巖石邊坡快速生態(tài)修復(fù)技術(shù)

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　　保水劑、黏合劑在噴混植生技術(shù)上的應(yīng)用

　　我國(guó)的道路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，發(fā)展十分迅速，尤其是最近幾年的高速公路建設(shè)和采石場(chǎng)的生態(tài)修復(fù)，更是成績(jī)斐然。然而，高速公路建設(shè)與礦（石）開(kāi)采是以破壞生態(tài)環(huán)境為代價(jià)的一項(xiàng)現(xiàn)代化工程，其開(kāi)挖路塹、填筑路堤，都導(dǎo)致原生植被破壞、動(dòng)物棲息地破壞、水土侵蝕、出現(xiàn)了大量石質(zhì)邊坡和裸露山體等一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，因此恢復(fù)和重建高速公路邊坡及路側(cè)兩旁的自然生態(tài)植被勢(shì)在必行。隨著人們環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)，要求對(duì)大量裸露的巖石邊坡給以植被恢復(fù)。但巖石邊坡通常不具備植被賴(lài)以生長(zhǎng)的土壤條件和養(yǎng)分條件，并且坡度一般都較大，雨水極易沖刷坡面，故巖石邊坡的生態(tài)防護(hù)成為高速公路建設(shè)中的研究熱點(diǎn)和施工難點(diǎn)。

　　對(duì)石質(zhì)邊坡的防護(hù)，以前通常采用單純的工程技術(shù)，如漿砌塊石、干切片石、噴射砼等，由于施工復(fù)雜、造價(jià)昂貴而且影響公路兩側(cè)的環(huán)境和生態(tài)景觀已逐漸地被淘汰。目前，在發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，已普遍采用生物防護(hù)及生物與工程措施相結(jié)合的生態(tài)防護(hù)技術(shù)。在處理石質(zhì)邊坡的各生物防護(hù)技術(shù)中，植被恢復(fù)效果最為明顯，并且近兩年發(fā)展最快的是噴混植生技術(shù)。

　　一、噴混植生技術(shù)的發(fā)展

　　1、基本概念

　　噴混植生技術(shù)是以工程力學(xué)和生物學(xué)理論為依據(jù)，利用客土摻混粘結(jié)劑和錨桿加固鐵絲網(wǎng)技術(shù)，運(yùn)用特制噴混機(jī)械將土壤、肥料、有機(jī)質(zhì)、保水材料、粘結(jié)材料、植物種子等混合干料加水后噴射到巖面上，形成近10㎝厚度的具有連續(xù)空隙的硬化體，種子可以在空隙中生根、發(fā)芽、生長(zhǎng)，而一定程度的硬化又可防止雨水沖刷，從而達(dá)到恢復(fù)植被、改善景觀、保護(hù)環(huán)境的目的。它是集巖石工程力學(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)，其核心是通過(guò)成孔物質(zhì)的合理配置，在巖石坡面上營(yíng)造一個(gè)既能讓植物生長(zhǎng)發(fā)育，而種植基質(zhì)又不被沖刷的多孔穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，使建植層固、液、氣三相物質(zhì)基于平衡。噴混植生技術(shù)實(shí)現(xiàn)了邊坡防護(hù)和景觀綠化兩大功能的完美結(jié)合，是環(huán)境保護(hù)和國(guó)土綠化工程的一大突破。

　　2、噴混材料的選擇

　　噴混材料是噴混植生技術(shù)的關(guān)鍵，是國(guó)內(nèi)外研究的核心。北京金元易生態(tài)工程技術(shù)中心組織專(zhuān)家并聯(lián)合深圳萬(wàn)信達(dá)、貴州高速、浙大草原所、北京路域等友好單位經(jīng)過(guò)多年研究與開(kāi)發(fā)，在噴混基材的選擇與配比有較成熟技術(shù)。

　　噴混材料的選擇包括土壤、有機(jī)質(zhì)、肥料、保水材料、粘結(jié)劑、pH緩沖劑等選擇和配比，喬、灌、草種的選擇與配比以及掛網(wǎng)和錨桿材料的選配?，F(xiàn)簡(jiǎn)述如下：

