高邊坡綠化噴植技術(shù)在月潭水庫工程的應(yīng)用

(黃山市水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，安徽 黃山 245000)

1 概 述

安徽省黃山市月潭水庫，是國家172項(xiàng)重大水利工程之一。目前，該水庫正在實(shí)施建設(shè)之中。月潭水庫竣工后，可對(duì)下游黃山市起到防洪減災(zāi)、保障供水的作用。配合下游河道堤防工程，能提高黃山市區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)，保障黃山市全市生活及工業(yè)用水有效供給，為下游灌溉農(nóng)業(yè)提供可靠的灌溉水源，可合理利用水力資源，向當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)提供清潔能源。本文以月潭水庫高邊坡處理的噴植技術(shù)為例，對(duì)工藝先進(jìn)的噴植技術(shù)進(jìn)行研究與探討。

2 工程概況

月潭水庫地處新安江主源率水河中上游，位于黃山市休寧縣海陽鎮(zhèn)首村下琳溪組下游約500m處。距休寧縣城18.50km，距黃山市區(qū)29km。水庫控制流域面積908km2。月潭水庫主體工程由混凝土重力壩工程、泄洪壩工程、發(fā)電引水工程、生態(tài)放水工程、魚道工程等組成。水庫正常蓄水位為165.00m，電站裝機(jī) 2臺(tái)10MW軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，總庫容1.57億m3。月潭水庫是一座以防洪為主，兼顧城鎮(zhèn)供水、發(fā)電、灌溉等功能的Ⅱ等、大(2)型綜合水利樞紐工程。

3 水庫高邊坡開挖處理工程簡(jiǎn)介

月潭水庫高邊坡開挖處理工程主要包括：兩岸壩肩邊坡、消力池右岸及上壩道路邊坡，邊坡最大總高度為60.60m，單級(jí)最大開挖高度39.60m。根據(jù)壩肩地質(zhì)情況，微風(fēng)化巖層開挖邊坡1∶0.5，弱風(fēng)化巖層開挖邊坡1∶1.0，強(qiáng)風(fēng)化巖層及覆蓋層開挖邊坡1∶1.5，坡度變化處設(shè)置2m寬馬道。本工程開挖邊坡開挖面基本為巖層，為防止開挖坡面長(zhǎng)期風(fēng)化、掉碴，對(duì)左右壩肩及下游影響巡視通道的開挖坡面進(jìn)行系統(tǒng)的噴錨支護(hù)。同時(shí)，為了與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)一致，保證開挖邊坡生態(tài)植被的有效恢復(fù)，采取噴植10cm厚的混凝土基材植被層進(jìn)行生態(tài)護(hù)坡。

4 噴植混凝土基材主要成分

噴植混凝土所含材料主要成分包括：水泥、粗顆粒砂、木質(zhì)纖維、鋸木屑、高分子外加劑、活性黏性種植土和有機(jī)肥料等。

水泥是構(gòu)成噴植混凝土的主要建筑材料，起到黏接、固結(jié)、硬化等作用，在噴植混凝土噴射過程中，要求水泥具有顆粒細(xì)、和易性強(qiáng)、凝固快等特點(diǎn)，正常情況下，多選用硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥，這種水泥能將噴涂在陡峭的巖石表面上的噴涂物，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)凝固，如果噴植混凝土配合比及水灰比合理、恰當(dāng)，不會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)現(xiàn)象，非常適合此類工程的處理與施工。

土壤和養(yǎng)料是植物賴以生長(zhǎng)的基礎(chǔ)物質(zhì)，月潭水庫高邊坡處理工程充分利用了這一點(diǎn)，在噴植混凝土中加入了植物成長(zhǎng)需要的各種營養(yǎng)成分，創(chuàng)造了植物萌芽、生長(zhǎng)、繁殖的有力條件，構(gòu)成了植物成長(zhǎng)的基礎(chǔ)物質(zhì)。這些營養(yǎng)成分主要包含天然、有益菌、綠色、通氣、保水的活性種植土和有機(jī)肥料。這些物質(zhì)中含有很高的有機(jī)質(zhì)、腐植酸及其他各種有益營養(yǎng)成分，具有植物生長(zhǎng)需要的長(zhǎng)效、緩釋功能。

