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生态护坡新技术研究
发布人:时代天元                          浏览量:3985                          日期:2012-2-1
摘要  我国的护坡技术研究已经取得很大的进步,但是如何适应新的形势,传承创新,仍需要探索。本文主要介绍生态坡面治理技术,期望为坡面治理技术的发展提供新的启示。
关键词  生态护坡  有机质基材  施工技术
 
当前,保护水土资源、改善生态环境、促进人与自然和谐、实现可持续发展,已成为我国全面建设小康社会的重要目标。坚持“以人为本,树立全面、协调、可持续的发展观,促进经济社会和人的全面发展”,强调“统筹城乡发展、区域发展、经济社会发展、人与自然和谐发展、国内发展和对外开放”,标志着中国的改革开放走向新的历史阶段。在水利工程中,如何适应新的形势,如何传承创新,为实现科学发展和小康社会做出新的贡献,是一个需要进行研究的问题。本文主要就其中新出现的坡面治理技术作一些初步的探讨。
近年来,我国建设工程大量开山,形成很多裸露的岩石坡面,既破坏了植被,有损生态景观,又容易造成水土流失。一般的,岩土坡面具有以下特点:岩土坡面土壤成分少,硬度高,水分难以保持,植被发芽、生长以及维护管理非常困难;岩土坡面大多陡急,生长基质材料易流失,下雨尤其是大雨和台风暴雨时,更易造成严重的水土流失;为了提供植物生长所需的生长基质材料并保证其稳定,必须结合坡面自身的稳定采取一定的工程加固措施。然而,绿化需具备两个条件:一是坡面上必须有植物能赖以持续生长的种植基质,二是种植基质能永久固定在岩面上。岩质边坡传统的绿化方法是在坡脚栽植攀援植物(如爬墙虎)、坡顶栽植垂吊植物(如蟛蜞菊),或在岩面上挖种植槽或鱼鳞坑栽植攀援、垂吊植物及花灌木等以实现绿化。这些方法简单易行,但施工速度慢,重要的是岩面达到完全覆盖往往需很长时间(2年左右)。而新出现的岩土坡面植被恢复及护坡技术是集植物学、岩土工程学、土壤、植物营养学和环境生态学等学科于一体的综合工程技术。它主要是通过灌木植被深根的锚固作用、草本浅根的加筋作用以及植物的蒸腾作用降低坡体孔隙水压力,从而达到恢复植被、保持边坡稳定和防止水土流失的目的,为裸露岩土坡面植被逐渐演替到自然植被群落创造有利条件。在生态环境日益受到重视的环境下,植被恢复是遵循自然植被的演替规律,先以草本植物为主,为灌木植物的生长创造有利环境,最终形成灌木植物群落。随着植物生长和繁殖,根系不断延伸,植被根系提高了岩土强度,增大岩土层的滑移与运动阻力,提高边坡的稳定性,从而达到了永久恢复植被和维护坡面稳定的目的。在生态环境日益受到重视的环境下,植被恢复是遵循自然植被的演替规律,先以草本植物为主,为灌木植物的生长创造有利环境,最终形成灌木植物群落。随着植物生长和繁殖,根系不断延伸,植被根系提高了岩土强度,增大岩土层的滑移与运动阻力,提高边坡的稳定性,从而达到了永久恢复植被和维护坡面稳定的目的。其中比较新的是喷混绿化新技术,其核心是在岩质坡面上营造多个既能让植物生长发育的种植基质又不被冲刷的多孔稳定结构。它利用特制喷混机械将士壤、肥料、有机质、保水材料、植物种子、水泥等混合干料加水后喷射到岩面上,由于水泥的粘结作用,上述混合物可在岩石表面形成一层具有连续空隙的硬化体。一定程度的硬化使种植基质免遭冲蚀,而空隙内填有植物种子、土壤、肥料、保水材料等,空隙既是种植基质的填充空间,也是植物根系的生长空间。喷混绿化技术不仅适用于所有开挖后的岩体坡面(如砾岩、砂岩、基岩、片岩、花岗岩、大理岩)的保护绿化,而且对于岩堆、软岩、碎裂岩、散体岩、极酸性土以及挡土墙、护面墙混凝土结构边坡等常规不宜绿化的恶劣环境都能绿化,是环境保护国土绿化工程的一大突破。[4-8]
有机植生基材原料及配比
1.1   土壤
岩土坡面没有植物生长的基本条件,必须人为地创造一个适宜植物生长的环境。土壤因地制宜,可选择就近的砂土、壤土或菜园土。工程实践证明砂土、壤土往往肥力不够且不能持久。因此,现开发的有机植生基材一般以泥炭土、草炭土、肥土为主,依据工程坡面实际情况配以适量的砂土、壤土和菜园土。所有原材料都要过筛并去掉粗的颗粒物质后才能进行有机植生基材的生产。
1.2  有机质
常用的有机质有泥炭苔、腐叶土、堆肥、蘑菇肥、糠壳、锯木屑等。泥炭苔等有机物持水量很高,通气性良好,其独特的轻质、持水、透气和含有机质特点可蓄水保水,防止板结,改善土壤物理结构,并保持肥效的持久力。配好的有机物料必需具有轻质、持水、透气并能防止基材板结、改善土壤物理结构等特性,并能兼顾有机质分解的速度。使有机植生基材中的有机物料快速分解部分和缓慢分解部分有机质比例有机分配,从而使有机植生基材中的有机物料能够长期缓慢分解,达到给绿化植物长期(数十年)供肥(常规土壤几年内就可能产生脱肥现象),大大提高岩质坡面绿化的长期效果的目的。
