挖方巖石邊坡綠化

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簡介： 對挖方巖石邊坡進(jìn)行了分類，探討了挖方巖石邊坡綠化方法及不同邊坡綠化方法的選擇，并以植被混凝土綠化法為重點(diǎn)，介紹了高壩洲電廠巖石高邊坡綠化工程實(shí)踐。
關(guān)鍵字：挖方 巖石邊坡 綠化

巖石邊坡在公路、鐵路、水利、礦山等工程中是十分常見的邊坡。這種邊坡一般陡峭，無植生條件，靠自然力量很難恢復(fù)原有生態(tài)平衡。裸露的巖石邊坡（已經(jīng)噴錨支護(hù)的巖石邊坡將在以后的文章中專門討論）會(huì)帶來一系列問題，如食物鏈的破壞，局部小氣候的惡化（夏天的熱島效應(yīng)），公路、鐵路沿線的巖石邊坡還會(huì)因?yàn)檫吰卤砻骖伾野怠握{(diào)而造成視覺污染。采取工程措施，在保證邊坡穩(wěn)定的前提下，盡快讓巖石邊坡披上綠裝，是減輕生態(tài)惡化，美化環(huán)境的需要，也是?水土保持法?所要求的。
日本在巖石邊坡綠化方面較早開展研究，也取得了較好的成果，但工程造價(jià)一般很高，不適合我國國情。本文在研究已有邊坡綠化方法的同時(shí)，提出自己觀點(diǎn)，并將這些思想應(yīng)用于工程實(shí)踐。

　　1　挖方巖石邊坡分類及常規(guī)綠化方法

　　1.1　挖方巖石邊坡分類

　　工程中的巖石邊坡一般為傾角大的陡峻邊坡，無植生條件或植生條件差，按邊坡的形成原因，可分為填方邊坡和挖方邊坡。填方巖石邊坡的綠化在以后的文章中在討論，本文只討論挖方邊坡。按與邊坡防護(hù)綠化有關(guān)的性質(zhì)對巖石邊坡進(jìn)行分類如下：
　　 ⑴按結(jié)構(gòu)面與邊坡的傾向的關(guān)系，可分為穩(wěn)定、欠穩(wěn)定、危險(xiǎn)三種類型。
　　 ⑵按坡面地下水活動(dòng)情況，可將邊坡分為干燥、潮濕、滴水、涌泉四類。
　　 ⑶按邊坡所處山坡位置可將其分為坡腳邊坡、坡中邊坡和坡頂邊坡。
　　 ⑷按破面裂隙發(fā)育情況，可將邊坡分為完整邊坡，較完整邊坡，破裂邊坡，破碎邊坡。
　　 ⑸按坡面巖石的耐水性，可將邊坡分為水穩(wěn)性邊坡、水軟性邊坡、水溶性邊坡。
　　 ⑹按邊坡的高度分為高邊坡、低邊坡，劃分標(biāo)準(zhǔn)為10m。
　　 ⑺按邊坡的朝向分為向陽邊坡（朝南），陰陽邊坡（朝東或朝西），背陰邊坡（朝北）。
　　 ⑻按邊坡坡度可劃分為：小于30°為緩坡，30°－45°為斜坡，大于45°為陡坡。
　　 上述劃分是針對局部坡面而言的，工程實(shí)踐中，一片邊坡往往同時(shí)具有幾種邊坡類型。

