CN115573361A - 一种用于高寒区高陡边坡生态修复的集雨面施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于高寒区高陡边坡生态修复的集雨面施工方法，是在集雨区取土后夯实基坑土层作为土基层；或就近取土并清除集雨区表层杂物后夯实作为土基层；将土壤与固化剂、有机质搅拌均匀并洒水静置得到混合物并铺设在土基层上作为复合材料层；复合材料层依次夯实及拍光形成集雨面；在集雨面边缘和坡面末端铺设碎石粒；坡面复绿后翻松集雨面土层；播撒植物种子并浇水管护，完成集雨面复绿。本发明在集雨面铺设材料组成简单易得、价格便宜、污染小的复合材料层，即可提高集雨面的集雨效率和保水作用，又能改善土壤肥力，从而实现高陡坡面植被复绿后集雨面也能够快速复绿，具有施工简单、成本低、污染小、成活率高、复绿效果显著的特点。
Description
技术领域
本发明属于生态修复技术领域，具体涉及一种施工简单、成本低、污染小、成活率高、复绿效果显著的用于高寒区高陡边坡生态修复的集雨面施工方法。
背景技术
边坡是指按一定坡率、坡型人工开挖形成具有规则形态的斜坡，而高陡边坡是指按一定坡率、坡型人工开挖形成的、坡高大于30m的岩质边坡或坡高大于20m的土质边坡。由于边坡上的土层极易被雨水冲刷流失，因此若不进行人工生态修复等干预，则不仅边坡上的绿色植被不易成活，而且还容易引发崩塌、落石等地质灾害，严重影响生态环境和工程安全。
近年来随着国家对生态环境的高度重视，使得人们对生态环境的保护意识大大增强，资源开发与生态保护二者间的矛盾得以缓解，特别是一些针对矿山开发，以及公路、铁路等基础设施建设过程中留下的边坡，通过恢复植被等措施对生态进行了一定程度的修复，被破坏的生态环境得到一定改善。但是，由于很多修复区域位于高寒山区，不仅存在表层土壤贫瘠、生态环境脆弱、气候恶劣、植物生长缓慢、交通不便等问题，而且项目开发完成后留下的大多为高陡边坡，不仅植生土覆盖量少且贫瘠、受雨面积小、持水性差，而且往往无现成的水源覆盖，因而给植被修复过程带来极大的困难，特别是水源无法得到满足的问题极为尖锐，这也是造成高寒山区生态修复过程中成本过高的主要原因。
为了解决生态修复中水源匮乏的问题，现有技术中出现了诸如塑膜集雨、混凝土面集雨、夯实土面集雨等集雨技术，其中混凝土面集雨使用率最高，但主要用于解决农业生产生活用水。现有的前述集雨技术由于存在成本高、实施困难、破坏原有生态环境等问题，很难在野外条件下使用。此外，还有通过在高陡边坡中部和/或下部设置蓄水池，并配套建设自动喷灌***，实现雨水收集和边坡植被的浇灌，基本能够解决高寒山区生态水源问题，但由于施工困难、成本高，而且供电及维护较为困难，因此只适用于园林、市政工程等边坡的生态修复，难以应用于野外环境的高寒山区生态修复。现有技术中针对高寒山区高陡边坡植被恢复没有较为成熟的技术方案，特别是其中的集雨问题目前还没有很好的技术来解决，基于此，发展高寒山区高陡边坡集雨技术在进行植被恢复过程中具有重大意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种施工简单、成本低、污染小、成活率高、复绿效果显著的用于高寒区高陡边坡生态修复的集雨面施工方法。
本发明的目的是这样实现的：包括土基层处理、复合材料层处理、集雨面处理、碎石铺设、集雨面翻松、集雨面复绿步骤，具体步骤内容为：
