前坪水庫巖基邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)與應(yīng)用研究

靳記平 王永強(qiáng) 皇甫澤華 張明月

（1.河南省水利第一工程局 鄭州 450000 2.河南省前坪水庫建設(shè)管理局 鄭州 450000）

1 復(fù)合式生態(tài)植被修復(fù)技術(shù)背景

前坪水庫是國務(wù)院批準(zhǔn)的172項(xiàng)重大水利工程之一，位于淮河流域沙潁河主要支流北汝河上游洛陽市汝陽縣，是一座以防洪為主，結(jié)合供水、灌溉，兼顧發(fā)電的大（2）型水利樞紐工程。該工程2015年10月開工建設(shè)，其對外交通道路是一條總長2.66km的三級公路，山體巖性以礫巖為主，部分山體巖性為安山玢巖。山體原始地貌以樹木為主，樹木下方為野生灌木，道路開挖后，原始生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞。

因礫巖為不良地質(zhì)山體，若發(fā)生強(qiáng)降雨極易發(fā)生邊坡垮塌、水土流失等地質(zhì)災(zāi)害，需要對邊坡進(jìn)行支護(hù)、加固。若采用單一的生態(tài)植被混凝土支護(hù)，會出現(xiàn)三方面問題：一是草種的根系不夠發(fā)達(dá)，抗沖刷能力較弱，后期經(jīng)雨水沖刷及風(fēng)蝕作用后，防護(hù)基層容易脫落。二是北方天氣降雨受季節(jié)影響，冬季干冷少雨，客土容易干縮裂縫，保墑能力較差；夏季炎熱多雨，當(dāng)雨勢較強(qiáng)時(shí)，山頂雨水沿坡體集中宣泄對邊坡沖刷尤為嚴(yán)重。三是單一的草本生物群落穩(wěn)定性較差，3～5年就會出現(xiàn)退化現(xiàn)象，不能滿足長效防護(hù)的目的。

針對上述問題，我們考察了一系列成功的護(hù)坡形式，如：濟(jì)祁一標(biāo)路堤纖維毯噴播植草灌生效果，泌舞高速黃楝崗（路塹）草、灌、喬木植生效果，鄭堯高速魯山段（路塹）草、灌植生效果，京港澳高速漯駐段（路堤）草、灌植生效果，并對其生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行對比分析，提出并開展了復(fù)合式生態(tài)植被混凝土支護(hù)技術(shù)試驗(yàn)及應(yīng)用研究。

2 復(fù)合式生態(tài)植被支護(hù)技術(shù)方案簡介

復(fù)合式生態(tài)植被支護(hù)方案是集巖石工程力學(xué)、生物學(xué)、土壤學(xué)、肥料學(xué)、園藝學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)等學(xué)科于一體的綜合環(huán)保技術(shù)。該方案采用鍍鋅鐵絲網(wǎng)草纖維客土混噴植生護(hù)坡＋植物纖維毯護(hù)坡＋裸根栽植落葉灌木護(hù)坡復(fù)合式生態(tài)植被支護(hù)。

該方案是在巖體中植入錨桿，增強(qiáng)坡體穩(wěn)定性，然后掛鍍鋅鐵絲網(wǎng)，采用噴播機(jī)械作業(yè)的方式將特殊工藝制造而成的客土材料，分別噴射種植基材基層、中層，掛植物纖維毯，然后噴射含植物種子的表層基材，最后在坡面間隔50cm間距栽植灌木，形成灌草結(jié)合的穩(wěn)定立體復(fù)合生態(tài)體系：包括以灌木為主的灌草生態(tài)和以草為主的草灌生態(tài)。

3 復(fù)合式生態(tài)植被支護(hù)技術(shù)的特點(diǎn)

（1）在草本植物群落中植入灌木，灌木根系發(fā)達(dá)，灌草生態(tài)建植層的根系交織成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，能最大限度地防止水土流失和坡面滑塌。

