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    高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)試驗(yàn)

    2022-05-09 07:51:06張鵬程孟文濤頡保亮
    地質(zhì)學(xué)刊 2022年1期
    關(guān)鍵詞:噴播巖質(zhì)黏合劑

    張鵬程, 孟文濤, 盧 剛, 頡保亮

    (地球化學(xué)勘查與海洋地質(zhì)調(diào)查研究院, 江蘇南京210007)

    0 引 言

    隨著生態(tài)文明建設(shè)的開展,大量破損山體的修復(fù)逐漸提上日程。由于多種原因,多數(shù)破損山體邊坡高陡,坡面巖體裸露。在治理地質(zhì)災(zāi)害隱患的同時,若不進(jìn)行生態(tài)修復(fù),會留下灰色的“傷疤”,造成嚴(yán)重的視覺污染,既不利于環(huán)境保護(hù)和生態(tài)恢復(fù),也不利于鞏固地質(zhì)災(zāi)害隱患的治理效果,在長期內(nèi)外動力作用下,還可能誘發(fā)二次災(zāi)害。雖然自然恢復(fù)可以實(shí)現(xiàn)破損山體的生態(tài)平衡與植被覆蓋,但其周期較長、效果不理想,所以進(jìn)行人工生態(tài)恢復(fù)十分必要。

    馬澗通道位于江蘇連云港云臺山風(fēng)景名勝區(qū)內(nèi),緊鄰公路,邊坡高陡,大部分巖體裸露,尤其是中上部分坡體層面節(jié)理發(fā)育,裸露巖體與周邊良好的自然環(huán)境很不協(xié)調(diào),影響了風(fēng)景區(qū)的形象,又因位于城市入口處,嚴(yán)重影響了城市的整體形象。

    高陡巖質(zhì)邊坡立地條件差,水熱容量小,不具備植物生長所必需的土壤環(huán)境,其生態(tài)修復(fù)是目前山體生態(tài)恢復(fù)的一大難題。業(yè)界對此提出了眾多的生態(tài)修復(fù)方法,一般分為槽穴構(gòu)筑類(李亞欽等,2007;秦品光等,2013)、懸掛類及噴播類(章夢濤等,2004;李守升, 2009)。從生態(tài)修復(fù)的施工及成本來看,采用較為常用的噴播法。

    噴播生態(tài)修復(fù)方法根據(jù)采用的黏合劑和改良劑等分為不同的噴播方法(周正軍等,2010;李春林等,2011;蘭虎林等,2011;劉大翔等,2012;楊會橋,2016),均取得了理想的修復(fù)效果。李燦等(2019)指出,需深入研發(fā)適用于巖質(zhì)邊坡的植生基材,合理選取基材配比,規(guī)范施工工藝,在保證較好的綠化效果下降低成本;夏冬等(2018)指出,在露天礦巖質(zhì)邊坡修復(fù)過程中,需根據(jù)礦區(qū)地質(zhì)、氣候、土壤、生物、開采現(xiàn)狀等調(diào)查,充分考慮邊坡高度、坡面角、巖體空間結(jié)構(gòu)幾何信息、巖體風(fēng)化程度及巖體質(zhì)量等級對生態(tài)重建方案選取的影響。

    因此需開展生態(tài)修復(fù)試驗(yàn),以指導(dǎo)馬澗通道邊坡的生態(tài)修復(fù)工作,實(shí)現(xiàn)環(huán)境與工程的共贏。

    1 試驗(yàn)方案

    主要采用原地土壤作原材料,根據(jù)現(xiàn)有的噴播方法選擇不同的黏合劑配置噴播基質(zhì),通過對施工過程、基質(zhì)沖蝕、種子發(fā)芽及后續(xù)綠化效果進(jìn)行連續(xù)跟蹤觀察,確定采用不同黏合劑的生態(tài)基質(zhì)的效果。噴播基質(zhì)的配比參照不同噴播方法的一般配比(表1)。采用的黏合劑分別為普通黏合劑、高分子黏合劑和水泥黏合劑。

