一种石灰岩弃渣场的生态防护系统
技术领域
本发明涉及弃渣场生态防护技术领域，具体是一种石灰岩弃渣场的生态防护系统。
背景技术
喀斯特地貌不仅在世界上分布广泛，在中国也占据着重要地位。喀斯特地貌是中国分布面积比较广泛的地貌类型，尤其是在中国的西南地区，喀斯特地貌发育尤为典型。石灰岩是喀斯特地貌发育的主要岩石，其矿物成分主要为方解石，伴有白云石、菱镁矿和其他碳酸盐矿物。
天然气长输管线工程大多需要进行管沟的开挖与回填，因此造成了西南喀斯特地区大量石灰岩弃渣场的出现。由于石灰岩在水、热、生物等条件良好的情况下极易受到侵蚀，造成弃渣场的水蚀与塌陷，从而带来次生灾害。因此，如何对石灰岩弃渣场进行有效防护成为了建设安全的重点内容之一。
目前，现有技术中主要采用直接覆土或者采用类似于挂网客土喷播护坡的方式开展。但是上述防护方式存在以下缺点：
1.由于石灰岩在长时间的水分作用下会逐步溶解塌陷，并且渣石堆积时本身具有一定的孔隙，养分易流失，因此难以保持石灰岩弃渣场的长效稳定；
2.由于石灰岩弃渣场的土壤环境为碱性条件，难以保证植物的稳定生长。
因此，我们亟需一种能够实现石灰岩弃渣场的长久稳定，提升生态防护效果，并且使植物稳定生长的生态防护系统。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种石灰岩弃渣场的生态防护系统，以至少达到功能微生物和植物协同防护，实现石灰岩弃渣场的长久稳定，提升生态防护效果，并且使植物能够在碱性条件下稳定生长的效果。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种石灰岩弃渣场的生态防护系统，包括由下至上依次设置的渣石层、导水布和功能层，以及用于将所述导水布和功能层固定在所述渣石层上的若干锚杆。
在本实施方案中，通过所述功能层为植物的萌发和生长提供较好的水分、养分保障能力，并且其自身也具有一定的抗侵蚀能力；通过所述导水布改变功能层与渣石层接触面的水文状态，从而在降雨条件下对水分向所述渣石层的入渗起到缓冲调控作用，以促进整体结构的稳定；同时植物根系也可以在所述导水布上生长分布，起到更进一步的复合加固作用。
作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述锚杆的材质为金属或复合材料，长度≥30cm，其具体性能与布置要求可在满足此类工程设计规范的前提下，针对需求的不同，根据现有技术进行适应性调整。
作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述渣石层包括底层，以及位于所述底层上方且浇灌有稳定剂的过渡层；其中，所述过渡层的厚度≥100cm。
在本实施方案中，通过浇灌所述稳定剂以在渣石层的表面形成过渡层，能够促进所述渣石层结构的长效稳定，达到了避免石灰岩在后期遇水发生反应溶解和塌陷现象，同时促进植物根系生长扎入的效果；通过对所述过渡层的厚度进行限定，保持所述过渡层中渣石整体结构的稳定性，从而保证其对石灰岩水溶现象的改善和控制效果。
作为本方案的一种更为优选的实施方式，按重量份计，所述稳定剂包括微生物培养液滤液10～30份、尿素水溶液2～5份和硫酸亚铁水溶液3～6份；其中，所述尿素水溶液的质量浓度为10％～15％，所述硫酸亚铁水溶液的质量浓度为10％～15％。
在本实施方案中，所述微生物培养液滤液能够通过其中所含微生物的代谢产物实现对石灰岩颗粒物的长效加固稳定，所述尿素溶液能够有效提升微生物的代谢效率，所述硫酸亚铁溶液能够有效改善酸碱度，从而提升微生物的功能效率，而通过三者的协同作用能够更好地发挥效果。
作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述微生物培养液滤液为巴氏芽孢杆菌培养液滤液。