A、土基层处理：在集雨区挖取土壤原料，然后夯实集雨区开挖后的基坑土层作为土基层；或者在高陡边坡附近挖取土壤原料，清除集雨区表层土层上的杂物后夯实作为土基层；
B、复合材料层处理：将挖取的土壤原料与土壤固化剂、有机质、水搅拌混合均匀，然后洒水静置得到含水率15～20％的混合物，随后将混合物铺设在土基层上作为复合材料层；
C、集雨面处理：对铺设后的复合材料层依次进行夯实处理及拍光处理，最终形成集雨面，并清除集雨面上的杂物；
D、碎石铺设：在集雨面的边缘处和高陡边坡的坡面末端铺设碎石粒；
E、集雨面翻松：在高陡边坡的坡面完成复绿任务后，对集雨面的土层进行翻土松土处理；
F、集雨面复绿：在翻松后的集雨面上播撒植物种子，然后喷洒适量的水并管护，完成高陡边坡后期的集雨面复绿工作。
本发明的有益效果：
1、本发明通过在集雨面铺设材料组成简单易得、价格便宜、污染小的复合材料层，并对铺设后的复合材料层依次进行夯实处理及拍光处理，使得复合材料层能够起到类似混凝土面集雨的集雨效果，从而可使集雨面的集雨效率达40～60％，达到增加高陡边坡的坡面植被供水以提高成活率的目的，可有效提高高寒山区高陡边坡的坡面复绿速度。
2、本发明复合材料层中的有机质能够增大复合材料层的内摩擦角，结合夯实的土基层、土壤固化剂的加入及夯实、拍光处理，都能减少乃至避免复合材料层内各组成材料流失对环境造成的污染，还能避免高陡边坡上集雨面的土壤流失和崩塌发生，从而可提高高寒山区高陡边坡生态***的稳定性；而经夯实、拍光处理后的复合材料层，其中的有机质还能进一步发酵以改良集雨面表层的土壤，为集雨面后期复绿打下良好基础。
3、本发明在坡面复绿完成后，通过对集雨面的土层翻松处理并播撒植物种子，翻松的土层即可提高通气性，又能减缓水流以提高集雨面的持水性，而且铺设在集雨面边缘处和高陡边坡的坡面末端的碎石粒还能减缓翻松后的土壤流失，使得集雨面土层内播撒的植物种子获得足够的水分及养料而快速复绿，集雨面的植被复绿率可达80％以上。
综上所述，由于本发明消耗的材料易得、成本低，而且施工和日常维护简单，也不需要额外的能源消耗，因此特别适合高寒山区高陡边坡的生态修复，具有施工简单、成本低、污染小、成活率高、复绿效果显著的特点。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图中：1-集雨面，2-土基层，3-复合材料层，4-碎石粒，5-坡面。
具体实施方式
下面结合附图和实验例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明包括土基层处理、复合材料层处理、集雨面处理、碎石铺设、集雨面翻松、集雨面复绿步骤，具体步骤内容为：
A、土基层处理：在集雨区挖取土壤原料，然后夯实集雨区开挖后的基坑土层作为土基层；或者在高陡边坡附近挖取土壤原料，清除集雨区表层土层上的杂物后夯实作为土基层；
B、复合材料层处理：将挖取的土壤原料与土壤固化剂、有机质、水搅拌混合均匀，然后洒水静置得到含水率15～20％的混合物，随后将混合物铺设在土基层上作为复合材料层；
C、集雨面处理：对铺设后的复合材料层依次进行夯实处理及拍光处理，最终形成集雨面，并清除集雨面上的杂物；
D、碎石铺设：在集雨面的边缘处和高陡边坡的坡面末端铺设碎石粒；
E、集雨面翻松：在高陡边坡的坡面完成复绿任务后，对集雨面的土层进行翻土松土处理；
F、集雨面复绿：在翻松后的集雨面上播撒植物种子，然后喷洒适量的水并管护，完成高陡边坡后期的集雨面复绿工作。
