一种基于植物茎和根系注浆的道路边坡加固处理方法

摘要

本发明属于道路边坡加固技术领域，涉及一种基于植物茎和根系注浆的道路边坡加固处理方法，包括以下步骤：1）在道路边坡的坡面上撒播种植根系发达、生长能力强的禾本植物；2）待禾本植物自然枯萎后，剪去禾本植物上部的枝干，预留禾本植物茎；3）调制注浆液，注浆液的密度是1.2 g/cm

说明书

技术领域

本发明属于道路边坡加固技术领域，涉及一种道路边坡加固处理方法，尤其涉及一种基于植物茎和根系注浆的道路边坡加固处理方法，该方法既能锚固道路边坡土壤，又可以防止浅层滑坡，主要适用于道路边坡或山体的脆弱滑动面的防护。

背景技术

边坡是道路中的重要的一部分，在实际工程中，天然边坡常常软弱松散容易发生浅层滑坡的现象，需要对边坡进行加固处理。用禾本植物加固边坡与乔木和灌木加固相比，禾本科植物生长速度快，短时间就能形成较长的根系，对浅层土体进行加固。而乔木和灌木生长周期较长，短期加固效果不显著，种植相对复杂，培育和种植成本较高，成活率相对较低。坡面上禾本植物的覆盖率较大时其茎叶能够有效的拦截高速落下的雨滴，通过缓冲作用，消耗掉雨滴大量的动能，从而明显削弱雨滴的溅蚀对坡面保护有利。

植物根系与土通过注射注浆液形成三维网状加筋结构体，产生了对土粒的网兜包裹效应，增加了土层的粘聚力。网兜效应在阻止坡面土颗粒被水流解离方面发挥着重要的作用。而经过注浆的植物根系在土层中产生加筋效果，网兜作用效果更好。同时注浆液增加了根系的极限破坏能力有效防止了因浅层滑坡而导致根系脆性破坏，并且能在一定程度上减缓其腐烂的速度，而且即使植被枯萎，注浆体依然能够有效替代原有根系结构，保持对边坡土体加固的长效性。此种处理方法具有明显的经济优势和重要的工程价值，与传统的护坡方式相比，植物根系注入环氧树脂等制作而成的有机注浆液利于水土保持和自然环境的恢复，特别对于一年生的草本植物，植物干枯死亡后，其根茎腐烂，无法继续加固土体，而混凝土则会对土壤造成污染问题而且对后期边坡的护理也造成一定的麻烦。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种低成本、绿色环保、高可靠度、固化方便、粘附力强以及力学性能良好的基于植物茎和根系注浆的道路边坡加固处理方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于植物茎和根系注浆的道路边坡加固处理方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)在道路边坡的坡面上撒播种植根系发达、生长能力强的禾本植物，如黑麦草；

2)待道路边坡坡面上的禾本植物自然枯萎后，剪去禾本植物上部的枝干，预留禾本植物茎；所述禾本植物茎裸露地表5cm～10cm；

3)调制注浆液，所述注浆液的密度是1.2g/cm³～2.0g/cm³；所述注浆液是环氧树脂与聚酰胺树脂的混合物，如环氧树脂E-44(6101)与聚酰胺树脂650的混合物；该混合物是初为液态后可凝固且具有一定强度的有机液体；

4)通过步骤2)中预留的禾本植物茎的禾本植物导管向禾本植物根系中注射步骤3)调制得到的注浆液；

5)以禾本植物茎在地面上的出土处为圆心，向半径5厘米-10厘米的圆内注射注浆液。

作为优选，本发明所采用的步骤3)的具体实现方式是：

将环氧树脂和聚酰胺树脂用手提式搅拌器按体积比80～120：30～60的比例充分混合；所述手提式搅拌器的搅拌速率是200rpm～250rpm；所述环氧树脂和聚酰胺树脂的混合物即为注浆液。

作为优选，本发明所采用的步骤4)的具体实现方式是：

4.1)在环境温度是15℃～32℃的条件下，采用注射器或微型高压注浆机通过禾本植物茎的禾本植物导管向禾本植物根系中注射步骤3)制备得到的注浆液；所述道路边坡的坡面上的每一株禾本植物茎的注浆液的体积是5mL～10mL；

4.2)对禾本植物茎的禾本植物导管的注浆完成后，维持环境温度是15℃～32℃不低于24小时。

作为优选，本发明所采用的环境温度是20℃。

作为优选，本发明所采用的环境温度若高于32℃时，对待注浆的区域搭建遮阳棚；若环境温度低于15℃时，在注浆的区域搭建暖棚升温。

作为优选，本发明所采用的步骤5)的具体实现方式是：

采用微型高压注浆机以禾本植物茎在地面上的出土处为圆心，向半径5厘米-10厘米的圆内注射注浆液；所述道路边坡的坡面上的每一株禾本植物根系周围注浆液的体积是80mL～100mL；所述微型高压注浆机的注浆压力高于标准大气压0.3MPa～0.5MPa。