（2）植物纖維毯護(hù)坡速度快，在邊坡植被覆蓋之前形成了第一道保護(hù)屏障，雨水沿植物纖維毯表面均勻分流，大大減小了徑流對邊坡沖刷的影響，有效防止夏季雨水集中造成水土流失；另外植物纖維毯的主要原料椰絲或秸稈是天然材料，對周邊環(huán)境不會造成二次污染。

（3）植物纖維毯內(nèi)的植物纖維錯綜排列，既能有效防止土壤皸裂，又能使植物生長所需的水分和空氣能透過，且不易積水有益于保護(hù)土壤的原始結(jié)構(gòu)，有效克服北方干冷天氣對植物生長的影響。

（4）草灌立體復(fù)合式生態(tài)系統(tǒng)相對與單一的草本植物生態(tài)體系相比，生物群落的抵抗力大大增強(qiáng)，避免單一草本生物群落3～5年就出現(xiàn)退化問題。

（5）該立體生態(tài)系統(tǒng)具有保水性、透水性、透氣性，適于植物生長，既能防水固坡，減噪降塵，又能四季常綠（草）。

4 復(fù)合式生態(tài)植被支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

4.1 坡面修整

對坡面進(jìn)行排險(xiǎn)修整，嵌補(bǔ)坡面凹槽、坑洼，確保坡面平順無雜物，坡比滿足設(shè)計(jì)要求，以保證噴混植生護(hù)坡的質(zhì)量。

4.2 腳手架搭設(shè)、拆除

（1）腳手架采用斜支撐防護(hù)腳手架，腳手架用Φ48×3.5mm鋼管搭設(shè)。

（2）采用錯落坡型腳手架，腳手架隨坡度而設(shè)，每層高度與錨桿排距相一致；主受力立桿間距1.8m，其余輔助受力立桿隨坡度而調(diào)整搭設(shè)間距1.7～1.8m，自下而上搭設(shè)。

（3）腳手架連墻桿和卸載連壁鎖腳錨桿采用Φ25mm螺紋鋼，按照1步2跨（1h×2L）進(jìn)行設(shè)置，固定點(diǎn)拉桿深度不低于1.5m，角度與邊坡錨桿角度相等，連墻桿和卸載連接點(diǎn)設(shè)定在每一級邊坡平臺、每級斜坡面以上。

（4）立桿底端100～300mm高處一律設(shè)縱向和橫向掃地桿，并與立桿連接牢固，為防止滑動，每隔3縫打入錨管（Φ48×3.5）深1.5m與縱橫管扣接。

（5）坡面支護(hù)施工完成且驗(yàn)收合格后拆除腳手架，移至下一部位施工，拆除時(shí)應(yīng)自上而下拆除，不得上、下層同時(shí)拆除。

4.3 錨桿施工

4.3.1 材料選擇與質(zhì)量控制

錨桿：設(shè)計(jì)選用Ⅲ級高強(qiáng)度的螺紋鋼筋，直徑為Φ22mm，長度4.5m，間距2m×2m。

水泥：水泥采用P.O42.5級硅酸鹽水泥。

砂：采用最大粒徑小于2.5mm的中細(xì)砂。

水泥砂漿：錨桿注漿漿體采用M20水泥砂漿，水泥∶砂∶水=1.00∶1.10∶0.45。

4.3.2 錨桿流程

孔眼定位放樣→鉆眼→吹孔→安放錨桿→注砂漿，流水作業(yè)。

4.3.3 錨桿鉆孔、沖孔

根據(jù)設(shè)計(jì)邊坡開挖支護(hù)圖，由測量人員在現(xiàn)場放出每個系統(tǒng)錨桿的孔位及孔傾角，做出標(biāo)記。然后分排、分片鉆孔，鉆孔深度4.5m。

造孔選用FH100型潛孔鉆，錨桿孔的開孔應(yīng)按設(shè)計(jì)要求和圍巖情況確定孔位并作出標(biāo)記，開孔允許偏差為100mm，并結(jié)合現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整；孔軸方向應(yīng)垂直于開挖面，鉆孔超深不大于100mm?？變?nèi)的巖粉和積水應(yīng)洗吹干凈。