    表1 噴播基材配比Table 1 Ratio of spraying substrate

    2 試驗(yàn)概況

    2.1 試驗(yàn)區(qū)域

    選擇邊坡一級約3 000 m2區(qū)域,分成3個小區(qū)域,開展3種不同黏合劑噴播試驗(yàn),試驗(yàn)段如圖1、圖2所示。

    圖1 試驗(yàn)位置圖Fig. 1 Test location map

    圖2 邊坡坡面示意圖Fig. 2 Schematic diagram of the slope surface

    2.2 試驗(yàn)對比

    通過普通黏合劑噴播、高分子黏合劑噴播、水泥黏合劑噴播進(jìn)行生態(tài)修復(fù)試驗(yàn),具體分布區(qū)域見圖3。

    2.3 試驗(yàn)成果

    2.3.1 施工 普通黏合劑和水泥噴播采用濕噴法進(jìn)行,需在坡面進(jìn)行人工作業(yè),施工進(jìn)度較慢,存在一定的安全隱患。

    高分子黏合劑的噴播采用液力噴播,其噴射揚(yáng)程高、覆蓋范圍大,利于大面積施工。噴射基質(zhì)的含水量較高、流動性大,對于坡度較陡的坡面基質(zhì)附著能力差,在坡面上呈緩慢流動狀(圖4)。在后續(xù)施工中可通過多次分層補(bǔ)噴保證每層基質(zhì)的黏結(jié)時間,從而達(dá)到減少基質(zhì)流動的效果。要求用于基質(zhì)配置的土壤顆粒較細(xì),否則容易堵塞噴射管道。由于一般采用噴播車進(jìn)行,因此對施工場地也有一定的要求。

    2.3.2 抗沖蝕性 采用普通黏合劑的基質(zhì)抗沖蝕性較差(圖5),人工澆水時形成的局部細(xì)流就能沖蝕坡面的基質(zhì)。

    高分子黏合劑噴播的高分子聚合物具有改善土體結(jié)構(gòu)、提高土體力學(xué)機(jī)械性能、增強(qiáng)土體抗沖刷特性等優(yōu)點(diǎn)。使用高分子黏合劑噴播后,土壤與纖維、纖維與纖維之間黏合力更強(qiáng),可有效防止風(fēng)雨造成的土壤流失。圖6為高分子黏合劑噴播完成后經(jīng)歷2場大雨的前后對比,未見明顯沖蝕現(xiàn)象。

    對比施工完成時和雨后現(xiàn)場(圖7)發(fā)現(xiàn),水泥黏合劑噴播的生態(tài)基質(zhì)未見明顯沖蝕,僅在臨近坡面溢流槽處,上部排水形成的較大水流從溢流槽溢出,對臨近的水泥黏合劑噴播基質(zhì)沖蝕較大。

    圖7 水泥黏合劑噴播區(qū)雨水沖蝕前(a)后(b)對比Fig. 7 Comparison before (a) and after (b) rainwater erosion in the cement adhesive spraying area

    2.3.3 生長及綠化效果 普通黏合劑噴播后約1周基本生長發(fā)芽,其他兩區(qū)施工完成后約2周基本發(fā)芽,滯后約1周。對比不同時段的生長情況(圖8)發(fā)現(xiàn),普通噴播區(qū)因基質(zhì)流失,綠化覆蓋率及植物生長情況相對較差;其他兩區(qū)綠化效果相差不大。

    圖8 3種噴播修復(fù)前(a)后(b)綠化效果對比Fig. 8 Comparison of greening effects before (a) and after (b) spraying restoration

    3 結(jié) 論

    巖質(zhì)邊坡修復(fù)是一項(xiàng)復(fù)雜的長期工程,對采用普通黏合劑、高分子黏合劑和水泥黏合劑的噴播工藝及效果進(jìn)行跟蹤分析,總結(jié)其施工工藝、基質(zhì)流失及綠化效果等特點(diǎn),發(fā)現(xiàn)下列規(guī)律,為高陡巖質(zhì)邊坡大范圍生態(tài)修復(fù)中修復(fù)基質(zhì)的選擇提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

    (1)普通黏合劑噴播基質(zhì)流失較大,其他2種黏合劑噴播基質(zhì)抗沖蝕性較好。

    (2)高分子黏合劑噴播采用液力噴播,施工較為便利。

    (3)高分子黏合劑及水泥黏合劑噴播基質(zhì)發(fā)芽較晚,綠化效果較好。

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