固結(jié)植生生態(tài)治理技術(shù)施工工藝及質(zhì)量控制探究

金巧蘭，張 彬

（1.河南建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南鄭州 450000；2.黃河水利科學(xué)研究院，河南鄭州 450003）

水利水電工程是我國(guó)重點(diǎn)的民生及經(jīng)濟(jì)建設(shè)工程，對(duì)推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展具有重要的支撐作用，但同時(shí)帶來(lái)了諸多生態(tài)環(huán)境破壞問(wèn)題。土方開(kāi)挖、填筑等形成的大面積工程區(qū)裸露邊坡不僅破壞了原生生境，也極易在自然侵蝕作用下誘發(fā)一系列自然災(zāi)害，造成嚴(yán)重的安全隱患[1-2]。正確處理好水利資源開(kāi)發(fā)和生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)工程區(qū)綠水青山，消除邊坡安全隱患是目前應(yīng)解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

近10 年來(lái)，以植被自然恢復(fù)為核心的生態(tài)治理技術(shù)日漸成熟，主要有客土噴播技術(shù)、三維植被網(wǎng)噴播技術(shù)、植生袋技術(shù)等，在水利工程邊坡治理中發(fā)揮了很大作用[3-7]。其中，固結(jié)植生生態(tài)治理技術(shù)是黃河水利科學(xué)研究院在吸收客土噴播施工機(jī)械化程度高、簡(jiǎn)便快捷等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)材料創(chuàng)新研發(fā)與核心機(jī)理突破形成的新型生態(tài)治理技術(shù)，具有無(wú)需客土覆蓋即可改良原生土壤功能性狀，提升基體生產(chǎn)力，促進(jìn)植被生長(zhǎng)的顯著特征。本文結(jié)合陜西省咸陽(yáng)市長(zhǎng)武縣亭口鎮(zhèn)內(nèi)亭口水庫(kù)反調(diào)節(jié)蓄水工程開(kāi)挖邊坡生態(tài)恢復(fù)工作，探討了固結(jié)植生生態(tài)治理技術(shù)應(yīng)用于高陡黃土邊坡的施工工藝流程，明確了技術(shù)實(shí)施質(zhì)量控制要點(diǎn)及注意事項(xiàng)，并對(duì)工程實(shí)施效果進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

1 工程概況

亭口水庫(kù)反調(diào)節(jié)蓄水工程位于亭口水庫(kù)反調(diào)節(jié)庫(kù)區(qū)，開(kāi)挖邊坡分散分布于庫(kù)區(qū)進(jìn)山道路，坡面基體為濕陷性黃土，未設(shè)混凝土拱格梁。施工區(qū)域邊坡坡度（1 ∶0.75）～（1 ∶0.85），高3～55 m，每 2～12 m 高設(shè)一馬道，寬1～8 m。黃土邊坡板結(jié)嚴(yán)重，坡面陡峭，陽(yáng)坡蒸發(fā)量大，開(kāi)挖邊坡分散，均不臨近道路，施工養(yǎng)護(hù)不便。

2 固結(jié)植生技術(shù)施工工藝

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 施工工藝流程圖

2.2 施工技術(shù)要點(diǎn)

固結(jié)植生噴播主要施工設(shè)備包括液力噴播機(jī)1 臺(tái)、平板運(yùn)輸車1 輛、灑水車1 輛。

2.2.1 施工準(zhǔn)備

1）結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況選取合適施工月份，宜選擇在5—8 月，確保噴播工作結(jié)束后氣候條件適宜植被生長(zhǎng)，并制訂合理工期計(jì)劃，確定主要工期節(jié)點(diǎn)。

2）選定施工材料堆放及拌合區(qū)域，拌料場(chǎng)位置需靠近取水點(diǎn)，施工區(qū)域地面空曠且平整，不宜離噴播作業(yè)區(qū)域過(guò)遠(yuǎn)，施工區(qū)域至拌料場(chǎng)道路應(yīng)通暢平坦。

3）依據(jù)施工技術(shù)方案及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)劃分邊坡施工作業(yè)單元，并合理制定機(jī)噴作業(yè)路線，減少噴播設(shè)備冗余行進(jìn)路程，并確保噴播無(wú)死角，效率高。