所述土基层处理步骤中夯实后的土基层干密度为1.5～1.6t/m3，集雨区开挖后的基坑土层深度不超过15cm。
所述复合材料层处理步骤中洒水静置的时间为8～12h，混合物的含水率为15～20％。
所述复合材料层处理步骤中有机质包括鸡粪、羊粪、牛粪、谷壳和/或锯木屑，土壤固化剂与水的体积比为1:15～25。
所述土壤原料与有机质的体积质量比为1m3：2～3kg，所述土壤原料与有机质混合形成有机土壤，所述有机土壤与土壤固化剂、水的体积比为500～1000：0.5～1：15。
所述复合材料层处理步骤中复合材料层的厚度为10～20cm。
所述集雨面处理步骤中复合材料层经夯实处理后的压实度不低于80％。
所述集雨面处理步骤中最终形成的集雨面纵向坡度为33～100‰且横向坡度为20～50‰。
所述集雨面的横向坡度为外高内低的缓坡。
所述碎石铺设步骤中铺设的碎石直径小于5cm。
所述集雨面翻松步骤中集雨面的土层翻松处理后，在土层中添加羊粪、牛粪、谷壳、锯木屑、椰糠纤维、粉煤灰陶粒、核桃壳颗粒中的一种或任意组合。
所述土壤固化剂为现有可用于土壤改良的浓缩复合型酸类化合物，优选SCA-2型土壤固化剂。
所述拍光处理是将夯实的复合材料层表面及侧面采用工具拍打至平整光滑，必要时可在表面先洒水湿润后再拍打。
实验例1：
以香格里拉普朗铜矿区高陡边坡修复试验区为例，选取自然坡度约为5°的集雨区，用作高陡边坡生态修复的集雨面。
S100：在集雨区挖取土壤原料（挖取深度为10cm），然后对开挖后的基坑土层进行夯实至干密度1.5t/m3作为土基层2。
S200：将有机土壤与土壤固化剂、水按体积比1000:1:15的比例搅拌混合均匀，然后洒水静置8h得到含水率15％的混合物，随后将混合物铺设在土基层2上形成厚度10cm、面积5m2的复合材料层3；其中，有机土壤为土壤原料与牦牛粪按1m3：3kg的比例混合得到。
S300：对铺设后的复合材料层进行压实至压实度不低于80％，然后表面拍光，最终形成纵向坡度为33‰且横向坡度为50‰的集雨面1，随后清除集雨面1上的杂物。
S400：在集雨面1的边缘处和高陡边坡的坡面5末端铺设直径小于5cm的碎石粒4。
S500：在高陡边坡的坡面5完成复绿任务后，对集雨面1的土层进行机器翻土松土处理，并在集雨面内添加牦牛粪及椰糠纤维。
S600：在翻松后的集雨面上播撒当地原生植物的种子，然后人工喷洒补水并浇透，必要时根据降雨量以及植被需水程度，在春季人工补水1～3次，完成高陡边坡后期的集雨面复绿工作。
按照上述步骤完成的集流、复绿工作，其中集流效果明显，复绿效果显著，复合材料层的保水效果良好、密实度良好、剪切强度良好，在复绿的工作过程中，坡面复绿效果显著，集雨面复绿效果显著。
实验例2
以香格里拉普朗铜矿区高陡边坡修复试验区为例，选取自然坡度约为5°的集雨区，用作高陡边坡生态修复的集雨面。
S100：在集雨区挖取土壤原料（挖取深度为15cm），然后对开挖后的基坑土层进行夯实至干密度1.5t/m3作为土基层2。
S200：将有机土壤与土壤固化剂、水按体积比1000:0.5:15的比例搅拌混合均匀，然后洒水静置10h得到含水率18％的混合物，随后将混合物铺设在土基层2上形成厚度15cm、面积5m2的复合材料层3；其中，有机土壤为土壤原料与有机质（羊粪：谷壳按2:1的质量比配比）按1m3：2kg的比例混合得到。
