一种微生物加固江河岸堤生态护坡技术

摘要

本发明公布了一种微生物加固江河岸堤生态护坡技术。根据岸堤防护在水位线上下的不同特点，在常水位线以上，采用微生物-植物-土工格栅联合护坡形式；水位变化区，采用干砌块石-水生植物联合护坡形式；常水位线以下，采用混凝土预制块加砂、石垫层的护坡形式。本发明充分发挥微生物的阻塞和胶结作用、植物根系对岩土体的锚固作用和双向土工格栅纵横向的强度特性及对土体的锁固作用，增加了江河岸堤的整体稳定性。该技术采用微生物-植物-土工格栅联合护坡形式，既经济环保，又降低了施工难度，节省了施工时间。同时根据水位线变化情况，采取不同的护坡形式，能够有效地抵抗强水流的冲击，增强了其在江河岸堤护坡中的适用性。

说明书

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，特别涉及一种微生物加固江河岸堤生态护坡技术。

背景技术

传统的河道护坡主要有浆砌或干砌块石护坡、现浇混凝土护坡、预制混凝土块体护坡等。这些护坡工程的造价均相对较高，且水下施工、维护工作难度较大。其最大的缺点还在于，它仅仅从满足河道岸坡的稳定性和河道行洪排涝功能的角度出发进行设计施工，很少考虑其对环境和生态的影响。传统的护坡工程将整个河岸表面封闭起来，隔绝了土壤与水体之间的物质交换，使原先生长在岸坡上的生物不能继续生存，导致生态系统的食物链断开；为了维护生态系统的平衡，新型生态护坡技术应运而生。目前，广泛使用的生态护坡技术方法主要有人工种草护坡、植被生态护坡、三维植被网护岸技术、生态袋护坡、网格生态护坡、以及植被型生态混凝土护坡等。

微生物加固土体的生态护坡技术是近年来发展起来的生态护坡新技术，既经济又简便。其技术原理是：特定的微生物加入到土体中，会发生生物阻塞和生物胶结现象。生物阻塞是通过微生物的活动或产物来减少土壤和多孔岩石的水力传导系数，封堵土颗粒之间的孔隙；生物胶结是通过微生物的新陈代谢活动或代谢产物来粘合土粒，改善土颗粒间的胶结能力，提高土壤的强度和刚度特性。微生物在加固边坡土的同时，会产生大量气泡，均匀地分布在土体中，大大降低了土体处于饱和状态的机率，对于预防砂土液化，提高土的抗震性能，效果明显。

本发明之前，中国专利“一种用于边坡加固的微生物加固液及其使用方法”（CN 102604641 A）介绍了利用芽孢杆菌进行边坡加固的方法；中国专利“一种环境友好型微生物-植物联合护坡方法”（CN 102677683 A），在专利（CN 102604641 A）的基础上，在土壤中加入植物种子，提出芽孢杆菌-植物联合护坡方法。该两种护坡方法成功的将微生物技术引入到护坡工程中；但是，当其被应用在加固江河岸堤边坡时，均不能适应水位的变化；当水位变化到加固段以上时，芽孢杆菌不宜成活，失去加固边坡的作用；菌类单一，不能充分利用营养液或岸堤填土中的有效物质进行增殖，加固效果有限；而且通过注入或喷淋方式将微生物加固液加入到边坡，不能保证含水层以上微生物加固液的均匀性，加固后坡体的刚度和强度有差别，边坡稳定性不好。

针对目前使用的生态护坡技术，总体上来讲，经济性还是不强，也不能对废物进行重新利用，微生物护坡能很好地解决这些问题。但是对于江河边强水流作用下的岸堤，单一的微生物生态护坡的强度还是不足。将微生物生态护坡与其他护坡相结合，这种混合型微生物生态护坡既经济环保，又操作方便，还能满足强度要求，是未来生态护坡的发展趋势。

 

