤肴魏魏线m的碎石到混凝土中，混凝土一般由三種粒子尺寸制成混凝土(泥沙大小)、沙土和碎石，這種碎石通常占40％體積比(70％重量比)，指的是，比如，擠碎的石頭或河里的含有礦石的砂粒，即比砂粒大的巖石碎粒。
結(jié)論播種一周后觀察到生物囊之間的連接已明顯改觀。生物基層28天的抗壓強度達4.5-7.2MPa，改進后的生物基層非常適宜草根的生長(見圖15)。為加速草的生長，特制了一個溫室將所有試驗板放入。
編號3-14和3-22排水層13的配比列于表6，為了增加透水性，將砂過篩控制其顆粒大于2.5mm，除去較細的砂，也減少了碎石的數(shù)量，此外，還摻入了約8kg的稻殼。
這種新配方28天抗壓強度達3.6-4.3MPa，初期的現(xiàn)場觀測表明，排水層13是非常透水的，試樣的室內(nèi)滲透試驗結(jié)果可用來評估該層的滲透性。
我們在一個近似70°坡度的斜坡應(yīng)用本發(fā)明，坡體埋入滲壓計進行監(jiān)測，草的生長進度也每天監(jiān)測，當草全長出后采用灑水來仿真暴雨的狀況，顯示出該體系具有的抗沖蝕能力。斜坡的滲流也用一個預(yù)先埋設(shè)的內(nèi)部排水系統(tǒng)來仿真，反應(yīng)出排水層工作的有效性。
這一發(fā)明提供了用于綠化和邊坡整治的生物基層和排水層的有效型式。在排水層中使用粗質(zhì)砂，其費用大約比噴射混凝土高5％。
噴射混凝土施工的干噴技術(shù)對于生物基層和排水層的施工也是有用的，當坡度達到80°時，回彈損失大約為20-25％，這方面有經(jīng)驗的熟練人員控制噴射過程中的水量以防止在生物基層的表面形成一層水泥浮漿層。
本發(fā)明現(xiàn)已具體參考優(yōu)選實施例作了詳細描述，然而應(yīng)指出在這方面通常有經(jīng)驗的熟練人員可以作出變更，但不會超出本發(fā)明的原則和范圍。
在這份申請中所介紹的文章，專利和其它為同一目的合并起來成一個整體，好象每一篇專門性論文、專利和文件均有其特殊性和個別性，組合起來才成為一整體。這也可延伸到包括附錄、說明、提供的背景、教授方法、技術(shù)及所用的合成品在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種斜坡整治的方法，用于防止沖蝕，該方法包括在斜坡表面加設(shè)保護層，該保護層是由二部份組成的(a)結(jié)構(gòu)基體，加固保護斜坡表面的作用，(b)埋置在結(jié)構(gòu)基層中的生物質(zhì)，可供植物生長。
2.如權(quán)利要求1所述的斜坡整治的方法，其中該保護層包括能夠提供植物生長的有機物、水泥、碎石、和有機纖維。
3.如權(quán)利要求2所述的斜坡整治的方法，其中該保護層還包括摻合料。
4.如權(quán)利要求1所述的斜坡整治的方法，其中該結(jié)構(gòu)基體和生物質(zhì)包括天然物質(zhì)。
5.如權(quán)利要求1所述的斜坡整治的方法，其中該結(jié)構(gòu)基體包括保水合成聚合物。
6.如權(quán)利要求1所述的斜坡整治的方法，其中該結(jié)構(gòu)基體包括無機物。
7.如權(quán)利要求6所述的斜坡整治的方法，其中該無機物用于斜坡時是一種可流動的混合物，而硬化后為一堅硬物。
8.如權(quán)利要求7所述的斜坡整治的方法，其中該結(jié)構(gòu)基體包括混凝土。
9.如權(quán)利要求8所述的斜坡整治的方法，其中該混凝土是噴射混凝土。
10.如權(quán)利要求9所述的斜坡整治的方法，其中該噴射混凝土的組成為水泥、碎石、水。