　?。?）土壤是營(yíng)造植物長(zhǎng)期生長(zhǎng)提供養(yǎng)分儲(chǔ)存養(yǎng)分的基礎(chǔ)材料，常因地制宜，選擇就近的壤土和砂壤土，但因其肥力不夠，所以往往與園土或肥土以適當(dāng)比例配合使用。土壤要保持干燥，過(guò)篩，去除粗的顆粒和雜質(zhì)后用于噴播。

　　（2）有機(jī)質(zhì)是為植物提供養(yǎng)分和根系生長(zhǎng)空間的基礎(chǔ)材料，有泥炭、鋸末、秸稈、糠殼等。其中，泥炭以其獨(dú)特的輕質(zhì)、持水、透氣和富含有機(jī)質(zhì)而成為最佳選擇，它可以蓄水保水，防止板結(jié)，改善土壤物理性質(zhì)，保持肥效的持久。

　?。?）肥料旨在為植物生長(zhǎng)提供充足營(yíng)養(yǎng)，通常采用化學(xué)復(fù)合肥、尿素、長(zhǎng)效氮肥和生物肥。

　?。?）保水材料（保水劑）是為了在水分豐裕時(shí)吸收水分，在植被層中形成“儲(chǔ)水庫(kù)”，待天氣干燥時(shí)為植物提供水分的高分子材料。因?yàn)閲娀熘采ㄖ矊雍穸韧ǔ］^薄，且?guī)r體面為不透水層面，使得植物種子的發(fā)芽和生長(zhǎng)對(duì)氣候相當(dāng)敏感，稍一干旱植物便凋萎死亡，所以加入保水材料是巖面上植物得以正常生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵。

　　（5）粘結(jié)劑在于其膠結(jié)作用使噴混基質(zhì)與巖面粘結(jié)和噴混基質(zhì)硬化，從而避免雨水等對(duì)種植基質(zhì)造成侵蝕、沖刷，防止水土流失。在巖石邊坡生態(tài)防護(hù)中最常用的粘結(jié)劑是運(yùn)用高分子材料。除此之外，還有425#硅酸鹽水泥，也有人使用有機(jī)粘結(jié)材料。

　?。?）pH緩沖劑是為了營(yíng)造植物良好生長(zhǎng)的適宜pH，因?yàn)楣杷猁}水泥呈強(qiáng)堿性，不利于種子生根、發(fā)芽和生長(zhǎng)，所以常加入一定量的酸性中和因子，作為緩沖劑調(diào)節(jié)噴混基質(zhì)的pH值。一般磷酸、過(guò)磷酸鈣等可作為這類(lèi)pH緩沖劑。

　?。?）植物種子的選擇及配置應(yīng)考慮氣候適應(yīng)性、土壤適應(yīng)性、抗旱抗逆性、抗侵蝕沖刷、抗污吸污、易粗放管理等各種因素和要求。在滿(mǎn)足護(hù)坡的同時(shí)還需考慮園林景觀綠化，這既要植物快速生長(zhǎng)覆蓋，又要兼顧植物多樣性、立體化。在具體操作中，應(yīng)該以地帶性植被、鄉(xiāng)土植物為基調(diào)，適當(dāng)引進(jìn)適于本地生長(zhǎng)條件的野生植物和外地植物，構(gòu)建喬、灌、草自然群落的主體生態(tài)模式。

　　（8）掛網(wǎng)及錨桿材料的選配旨在加固噴混基材，減少雨水對(duì)噴混基材的沖刷，防止噴混基底垮塌，在低緩巖石邊坡可不用錨桿掛網(wǎng)。所用的網(wǎng)一般是鍍鋅鐵絲網(wǎng)網(wǎng)幅規(guī)格2.0×20m=40㎡，網(wǎng)眼Φ4～5㎝，網(wǎng)平行對(duì)接不搭接。而所使用的錨桿通常為羅紋鋼，埋入錨孔，沙漿灌注固定。

　　二、保水劑、黏合劑的噴混植生技術(shù)應(yīng)用效果及實(shí)例分析

　　噴混植生技術(shù)是當(dāng)前工程創(chuàng)傷的石質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)的最新模式，保水與黏結(jié)材料能使植物快速生長(zhǎng)覆蓋，從而在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到綠化美化整體景觀，保持水土、恢復(fù)植被的目的。但是，作為一項(xiàng)嶄新技術(shù)，還認(rèn)識(shí)不多，在我國(guó)巖石邊坡生態(tài)防護(hù)和綠化工程中，將逐漸被接受和應(yīng)用。近年來(lái)，我們先后作為技術(shù)依托單位承擔(dān)了一批巖石邊坡生態(tài)修復(fù)工程，得到了業(yè)主和社會(huì)各界的高度重視，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益。