1.3  控释肥料
根据具体喷种的绿化植物的营养特性、绿化植物生长速度要求,加人一定量、不同养分控释时间的控释肥,以保证植物不同时期的养分需求及后期肥料养分的持续供应。
1.4  保水剂
岩面上喷射的种植基质平均厚度10 cm,有的才3~5 cm,比一般土层厚度薄,而且岩体面基本上为不透水层面,易反射辐射热,因此岩面上植物种子的发芽和生长对气候相当敏感,稍一干旱植物便凋败枯萎。此时加人保水剂是岩面上植物得以正常生长发育的关键。保水剂的最大吸水力高达13~14 kg/cm ,可吸收自身重量数百倍至数千倍的水分,这些水分不易被一般物理方法挤排出来,而植物根系却能吸收贮存在保水剂中的水分。保水剂可将偶尔的降雨迅速吸收而膨胀成凝胶将水分贮存起来,干旱时便慢慢地释放给根系。岩面绿化用保水剂可选择吸水倍率相对较低,但吸水重复性好且使用寿命长的丙烯酰胺~丙烯酸盐共聚交联物类的较大颗粒产品。[13-18]
1.5  结构调节剂及pH缓冲剂
为了降低雨、风、雪等因素对有机植生基材造成的侵蚀、冲刷,除了必须在有机植生基材中加入一定量的纤维材料,以增强基材的结构性能,还应在施用有机植生基材时加人事先配好的接合剂,以促使基质与岩面粘结和基材硬化。
1.6  杀虫剂
为了使有机植生基材的贮存和使用不对环境及植物种子造成危害,必须在有机植生基材生产过程中加入一定量的杀虫剂,以杀死基材中的害虫,提高有机植生基材的质量。
2   植被选择
岩体坡面上种植基质厚度薄,环境恶劣,植物除因地制宜,选择适应当地气候的种类外,还要特别注意选择抗旱性、抗逆性强的品种。工程初期以多年生草本植物和常绿灌木植物相结合为主,但工程目标应以灌木植物群落的形成为最终目标。在工程实践中,为了适应自然条件的不断变化,充分发挥各种植物的优势,一般采用混播方式,冷季型、暖季型和固氮型混播,先锋型、观赏型和水土保持
型混播,具体情况应结合岩土坡面的坡度、坡长、岩土状况、当地气候条件等综合因素进行考虑。
3   施工技术
岩土坡面植被恢复首先要建立在坡面稳定的基础上,再根据坡面特性配制喷涂混合物,同时植被的恢复也有利于坡面的稳定。植被护坡主要依靠坡面植被的地下根系及地上茎叶作用,其作用可概括为根系的力学效应(分为草本植物根系和木本植物根系)和植被的水文效应(包括降雨截流、消弱溅蚀和抑制地表径流)2个方面。施工方法主要包括:
(1)边坡修整。高速公路、铁路边坡虽然陡急,但开挖时坡面一般较平整,此类边坡只需清除表面杂物即可市政、地产开发、水利工程高边坡开挖中留下的岩质边坡往往出现很大的凹凸,此类边坡特别凸的地方需用榔头稍作修理,特别凹的地方需用石块填补,陡急的凹陷处则需用水泥沙浆将石块粘结砌平。
(2)锚杆、挂网。先用气压钻或电钻在坡面上打孔,然后将机编网开卷铺挂在坡面上,再用锚杆或锚钉固定对于坡度较小(45度以下)、岩体结构稳定的边坡,或已作拱架的陡坡,可不挂网,而向岩面直接喷射混合好的材料。
(3)喷混。将材料按比例搅拌均匀后利用特制喷混机械将混合物加水及pH缓冲剂后喷射到岩面上。喷射分2次进行,首先喷射不含种子的混合料,喷射厚度7~8 cm,紧接着第二次喷射含有种子的混合料,喷射厚度2~3 cm。分开喷射使种子位于基质表面2~3 cm 厚度内,有利于提高出苗、齐苗率。喷射混合材料平均厚度10 cm,变幅为3~1 5cm。施工时一定要核准规定的材料混合比例、用水量,注意冬季施工时要多用水泥,夏季施工时要多用水。边坡由南向西时发芽率多有降低,这种情况下应略加大播种量。
(4)覆盖。南方雨水较多,可在喷射后覆盖无纺布以防止雨水冲刷。北方干旱半干旱地区则可在喷播后覆盖草帘以增温保湿。
(5)养护。喷播后如未下雨则每天浇水以保持土壤湿润。一般7d左右发芽,一个月成坪,两个月覆盖率9O%以上成坪后可逐渐减少浇水次数。
4   结语
近年来,日本、欧美等发达国家在岩土坡面绿化方面已经有了相对成熟的理论和技术。而我国则基础设施建设迅猛发展,一些有远见的建设者们也已经开始考虑此项技术的应用,坡面绿化技术将在公路、铁路、水利等工程岩体边坡的绿化防护、水土保持、环境保护中发挥出重要的作用。[19-25]
 
 
 
 
 
 
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(杨   东    黄河工程咨询监理有限责任公司,450000,河南郑州 )
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