S300：对铺设后的复合材料层进行压实至压实度不低于80％，然后表面拍光，最终形成纵向坡度为60‰且横向坡度为40‰的集雨面1，随后清除集雨面1上的杂物。
S400：在集雨面1的边缘处和高陡边坡的坡面5末端铺设直径小于5cm的碎石粒4。
S500：在高陡边坡的坡面5完成复绿任务后，对集雨面1的土层进行机器翻土松土处理，并在集雨面内添加羊粪和核桃壳颗粒。
S600：在翻松后的集雨面上播撒当地原生植物的种子，然后人工喷洒补水并浇透，必要时根据降雨量以及植被需水程度，在春季人工补水1～3次，完成高陡边坡后期的集雨面复绿工作。
按照上述步骤完成的集流、复绿工作，其中集流效果明显，复绿效果显著，复合材料层的保水效果良好、密实度良好、剪切强度良好，在复绿的工作过程中，坡面复绿效果显著，集雨面复绿效果显著。
实验例3
以香格里拉普朗铜矿区高陡边坡修复试验区为例，选取自然坡度约为5°的集雨区，用作高陡边坡生态修复的集雨面。
S100：在高陡边坡附近挖取土壤原料，然后清除集雨区表层土层上的杂物，随后夯实集雨区表层的土层至干密度1.6t/m3作为土基层2。
S200：将有机土壤与土壤固化剂、水按体积比500:1:15的比例搅拌混合均匀，然后洒水静置12h得到含水率20％的混合物，随后将混合物铺设在土基层2上形成厚度20cm、面积5m2的复合材料层3；其中，有机土壤为土壤原料与有机质（鸡粪：锯木屑按1:1的质量比配比）按1m3：3kg的比例混合得到。
S300：对铺设后的复合材料层进行压实至压实度不低于80％，然后表面拍光，最终形成纵向坡度为100‰且横向坡度为20‰的集雨面1，随后清除集雨面1上的杂物。
S400：在集雨面1的边缘处和高陡边坡的坡面5末端铺设直径小于5cm的碎石粒4。
S500：在高陡边坡的坡面5完成复绿任务后，对集雨面1的土层进行机器翻土松土处理，并在集雨面内添加牦牛粪、椰糠纤维和粉煤灰陶粒。
S600：在翻松后的集雨面上播撒当地原生植物的种子，然后人工喷洒补水并浇透，必要时根据降雨量以及植被需水程度，在春季人工补水1～3次，完成高陡边坡后期的集雨面复绿工作。
按照上述步骤完成的集流、复绿工作，其中集流效果明显，复绿效果显著，复合材料层的保水效果良好、密实度良好、剪切强度良好，在复绿的工作过程中，坡面复绿效果显著，集雨面复绿效果显著。
对照例1
以香格里拉普朗铜矿区高陡边坡修复试验区为例，选取自然坡度约为5°的集雨区，用作高陡边坡生态修复的集雨面。
S100：在集雨区挖取土壤原料（挖取深度为10cm），然后对开挖后的基坑土层进行夯实至干密度1.5t/m3作为土基层2。
S200：将挖取的土壤原料搅拌均匀，然后洒水静置8h得到含水率15％的搅拌物，随后将搅拌物铺设在土基层2上形成厚度10cm、面积5m2的搅拌层。
S300：对铺设后的搅拌层进行压实至压实度不低于80％，然后表面拍光，最终形成纵向坡度为33‰且横向坡度为50‰的集雨面1，随后清除集雨面1上的杂物。
S400：在集雨面1的边缘处和高陡边坡的坡面5末端铺设直径小于5cm的碎石粒4。
S500：在高陡边坡的坡面5完成复绿任务后，对集雨面1的土层进行机器翻土松土处理。
S600：在翻松后的集雨面上播撒当地原生植物的种子，然后人工喷洒补水并浇透，必要时根据降雨量以及植被需水程度，在春季人工补水1～3次，完成高陡边坡后期的集雨面复绿工作。