发明内容

本发明的目的就在于克服上述护坡技术的不足与缺陷，提出一种微生物加固江河岸堤生态护坡技术。

一种微生物加固江河岸堤生态护坡技术。其特征在于：常水位线以上，采用微生物-植物-土工格栅联合护坡形式；水位变化区，采用干砌块石-水生植物联合护坡形式；常水位线以下，采用混凝土预制块加砂、石垫层的护坡形式。所述的常水位线以上的护坡: 首先将边坡填土、腐植质、长效肥、保水剂、植物种子、壤土或砂壤土充分拌合后的微生物混合物分两次回填到开挖的土方格中，并分别在填土面上喷射微生物浓缩液和营养液，然后在坡体上铺设双向土工格栅。所述的水位变化区的护坡: 在平整后的坡面上铺设一层麻布，麻布上铺厚度为5-10 cm的碎石垫层，再铺设厚30-40 cm的干砌块石，最后在面层干砌块石之间的缝隙内用混合有水生植物种子、开挖边坡土、腐殖质、长效肥，沙壤土的微生物混合物回填。所述的常水位线以下的护坡: 从下到上，依次为：粗砂垫层，厚度5-10 cm; 直径为1.5-3.0 cm的砾石铺垫厚度为10-20 cm；石块层铺设厚度为25-50 cm；预制混凝土层厚度为15-20 cm。该护坡能够起到透气的作用，并且能够防止岸坡的坍塌。

所述的植物种子为冷季型与暖季型混合喷播，确保植被能四季常青，其中水位变化区的植物种子以江河路堤旁常生的水生植物为主。

所述的微生物混合物为边坡填土、腐植质、长效肥、保水剂、植物种子、壤土或砂壤土经过充分拌合以后所形成的，将其分两次回填至开挖的土方格中，第一次回填结束时将微生物浓缩液和营养液喷洒在填土面上；间隔2-3天，第二次回填，结束后再次喷洒微生物浓缩液和营养液于填土面上。

所述的常水位线以上的护坡在微生物加固边坡的基础上，铺设双向土工格栅，双向土工格栅的纵向和横向都具有很强的拉伸强度，能够在土壤中提供一个有效的力的承担和扩散的理想的连锁系统。

铺设时，将土工格栅的纵向及水平方向拉紧，主要受力方向垂直于路堤轴线方向，使之充分发挥强度特性，然后在格栅的各边缘端用锚杆进行锚固，以增强护坡的整体稳定性和整体性，特别适用于江河边强水流作用下边坡的加固。能够很好的预防强水流的冲击。

该护坡充分利用了微生物与土体结合会产生胶结和阻塞作用，通过微生物的新陈代谢活动或代谢产物来粘合土粒，改善土颗粒间的胶结能力，提高土壤的强度和刚度，联合植物与岩土体的相互作用（根系锚固作用）及土工格栅将土体与网格相互锁合成整体的特性，达到防护、加固边坡表层的效果，使之既能满足对边坡表层稳定的要求，又能恢复被破坏的自然生态环境的护坡形式，是一种有效的护坡、固坡手段。

，然后在格栅的各边缘端用锚杆进行锚固，以增强护坡的整体稳定性。

所述加固江河岸堤的微生物类型，本发明不限定使用某种菌种，给出了可以进行边坡加固的多种不同微生物菌种，如藻类、好氧和兼厌氧异养菌、微需氧细菌、硝化细菌、硫酸盐还原菌、氨化细菌、铁还原菌、真菌、异养菌、芽孢杆菌、芽孢乳杆菌、梭菌和脱硫菌等，通过开挖土方，分次填埋，喷射微生物加固液的方式使微生物与土壤充分接触，使微生物能够在坡体填土中混合均匀，增强坡体的整体性。同时充分考虑水位的变化对微生物的影响，选用适宜的微生物类型，最优选择兼性厌氧型，以保证在水位上升时不影响微生物对坡体的加固作用。 

一种微生物加固江河岸堤生态护坡的施工方法，其特征在于：包括以下技术步骤：

（1）准备混凝土预制块、石块、砾石、粗沙；

（2）配备植物种子，及种子生长所需的腐殖质、长效剂、保水剂、砂土壤；

（3）选取微生物，并配置微生物生长的营养液。微生物选种可以从兼性厌氧菌、微需氧菌、厌氧发酵菌、无氧呼吸菌中选取。具体可以是：藻类、好氧和兼厌氧异养菌、微需氧细菌、硝化细菌、硫酸盐还原菌、氨化细菌、铁还原菌、真菌、异养菌、芽孢杆菌、芽孢乳杆菌、梭菌和脱硫菌等。

（4）开挖边坡土，将开挖出来的边坡土与腐殖质、长效肥、保水剂、砂土壤混合均匀，分两次回填至土方格中。一次回填后，在填土面上喷洒微生物加固液，然后第二次回填，完成后再次在填土面上喷洒微生物加固液。