作为优选，本发明所采用的禾本植物在边坡的坡面上的覆盖率是60％～80％。

本发明的优点是：

本发明提供了一种基于植物茎和根系注浆的道路边坡加固处理方法，使用环氧树脂等有机材料制作而成的注浆液对禾本植物的茎和根系进行注浆，待其充分固结硬化后就能增加植物根系在土壤中的抗剪能力，并且能在一定程度上减缓其腐烂的速度，延长植物的使用时间使其不会随着季节的变化而失去锚固作用，同时也减少了四季播种长期重复的过程。禾本植物加固边坡与乔木和灌木加固相比，禾本科植物生长速度快，短时间就能形成较长的根系，对浅层土体进行加固。而乔木和灌木生长周期较长，短期加固效果不显著，种植相对复杂，培育和种植成本较高，成活率相对较低。环氧树脂作为防腐蚀材料不但具有密实、抗水、抗渗漏好、强度高等特点，同时具有绿色环保、附着力强、常温操作、施工简便等良好的工艺性而且价格适中，与传统的混凝土加固边坡相比，植物根系注入环氧树脂等制作而成的注浆液利于水土保持和自然环境的恢复，而混凝土则会对土壤造成污染问题而且对后期边坡的护理也造成一定的麻烦。本发明采用植物根系与土通过注射注浆液形成三维网状加筋结构体，注浆液结合根系的加筋作用一方面表现为增加了土层的粘聚力，另一方面表现为增强了对土粒的网兜包裹效应；粘聚力的增加在一定程度上阻止了坡面水流的剪切力破坏和表土层张裂缝的形成；网兜效应减弱了水流对土粒的解离作用。同时注浆液增加了根系的极限破坏能力有效防止了因浅层滑坡而导致的脆性破坏，并且能在一定程度上减缓其腐烂的速度，延长植物的使用时间使其不会随着季节的变化而失去锚固边坡的能力，同时也减少了每年四级播种长期重复的过程。本发明是一种低成本、绿色环保、高可靠度、固化方便、粘附力强、力学性能良好的道路边坡加固处理方法。

附图说明

图1为本发明所提供的基于植物茎和根系注浆的道路边坡加固处理方法的操作示意图；

其中：

1-禾本植物叶子；2-禾本植物茎；3-禾本植物导管；4-禾本植物根系。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所提供的技术方案做进一步的说明，但本发明并不仅限于以下方式：

本发明提供了一种植物茎和根系注浆的道路边坡加固处理方法，在满足植物根系有效的控制浅层滑坡的基础上，利用了注浆液的优质特性。该方法首先是在道路两侧边坡坡面上种植禾本植物，待禾本植物枯萎之后再用环氧树脂对其茎和根系进行注浆，使植物根系与土通过注射环氧树脂形成三维网状加筋结构体。根系的注浆作用一方面表现为增加了土层的粘聚力，另一方面表现为增强了对土粒的网兜包裹效应。粘聚力的增加在一定程度上阻止了坡面水流的剪切力破坏和表土层张裂缝的形成。网兜效应减弱了水流对土粒的解离作用。

具体而言，本发明提供了一种基于植物茎和根系注浆的道路边坡加固处理方法，该方法包括以下步骤：

1)在边坡的坡面上撒播种植根系发达、生长能力强的禾本植物，如黑麦草；禾本植物在边坡的坡面上的覆盖率是60％～80％；种植后的禾本植物在地表长有禾本科植物叶子1、禾本植物茎2、禾本植物茎2内部有禾本植物导管3；地下有禾本植物根系4；

2)待禾本植物枯萎后，剪去禾本植物上部的枝干，预留禾本植物茎2；禾本植物茎2裸露地表5cm～10cm；

3)调制注浆液，注浆液的密度是1.2g/cm³～2.0g/cm³：

3.1)准备环氧树脂以及聚酰胺树脂，如环氧树脂E-44(6101)与聚酰胺树脂650；

3.2)将步骤3.1)准备的环氧树脂和聚酰胺树脂用手提式搅拌器按体积比80～120：30～60的比例充分混合；混合时间不低于3分钟；手提式搅拌器的搅拌速率是200rpm～250rpm；环氧树脂和聚酰胺树脂的混合物即为所注射的注浆液。

4)通过步骤2)中预留的禾本植物茎2的禾本植物导管3向禾本植物根系4中注射步骤3)调制得到的注浆液：

4.1)在环境温度是15℃～32℃的条件下，优选环境温度是20℃，采用注射器或微型高压注浆机通过禾本植物茎2的禾本植物导管3向禾本植物根系4中注射步骤3)制备得到的注浆液；注浆液的体积根据植株大小不同为5mL～10mL；若环境温度高于32℃时，应对待注浆的区域搭建遮阳棚；若环境温度低于15℃时，应在注浆的区域搭建暖棚升温。