2.2.2 坡面清理

自上而下清除邊坡表面松散的不穩(wěn)定石塊、垃圾及有害物質(zhì)，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)浮塵、滑坡、大塊石滾落等情況，清理過(guò)程中發(fā)現(xiàn)大面積空洞時(shí)應(yīng)用黃土進(jìn)行填平并擊實(shí)。處理后的坡面應(yīng)能滿足施工要求，保證機(jī)噴作業(yè)時(shí)坡面能順利掛漿。

2.2.3 草種設(shè)計(jì)

在建植草種選取時(shí)要以生態(tài)學(xué)基本原理為依托，盡量選擇根系發(fā)達(dá)、生長(zhǎng)迅速、抗逆性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)合理的鄉(xiāng)土植物，植物配置時(shí)應(yīng)滿足統(tǒng)一規(guī)劃，整體布局，將先鋒植物、中期植物和長(zhǎng)期植物合理搭配，可加快邊坡植被恢復(fù)和正向演替速度。同時(shí)要突出地域特色，因地制宜，必要時(shí)可兼顧景觀效應(yīng)。

2.2.4 材料配制

固結(jié)植生生態(tài)治理技術(shù)主要材料包括固結(jié)植生生態(tài)復(fù)合材料、高摩爾比脲甲醛緩釋肥、混播草種、噴播土、水。

1）固結(jié)植生生態(tài)復(fù)合材料可通過(guò)下滲作用對(duì)土壤顆粒進(jìn)行包裹—聯(lián)結(jié)—固化，形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，使土壤顆粒具有黏聚性和保水性，改良黃土邊坡土壤理化性狀，本次施工設(shè)計(jì)用量為0.02 kg·m-2。

2）高摩爾比脲甲醛緩釋肥可結(jié)合土壤基況及改良目標(biāo)要求自主調(diào)控肥效緩釋參數(shù)，為草種生長(zhǎng)提供充足持續(xù)的養(yǎng)分，持續(xù)提高土壤生產(chǎn)力，本次施工設(shè)計(jì)用量為0.15 kg·m-2。

3）混播草種選用高羊茅、披堿草、黑麥草、冰草和草木樨5 種植物。本次施工設(shè)計(jì)混播比例約為2 ∶1 ∶1 ∶1 ∶1，用量為25～30 g·m-2。在噴播作業(yè)前，宜對(duì)草種進(jìn)行泡水預(yù)處理，以結(jié)束草種的休眠期。

4）噴播土的主要作用是輸送草種和提高工程區(qū)邊坡表土含泥量，在邊坡噴播過(guò)程中不形成有效厚度，一般選用酸堿度適中的表層黏土和粉土，施用前應(yīng)剔除大塊碎石等雜物。

5）水，可就近選擇水源。

2.2.5 材料拌和及機(jī)械噴播

由于黃土邊坡土質(zhì)板結(jié)嚴(yán)重，含泥量低，較為貧瘠，故在噴播時(shí)采用雙層噴播設(shè)計(jì)。基層用定量的固結(jié)植生生態(tài)復(fù)合材料與水噴灑至坡體，提高黃土邊坡基質(zhì)的理化性能，提高土壤黏聚性和保水性；表層則是將上述材料按設(shè)計(jì)用量順序投放至液力噴播機(jī)料倉(cāng)進(jìn)行攪拌，保證草種等材料混合均勻，無(wú)離析現(xiàn)象，即可開(kāi)始噴播作業(yè)。噴播時(shí)，噴口應(yīng)與噴面呈10°～45°夾角，噴口沿螺旋型軌跡運(yùn)動(dòng)，凹凸部位及死角應(yīng)噴播充分。噴播時(shí)應(yīng)保證設(shè)備輸出壓力持續(xù)穩(wěn)定，當(dāng)水平輸送距離增長(zhǎng)或垂直輸送高度增加時(shí)可進(jìn)行引管操作。