　　1.2　常規(guī)綠化方法

　　挖方巖石邊坡綠化要解決的難題是如何在陡峭的坡面上固定植生條件，即客土，為植物提供水、肥，且能經(jīng)受風(fēng)吹雨打。
挖方巖石邊坡綠化常規(guī)方法的分類：
　　 ⑴按固定植生條件的方法不同，可分為客土植生帶綠化法、纖維綠化法、框格客土綠化法。
　　 ⑵按所用植物不同，可分為草本植物綠化、藤本植物綠化、草灌混合綠化、草卉混合綠化。
　　 客土植生帶綠化法是指人工制作一定寬度和厚度的帶狀物，其剖面結(jié)構(gòu)一般為防護(hù)網(wǎng)+防水纖維層+（種子、肥料、土壤、改良劑、保水劑）+無紡布（從上而下）。施工時(shí)先清理邊坡，再按一定間距鋪設(shè)植生帶，用鐵絲等將其固定在邊坡上，最后噴射一定厚度含肥料的泥土。覆蓋無紡布或薄膜，植物種子長出覆蓋坡面后除去。（對于軟邊坡可可掛網(wǎng)）。該工藝簡單，成本低廉。但不具備護(hù)坡功能，坡面經(jīng)受不起大雨或長時(shí)間降雨的沖刷，也不耐干旱，綠化效果差。
　　 纖維綠化法是指用植物秸桿等粉碎后制成的纖維與肥料、種子等用有機(jī)膠膠結(jié)，噴射到邊坡坡面的一種綠化方法。該法早期有一定的護(hù)坡功能，能經(jīng)受暴雨襲擊，缺點(diǎn)是不耐干旱，成本較高。
　　 框格客土綠化法是指先在邊坡上用預(yù)制框格或用石料、混凝土砌筑框格，再在框格內(nèi)置土種植綠化植物。由于巖石邊坡迎水面積小，漿砌框格是一般不設(shè)排水溝。為防止雨水沖刷土壤，可在其上覆蓋稻草簾。該法成本低，工藝簡單，綠化效果好，但對邊坡的防護(hù)作用小，只適用于坡度小于30°的邊坡。

　　2　植被混凝土護(hù)坡綠化技術(shù)及配方

　　2.1　植被混凝土護(hù)坡綠化技術(shù)簡介

　　植被混凝土是采用特定的混凝土配方和種子配方，對巖石邊坡進(jìn)行防護(hù)和綠化的新技術(shù)。它是集巖石工程力學(xué)、生物學(xué)、土壤學(xué)、肥料學(xué)、硅酸鹽化學(xué)、園藝學(xué)和環(huán)境生態(tài)等學(xué)科于一體的綜合環(huán)保技術(shù)。植被混凝土是根據(jù)邊坡地理位置、邊坡角度、巖石性質(zhì)、綠化要求等來確定水泥、土、腐植質(zhì)、保水劑、混凝土綠化添加劑（三峽大學(xué)專利技術(shù)）及混合植綠種子的組成比例?；旌现簿G種子是采用冷季型草種和暖季型草種根據(jù)生物生長特性混合優(yōu)選而成的。植被混凝土邊坡防護(hù)綠化技術(shù)具體做法是：先在巖體上鋪上鐵絲或塑料網(wǎng)，并用錨釘和錨桿固定。將植被混凝土原料經(jīng)攪拌后由常規(guī)噴錨設(shè)備噴射到巖石坡面，形成近10cm厚度的植被混凝土。噴射完畢后，覆蓋一層無紡布防曬保墑，水泥使植被混凝土形成具有一定強(qiáng)度的防護(hù)層。經(jīng)過一段時(shí)間灑水養(yǎng)護(hù)，青草就會(huì)覆蓋坡面，揭去無紡布，茂密的青草自然生長。植被混凝土護(hù)坡綠化技術(shù)可以一勞永逸地解決巖坡防護(hù)與綠化問題。故此，我們又稱工程綠化技術(shù)所用材料選擇及其功能如下：

