一種公路土坡掛渣快速?gòu)?fù)綠施工技術(shù)

黃文鋒, 鄭晶星, 李格雷, 陳健華, 劉壯

(1.南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司工程建設(shè)管理分公司, 廣東 廣州 510630； 2.中國(guó)電建集團(tuán)江西省水電工程局有限公司)

1 前言

抽水蓄能電站構(gòu)筑物主要由上水庫(kù)、下水庫(kù)、水道和地下廠房組成，在用電低峰期，下水庫(kù)一部分水量被抽取至上水庫(kù)進(jìn)行蓄能；在用電高峰期，上水庫(kù)一部分水量被排放至下水庫(kù)進(jìn)行發(fā)電。抽水蓄能電站啟動(dòng)迅速，運(yùn)行靈活，在調(diào)節(jié)能源合理使用、提高電力安全可靠性和優(yōu)化電網(wǎng)網(wǎng)架布局等方面發(fā)揮著重要作用，目前在國(guó)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。

上下庫(kù)連接公路是抽蓄電站場(chǎng)內(nèi)施工和運(yùn)行主干道，常按3級(jí)公路設(shè)置，路基寬度(包含排水溝)較窄，約9 m。當(dāng)上、下水庫(kù)之間的距離與高差之比較小，公路沿線陡坡多，采用機(jī)械設(shè)備開(kāi)挖難以避免松土脫落下滑，在坡面上形成松散、厚度分布不均勻的掛渣，在雨季易被沖刷，表面形成一系列條狀土溝，沖刷物向邊坡下部流動(dòng)，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不利影響。

根據(jù)廣東沿海地區(qū)天氣多年統(tǒng)計(jì)，降雨集中在每年3—9月，3—5月中旬以局部中大雨與梅雨為主，5—6月以汛期中雨和大暴雨為主，7—9月以臺(tái)風(fēng)較多，秋冬期間雨量少。近年來(lái)，工程建設(shè)生態(tài)要求越來(lái)越高。如何快速創(chuàng)造綠色環(huán)境，提升復(fù)綠整體質(zhì)量水平，滿足防洪度汛面貌要求，成為工程建設(shè)的關(guān)鍵。為取得快速?gòu)?fù)綠效果，確保土坡掛渣穩(wěn)定，該文在考慮雨季影響的條件下，采用一種按土渣整平、刨穴或刨溝、草種撒播為先后順序的施工技術(shù)，選取適當(dāng)草種對(duì)廣東梅州抽水蓄能電站上下庫(kù)連接公路土坡掛渣開(kāi)展復(fù)綠。

2 施工技術(shù)

2.1 土工處理

公路土坡開(kāi)挖掛渣黏結(jié)力低，內(nèi)摩擦力小、雨后含水率高，處于松散狀態(tài)，需采取以下處理保證掛渣穩(wěn)定、防止沖刷：① 降低雨水對(duì)掛渣的沖刷影響;② 降低掛渣含水率；③ 促進(jìn)掛渣有效固結(jié)；④ 筋材加固。常用施工方法見(jiàn)表1。

表1 施工方法

綜合表1所列優(yōu)缺點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)適用角度考慮，研究采用如下方法：

(1) 采用土渣刨穴或刨溝方式，降低土渣在草被有效形成前雨水對(duì)掛渣的沖刷影響。

(2) 在穴、溝內(nèi)撒播根系發(fā)達(dá)的草種，既可使根系快速發(fā)育進(jìn)入原狀土，起拉拔作用加固松散土渣，又可利用雨水沖刷后少量掛渣滑動(dòng)對(duì)草種的覆蓋進(jìn)行保護(hù)，給根系創(chuàng)造吸水環(huán)境，降低掛渣含水率，促進(jìn)土渣有效固結(jié)。

(3) 在上述兩點(diǎn)基礎(chǔ)上，隨著根系和草被不斷成長(zhǎng)，根系筋材作用不斷加強(qiáng)，草被分散雨水，從而逐漸保證掛渣穩(wěn)定。