木質(zhì)纖維作為綠化基材，其主要作用是與坡面鉤掛的鐵絲網(wǎng)形成前期連接物，幫助草本植物吸附在巖石表面，并促使草本植物發(fā)芽、生根。隨著時(shí)間的推移，草本植物根系逐漸發(fā)達(dá)并鉆進(jìn)巖石縫隙，此時(shí)，草本植物不再依賴于噴涂的木質(zhì)纖維，而是與巖石形成了一個(gè)植物生長(zhǎng)的共同體，換句話說，木質(zhì)纖維的連接作用也就失效了。

鋸木屑俗稱鋸末，在噴涂的混凝土基材中起到保水、減輕基材重量、增大基材內(nèi)摩擦角、減小基材坡面下滑力的作用。鋸木屑與木質(zhì)纖維共同作用下，使上述綠化植物的基材，牢牢的穩(wěn)定在陡峭的巖石表面上，同時(shí)，這些木質(zhì)纖維經(jīng)日曬雨淋，逐漸腐蝕，變成了綠化植物的良好的有機(jī)肥料。

粗顆粒河砂不僅是構(gòu)成噴植混凝土的主要建材，同時(shí)，也是巖石坡面綠化基材中十分難得的疏松劑，能有效防止開挖巖石坡面綠化植物基材形成板結(jié)，達(dá)到噴植的混凝土具有牢固、透氣功能，有利于噴植的混凝土穩(wěn)定和吸附在巖石上的植物生長(zhǎng)。

高分子外加劑，是一種高分子有機(jī)聚合物，呈粉末狀，主要特征是吸水率大，而且溶水后會(huì)變成極光滑且粘稠的物質(zhì)，當(dāng)它與噴植的混凝土其他基材材料混合后，很容易形成非常均勻的糊狀稠化物，使巖石坡面上的綠化基材達(dá)到保持水土、降低水份、減少蒸發(fā)量的目的，因此，在拌制和噴射混凝土基材時(shí)，需要加入適量的高分子外加劑，不僅有利于噴播混凝土施工，而且噴播后，會(huì)在陡峭的巖石坡面形成性能良好的保水、牢固、透氣、松軟的適合植物生長(zhǎng)的混凝土。 在配置噴植的混凝土配合比時(shí)，根據(jù)巖石邊坡的坡度陡峭程度，計(jì)算高分子外加劑摻量，一般情況下，坡度越大，用量相應(yīng)增大。

噴植的混凝土中的植物種子選擇非常關(guān)鍵，根據(jù)全國“南暖北寒”的氣候特點(diǎn)，及其植物種子在不同區(qū)域生長(zhǎng)的植物屬性，在兼顧生物多樣性和適應(yīng)性前提下，進(jìn)行多物種選擇和優(yōu)化。根據(jù)安徽黃山市區(qū)域地理及氣候特點(diǎn)，經(jīng)過多方案比較，草種選擇以麥冬+狗牙根為主，輔以馬尼拉等其他花草，狗牙根、麥冬、馬尼拉配置比例為3∶2∶1，按每公頃80kg混入噴植的混凝土基材中。

5 噴植混凝土施工措施

噴植的混凝土施工前，首先對(duì)開挖的符合設(shè)計(jì)要求的巖石坡面進(jìn)行清理，然后采用相應(yīng)措施對(duì)凹凸不平巖石表面進(jìn)行找平，有利于基材在巖石表面充分結(jié)合。在成型的巖石坡面上鉆孔并打入砂漿錨桿。錨桿按用途劃分，分為系統(tǒng)錨桿和加固錨桿兩種，系統(tǒng)錨桿采用Φ16鋼筋在巖石坡面按間距3m的梅花狀設(shè)置，長(zhǎng)度是伸入開挖面3m，加固錨桿用Φ14的鋼筋在坡面按間距3m的梅花狀設(shè)置，長(zhǎng)度是伸入開挖面1m。然后掛設(shè)機(jī)編14號(hào)鍍鋅鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)孔間距為0.50m，網(wǎng)間搭接寬度不小于5cm，并每隔30cm用鐵絲綁扎。

