岩石边坡快速生态修复技术

来源:育路建造师发布时间:2008-06-19

 保水剂、黏合剂在喷混植生技术上的应用
  我国的道路等基础设施建设,发展十分迅速,尤其是最近几年的高速公路建设和采石场的生态修复,更是成绩斐然。然而,高速公路建设与矿(石)开采是以破坏生态环境为代价的一项现代化工程,其开挖路堑、填筑路堤,都导致原生植被破坏、动物栖息地破坏、水土侵蚀、出现了大量石质边坡和裸露山体等一系列生态环境问题,因此恢复和重建高速公路边坡及路侧两旁的自然生态植被势在必行。随着人们环保意识的日益增强,要求对大量裸露的岩石边坡给以植被恢复。但岩石边坡通常不具备植被赖以生长的土壤条件和养分条件,并且坡度一般都较大,雨水极易冲刷坡面,故岩石边坡的生态防护成为高速公路建设中的研究热点和施工难点。
  对石质边坡的防护,以前通常采用单纯的工程技术,如浆砌块石、干切片石、喷射砼等,由于施工复杂、造价昂贵而且影响公路两侧的环境和生态景观已逐渐地被淘汰。目前,在发达国家和地区,已普遍采用生物防护及生物与工程措施相结合的生态防护技术。在处理石质边坡的各生物防护技术中,植被恢复效果最为明显,并且近两年发展最快的是喷混植生技术。
  一、喷混植生技术的发展
  1、基本概念
  喷混植生技术是以工程力学和生物学理论为依据,利用客土掺混粘结剂和锚杆加固铁丝网技术,运用特制喷混机械将土壤、肥料、有机质、保水材料、粘结材料、植物种子等混合干料加水后喷射到岩面上,形成近10㎝厚度的具有连续空隙的硬化体,种子可以在空隙中生根、发芽、生长,而一定程度的硬化又可防止雨水冲刷,从而达到恢复植被、改善景观、保护环境的目的。它是集岩石工程力学、生物学、土壤学、肥料学、园艺学、环境生态学等学科于一体的综合环保技术,其核心是通过成孔物质的合理配置,在岩石坡面上营造一个既能让植物生长发育,而种植基质又不被冲刷的多孔稳定结构,使建植层固、液、气三相物质基于平衡。喷混植生技术实现了边坡防护和景观绿化两大功能的完美结合,是环境保护和国土绿化工程的一大突破。
  2、喷混材料的选择
  喷混材料是喷混植生技术的关键,是国内外研究的核心。北京金元易生态工程技术中心组织专家并联合深圳万信达、贵州高速、浙大草原所、北京路域等友好单位经过多年研究与开发,在喷混基材的选择与配比有较成熟技术。
  喷混材料的选择包括土壤、有机质、肥料、保水材料、粘结剂、pH缓冲剂等选择和配比,乔、灌、草种的选择与配比以及挂网和锚杆材料的选配。现简述如下:
  (1)土壤是营造植物长期生长提供养分储存养分的基础材料,常因地制宜,选择就近的壤土和砂壤土,但因其肥力不够,所以往往与园土或肥土以适当比例配合使用。土壤要保持干燥,过筛,去除粗的颗粒和杂质后用于喷播。
  (2)有机质是为植物提供养分和根系生长空间的基础材料,有泥炭、锯末、秸秆、糠壳等。其中,泥炭以其独特的轻质、持水、透气和富含有机质而成为最佳选择,它可以蓄水保水,防止板结,改善土壤物理性质,保持肥效的持久。
  (3)肥料旨在为植物生长提供充足营养,通常采用化学复合肥、尿素、长效氮肥和生物肥。
  (4)保水材料(保水剂)是为了在水分丰裕时吸收水分,在植被层中形成“储水库”,待天气干燥时为植物提供水分的高分子材料。因为喷混植生建植层厚度通常较薄,且岩体面为不透水层面,使得植物种子的发芽和生长对气候相当敏感,稍一干旱植物便凋萎死亡,所以加入保水材料是岩面上植物得以正常生长发育的关键。