11.如權(quán)利要求10所述的斜坡整治的方法，其中該噴射混凝土還包括摻合料。
12.如權(quán)利要求11所述的斜坡整治的方法，其中該摻合料的組成包括硅粉、粉煤灰、保水聚合物和稻殼。
13.如權(quán)利要求1所述的斜坡整治的方法，其中該結(jié)構(gòu)基體每公斤的用量為水泥150-250gm，碎石(粒徑0.16-10mm)520-700gm，水150-250gm。
14.如權(quán)利要求1所述的斜坡整治的方法，其中該結(jié)構(gòu)基體每公斤的用量為水泥150-250gm，摻合料0-100gm，碎石(粒徑0.16-10mm)520-700gm，水150-250gm。
15.如權(quán)利要求1所述的斜坡整治的方法，其中該生物質(zhì)為無機物和有機物的混合物。
16.如權(quán)利要求15所述的斜坡整治的方法，其中該生物質(zhì)在結(jié)構(gòu)基體中形成相連的通道，供植物生長。
17.如權(quán)利要求1所述的斜坡整治的方法，其中該生物質(zhì)包括粒徑為2-30mm的球囊。
18.如權(quán)利要求1所述的斜坡整治的方法，其中系用轉(zhuǎn)盤將生物質(zhì)制成粒徑為2-30mm的球囊。
19.如權(quán)利要求17所述的斜坡整治的方法，其中生物囊是由黏土、有機和無機肥料、化肥、水和膠結(jié)劑組成，其比例為黏土1份、肥料0.02-0.1份、水0.01-0.1份、膠結(jié)劑0.01-0.1份。
20.如權(quán)利要求15所述的斜坡整治的方法，其中生物質(zhì)還可包括種子0-0.0024份、膨潤土0-0.3份。
21.如權(quán)利要求11所述的斜坡整治的方法，其中該生物質(zhì)包括泥土。
22.如權(quán)利要求21所述的斜坡整治的方法，其中該生物質(zhì)還包括從一批膠結(jié)劑、肥料、有機加入物和種子種類中選擇一個或多個品種。
23.如權(quán)利要求22所述的斜坡整治的方法，其中該生物質(zhì)還包括膠結(jié)劑、肥料、有機加入物、種子和膨脹劑。
24.如權(quán)利要求23所述的斜坡整治的方法，其中該膠結(jié)劑包括樹膠、CMC膠或纖維，泥土包括黏土，種子包括草籽，有機添加物包括糞肥、氮肥、鉀肥或泥炭沼，膨脹劑包括膨潤土。
25.如權(quán)利要求24所述的斜坡整治的方法，其中該纖維包括碎紙。
26.如權(quán)利要求24所述的斜坡整治的方法，其中該草籽用量為最適合種子生長的密度。
27.如權(quán)利要求1所述的斜坡整治的方法，其中該保護層的組成為水泥24-36kg，碎石75-160kg，生物囊62-114kg，有機物0.1-20kg，速凝劑1-2kg。
28.如權(quán)利要求1所述的斜坡整治的方法，其中該保護層的組成為水泥24-36kg，摻合料0-36kg，碎石75-160kg，生物囊62-114kg，有機物0.1-20kg，速凝劑1-2kg。
29.如權(quán)利要求1所述的斜坡整治的方法，其中該保護層是用干法或半干法用噴射混凝土噴槍噴到斜坡表面上去的。
30.如權(quán)利要求29所述的斜坡整治的方法，其中該水是在該噴槍的噴咀口加入的。
31.如權(quán)利要求1所述的斜坡整治的方法，其中該保護層的噴射厚度為20-200mm。
32.如權(quán)利要求1所述的斜坡整治的方法，其中還包括在該保護層上再噴上一層生長層，該生長層，其組成為泥土30-50kg，有機纖維2-5kg，保水合成聚合物0.1-0.3kg，木粉膠0.2-0.5kg，種籽0.4-0.8kg。
