植被混凝土在高陡邊坡生態(tài)治理中的應(yīng)用

蘇富赟 宋濤 陳國(guó)桃 焦?jié)?/p>

（1甘肅土木工程科學(xué)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730020；2甘肅鵬宇生態(tài)建設(shè)工程有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 前言

植被混凝土是一種新型混合材料，在為植被生長(zhǎng)提供條件的同時(shí)可以起到一定的護(hù)坡作用[1]。工程建設(shè)中為防止邊坡垮塌需要進(jìn)行邊坡防護(hù)，或由于人為破壞需要進(jìn)行生態(tài)治理及修復(fù)，因此植被混凝土生態(tài)治理技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用[2]。現(xiàn)有做法是將混凝土和植物種子混合成噴射基材，將混合物噴射至邊坡上，待植被混凝土凝結(jié)固化后，利用植物生長(zhǎng)恢復(fù)邊坡的生態(tài)環(huán)境[3]。但是，該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也存在不足。

使用水泥作為膠結(jié)劑制備植被混凝土?xí)r，雖基材和邊坡之間的牢固性好，但水泥易造成土壤結(jié)構(gòu)不良、易板結(jié)，基材中沒(méi)有足夠的空氣和水等適合植物生長(zhǎng)的要素，也不利于有機(jī)物降解和微生物小環(huán)境的形成，導(dǎo)致植被種子發(fā)芽率和成活率較低。此外，由于西北地區(qū)干旱少雨，土壤鹽堿化嚴(yán)重，土壤本身的pH值相對(duì)較高，若使用水泥做膠結(jié)劑，水泥水化后產(chǎn)生Ca(OH)2，pH值會(huì)繼續(xù)增大，通常會(huì)大于14，不利于植物的生長(zhǎng)。

如果用純泥土作為噴射基材，雖適合植物生長(zhǎng)，但噴射基材和邊坡之間的牢固程度卻受到一定的影響，且植被混凝土的強(qiáng)度和耐久性往往達(dá)不到要求，不能穩(wěn)定附著在坡面上，受雨水沖刷或?yàn)R蝕作用時(shí)起不到邊坡防護(hù)作用。

基于上述原因，本文利用材料學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，結(jié)合工程力學(xué)、土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)和植物學(xué)等學(xué)科，對(duì)原有植被混凝土進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，形成一種新的植被混凝土技術(shù)。該技術(shù)克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，在生態(tài)治理方面更有利于植物的生長(zhǎng)，強(qiáng)度和耐久性也得到了增強(qiáng)，可以防止水土流失，達(dá)到有效護(hù)坡、固坡的目的，同時(shí)美化了景觀[4-5]。

1 植被混凝土技術(shù)改進(jìn)方案

由于植被混凝土需要集透水、透氣、植生及防沖刷于一體，起到對(duì)小生態(tài)圈恢復(fù)與調(diào)節(jié)的作用，平衡混凝土與植物生長(zhǎng)的關(guān)系，所以本文通過(guò)配合比設(shè)計(jì)以及有效物料的構(gòu)成，形成一種綜合性能優(yōu)異的植被混凝土。具體方案如下：

1）在植被混凝土中用炒制的磷石膏取代部分水泥，由于磷石膏不僅水化后產(chǎn)生強(qiáng)度，還可與粉煤灰、硅灰、壤土等物質(zhì)繼續(xù)反應(yīng)，進(jìn)一步提高植被混凝土強(qiáng)度及其他性能，同時(shí)磷石膏本身又是一種肥料，不僅能夠調(diào)節(jié)pH值，還能增強(qiáng)基材的肥力。

2）在植被混凝土中添加適量的無(wú)機(jī)纖維取代有機(jī)纖維或植物纖維，由于其具有耐久性好、不易降解、抗老化的特點(diǎn)，可長(zhǎng)時(shí)間在植被混凝土中起到纏繞作用，提高了植被混凝土的耐久性，同時(shí)解決了有機(jī)纖維或植物纖維降解、老化的問(wèn)題。

3）在植被混凝土中使用無(wú)機(jī)多孔材料，從而提高植被混凝土的孔隙率，起到保水、養(yǎng)分緩釋的作用，為植物提供必要的生長(zhǎng)條件，同時(shí)可以有效降低植被混凝土的容重，降低邊坡的荷載。

4）在植被混凝土中使用粉煤灰、硅灰、粒化高爐礦渣微粉等工業(yè)廢棄物，不僅變廢為寶，固廢循環(huán)利用，還能充當(dāng)膠凝材料，可與水泥水化產(chǎn)物反應(yīng)進(jìn)而降低基材的pH值，提高植被混凝土強(qiáng)度。

通過(guò)上述技術(shù)，不僅能提高植被混凝土綜合性能，還可為植物生長(zhǎng)提供更適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，更好地保護(hù)生態(tài)環(huán)境。該技術(shù)在實(shí)際工程中得到了應(yīng)用，并取得良好的效果。

2 實(shí)際工程應(yīng)用

2.1 工程現(xiàn)狀

該項(xiàng)目在某水利樞紐壩址上游黃泥包附近的左岸山梁上，距壩址約9.0km，地形較陡。料場(chǎng)開(kāi)采范圍為EL780m～EL585m，EL750m以上各級(jí)邊坡最終開(kāi)挖坡比為1:1.5，馬道寬度8m；EL750m～EL720m邊坡坡比為1:1；EL720m～EL705m邊坡坡比為1:0.75；EL705m～EL690m邊坡坡比為1:0.5；EL690m～EL645m邊坡坡比為1:0.3；EL735m馬道寬4m；EL735m以下馬道寬2m。對(duì)EL750m～EL650m邊坡采用掛網(wǎng)噴混凝土、間距3m×3m錨桿、排水孔、鎖口錨桿等形式進(jìn)行支護(hù)。項(xiàng)目占地面積約17.14km2，占地類型為林地。