  (5)粘结剂在于其胶结作用使喷混基质与岩面粘结和喷混基质硬化,从而避免雨水等对种植基质造成侵蚀、冲刷,防止水土流失。在岩石边坡生态防护中最常用的粘结剂是运用高分子材料。除此之外,还有425#硅酸盐水泥,也有人使用有机粘结材料。
  (6)pH缓冲剂是为了营造植物良好生长的适宜pH,因为硅酸盐水泥呈强碱性,不利于种子生根、发芽和生长,所以常加入一定量的酸性中和因子,作为缓冲剂调节喷混基质的pH值。一般磷酸、过磷酸钙等可作为这类pH缓冲剂。
  (7)植物种子的选择及配置应考虑气候适应性、土壤适应性、抗旱抗逆性、抗侵蚀冲刷、抗污吸污、易粗放管理等各种因素和要求。在满足护坡的同时还需考虑园林景观绿化,这既要植物快速生长覆盖,又要兼顾植物多样性、立体化。在具体操作中,应该以地带性植被、乡土植物为基调,适当引进适于本地生长条件的野生植物和外地植物,构建乔、灌、草自然群落的主体生态模式。
  (8)挂网及锚杆材料的选配旨在加固喷混基材,减少雨水对喷混基材的冲刷,防止喷混基底垮塌,在低缓岩石边坡可不用锚杆挂网。所用的网一般是镀锌铁丝网网幅规格2.0×20m=40㎡,网眼Φ4~5㎝,网平行对接不搭接。而所使用的锚杆通常为罗纹钢,埋入锚孔,沙浆灌注固定。
  二、保水剂、黏合剂的喷混植生技术应用效果及实例分析
  喷混植生技术是当前工程创伤的石质边坡生态修复技术的最新模式,保水与黏结材料能使植物快速生长覆盖,从而在短时间内达到绿化美化整体景观,保持水土、恢复植被的目的。但是,作为一项崭新技术,还认识不多,在我国岩石边坡生态防护和绿化工程中,将逐渐被接受和应用。近年来,我们先后作为技术依托单位承担了一批岩石边坡生态修复工程,得到了业主和社会各界的高度重视,取得了明显的经济、社会、生态效益。
  漳龙三期高速公路岩石边坡7560㎡的喷混植生技术示范,一年来,灌木和草被长势良好,植被覆盖率达95%;经过降水高达1420㎜的雨水冲刷,特别是多达5次强暴雨的冲刷,喷混基底无垮塌现象,各项性能指标均符合要求。
  深圳龙岗区松子坑2#采石场的综合生态治理,已完成近8200㎡,其中90%岩石坡面坡度在85°以上,部分达90-110°,灌草长势良好,基本达到60天灌草覆盖。经过1600㎜的雨水冲刷,其中包括6次大暴雨,喷混基底无一垮塌,经受住了暴雨冲击,且节省了烦琐的养护程序和高额的养护成本。而有的施工单位由于技术不过关,出现了3/4大面积喷混层垮塌,造成了再度施工和工程延期的巨大损失。
  三、有关岩石边坡生态修复技术的几点建议
  1、大力推行资源利用与节约工程
  水资源是一切生物赖以生存的必然物质。北京市政府在2005年提出“留驻天水”的宏伟计划和构建和谐社会的政策方针;内蒙古、山西以及华北、西北地区、西南山区遇到了前所未有的施工难题:在降雨量不足100㎜、蒸发量达4000㎜以上的条件下恢复边坡生态植被无疑是一个巨大的考验,买水浇灌杯水车薪。
  一些施工单位为了节省成本,往往在资材优劣、多寡上做文章,殊不知给工程质量和后期养护带来忧患和不便。据我们多年来的实践和调查显示,岩石边坡的生态恢复工程中,6-40g/m2施用的保水材料和黏结剂,成本0.2-1.2元,较没有施用的出苗率高14%-60%,无垮塌,植物生长发育良好,第一年养护最多浇水3遍(如内蒙、贵州等环境恶劣地区),第二年基本不用管理,养护成本较对照节省19%-43%.相反,在调查的17家在施工时没有添加保水和粘结材料的单位了解到,因为水土流失造成坍塌返工的9家,占53%;因为干旱浇灌不及时出苗不匀修补的13家,占76%.