土渣防沖刷處理按穴狀布置和溝狀布置兩種方式,見(jiàn)圖1。

圖1 穴或溝布置(單位：cm)

穴狀布置如下：為防止土渣進(jìn)一步流動(dòng)滑落，先整平土渣，厚度按20～40 cm控制；在坡面上按平均距離50～100 cm范圍內(nèi)方形布置刨穴，刨穴最大深度為土渣覆蓋深度,即穴內(nèi)最深處接觸原狀土表面；穴水平寬度按30～40 m控制。

溝狀布置如下：先將土渣整平，厚度同樣按20～40 cm控制，在坡面上沿公路中心線方向按平均距離為50～100 cm進(jìn)行刨溝；刨溝最大深度為土渣覆蓋深度，即坑內(nèi)最深處接觸原狀土表面；刨溝水平寬度按30～40 cm控制。

2.2 草種選擇

對(duì)比中國(guó)一些草種在部分高速公路生態(tài)防護(hù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，該文統(tǒng)計(jì)了適宜廣東地區(qū)抽蓄電站山地公路快速綠化、同時(shí)防止土質(zhì)砂化的草種, 列出其優(yōu)缺點(diǎn)，詳見(jiàn)表2。

山地公路掛渣復(fù)綠需綜合考慮當(dāng)?shù)靥鞖鉅顩r、種植時(shí)間、地質(zhì)狀況、海拔、邊坡坡度5方面主要因素。

表2 綠化草種

續(xù)表2

(1) 天氣狀況。旱季施工方便，需注意催肥和淋?chē)?，可按尿素催芽、氮肥補(bǔ)養(yǎng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，補(bǔ)充水分可早晚各一次。當(dāng)坡面復(fù)綠面積小，補(bǔ)充水分可采用移動(dòng)灑水罐車(chē)；當(dāng)坡面復(fù)綠面積大，可設(shè)置臨時(shí)生態(tài)水管，每隔10～30 m范圍內(nèi)設(shè)置自動(dòng)淋?chē)娧b置。雨季可省略補(bǔ)水養(yǎng)護(hù)，根據(jù)植物生長(zhǎng)狀態(tài)適當(dāng)補(bǔ)充化學(xué)養(yǎng)分。

(2) 種植時(shí)間。一般地，南方地區(qū)春夏季降雨充沛，種植時(shí)間較為理想，秋季逐漸進(jìn)入干旱期，植被補(bǔ)水養(yǎng)護(hù)工作量大，催芽后進(jìn)入冬季寒冷期間生命力較弱，對(duì)草被生長(zhǎng)存在一定影響。

(3) 地質(zhì)狀況。當(dāng)開(kāi)挖的土渣為黏土和粉質(zhì)黏土?xí)r，對(duì)植被生長(zhǎng)較有利，化肥消耗量??；當(dāng)為砂土，土質(zhì)較差時(shí)，化肥消耗量大。

(4) 海拔。根據(jù)植被特性，部分草種生長(zhǎng)狀態(tài)受溫度影響較大。在海拔600 m以上區(qū)域，不采用蟛蜞菊和沿階草。當(dāng)海拔400 m以上，對(duì)照表2的其他草類(lèi)，應(yīng)考慮在冬季來(lái)臨之前，草被應(yīng)形成，以增強(qiáng)冬季生命力。

(5) 邊坡坡度。經(jīng)調(diào)研，當(dāng)邊坡坡度在40°范圍內(nèi)，表2所列各類(lèi)草種均對(duì)邊坡穩(wěn)定起較好的作用。但當(dāng)坡度大于45°后，尤其對(duì)砂土邊坡，象草根部橫向種植可直接起土工筋材作用，效果更佳。