作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述功能层包括基质层，以及分别设置于所述基质层上下两侧的功能网；其中，所述基质层的厚度≥10cm。
在本实施方案中，所述基质层用于栽植植物，其具有一定的抗侵蚀能力，并且能够通过其组分调节石灰岩渣石的碱性条件，促进植物的萌发以及保障植物生长所需的水分和养分；所述功能网能够在前期对所述基质层起到加固作用；通过对所述基质层的厚度进行限定，能够保证植物的稳定生长，防止植物形态弱小或存活率降低的现象。
作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述功能网的材质为金属或复合材料，功能网的孔径≥3.0cm，其具体性能与布置要求可在满足此类工程设计规范的前提下，针对需求的不同，根据现有技术进行适应性调整。
作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述基质层是通过将基质颗粒材料与土壤混合均匀，再将其与植物种子混合，最后铺设得到；其中，所述基质颗粒材料与土壤的重量比为2～5:5～10，所述基质颗粒材料的粒径为2～3mm。
在本实施方案中，对所述基质颗粒材料的粒径进行限定，有利于保持基质层的透气性，以及植物根系的快速建成。
作为本方案的一种更为优选的实施方式，按重量份计，所述基质颗粒材料包括磷石膏10～15份、糠醛渣10～20份、磷酸二氢铵10～15份、磷酸二氢钾10～15份、腐殖酸钠10～15份和微生物菌渣10～30份。
在本实施方案中，所述磷石膏能够改良石灰岩的碱性条件；所述糠醛渣不仅能够改良石灰岩的碱性条件，还能提供有机质以及保持基质层的物理结构；所述磷酸二氢铵和磷酸二氢钾能够提供养分；所述腐殖酸钠不仅具有粘结功能，还能长效地保障养分；所述微生物菌渣具有一定的有机质功能，并且能够调控所述基质层的微生物条件，同时还能防止植物的病虫害。
作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述微生物菌渣为酵母菌菌渣。
作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述导水布是喷洒有硫酸亚铁粉末的纤维导水布，所述硫酸亚铁粉末的喷洒量为15～20g/m2。
在本实施方案中，喷洒所述硫酸亚铁粉末能够调控和改良石灰岩的碱性条件。
作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述纤维导水布是采用植物纤维纺织而成，所述植物纤维包括椰丝和麻。
作为本方案的一种更为优选的实施方式，所述导水布的单位面积质量≥50g/m2。
在本实施方案中，通过对所述导水布的单位面积质量进行限定，能够保证其导水效率，从而有效保障其改善功能层与渣石层接触面的水文状态的能力。
值得注意的是，从功能角度分析，本发明的生态防护系统通过上述结构建立了功能微生物-植物的协同防护体系。具体地，在植物防护体系尚未建成时，即在植物种植前-植物长大的时间段内，通过微生物的代谢产物，在不影响植物根系生长发育的条件下，实现对石灰岩的固结稳定；而随着植物的逐渐生长，植物根系会穿插至所述渣石层以形成根系渣石复合结构，从而保证渣石层的长效稳定，进而综合实现了石灰岩弃渣场的协同稳定，提升了石灰岩渣场的生态防护效果，解决了传统生态防护构造在石灰岩区的水蚀塌陷问题，并且还解决了碱性条件下植物的稳定生长问题。
应当理解的是，在上述实施方案中，对所述过渡层和基质层的厚度，以及导水布的单位面积质量仅限定了最小值，其目的在于保障综合防护功能的稳定实现，而关于其最大值，可根据实际需求结合现有技术进行适应性调整。
本发明的有益效果是：