  我国经济飞速发展,而不可再生的水资源不断枯竭,国家有关部门已经相继出台在干旱区域的生态植被恢复要求使用保水材料。而施工单位追求利益最大化,只有降低施工成本(包括水、工,以及养护的其他费用)、减少施工事故来体现。
  2、大力推广喷混植生技术
  喷混植生技术具有快速恢复岩石边坡生态植被、保持水土、美化环境等特点,是当前生物防护与工程防护完美结合的新模式。在高速公路等石质边坡上的成功应用范例说明这项技术已成为石质边坡生态治理的最佳选择。
  喷混植生技术市场前景广阔,单就贵州而言,因高速公路开挖,每年有100万㎡以上的石质边坡急待生态治理。仅贵阳周边的水土保持工程,就有300多个采石场急待治理。目前很多业主和建设单位急需寻找岩石边坡直接喷播、快速绿化的“短平快”有效新技术。喷混植生生产成本低于喷锚防护或浆砌片石护坡等工程防护,不挂网直接喷混植草成本仅为工程防护的1/2.另外,喷混植生使岩石坡面形成一层致密的护坡灌草植被,比工程防护更具有美化生态环境的意义,最终形成自然生态群落,达到生态防护的中长期效果。所以,应引起有关部门的重视,加大该项技术的应用推广力度。
  3、加强对喷混植生技术的研究
  喷混植生技术在当前岩石边坡生态治理中起着无以替代的作用,但是现在国内所掌握的喷混植生技术还不完善,有许多技术难题需要攻关。主要是:
  (1)加强喷混材料的选配研究。喷混材料的选择配置是喷混植生技术的核心。研发的主体是粘结剂、有机物质、保水材料、pH缓冲剂等的筛选;乔、灌、草种的选择和配置;不同生态型(例如以灌木为主的灌草生态植被型,以草为主的草灌生态植被型等)的种子喷播技术。
  (2)加强施工工艺改造技术的研究。喷混植生是工程与生物措施紧密结合的施工技术,工艺过程复杂并影响着工程质量。主要研究不同母岩、不同坡度岩石坡面的最佳施工工艺,锚杆与挂网工艺的改进、建植层喷混工艺的优化等,达到既降低生产成本,又能快速生态治理、长期护坡的目的。
  (3)加强建植层基本性质的研究。深入研究不同灌草模式下的喷混基底稳定性,建植层结构力学性质,建植层保水供水功能,酸碱度调节与养分动态等物理化学过程的变化,植物生物量和根系生长布局,水土保持效果等,以确定最适宜的生态治理模式。
  (4)加强喷混植生施工成本控制体系的研究。当前喷混植生施工成本偏高,在市场竞争激烈的条件下,不利于该项技术的普及推广,应着力研究:施工材料购置成本的控制,施工工艺的降耗途径,低养护成本的管理体系,喷混植生整体技术效益的监控。通过上述研究和开发,促使喷混植生形成成熟的成套技术,为我国资源与环境保护科学的发展作出创新贡献。
  4、喷混植生技术的规范化和标准化
  喷混植生是快速生态治理岩石边坡的一个新技术,为了更好地运用推广喷混植生技术,必须对该项技术的材料、工艺、方法及设备等编制地方或国家技术标准和技术规程,使这项技术走上规范化、标准化和法制化管理轨道,从而保证施工技术质量和整体工程的安全性。对施工材料、工艺、方法以及设备纳入规范化和标准化管理,最终使喷混植生技术成为石质边坡环境生态修复的一项标准化技术,从而能更好地服务于我国现代化建设。

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