经过天然降雨试验测得，对照例1的集雨效率可达18.19%；实验例1的集雨面集雨效率可达43.34%；实验例2的集雨面集雨效率可达46.38%；实验例3的集雨面集雨效率可达51.86%。经实验和当地气象数据分析，实验例1中复合材料层3的10cm厚度铺设即可满足边坡植物需水量，且对生态影响均小于实验例2中15cm的厚度铺设和实验例3中20cm的厚度铺设。因此，香格里拉普朗铜矿区高陡边坡生态修复按铺设10cm厚度的复合材料层3在试验区进行推广。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于高寒区高陡边坡生态修复的集雨面施工方法，其特征在于包括土基层处理、复合材料层处理、集雨面处理、碎石铺设、集雨面翻松、集雨面复绿步骤，具体步骤内容为：
A、土基层处理：在集雨区挖取土壤原料，然后夯实集雨区开挖后的基坑土层作为土基层；或者在高陡边坡附近挖取土壤原料，清除集雨区表层土层上的杂物后夯实作为土基层；
B、复合材料层处理：将挖取的土壤原料与土壤固化剂、有机质、水搅拌混合均匀，然后洒水静置得到混合物，随后将混合物铺设在土基层上作为复合材料层；
C、集雨面处理：对铺设后的复合材料层依次进行夯实处理及拍光处理，最终形成集雨面，并清除集雨面上的杂物；
D、碎石铺设：在集雨面的边缘处和高陡边坡的坡面末端铺设碎石粒；
E、集雨面翻松：在高陡边坡的坡面完成复绿任务后，对集雨面的土层进行翻土松土处理；
F、集雨面复绿：在翻松后的集雨面上播撒植物种子，然后喷洒适量的水并管护，完成高陡边坡后期的集雨面复绿工作。
2.根据权利要求1所述用于高寒区高陡边坡生态修复的集雨面施工方法，其特征在于所述土基层处理步骤中夯实后的土基层干密度为1.5～1.6t/m3，集雨区开挖后的基坑土层深度不超过15cm。
3.根据权利要求1所述用于高寒区高陡边坡生态修复的集雨面施工方法，其特征在于所述复合材料层处理步骤中洒水静置的时间为8～12h，混合物的含水率为15～20％。
4.根据权利要求1所述用于高寒区高陡边坡生态修复的集雨面施工方法，其特征在于所述复合材料层处理步骤中有机质包括鸡粪、羊粪、牛粪、谷壳和/或锯木屑，土壤固化剂与水的体积比为1:15～25。
5.根据权利要求1所述用于高寒区高陡边坡生态修复的集雨面施工方法，其特征在于所述土壤原料与有机质的体积质量比为1m3：2～3kg，所述土壤原料与有机质混合形成有机土壤，所述有机土壤与土壤固化剂、水的体积比为500～1000：0.5～1：15。
6.根据权利要求1所述用于高寒区高陡边坡生态修复的集雨面施工方法，其特征在于所述复合材料层处理步骤中复合材料层的厚度为10～20cm。
7.根据权利要求1所述用于高寒区高陡边坡生态修复的集雨面施工方法，其特征在于所述集雨面处理步骤中复合材料层经夯实处理后的压实度不低于80％。
8.根据权利要求1至7任意一项所述用于高寒区高陡边坡生态修复的集雨面施工方法，其特征在于所述集雨面处理步骤中最终形成的集雨面纵向坡度为33～100‰且横向坡度为20～50‰。
9.根据权利要求8所述用于高寒区高陡边坡生态修复的集雨面施工方法，其特征在于所述碎石铺设步骤中铺设的碎石直径小于5cm。
10.根据权利要求8所述用于高寒区高陡边坡生态修复的集雨面施工方法，其特征在于所述集雨面翻松步骤中集雨面的土层翻松处理后，在土层中添加羊粪、牛粪、谷壳、锯木屑、椰糠纤维、粉煤灰陶粒、核桃壳颗粒中的一种或任意组合。
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