2.3 相互影響

結(jié)合表2的草種類(lèi)型，對(duì)廣東東區(qū)高速公路邊坡混合草類(lèi)種植進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，狗牙根和百喜草草種單獨(dú)撒播或者混合1∶1搭配，均能取得較佳的景觀效果；蟛蜞菊單獨(dú)種植花期效果更佳，但適宜海拔較低地方。山毛豆、爬山虎、蟛蜞菊和象草宜單獨(dú)種植。3級(jí)公路邊坡較為常用的混合搭配是先按1∶1比例撒播狗牙根和百喜草草種，再撒播山毛豆，這種組合主要體現(xiàn)為：3～9個(gè)月狗牙根和百喜草成長(zhǎng)較好， 9個(gè)月后山毛豆開(kāi)始陸續(xù)吐芽，后期狗牙根和百喜草開(kāi)始干枯，山毛豆根系發(fā)達(dá)，開(kāi)枝散葉逐漸快速成長(zhǎng)為灌木，侵蝕其他草種，覆蓋整個(gè)坡面。爬山虎前期生長(zhǎng)相對(duì)緩慢，后期布滿整個(gè)坡面，易侵蝕軟弱草種。象草生命力強(qiáng)，成長(zhǎng)快，對(duì)其他草種影響大。綠化施工中，爬山虎和象草生命力強(qiáng)，蟛蜞菊(趴地菊)生長(zhǎng)能力相對(duì)弱，一般采用單獨(dú)搭配。

3 工程實(shí)例

梅州抽水蓄能電站上下庫(kù)連接公路位于廣東五華縣龍村鎮(zhèn)黃獅村內(nèi)，全長(zhǎng)7.2 km，工程處于漢江流域范圍，海拔400～800 m，氣候溫和多雨，平均溫度20.6 ℃，極端溫度-1 ℃，多年平均降雨量為1 400～1 700 mm，4—9月占全年降雨量70%以上，臺(tái)風(fēng)多發(fā)。

受地形地質(zhì)條件和機(jī)械開(kāi)挖技術(shù)影響,部分路基及擋墻開(kāi)挖后，公路外側(cè)土坡存在掛渣，掛渣為松散黏土夾砂土，少部分區(qū)域存在碎石，厚度20～50 cm，雨季容易造成沖刷，表面形成一系列條狀土溝，給水土保持和邊坡安全造成不利影響。為防止雨季土坡被沖刷，保證掛渣復(fù)綠質(zhì)量，滿足防洪度汛要求，梅州蓄電站于2017年4月對(duì)其進(jìn)行了復(fù)綠。

3.1 草種配置

結(jié)合工區(qū)極限氣溫、海拔、地形和地質(zhì)、掛渣種類(lèi)等情況，按土的分類(lèi)列出了草種配置(表3)。根據(jù)工后土壤滲透性特征，并考慮回收，Ⅰ類(lèi)土渣選擇了象草?；诠费栏桶傧膊萘己玫奈阅埽蝾?lèi)土選擇狗牙根百喜草混合；基于對(duì)碎石的美觀覆蓋，蟛蜞菊作補(bǔ)充?？紤]海拔增高，土壤養(yǎng)分偏低，Ⅲ類(lèi)土渣復(fù)綠選擇象草。

3.2 土工處理

針對(duì)掛渣厚度分布不均，刨穴和刨溝施工前，對(duì)掛渣表面進(jìn)行了平整，利用鍬、鋤、鎬作業(yè)，工后厚度平均控制在30 cm。刨穴和刨溝寬度40 cm，最大深度為30 cm，間距控制為70 cm，起延緩水流沖刷作用。

3.3 草種撒播

在草種撒播過(guò)程中，理想狀態(tài)下機(jī)械噴播質(zhì)量較好。采用人工撒播時(shí)，播種量在機(jī)械噴播基礎(chǔ)上增加20%～30%。