（5）边坡土二次回填后，在边坡表面铺设双向土工格栅。

本发明的优点和效果在于：与其他生态护坡相比，微生物在发挥生物阻塞与生物胶结的同时，会释放出大量小而均匀的气体。由于微生物可以像流水一样自由运动，气体很容易填充在土体中，降低了土体的饱和度，提高了土体的动力力学性能。微生物加固边坡技术施工方便，与使用混凝土材料增强边坡土体强度相比，略去了混凝土的浇筑、振捣、养护等施工流程，大大降低了施工的难度，节省了时间。同时采用微生物与植物联合护坡，既能充分利用微生物对边坡的加固作用，也能充分利用植物根系对岩土体的锚固作用，产生防护、加固边坡表层的效果，使之既能满足对边坡表层稳定的要求，又能恢复被破坏的自然生态环境的护坡方式，是一种有效的护坡、固坡手段。本发明采用特殊的方式将微生物加固液与土壤结合，克服了普通喷射微生物加固液只加固土体表层的缺点，并将生态护坡与土工格栅相结合，既经济环保，又满足了强水流下对护坡的强度及稳定性方面的要求。

 

附图说明

图1为本发明的纵向结构及常水位线上下接触面局部示意图；

图2为本发明的常水位线以上结构横截面示意图。

其中，1为粗沙垫层，2为砾石垫层，3为石块垫层，4为混凝土预制块垫层，5为土方格，6为土工格栅，7为土工格栅锚杆，8为微生物混合填土，9为麻布，10为碎石层，11为干砌块石层，12为排水沟。

 

具体实施方式：

以下结合附图详细叙述本发明的具体实施方式。本发明的保护范围并不仅仅局限于本实施方式的描述。

一种微生物加固江河岸堤生态护坡技术。其特征在于：常水位线以下采用混凝土预制块加砂、石垫层的护坡形式。水位变化区，采用干砌块石-水生植物联合护坡形式；常水位线以上采用微生物-植物-土工格栅联合护坡形式；

首先，常水位线以下的护坡形式：

(1)   先将水位下降至所需的护坡深度处。

(2)   在坡表面铺设粗沙垫层1，厚度为5-10 cm。

(3) 在粗沙垫层1上面铺设直径为1.5-3.0 cm的砾石垫层2，铺垫厚度为10-20 cm。

(4) 在砾石垫层2上方铺设厚度为25-50 cm的石块垫层3。

(5) 最后，将厚度为15-20 cm的混凝土预制块垫层4放置于石块垫层3上。

其次，水位变化区采用干砌块石-植物联合的护坡形式：

(1) 清理坡面，在坡面上铺设一层麻布9，以形成反滤，确保施工期护坡的渗透稳定。

(2) 在麻布9上铺设厚度为5-10 cm的碎石垫层10。

(3) 在碎石垫层10上铺设厚度为20-40 cm的干砌块石层11。

(4) 在面层干砌块石层11之间的缝隙内用混合有水生植物种子、开挖边坡土、腐殖质、长效肥，沙壤土回填。

最后，常水位线以上采用微生物加固生态护坡与铺设双向土工格栅的联合加固的护坡形式：

(1) 清理平整坡面。清除坡面淤积物、浮石、打掉突出岩石，使坡面尽可能平整。

(2) 修筑排水沟12。在边坡四周、码道、边坡纵向每15-20 m设置排水沟12。

(3) 在边坡上每隔20-30 cm开挖 10 cm×10 cm×（12-15） cm（厚）的土方格5。将开挖出来的边坡土配合腐植质、长效肥、保水剂、植物种子、壤土或砂壤土拌匀后形成的混合物，分两次回填，第一次填筑好后，在填土面上喷洒含微生物的营养液。2-3天后第二次回填，完成后再在填土面上喷洒含微生物的营养液。

(4) 在边坡土上层铺设双向土工格栅6。土工格栅6铺筑时在纵向及水平方向拉紧，铺设格栅的纵向应力与主要受力方向一致， 各边缘端用锚杆7锚固在坡面上。

(5) 喷水养护。保持边坡土呈湿润状态。喷水设备应采用喷雾喷头移动喷洒，杜绝高压水头直接喷灌。一般养护期为植物覆盖地面为限（50天左右）。

(6) 后期管理。微生物之所以能够加固软土，需要微生物不断地新陈代谢，在后期的管理中，及时喷洒含碳源的营养矿物质溶液。