完成基礎(chǔ)錨桿和掛網(wǎng)后，將砂壤土、水泥、有機(jī)質(zhì)及高分子外加劑按質(zhì)量比100∶7.5∶5∶4.5的比例依次倒入混凝土攪拌機(jī)料斗攪拌不小于1min，人工上料把拌和均勻的基材混和料倒入混凝土噴射機(jī)；噴射基材混合物，噴射分兩次進(jìn)行，先噴射不含種子的基材混合物，噴射厚度為6～10cm，噴射按從上至下的順序，基材混合物噴射完成后，噴射厚度為2cm的含種子層基材。噴射過程時(shí)間間隔根據(jù)需要而定，但不宜過長(zhǎng)，每次噴植混凝土施工作業(yè)面積在200m2～500m2之間最好，從噴射開始到噴射竣工，施工時(shí)間應(yīng)少于3小時(shí)。施工過程中，噴植混凝土的噴槍最后按“S”型軌跡掃動(dòng)，槍嘴距石質(zhì)邊坡距離2～2.5m之間最佳，噴射角度垂直于巖面或呈現(xiàn)5～10°傾角。噴植混凝土全部噴射完成后，坡面需覆蓋塑料薄膜，防止48h內(nèi)降雨的沖刷。低溫季節(jié)施工需要覆蓋地膜以保證種子發(fā)芽所需的溫度。前期養(yǎng)護(hù)每天霧狀灑水一次保持坡面濕潤(rùn)，發(fā)芽期濕潤(rùn)厚度3～5cm，幼苗期逐漸增到5～15cm，養(yǎng)護(hù)45d(其結(jié)構(gòu)圖見圖1)。

圖1 掛網(wǎng)噴植結(jié)構(gòu)

6 噴植效果分析

2017年4月，月潭水庫右岸壩肩及消力池高邊坡開挖面噴植施工完成，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)及商情檢測(cè)，施工8至10天后，噴植的混凝土中種子開始發(fā)芽。2個(gè)月后，種子根系發(fā)達(dá)且充分深入巖石縫隙，使噴植的混凝土中種子具備了自由生長(zhǎng)的土壤環(huán)境和條件，出露巖面部分根莖粗壯、分蘗充分，整個(gè)巖石表面基本全部被綠色的植物覆蓋。初步估算，植物覆蓋率達(dá)到了95%以上，基本實(shí)現(xiàn)了開挖巖面的全面綠化，且噴植的混凝土綠化效果基本與周邊自然環(huán)境一致。遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去，很難區(qū)分哪些巖面區(qū)域是“自然”坡面區(qū)域，哪些巖面區(qū)域是“噴涂”坡面區(qū)域，充分證明，噴植的混凝土具有良好的周邊協(xié)調(diào)性。

開挖的巖石邊坡穩(wěn)定方面，因?yàn)樵诔尚偷膸r石坡面上按一定密度植入了鋼筋錨桿，并在錨桿頂端的巖石表面加掛了鍍鋅鐵絲網(wǎng)，不僅避免了邊坡的碎石滑落，使其牢牢的穩(wěn)固在巖石邊坡表層，而且使開挖的巖石形成了一個(gè)鉚筋巖石整體，從某種意義上解釋，比自然坡面更具穩(wěn)定性?？⒐?個(gè)月后，經(jīng)深入探查，發(fā)達(dá)的植物根系填充了整個(gè)巖石縫隙，像粘結(jié)材料一樣連接了巖石，加強(qiáng)了巖石與巖石之間的穩(wěn)固，更進(jìn)一步防止了巖石松動(dòng)，鞏固了巖石邊坡穩(wěn)定。經(jīng)過兩個(gè)雨季的檢驗(yàn)，目前，邊坡穩(wěn)定性能良好，植被依舊茂盛(實(shí)施前后對(duì)比見圖2)。

7 結(jié) 語

水庫建設(shè)過程中，高邊坡開挖的傳統(tǒng)處理方法為噴涂砂漿混凝土，此方法不僅美感較差，而且無法恢復(fù)原有的自然生態(tài)環(huán)境，不具觀賞性。為了適應(yīng)自然、恢復(fù)自然，月潭水庫高邊坡開挖處理工程采用了噴植混凝土技術(shù)，在確保開挖的陡峭巖石面整體穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，大大改善了月潭水庫兩岸高邊坡的景觀環(huán)境，恢復(fù)了被破壞的自然植被，防止了水土流失，保護(hù)了周圍生態(tài)環(huán)境，為月潭水庫下步旅游開發(fā)奠定了良好基礎(chǔ)，生態(tài)及社會(huì)效益顯著。