33.如權(quán)利要求1所述的斜坡整治的方法，其中該斜坡表面和保護層的間還包括擋水層，擋水層的透水性很小，可以減少表層水的滲入。
34.如權(quán)利要求33所述的斜坡整治的方法，其中該擋水層包括水泥和硅粉或煤粉灰。
35.如權(quán)利要求33所述的斜坡整治的方法，其中該擋水層包括砂漿。
36.如權(quán)利要求1所述的斜坡整治的方法，其中該保護層和斜坡表面之間還包括排水層，排水層是多孔透水的，可以防止內(nèi)水壓力作用在保護層上。
37.如權(quán)利要求1所述的斜坡整治的方法，其中還包括擋水層和排水層，擋水層靠近保護層，而排水層靠近斜坡。
38.如權(quán)利要求36所述的斜坡整治的方法，其中該排水層包括水泥及砂。
39.如權(quán)利要求26所述的斜坡整治的方法，其中該透水層組成為水泥48-72kg，砂156-324kg，碎石0-60kg和有機纖維0-12kg。
40.一種斜坡整治的體系，以防止沖蝕，包括采用保護層，保護層包括(a)保護斜坡的結(jié)構(gòu)基體；(b)埋置在結(jié)構(gòu)基體中的生物質(zhì)，生物質(zhì)可供植物生長。
41.如權(quán)利要求40所述的斜坡整治的體系，其中該保護層包括能供植物生長的有機物、水泥、碎石和有機纖維。
42.如權(quán)利要求40所述的斜坡整治的體系，其中該結(jié)構(gòu)基體和生物質(zhì)包括天然化合物。
43.如權(quán)利要求40所述的斜坡整治的體系，其中該結(jié)構(gòu)基體包括保水合成聚合物。
44.如權(quán)利要求40所述的斜坡整治的體系，其中該結(jié)構(gòu)基體包括無機物。
45.如權(quán)利要求44所述的斜坡整治的體系，其中該無機物在斜坡上應(yīng)用時是一種可流動的混合物，但硬化后成為一種堅硬物。
46.如權(quán)利要求45所述的斜坡整治的體系，其中該結(jié)構(gòu)基體包括混凝土。
47.如權(quán)利要求46所述的斜坡整治的體系，其中該混凝土是噴射混凝土。
48.如權(quán)利要求47所述的斜坡整治的體系，其中該噴射混凝土由水泥、碎石、水組成。
49.如權(quán)利要求47所述的斜坡整治的體系，其中該噴射混凝土由水泥、碎石、水和摻合料(包括硅粉、粉煤灰、稻殼)組成。
50.如權(quán)利要求40所述的斜坡整治的體系，其中結(jié)構(gòu)基體每公斤的用量為水泥150-250gm，碎石(粒徑0.16-10mm)500-750gm，水150-250gm。
51.如權(quán)利要求40所述的斜坡整治的體系，其中結(jié)構(gòu)基體每公斤的用量為水泥150-250gm，摻合料0-100gm，碎石(粒徑0.16-10mm)500-700gm，水150-250gm。
52.如權(quán)利要求40所述的斜坡整治的體系，其中該生物質(zhì)為有機和無機物的混合物。
53.如權(quán)利要求52所述的斜坡整治的體系，其中該生物質(zhì)在結(jié)構(gòu)基體中形成相連的通道，以利于植物生長。
54.如權(quán)利要求52所述的斜坡整治的體系，其中該生物質(zhì)包括粒徑為0.5-3cm的球囊。
55.如權(quán)利要求52所述的斜坡整治的體系，其中系用轉(zhuǎn)盤將生物質(zhì)制成粒徑為2-30mm的球囊。
56.如權(quán)利要求55所述的斜坡整治的體系，其中該生物囊是由黏土、有機和無機肥料、化肥、水和膠結(jié)劑組成，其比例為黏土1份、肥料0.02-0.1份、水0.01-0.1份、膠結(jié)劑0.01-0.1份。