　　漳龍三期高速公路巖石邊坡7560㎡的噴混植生技術(shù)示范，一年來(lái)，灌木和草被長(zhǎng)勢(shì)良好，植被覆蓋率達(dá)95%；經(jīng)過(guò)降水高達(dá)1420㎜的雨水沖刷，特別是多達(dá)5次強(qiáng)暴雨的沖刷，噴混基底無(wú)垮塌現(xiàn)象，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合要求。

　　深圳龍崗區(qū)松子坑2#采石場(chǎng)的綜合生態(tài)治理，已完成近8200㎡，其中90%巖石坡面坡度在85°以上，部分達(dá)90-110°，灌草長(zhǎng)勢(shì)良好，基本達(dá)到60天灌草覆蓋。經(jīng)過(guò)1600㎜的雨水沖刷，其中包括6次大暴雨，噴混基底無(wú)一垮塌，經(jīng)受住了暴雨沖擊，且節(jié)省了煩瑣的養(yǎng)護(hù)程序和高額的養(yǎng)護(hù)成本。而有的施工單位由于技術(shù)不過(guò)關(guān)，出現(xiàn)了3/4大面積噴混層垮塌，造成了再度施工和工程延期的巨大損失。

　　三、有關(guān)巖石邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)的幾點(diǎn)建議

　　1、大力推行資源利用與節(jié)約工程

　　水資源是一切生物賴(lài)以生存的必然物質(zhì)。北京市政府在2005年提出“留駐天水”的宏偉計(jì)劃和構(gòu)建和諧社會(huì)的政策方針；內(nèi)蒙古、山西以及華北、西北地區(qū)、西南山區(qū)遇到了前所未有的施工難題：在降雨量不足100㎜、蒸發(fā)量達(dá)4000㎜以上的條件下恢復(fù)邊坡生態(tài)植被無(wú)疑是一個(gè)巨大的考驗(yàn)，買(mǎi)水澆灌杯水車(chē)薪。

　　一些施工單位為了節(jié)省成本，往往在資材優(yōu)劣、多寡上做文章，殊不知給工程質(zhì)量和后期養(yǎng)護(hù)帶來(lái)憂(yōu)患和不便。據(jù)我們多年來(lái)的實(shí)踐和調(diào)查顯示，巖石邊坡的生態(tài)恢復(fù)工程中，6-40g/m2施用的保水材料和黏結(jié)劑，成本0.2-1.2元，較沒(méi)有施用的出苗率高14%-60%，無(wú)垮塌，植物生長(zhǎng)發(fā)育良好，第一年養(yǎng)護(hù)最多澆水3遍（如內(nèi)蒙、貴州等環(huán)境惡劣地區(qū)），第二年基本不用管理，養(yǎng)護(hù)成本較對(duì)照節(jié)省19%-43%.相反，在調(diào)查的17家在施工時(shí)沒(méi)有添加保水和粘結(jié)材料的單位了解到，因?yàn)樗亮魇г斐商倒さ?家，占53%；因?yàn)楦珊禎补嗖患皶r(shí)出苗不勻修補(bǔ)的13家，占76%.

　　我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，而不可再生的水資源不斷枯竭，國(guó)家有關(guān)部門(mén)已經(jīng)相繼出臺(tái)在干旱區(qū)域的生態(tài)植被恢復(fù)要求使用保水材料。而施工單位追求利益最大化，只有降低施工成本（包括水、工，以及養(yǎng)護(hù)的其他費(fèi)用）、減少施工事故來(lái)體現(xiàn)。

　　2、大力推廣噴混植生技術(shù)

　　噴混植生技術(shù)具有快速恢復(fù)巖石邊坡生態(tài)植被、保持水土、美化環(huán)境等特點(diǎn)，是當(dāng)前生物防護(hù)與工程防護(hù)完美結(jié)合的新模式。在高速公路等石質(zhì)邊坡上的成功應(yīng)用范例說(shuō)明這項(xiàng)技術(shù)已成為石質(zhì)邊坡生態(tài)治理的最佳選擇。