1.本发明的一种石灰岩弃渣场的生态防护系统，通过所述功能层为植物的萌发和生长提供较好的水分、养分保障能力，并且其自身也具有一定的抗侵蚀能力；通过所述导水布改变功能层与渣石层接触面的水文状态，从而在降雨条件下对水分向所述渣石层的入渗起到缓冲调控作用，以促进整体结构的稳定；同时植物根系也可以在所述导水布上生长分布，起到更进一步的复合加固作用。
2.本发明的一种石灰岩弃渣场的生态防护系统，通过浇灌所述稳定剂以在渣石层的表面形成过渡层，能够促进所述渣石层结构的长效稳定，达到了避免石灰岩在后期遇水发生反应溶解和塌陷现象，同时促进植物根系生长扎入的效果。
3.本发明的一种石灰岩弃渣场的生态防护系统，针对石灰岩弃渣场的特点，建立了功能微生物-植物的协同防护体系，实现了石灰岩弃渣场的协同稳定，提升了石灰岩渣场的生态防护效果，解决了传统生态防护构造在石灰岩区的水蚀塌陷问题以及碱性条件下植物的稳定生长问题。
附图说明
图1为本发明所述生态防护系统的示意图；
图中，1、渣石层；2、导水布；3、功能层；4、锚杆；5、底层；6、过渡层；7、基质层；8、功能网。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
一种石灰岩渣石的生态防护系统，如图1所示，包括由下至上依次设置的渣石层1、导水布2和功能层3，以及用于将导水布2和功能层3固定在渣石层1上的若干锚杆4。其中，锚杆4采用螺纹钢，直径为12cm，长度为35cm。
渣石层1包括底层5，以及位于底层5上方且浇灌有稳定剂的过渡层6。其中，过渡层6的厚度为100cm，底层5的厚度为80cm。稳定剂按重量份计，包括巴氏芽孢杆菌培养液滤液10份、质量浓度为10％的尿素水溶液2份和质量浓度为10％的硫酸亚铁水溶液3份。
功能层3包括基质层7，以及分别设置于基质层7上下两侧的功能网8。其中，功能网8采用16号镀锌铁丝网，网孔为5cm。基质层7的厚度为10cm，其是通过将重量比为1:1的基质颗粒材料与过2cm筛的土壤混合均匀，再将其与紫穗槐种子混合，最后铺设得到；其中，紫穗槐种子的用量为5g/m2，基质颗粒材料的粒径为3mm；基质颗粒材料按重量份计，包括颗粒直径为1～2mm的磷石膏10份、颗粒直径为1～2mm的糠醛渣10份、颗粒直径为0.1～0.2mm的磷酸二氢铵10份、颗粒直径为0.1～0.2mm的磷酸二氢钾10份、颗粒直径为0.1～0.2mm的腐殖酸钠10份和酵母菌菌渣10份，具体是将上述材料均匀混合后，在压缩比为15:1的条件下，经高压挤压造粒制得。
导水布2是喷洒有硫酸亚铁粉末的纤维导水布，其单位面积质量为50g/m2。其中，纤维导水布是采用麻纤维编织而成；硫酸亚铁粉末的喷洒量为15g/m2。
实施例2
一种石灰岩渣石的生态防护系统，如图1所示，包括由下至上依次设置的渣石层1、导水布2和功能层3，以及用于将导水布2和功能层3固定在渣石层1上的若干锚杆4。其中，锚杆4采用螺纹钢，直径为12cm，长度为35cm。
渣石层1包括底层5，以及位于底层5上方且浇灌有稳定剂的过渡层6。其中，过渡层6的厚度为100cm，底层5的厚度为80cm。稳定剂按重量份计，包括巴氏芽孢杆菌培养液滤液30份、质量浓度为15％的尿素水溶液5份和质量浓度为15％的硫酸亚铁水溶液6份。
功能层3包括基质层7，以及分别设置于基质层7上下两侧的功能网8。其中，功能网8采用16号镀锌铁丝网，网孔为5cm。基质层7的厚度为10cm，其是通过将重量比为1:1的基质颗粒材料与过2cm筛的土壤混合均匀，再将其与紫穗槐种子混合，最后铺设得到；其中，紫穗槐种子的用量为5g/m2，基质颗粒材料的粒径为3mm；基质颗粒材料按重量份计，包括颗粒直径为1～2mm的磷石膏15份、颗粒直径为1～2mm的糠醛渣20份、颗粒直径为0.1～0.2mm的磷酸二氢铵15份、颗粒直径为0.1～0.2mm的磷酸二氢钾15份、颗粒直径为0.1～0.2mm的腐殖酸钠15份和酵母菌菌渣30份，具体是将上述材料均匀混合后，在压缩比为15:1的条件下，经高压挤压造粒制得。