2.2 場(chǎng)地氣象

該項(xiàng)目所在子午河流域?qū)俦眮啛釒駶?rùn)、半濕潤(rùn)性氣候，四季分明，夏無(wú)酷暑，冬無(wú)嚴(yán)寒，春季升溫迅速、間有“倒春寒”現(xiàn)象，秋季濕潤(rùn)多連陰雨。據(jù)1961～2010年氣象統(tǒng)計(jì)資料，多年平均氣溫12.3℃，極端最高氣溫37.4℃，極端最低氣溫-16.4℃；多年平均日照時(shí)數(shù)1855.4h，大于等于10℃的有效積溫為3976℃，多年平均降水量903mm，多年平均蒸發(fā)量1206mm；多年平均風(fēng)速1.2m/s，最大風(fēng)速12.3m/s，風(fēng)向SSW，多年平均相對(duì)濕度74%；最大凍土深度13cm。

2.3 邊坡生態(tài)治理總體方案

料場(chǎng)開(kāi)采情況和邊坡生態(tài)治理區(qū)域劃分見(jiàn)圖1。開(kāi)挖的邊坡可分土石邊坡及巖石邊坡，1號(hào)區(qū)域（紅色區(qū)域）為土石邊坡，采用液力噴播+覆蓋植生毯工藝進(jìn)行生態(tài)治理；2號(hào)區(qū)域（黃色區(qū)域）為巖石邊坡，采用植被混凝土生態(tài)修復(fù)技術(shù)；3號(hào)區(qū)域（藍(lán)色區(qū)域）為巖石邊坡，采用高次團(tuán)粒噴播技術(shù)。本文主要討論2號(hào)區(qū)域植被混凝土生態(tài)修復(fù)技術(shù)。

圖1 料場(chǎng)開(kāi)采情況和邊坡生態(tài)治理區(qū)域劃分

2.4 植被混凝土生態(tài)修復(fù)技術(shù)實(shí)施方案

根據(jù)邊坡地理環(huán)境、邊坡坡度、巖石性質(zhì)、生態(tài)修復(fù)效果等確定植被混凝土各組分的配比。在不顯著影響植被混凝土基材強(qiáng)度條件下，調(diào)節(jié)基材物理化學(xué)特性和生物特性，以期為植物提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境，達(dá)到生態(tài)治理的效果。植被混凝土生態(tài)治理技術(shù)見(jiàn)圖2所示。

圖2 植被混凝土生態(tài)恢復(fù)技術(shù)示意圖

2.4.1 施工工藝流程

測(cè)量放線→巖面清理→錨釘施工→生態(tài)棒固定→鋪裝鋼絲網(wǎng)片→潤(rùn)濕坡面→噴射植被混凝土→養(yǎng)護(hù)→驗(yàn)收。

2.4.2 植物種子配比表

進(jìn)行植被混凝土生態(tài)治理修復(fù)時(shí)，要充分考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、地域特色、視覺(jué)美學(xué)、物種的多樣性、植物的生長(zhǎng)性以及植被持續(xù)潛能等多方面因素合理選擇植物種子。該項(xiàng)目考慮綜合因素后選取的植物種子配比見(jiàn)表1。

表1 植被混凝土植物種子配比表

2.5 實(shí)施過(guò)程及實(shí)施后效果

先在巖體上鋪鋼絲網(wǎng)片，并用錨釘或錨桿固定。按照配合比要求，準(zhǔn)確稱量植被混凝土各組分，將其攪拌均勻后噴射到巖石坡面，一般分2次噴射?；鶎訃娚?-8cm，面層噴射2-3cm，面層中必須攪拌植物種子。噴射完畢后，覆蓋無(wú)紡布保墑防曬，防止水分快速蒸發(fā)，同時(shí)也對(duì)植被混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

圖5 治理后現(xiàn)場(chǎng)照片

實(shí)施一周后，種子陸續(xù)發(fā)芽。大約2個(gè)月后，坡面基本綠草成坪。植被混凝土由于自身強(qiáng)度也起到抗雨水沖刷作用。圖3為治理前現(xiàn)場(chǎng)照片，圖4為治理后運(yùn)行一年的照片。從圖4可以看出，尤其是圖4(c)，治理后的邊坡基本與周圍環(huán)境混為一體。從工程實(shí)際效果來(lái)看，改進(jìn)后的植被混凝土技術(shù)，無(wú)論是技術(shù)可行性，還是經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益，都具有一定的優(yōu)勢(shì)。該技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于巖石邊坡、混凝土邊坡以及廢棄礦區(qū)等高陡邊坡的生態(tài)治理項(xiàng)目。

圖4 治理前現(xiàn)場(chǎng)照片

3 結(jié)論

從治理實(shí)施后一年多的觀察情況看，改進(jìn)后的植被混凝土用于高陡邊坡的生態(tài)治理，耐雨水沖刷性能提高，植物長(zhǎng)勢(shì)良好，可防止水土流失和滑坡，起到涵養(yǎng)水源的作用，對(duì)生態(tài)保護(hù)的意義十分明顯。

通過(guò)實(shí)際工程可知，技術(shù)改進(jìn)后的植被混凝土用于高陡邊坡的生態(tài)治理，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)效益與工程技術(shù)的統(tǒng)一，對(duì)破壞后的邊坡治理效果明顯，可廣泛應(yīng)用于巖石邊坡、混凝土邊坡以及廢棄礦區(qū)等高陡邊坡的生態(tài)治理項(xiàng)目。