4.3.4 錨桿安裝、注漿

（1）開工前對錨桿鋼筋進(jìn)行檢驗(yàn)，獲取足夠的數(shù)據(jù)，確保使用的材料滿足設(shè)計(jì)要求。材料實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括錨桿鋼筋的規(guī)格尺寸及強(qiáng)度指標(biāo)。

（2）采用“先安裝錨桿后注漿”施工方法。

（3）注漿時(shí)，先開動注漿泵，手持注漿嘴，逐孔注漿。在錨固砂漿凝固前，不得敲擊、碰撞和拉拔錨桿，及時(shí)養(yǎng)護(hù)，三天內(nèi)不得懸掛重物。砂漿采用砂漿攪拌機(jī)拌制均勻，隨拌隨用，一次拌和的砂漿應(yīng)在初凝前用完，并防止石塊、雜物混入。

（4）注漿作業(yè)開始或中途停止超過30min時(shí)，應(yīng)用水或稀水泥砂漿濕潤注漿罐及其管路。

4.4 鐵絲網(wǎng)施工

（1）材料實(shí)驗(yàn)

開工前對鐵絲網(wǎng)進(jìn)行檢驗(yàn)，獲取足夠的數(shù)據(jù)，確保使用的材料滿足設(shè)計(jì)要求。材料實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括鐵絲網(wǎng)的規(guī)格尺寸及單位面積質(zhì)量等材料指標(biāo)。

（2）掛鐵絲網(wǎng)及鋼筋網(wǎng)骨架加固

采用φ2.2mm熱鍍鋅機(jī)編鐵絲網(wǎng)，鐵絲網(wǎng)網(wǎng)孔規(guī)格為50mm×50mm，幅寬3.0m；將Φ12的橫向螺紋鋼筋與Φ22的錨桿交叉焊接后，將鍍鋅鐵絲網(wǎng)與縱、橫向鋼筋框條用直徑φ2.2mm鍍鋅鐵絲扎牢，鐵絲網(wǎng)用錨桿固定，兩網(wǎng)片之間采用φ2.2 mm鐵絲穿連，并每隔30cm捆扎連接，兩幅搭接寬度不小于5cm。使鍍鋅鐵絲網(wǎng)與坡面的距離保持3～5cm。鋼筋網(wǎng)應(yīng)與錨桿聯(lián)結(jié)牢固，噴射時(shí)鋼筋網(wǎng)不得晃動。

4.5 底層基材加工及配比

（1）對確認(rèn)合格的種植土，采用移動式粉碎機(jī)粉碎至粉細(xì)土狀，并用篩子篩分以保證最大粒徑小于20mm，篩子網(wǎng)孔徑為20mm×20mm。

（2）為了改善土壤的性能，添加相關(guān)成分對土壤進(jìn)行有效生物改良，具體成分為：草炭土、木纖維、長效復(fù)合肥、有機(jī)肥、高次團(tuán)粒劑、土壤固化劑、保水劑、粘合劑等，使基材應(yīng)具有保肥、保水、透氣等特性，噴射后不得有剝離、流失、龜裂現(xiàn)象，以利于草籽的萌發(fā)、生長。各種添加劑成分及用量詳見表1。

（3）肥料的選擇：肥料選用有機(jī)長效肥、高效復(fù)合肥。復(fù)合肥的成分詳見表2。

（4）底層基材噴射：基材噴射用強(qiáng)力噴射機(jī)進(jìn)行機(jī)械噴射，基材厚度為5～6cm，為確?；牡膰娚浜穸?，在坡面上每100m2用鋼筋設(shè)一鋪土厚度指示樁來標(biāo)示噴射厚度。

底基層噴射時(shí)，從正面進(jìn)行噴射，凹凸部死角進(jìn)行補(bǔ)噴，一次噴射成型；噴射過程中，噴嘴距坡面的距離控制在0.6～1.0m之間，一般應(yīng)垂直于坡面，最大傾斜角度不能超過10°；噴漿中，噴射頭輸出壓力不能小于0.1MPa；噴射采用自上而下的方法進(jìn)行，先噴凹陷部分，再噴凸出部分；噴射移動可采用“S”形或螺旋形移動前進(jìn)。