表3 草種配置

4 結(jié)果

4.1 綠化覆蓋率

經(jīng)觀測(cè)，無(wú)論刨穴或刨溝，穴、溝在雨季維持兩個(gè)月內(nèi)逐漸消失，恢復(fù)至土渣整平時(shí)狀態(tài)，但在此過(guò)程中起到了延緩雨水沖刷破壞作用。1個(gè)月后各類(lèi)草種已吐出幼苗，根部水分飽滿，根系入土深度20 cm，土渣含水率相比復(fù)綠前有所降低，土坡表觀淡綠稀疏相間；兩個(gè)月后已開(kāi)始成苗，土坡處于黃綠相間狀態(tài)，各類(lèi)草種根系入土深度達(dá)到約30 cm，土渣趨向穩(wěn)定。3個(gè)月后坡面呈綠色狀態(tài)，綠化覆蓋率達(dá)到90%以上，各類(lèi)草的根系已完全進(jìn)入原狀土，土渣處于穩(wěn)定狀態(tài)。在前期3個(gè)月內(nèi)，遇兩次暴雨，所種植的狗牙根和百喜草中存在12%局部區(qū)域受到一定的雨水沖刷，形成了少量土溝，雨后對(duì)其進(jìn)行了恢復(fù)。相比而言，象草根部具有筋材作用，未見(jiàn)造成影響。以上幾種綠化覆蓋率效果成本控制為15元/m2以?xún)?nèi)。

4.2 養(yǎng)護(hù)

在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，象草養(yǎng)分需求較少，化肥用量少，與其耐貧瘠、生命力強(qiáng)特性有關(guān)。其余草種補(bǔ)水養(yǎng)護(hù)需要晴天和陰天早晚各灑水1次，在長(zhǎng)芽后每月補(bǔ)充1次復(fù)合有機(jī)肥，其中，狗牙根和百喜草混合搭配需求肥料稍多，100 m2配置20 kg?？紤]開(kāi)花需要，蟛蜞菊在施加氮肥的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充少量磷肥，但補(bǔ)充量不大，100 m2按20 kg配置。所選草種在進(jìn)入冬季后，出現(xiàn)了-1 ℃極限氣溫，70%區(qū)域葉面枯黃，至第二年春天自然復(fù)綠。因后期象草生長(zhǎng)較高較密，干旱季節(jié)加強(qiáng)了防火設(shè)置。

4.3 植被表土

后期發(fā)現(xiàn)，在極少區(qū)域存在植被表土清理后形成的土渣，在未采取任何措施的情況下，3個(gè)月后原生灌木植被已成長(zhǎng)，刨挖后發(fā)現(xiàn)土渣穩(wěn)定,說(shuō)明植被表土具有較強(qiáng)的復(fù)綠作用。

5 結(jié)論

水電工程公路路基施工采用機(jī)械開(kāi)挖，雖在工序上盡量避免掛渣，但在狹窄線路的陡坡上施工難以避免掛渣滑動(dòng)脫落至邊坡上，雨季施工對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定影響。通過(guò)對(duì)土渣整平，利用刨穴和刨溝再進(jìn)行草種撒播的土工處理，得到以下結(jié)論：

(1) 刨穴、刨溝設(shè)置在草被有效形成前可有效防止雨水對(duì)坡面掛渣沖刷的影響。

(2) 所選擇的狗牙根、百喜草、象草較為適合南方抽水蓄能電站公路施工土坡掛渣處理，可快速取得良好的掛渣穩(wěn)定性和復(fù)綠效果，其中象草的筋材作用效果更佳，經(jīng)濟(jì)效果好。

(3) 植被表土是抽水蓄能電站的珍貴資源，是可重復(fù)利用的自然復(fù)綠資源，在公路開(kāi)挖清表堆放過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行分類(lèi)，并可考慮應(yīng)用至石質(zhì)邊坡掛渣復(fù)綠。石質(zhì)邊坡掛渣中下部處于盲溝狀態(tài)，利用植被表土覆蓋填實(shí)，使其自然生長(zhǎng)復(fù)綠是一個(gè)新的研究方向。