2.2.6 養(yǎng)護(hù)管理

噴播工作結(jié)束后，應(yīng)在種子萌發(fā)期內(nèi)加強(qiáng)水肥管理，在灑水時(shí)應(yīng)盡量使用水霧覆蓋邊坡噴播區(qū)域，避免水流直接沖擊坡面，導(dǎo)致植生層脫落。同時(shí)，應(yīng)制訂區(qū)域性、靈活性的澆水養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，并結(jié)合天氣情況及土壤墑情實(shí)時(shí)調(diào)整灑水用量及頻次。如遇長(zhǎng)期高溫干旱等極端天氣，可調(diào)整為夜間養(yǎng)護(hù)，降低水分蒸發(fā)量。

3 質(zhì)量控制

3.1 草種萌發(fā)試驗(yàn)

建植草種質(zhì)量是決定噴播效果的前提條件。在噴播前，可采集現(xiàn)場(chǎng)土樣為基土，模擬固結(jié)植生技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)條件，進(jìn)行室內(nèi)擬種試驗(yàn)。定期澆水并觀察記錄，測(cè)試種子發(fā)芽率，以確定黃土邊坡土質(zhì)對(duì)植被發(fā)芽率的影響及生態(tài)基材對(duì)該土質(zhì)的適用性。

3.2 噴播中試試驗(yàn)

材料拌和濃度是影響噴播效果的重要因素，漿液濃度過(guò)大則噴播霧化效果較差，作用坡面后基材易滾落，掛漿效果不明顯；漿液濃度過(guò)小雖霧化效果良好，但難以有效附著在黃土板結(jié)邊坡，易流淌。因此，在開(kāi)展正式噴播工作前，應(yīng)進(jìn)行噴播中試試驗(yàn)，如圖2 所示。通過(guò)調(diào)整噴播土用量改變材料漿液濃度，并利用泥漿比重計(jì)進(jìn)行稱量，當(dāng)噴播漿液滿足霧化程度高、噴射至坡面時(shí)無(wú)滾落、無(wú)流淌、無(wú)結(jié)塊，且基材覆蓋坡面均勻、草種粘接密度均勻時(shí)即可確定為正式噴播施工漿液濃度，本次黃土邊坡施工漿液濃度為1.55 g·cm-3，具體見(jiàn)表1。

表1 噴播材料漿液比重試驗(yàn)參數(shù)表

圖2 噴播中試試驗(yàn)

3.3 植被生長(zhǎng)情況監(jiān)測(cè)

定期定點(diǎn)巡查是維持噴播效果的重要保障，巡查工作不可松懈。巡查時(shí)可根據(jù)作業(yè)單元、施工進(jìn)度及養(yǎng)護(hù)情況，制訂分區(qū)巡查計(jì)劃。做好巡查記錄工作并拍攝影像資料，對(duì)發(fā)芽率低、成苗情況差的區(qū)域應(yīng)做好標(biāo)記并持續(xù)重點(diǎn)關(guān)注。如有長(zhǎng)時(shí)間未發(fā)芽區(qū)域，著重養(yǎng)護(hù)補(bǔ)肥或根據(jù)情況進(jìn)行補(bǔ)栽處理。

4 工程應(yīng)用效果分析

亭口水庫(kù)反調(diào)節(jié)蓄水工程開(kāi)挖邊坡生態(tài)恢復(fù)工作于2020 年5 月開(kāi)始實(shí)施，2021 年8 月結(jié)束。在噴播施工期間，先鋒植被黑麥草生長(zhǎng)迅速，植被整體長(zhǎng)勢(shì)良好。次年后，部分先鋒植物開(kāi)始退化，植被群落以高羊茅、冰草及披堿草等中長(zhǎng)期植物為主，覆蓋率90%以上，實(shí)施效果較好。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)亭口水庫(kù)反調(diào)節(jié)蓄水工程開(kāi)挖邊坡的應(yīng)用取得的良好效果，可進(jìn)一步論證固結(jié)植生技術(shù)在西北內(nèi)陸垂直氣候條件下黃土邊坡的適用性和可靠性，可有效解決該地區(qū)的邊坡植被恢復(fù)難題。

通過(guò)凝練、總結(jié)固結(jié)植生生態(tài)治理技術(shù)的施工工序流程，進(jìn)一步形成科學(xué)合理的設(shè)計(jì)、施工管理辦法，將有助于固結(jié)植生生態(tài)治理技術(shù)的市場(chǎng)推廣，推動(dòng)我國(guó)生態(tài)治理相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。