57.如權(quán)利要求55所述的斜坡整治的體系，其中該生物囊是由黏土、有機和無機肥料、化肥、水和膠結(jié)劑組成，其比例為黏土1份、肥料0.02-0.1份、水0.01-0.1份、膠結(jié)劑0.01-0.1份、種子0-0.0024份、膨潤土0-0.3份。
58.如權(quán)利要求52所述的斜坡整治的體系，其中該生物質(zhì)包括泥土。
59.如權(quán)利要求58所述的斜坡整治的體系，其中該生物質(zhì)包括選自膠結(jié)劑、肥料、有機加入物和種子中的一種或多種化合物。
60.如權(quán)利要求59所述的斜坡整治的體系，其中該生物質(zhì)還包括膠結(jié)劑、肥料、有機加入物、種子和膨脹劑。
61.如權(quán)利要求60所述的斜坡整治的體系，其中該膠結(jié)劑包括樹膠、CMC膠或纖維，泥土包括黏土，種子包括草籽，有機加入物包括糞肥、氮肥、鉀肥或泥炭沼，膨脹劑包括膨潤土。
62.如權(quán)利要求61所述的斜坡整治的體系，其中該纖維包括碎紙。
63.如權(quán)利要求61所述的斜坡整治的體系，其中該草籽用量為最適合種子生長時的密度。
64.如權(quán)利要求40所述的斜坡整治的體系，其中該保護層的組成為水泥24-36kg，碎石75-160kg，生物囊62-114kg，有機物0.1-20kg，速凝劑1-2kg。
65.如權(quán)利要求40所述的斜坡整治的體系，其中該保護層的組成為水泥24-36kg，摻合料0-36kg，碎石75-160kg，生物囊62-114kg，有機物0.1-20kg，速凝劑1-2kg。
66.如權(quán)利要求40所述的斜坡整治的體系，其中該保護層是用干噴法或半干噴法通過噴射混凝土噴槍的噴咀噴射到斜坡表面上去的。
67.如權(quán)利要求65所述的斜坡整治的體系，其中通過該噴槍的噴咀口加入水。
68.如權(quán)利要求40所述的斜坡整治的體系，其中該保護層的噴射厚度為20-200mm。
69.如權(quán)利要求40所述的斜坡整治的體系，其中該保護層上再噴一層生長層，該生長層，其組成為泥土30-50kg，有機纖維2-5kg，保水合成聚合物0.1-0.3kg，木粉膠0.2-0.5kg，種子0.4-0.8kg。
70.如權(quán)利要求40所述的斜坡整治的體系，其中該斜坡和保護層之間還包括一層擋水層，擋水層的透水性小，可以減少表層水的滲入。
71.如權(quán)利要求70所述的斜坡整治的體系，其中該擋水層包括水泥和硅粉或煤粉灰。
72.如權(quán)利要求70所述的斜坡整治的體系，其中該擋水層包括砂漿。
73.如權(quán)利要求40所述的斜坡整治的體系，其中該斜坡和保護層之間還包括一層排水層，排水層是多孔透水的，可以防止內(nèi)水壓作用在保護層上。
74.如權(quán)利要求40所述的斜坡整治的體系，其中還包括擋水層和排水層，擋水層靠近保護層，而排水性靠近斜坡面。
75.如權(quán)利要求73所述的斜坡整治的體系，排水泥層包括水泥和砂。
76.如權(quán)利要求73所述的斜坡整治的體系，其中該排水層組成為水泥48-72kg，砂156-324kg，碎石0-60kg和有機纖維0-12kg。
77.一種噴射混凝土添加物，包括生物質(zhì)，能供植物生長。
78.如權(quán)利要求77所述的添加物，其中該生物質(zhì)為無機物和有機物的混合物。
79.如權(quán)利要求77所述的添加物，其中該生物質(zhì)在結(jié)構(gòu)基體中形成相連的通道，供植物生長。
80.如權(quán)利要求78所述的添加物，其中該生物質(zhì)包括粒徑為2-30mm的球囊。