4.6 中層基材加工及配比

（1）中層基材成分同上，增加草纖維成分。各種添加劑成分及用量詳見表3。

表1 底基層每平米各種添加劑成分及用量表

表2 專用復(fù)合肥成分表

表3 中層基材每平米各種添加劑成分及用量表

表4 植物纖維毯技術(shù)指標(biāo)表

表5 表層混合料及配比表

表6 每平米混合草種特性及配比表

（2）中層基材的添加順序：

1）添加過程中，攪拌機(jī)不能停機(jī)，始終處于攪拌狀態(tài)，每隔2min進(jìn)行反轉(zhuǎn)攪拌，使所有物料攪拌均勻。

2）混合料的添加順序：攪拌機(jī)水的添加比例為60%，依次添加草纖維、木纖維、粘合劑、保水劑、高效復(fù)合肥、有機(jī)肥、草炭土、高次團(tuán)粒劑、粘土50%、土體固化劑、粘土50%。

3）在噴射之前，機(jī)器不能停機(jī)，始終處于攪拌狀態(tài)，中層基材的噴射厚度為1.5～2.5cm，噴射方法同底層基材噴射流程。

4.7 植物纖維毯鋪設(shè)施工

（1）鋪設(shè)時(shí)由坡頂自上而下鋪設(shè)，坡頂部分用U型釘固定，間距50cm，搭接部分10～15cm,搭接部分的U型釘間距50cm。植生毯坡面固定時(shí)每平米不得少于一個U型釘，U型釘?shù)拈L度為15cm。

（2）植物纖維毯的技術(shù)要求：詳見表4。

（3）植物纖維毯固定好后，進(jìn)行中層基材第二次噴射，噴射厚度1.5～2cm，噴射方法同上。

4.8 表層混合料配比及噴射

（1）表層混合料的配比見表5。

（2）混合草種配比見表6。

（3）表層混合料及草種噴射：表層基材的噴射厚度為1～1.5cm，噴射方法同上。

4.9 灌木栽植

（1）表層混合料及草種噴射完成后，整個山體坡面每間隔50cm栽植一株灌木（紫穗槐），平均每平米4株灌木，灌木栽植呈梅花形布置。

（2）灌木苗裸根株高修剪后不小于25cm，底部埋入土壤6～10cm。

（3）灌木苗坑穴采用洋鎬、小鐵鏟等小型手工工具開挖，開挖時(shí)注意避免損傷鐵絲網(wǎng)，栽植后將灌木苗豎直放入坑穴內(nèi)，周圍覆土掩蓋，并輕輕拍實(shí)。

4.10 覆蓋養(yǎng)生布

鋪設(shè)時(shí)由坡頂自上而下鋪設(shè)，坡頂部分用竹釘固定，間距50cm，搭接部分10～15cm，搭接部分的竹釘間距50cm。養(yǎng)生布坡面固定時(shí)每平米不得少于一個竹釘，竹釘長度為10～15cm。

4.11 養(yǎng)護(hù)管理

夏季每天上午10點(diǎn)以前、下午5點(diǎn)以后各養(yǎng)護(hù)一次，避免正中午養(yǎng)護(hù)燙傷草苗。秋季每天上午10點(diǎn)以后養(yǎng)護(hù)一次。

4.12 成活率及覆蓋率

草種成活率90%以上，草坪覆蓋率95%以上；灌木成活率90%以上，灌木覆蓋率90%。

5 小結(jié)

復(fù)合式生態(tài)植被支護(hù)技術(shù)是灌草結(jié)合的穩(wěn)定立體復(fù)合生態(tài)體系，灌木根系發(fā)達(dá)，灌草生態(tài)建植層的根系交織成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，能最大限度地防止水土流失和坡面滑塌，既具有保水性，又有透水性、透氣性，適于植物生長；既能防水固坡，減噪降塵，又能四季常綠（草），與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，形成自然美。該技術(shù)在前坪水庫的應(yīng)用，取得了良好的工程效果及生態(tài)效果，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益并重的目的■