　　防護(hù)網(wǎng)可用塑料、鐵絲、鋼筋，網(wǎng)度和選材應(yīng)根據(jù)邊坡的防護(hù)要求和特征而定。防護(hù)網(wǎng)的功能為與錨桿一起護(hù)坡，同時(shí)構(gòu)成植被混凝土的“骨架”，增強(qiáng)其整體性，防止其從坡面脫落。
　　 膠結(jié)材料，一般用425#水泥，它使植被混凝土拌和物具有粘聚性，使植被混凝土具有強(qiáng)度。
　　 植生土選用沙壤土，沙壤土具有良好的水、養(yǎng)、氣、熱狀況和協(xié)調(diào)能力，適于植物生長，在植被混凝土中，沙壤土是主要部分，是植被混凝土的“肌肉”。
　　 有機(jī)質(zhì)一般使用稻殼、鋸末等，使用它們還可以增加混凝土拌和物的流動(dòng)性，便于施工，另外，待腐爛后，為植物提供氮、磷、鉀等養(yǎng)分，同時(shí)增加植被混凝土的空隙率。
　　 腐植質(zhì)為稻殼、鋸末、酒糟經(jīng)腐爛制得，它能改善植被混凝土的物理性質(zhì)---協(xié)調(diào)水、氣、熱狀況和化學(xué)性質(zhì)---增強(qiáng)保肥性與緩沖性能，同時(shí)向植被混凝土中引入大量微生物，改善植被混凝土的物理性質(zhì)---協(xié)調(diào)水、氣、熱狀況和化學(xué)性質(zhì)---增強(qiáng)保肥性與緩沖性能，并和植物根系一起，使植被混凝土逐漸變成適于植物生長的土壤。
　　 長效肥是為植物生長提供長期效力的復(fù)合肥，一般采用尿素、生物肥、化學(xué)復(fù)合肥.保水劑是水分豐裕時(shí)吸收水分，天氣干燥時(shí)為植物提供水分，一般采用粒度100目的保水劑。
　　 混凝土添加劑是三峽大學(xué)專利產(chǎn)品,主要功能營造植物生長環(huán)境, 混合植綠種子采用冷季型草種和暖季型草種,混合根據(jù)生物生長特性優(yōu)選配制。

　　2.2　植被混凝土的配方

　　確定植被混凝土的配方需考慮以下幾個(gè)因素：
　　 ⑴保證拌和物具有良好的粘聚性、流動(dòng)性即易施工性。
　　 ⑵植被混凝土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低于15 Kpa，即能經(jīng)受風(fēng)吹雨打，不脫落。
　　 ⑶植被混凝土具有合適的容重及孔隙率，具體地講孔隙率在50-65%（體積比），容重在1.3-1.7g/cm3，這樣的結(jié)構(gòu)有利于植物生長。
　　 ⑷植被混凝土有良好的植生條件，如水肥供應(yīng)良好，能保證植物多年的養(yǎng)分供應(yīng)。（植被混凝土能長期供應(yīng)養(yǎng)料，植物也能自己補(bǔ)給，如枯葉及草根腐爛，細(xì)菌固氮等。）
　　 膠結(jié)材料、植生土、有機(jī)質(zhì)、腐植質(zhì)的總重量占植被混凝土的重量80%左右，因此，他們決定植被混凝土的主要性質(zhì)。
　　 水泥是影響強(qiáng)度、和易性的決定因素，實(shí)驗(yàn)表明，水泥用量大于10%（重量比，下同）時(shí)，就能保證植被混凝土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低15 Kpa。水泥用量一般不超過25%。
　　 有機(jī)質(zhì)、腐植質(zhì)合稱有機(jī)物，它們的含量對植被混凝土的物理性質(zhì)，即強(qiáng)度、容重及孔隙率，水肥供應(yīng)有重大影響。其含量越大，容重越小，孔隙率越大，強(qiáng)度越低。有機(jī)物的含量過大會(huì)造成植被混凝土的強(qiáng)度偏小，孔隙率過大而不利于保持水分，同時(shí)還會(huì)降低拌和物的粘聚性，噴射施工時(shí)增加回彈損失。實(shí)踐表明，有機(jī)物最適宜的含量為8-16%。
　　 砼綠化添加劑含量一般不大于2%。含量過大不利于降低成本，過少不能營造出植物所需的生長基質(zhì)。三峽大學(xué)生產(chǎn)的砼綠化添加劑由于配方科學(xué)合理，多個(gè)工程實(shí)踐表明，其含量在1.0-2.0%能很好地滿足植物需求。