　　噴混植生技術(shù)市場(chǎng)前景廣闊，單就貴州而言，因高速公路開(kāi)挖，每年有100萬(wàn)㎡以上的石質(zhì)邊坡急待生態(tài)治理。僅貴陽(yáng)周邊的水土保持工程，就有300多個(gè)采石場(chǎng)急待治理。目前很多業(yè)主和建設(shè)單位急需尋找?guī)r石邊坡直接噴播、快速綠化的“短平快”有效新技術(shù)。噴混植生生產(chǎn)成本低于噴錨防護(hù)或漿砌片石護(hù)坡等工程防護(hù)，不掛網(wǎng)直接噴混植草成本僅為工程防護(hù)的1/2.另外，噴混植生使巖石坡面形成一層致密的護(hù)坡灌草植被，比工程防護(hù)更具有美化生態(tài)環(huán)境的意義，最終形成自然生態(tài)群落，達(dá)到生態(tài)防護(hù)的中長(zhǎng)期效果。所以，應(yīng)引起有關(guān)部門(mén)的重視，加大該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用推廣力度。

　　3、加強(qiáng)對(duì)噴混植生技術(shù)的研究

　　噴混植生技術(shù)在當(dāng)前巖石邊坡生態(tài)治理中起著無(wú)以替代的作用，但是現(xiàn)在國(guó)內(nèi)所掌握的噴混植生技術(shù)還不完善，有許多技術(shù)難題需要攻關(guān)。主要是：

　　（1）加強(qiáng)噴混材料的選配研究。噴混材料的選擇配置是噴混植生技術(shù)的核心。研發(fā)的主體是粘結(jié)劑、有機(jī)物質(zhì)、保水材料、pH緩沖劑等的篩選；喬、灌、草種的選擇和配置；不同生態(tài)型（例如以灌木為主的灌草生態(tài)植被型，以草為主的草灌生態(tài)植被型等）的種子噴播技術(shù)。

　?。?）加強(qiáng)施工工藝改造技術(shù)的研究。噴混植生是工程與生物措施緊密結(jié)合的施工技術(shù)，工藝過(guò)程復(fù)雜并影響著工程質(zhì)量。主要研究不同母巖、不同坡度巖石坡面的最佳施工工藝，錨桿與掛網(wǎng)工藝的改進(jìn)、建植層噴混工藝的優(yōu)化等，達(dá)到既降低生產(chǎn)成本，又能快速生態(tài)治理、長(zhǎng)期護(hù)坡的目的。

　?。?）加強(qiáng)建植層基本性質(zhì)的研究。深入研究不同灌草模式下的噴混基底穩(wěn)定性，建植層結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)，建植層保水供水功能，酸堿度調(diào)節(jié)與養(yǎng)分動(dòng)態(tài)等物理化學(xué)過(guò)程的變化，植物生物量和根系生長(zhǎng)布局，水土保持效果等，以確定最適宜的生態(tài)治理模式。

　?。?）加強(qiáng)噴混植生施工成本控制體系的研究。當(dāng)前噴混植生施工成本偏高，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的條件下，不利于該項(xiàng)技術(shù)的普及推廣，應(yīng)著力研究：施工材料購(gòu)置成本的控制，施工工藝的降耗途徑，低養(yǎng)護(hù)成本的管理體系，噴混植生整體技術(shù)效益的監(jiān)控。通過(guò)上述研究和開(kāi)發(fā)，促使噴混植生形成成熟的成套技術(shù)，為我國(guó)資源與環(huán)境保護(hù)科學(xué)的發(fā)展作出創(chuàng)新貢獻(xiàn)。

　　4、噴混植生技術(shù)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化

　　噴混植生是快速生態(tài)治理巖石邊坡的一個(gè)新技術(shù)，為了更好地運(yùn)用推廣噴混植生技術(shù)，必須對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的材料、工藝、方法及設(shè)備等編制地方或國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)程，使這項(xiàng)技術(shù)走上規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和法制化管理軌道，從而保證施工技術(shù)質(zhì)量和整體工程的安全性。對(duì)施工材料、工藝、方法以及設(shè)備納入規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化管理，最終使噴混植生技術(shù)成為石質(zhì)邊坡環(huán)境生態(tài)修復(fù)的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，從而能更好地服務(wù)于我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)。