81.如權(quán)利要求78所述的添加物，其中包括用轉(zhuǎn)盤將生物質(zhì)制成粒徑為2-30mm的球囊。
82.如權(quán)利要求80所述的添加物，其中生物囊是由黏土、有機和無機肥料、化肥、水和膠結(jié)劑組成，其比例為黏土1份、肥料0.02-0.1份、水0.01-0.1份、膠結(jié)劑0.01-0.1份。
83.如權(quán)利要求80所述的添加物，其中生物囊是由黏土、有機和無機肥料、化肥、水和膠結(jié)劑組成，其比例為黏土1份、肥料0.02-0.1份、水0.01-0.1份、膠結(jié)劑0.01-0.1份。種子0-0.0024份、膨潤土0-0.3份。
84.如權(quán)利要求77所述的添加物，其中該生物質(zhì)包括泥土。
85.如權(quán)利要求84所述的添加物，其中該生物質(zhì)還包括從一批膠結(jié)劑、肥料、有機加入物和種子中選擇一個或多個品種。
86.如權(quán)利要求85所述的添加物，其中該生物質(zhì)還包括膠結(jié)劑、肥料、有機加入物、種子和膨脹劑。
87.如權(quán)利要求86所述的添加物，其中該膠結(jié)劑包括樹膠、CMC膠或纖維，泥土包括黏土，種子包括草籽，有機添加物包括糞肥、氮肥、鉀肥或泥炭沼，膨脹劑包括膨潤土。
88.如權(quán)利要求86所述的添加物，其中該纖維包括碎紙。
89.如權(quán)利要求87所述的添加物，其中該草籽用量為最適合種子生長的密度。
90.一種斜坡整治的體系，包括(a)一個保護層，其選自由大體為固態(tài)的噴射混凝土層、結(jié)構(gòu)基體和如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)所組成群組；以及(b)靠近斜坡面的擋水層，該擋水層的透水性小，可減少表層水的滲入。
91.如權(quán)利要求90所述的斜坡整治的體系，其中該擋水層包括水泥和硅粉或煤粉灰。
92.如權(quán)利要求90所述的斜坡整治的體系，其中該擋水層包括砂漿。
93.一種斜坡整治的體系，包括(a)一個保護層，其選自由大體為固態(tài)的噴射混凝土層、結(jié)構(gòu)基體和如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)所組成群組；以及(b)靠近斜坡面的排水層，該排水層具多孔透水性，可以防止內(nèi)水壓作用到保護層上。
94.如權(quán)利要求74所述的斜坡整治的體系，其中該排水層包括水泥和砂土。
95.如權(quán)利要求74所述的斜坡整治的體系，其中該排水層組成為水泥48-72kg，砂156-324kg，碎石0-60kg和有機纖維0-12kg。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種斜坡整治的方法，特別是指提供一種斜坡整治以防止沖蝕的方法，該方法是在斜坡上加一個保護層，該保護層包括(a)保護坡面的結(jié)構(gòu)基體，以及(b)埋置在結(jié)構(gòu)基體中的生物質(zhì)，可供植物生長；本發(fā)明另一方面涉及一種用以防止沖蝕的斜坡整治的體系，該體系主要是包括由(a)保護坡面的結(jié)構(gòu)基體，以及(b)埋置在結(jié)構(gòu)基體中可供植物生長的生物質(zhì)組成的一層保護層。
文檔編號C09K17/40GK1469954SQ01817478
公開日2004年1月21日 申請日期2001年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月16日
發(fā)明者盧光昌 申請人:盧光昌