导水布2是喷洒有硫酸亚铁粉末的纤维导水布，其单位面积质量为50g/m2。其中，纤维导水布是采用麻纤维编织而成；硫酸亚铁粉末的喷洒量为20g/m2。
实施例3
一种石灰岩渣石的生态防护系统，如图1所示，包括由下至上依次设置的渣石层1、导水布2和功能层3，以及用于将导水布2和功能层3固定在渣石层1上的若干锚杆4。其中，锚杆4采用螺纹钢，直径为12cm，长度为35cm。
渣石层1包括底层5，以及位于底层5上方且浇灌有稳定剂的过渡层6。其中，过渡层6的厚度为100cm，底层5的厚度为80cm。稳定剂按重量份计，包括巴氏芽孢杆菌培养液滤液20份、质量浓度为12％的尿素水溶液3.5份和质量浓度为15％的硫酸亚铁水溶液4.5份。
功能层3包括基质层7，以及分别设置于基质层7上下两侧的功能网8。其中，功能网8采用16号镀锌铁丝网，网孔为5cm。基质层7的厚度为10cm，其是通过将重量比为1:1的基质颗粒材料与过2cm筛的土壤混合均匀，再将其与紫穗槐种子混合，最后铺设得到；其中，紫穗槐种子的用量为5g/m2，基质颗粒材料的粒径为3mm；基质颗粒材料按重量份计，包括颗粒直径为1～2mm的磷石膏13份、颗粒直径为1～2mm的糠醛渣15份、颗粒直径为0.1～0.2mm的磷酸二氢铵13份、颗粒直径为0.1～0.2mm的磷酸二氢钾13份、颗粒直径为0.1～0.2mm的腐殖酸钠13份和酵母菌菌渣20份，具体是将上述材料均匀混合后，在压缩比为15:1的条件下，经高压挤压造粒制得。
导水布2是喷洒有硫酸亚铁粉末的纤维导水布，其单位面积质量为50g/m2。其中，纤维导水布是采用麻纤维编织而成；硫酸亚铁粉末的喷洒量为18g/m2。
对照例1
采用本发明实施例1中的生态防护系统与对照例1进行对比，对照例1中除基质颗粒材料中不含磷石膏与糠醛渣以外，其他结构、组分和用量比等与本发明实施例1中均相同(本对照例相比于实施例1，基质颗粒材料中不含磷石膏与糠醛渣，用于证明本发明的生态防护系统效果更好)。
对照例2
采用本发明实施例1中的生态防护系统与对照例2进行对比，对照例2中除不含导水布2以外，其他结构、组分和用量比等与本发明实施例1中均相同(本对照例相比于实施例1，不含导水布2，用于证明本发明的生态防护系统效果更好)。
对照例3
采用本发明实施例1中的生态防护系统与对照例3进行对比，对照例3中除不含过渡层6以外，其他结构、组分和用量比等与本发明实施例1中均相同(本对照例相比于实施例1，不含过渡层6，用于证明本发明的生态防护系统效果更好)。
对照例4
采用本发明实施例1中的生态防护系统与对照例4进行对比，对照例4中过渡层6中除不含微生物培养液滤液以外，其他结构、组分和用量比等与本发明实施例1中均相同(本对照例相比于实施例1，过渡层6中不含微生物培养液滤液，用于证明本发明的生态防护系统效果更好)。
试验效果
为了验证本发明的生态防护系统的效果，进行了对照试验。试验方法为：将实施例1～3和对照例1～4中的生态防护系统分别浇水至饱和，在不进行后期管养的条件下维持6个月，最后对塌陷情况、植株存活率和植株存活高度进行测试。
测试结果如下表所示(试验采用3次重复，结果为平均值)：
由上表可知，相比于实施例1，对照例1中的植株存活率和植株平均高度明显降低，这说明了磷石膏和糠醛渣的添加能够改善植物的生长状态；对照例2～4均出现20％～30％的塌陷，同时其植株存活率和植株平均高度也明显降低，这说明导水布2、过渡层6以及微生物培养液滤液的添加均能够起到提升防护效果和促进植物生长的协同作用。
综上所述，本发明的一种石灰岩渣石的生态防护系统，能够实现石灰岩弃渣场的长久稳定，提升生态防护效果，并且使植物能够在碱性条件下稳定生长。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