4.2)完成对禾本植物茎2的禾本植物导管3的注浆过程后，维持环境温度是15℃～32℃不低于24小时。

5)以禾本植物茎2在地面上的出土处为圆心，向半径5厘米-10厘米的圆内注射注浆液：

采用微型高压注浆机以禾本植物茎2在地面上的出土处为圆心，向半径5厘米-10厘米的圆内注射注浆液；注浆液的体积根据植株大小不同为80mL～100mL；微型高压注浆机的注浆压力高于标准大气压0.3MPa～0.5MPa。

下面结合实施案例对本发明所提供的技术方案做进一步的详细说明：

实施例1

试验用土取自路堤边坡的普通填土，选择根系发达、生长能力强的黑麦草作为边坡试验的植物。试验采用斜支木盒长2.0m，宽1.0m，厚0.2m来模拟人工边坡。试验设计坡度1：0.75、1：1.00、1：1.25植被覆盖率为80％(覆盖率达80％以上时能承受暴雨的冲刷)的3组试验，编号分别为1、2、3，同时对根系进行注浆的对比实验，编号分别为4、5、6，一共6组实验。

同时，在相同条件下对6组试验进行播种，浇水施肥至其成熟，然后任其枯萎。剪去其上部的枝干预留5cm～10cm左右的茎，调制密度为1.5g/cm³的环氧树脂E-44(6101)与聚酰胺树脂650混合的注浆液，注浆液用手提式搅拌器(220rpm)按照100：50的比例充分混合环氧树脂和聚酰胺树脂约3分钟，在进行注浆之前要保证混合物有良好的流淌性。然后给后3组试验注射注浆液，用10mL的注射器通过茎中导管向根系内注射8mL的注浆液，并用微型高压注浆机向根系周围注射80mL注浆液，前3组作为对比试验。

通过模拟降雨来测试植物普通根系和注浆根系加固道路边坡的抗侵蚀和滑移能力。试验数据如下，在相同的降雨强度下，实验组1、2、3的土体垂向滑移分别是3.4cm、2.5cm、1.2cm，实验组4、5、6的土体垂向滑移分别是1.3cm、0.5cm、0.2cm；实验组1、2、3的侵蚀斑块面积分别是300cm²(局部有垮塌)、190cm²、100cm²，实验组4、5、6的侵蚀斑块面积分别60cm²、20cm²、10cm²；实验组1、2、3的底部土体堆积分别是350g、260g、180g，实验组4、5、6的底部土体堆积量分别是100g、50g、30g。实验数据表明，根系未注浆的实验组在雨水作用下产生明显的土壤滑移、侵蚀、发生局部垮塌。而注浆的根系在靠近边坡上方受雨水冲蚀后，沿坡面往下有少量滑移，但造成的影响较小，未发生整体破坏。试验表明植物茎和根系注浆的道路边坡加固处理方法效果良好。

实施例2

图1是本发明的对植物根系注浆的示意图。

具体实施方式如下：

本发明的加固原理是将注浆液注射到禾本植物的茎和根系之中，使植物根系与土结合注浆液形成三维网状加筋结构体。注浆液结合根系的加筋作用一方面表现为增加了土层的粘聚力，另一方面表现为增强了对土粒的网兜包裹效应；粘聚力的增加在一定程度上阻止了坡面水流的剪切力破坏和表土层张裂缝的形成；网兜效应减弱了水流对土粒的解离作用。同时注浆液增加了根系的极限破坏能力有效防止了因浅层滑坡而导致的脆性破坏。

禾本植物种植及施工：

在边坡的坡面上撒播种植禾本植物黑麦草，黑麦草在边坡的坡面上的覆盖率是80％；种植后的黑麦草在地表长有禾本科植物叶子1、禾本植物茎2、禾本植物茎2内部有禾本植物导管3；地下有禾本植物根系4；

待黑麦草自然枯萎后剪去植物上部的枝干，预留禾本植物茎2；禾本植物茎2裸露地表5～10cm。

注浆液的制作：

准备的环氧树脂E-44(6101)与聚酰胺树脂650用手提式搅拌器按体积比100：50的比例充分混合；混合时间不低于3分钟；手提式搅拌器的搅拌速率是220rpm；环氧树脂和聚酰胺树脂的混合物即为所注射的注浆液。

植物根系注浆施工：

在环境温度约25℃的条件下，采用注射器或微型高压注浆机通过禾本植物茎2的禾本植物导管3向禾本植物根系4中注射步骤3)制备得到的注浆液；注浆液的体积根据植株大小不同为5～10mL；

采用微型高压注浆机以禾本植物茎2在地面上的出土处为圆心，向半径5厘米-10厘米的圆内注射注浆液；注浆液的体积为100mL；微型高压注浆机的注浆压力高于标准大气压0.3MPa；

维持环境温度是15～32℃不低于24小时。由于夏季施工，为避免中午高温，在注浆后坡面覆盖银色反光膜。