　　3　挖方巖石邊坡的卸荷及綠化時(shí)機(jī)的把握
　　　　　　　　　　　　
　　 巖石邊坡的開挖過程，從力學(xué)本質(zhì)上說就是卸荷。特別是深挖高邊坡，地應(yīng)力釋放量大，卸荷量級高，卸荷范圍寬，伴隨卸荷，邊坡產(chǎn)生卸荷裂隙和卸荷變形，有些開挖邊坡的卸荷水平變形達(dá)到了米級，不可忽視。運(yùn)用巖體力學(xué)理論，確定邊坡防護(hù)的方法和時(shí)機(jī)，同時(shí)在開挖邊坡上設(shè)置位移觀測點(diǎn)，觀測邊坡的變形趨勢，為確定邊坡的支護(hù)和綠化選擇合適時(shí)機(jī)提供依據(jù)。再者，巖石邊坡開挖過程，改變或破壞了原有大自然的水、地氣循環(huán)系統(tǒng)，這種改變或破壞循環(huán)系統(tǒng)，將隨著裸露巖石的風(fēng)吹暴曬時(shí)間的增加而加劇。故此，采用邊開挖邊支護(hù)邊綠化，對巖石邊坡防護(hù)質(zhì)量、綠化效果都有十分關(guān)鍵的作用。

　　4　工程實(shí)踐

　　植被混凝土綠化法以其防護(hù)性能好，綠化效果優(yōu)良，適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，我們已在多個(gè)工程中使用該法，如水布埡工程巖石邊坡（15000m2，坡度73°），三峽工程巖石邊坡（10000 m2，坡度75°），高壩洲電廠巖石高邊坡（12000m2,坡度80°）等。下面以高壩洲電廠巖石高邊坡綠化工程為例，介紹植被混凝土綠化法在巖石邊坡中的應(yīng)用。

　　4.1　地質(zhì)與氣候概況
　　 高壩洲電廠巖石高邊坡位于大壩右肩至下游王家沖段，與下游航道平行，與升船機(jī)毗鄰，坡底長200m，坡最高處達(dá)80m，傾角70--80°，邊坡走向40°，面積12000m2，其安全穩(wěn)定直接關(guān)系到航道及大壩的安全。該邊坡段出露巖層為中寒武統(tǒng)黑石溝組第一段，其巖性為中厚層含泥質(zhì)微晶白云巖，灰?guī)r夾薄層、極薄層泥質(zhì)微晶白云巖，粒砂質(zhì)微晶白云巖，少量鮞狀亮晶灰?guī)r和硅質(zhì)巖。巖溶不發(fā)育，為相對隔水層。巖層走向290°左右，傾向SW(傾向上游偏右岸)，傾角40°左右。坡面中部有一斷層，走向進(jìn)于SN，傾向NW，傾角80°，為方解石及方解石膠結(jié)的角礫巖填充。大壩右岸基巖構(gòu)造裂隙較發(fā)育，走向23--32°，傾向以NW為主，傾角為50--90°，寬為3—8m，最寬40m，長一般為10—30m，少量只有幾米，均為方解石填充，膠結(jié)良好。構(gòu)造裂隙均為高傾角張性裂隙，其發(fā)育間距一般為0.4—1.5m,線密度達(dá)5--8條/m，最大線裂隙3.2%--5%，面裂隙率9.94%。高壩洲屬亞熱帶氣候，年平均降雨量1200mm,最熱平均氣溫7月28.8℃，最低月平均氣溫1月3.0℃，極端氣候條件為：極低氣溫-9.8℃，極高氣溫42.0℃，最大日降雨量可達(dá)300mm。

　　4.2　綠化方法的選擇
　　 按前面的邊坡分類方法，考察邊坡地質(zhì)狀況，高壩洲電廠巖石高邊坡屬于穩(wěn)定、干燥、破裂邊坡，圍巖呈弱堿性，局部有水軟性泥質(zhì)灰?guī)r和白云巖。邊坡雖然不會(huì)發(fā)生大面積滑坡，但因風(fēng)化，局部會(huì)形成滾石。考慮航道及大壩的安全，邊坡必須防護(hù)處理。同時(shí)，高壩洲電廠因其環(huán)境幽雅，具備旅游價(jià)值。因此，邊坡需綠化。綜合以上因素，選用植被混凝土綠化法。

　　4.3　植被混凝土施工
　　 施工季節(jié)冬季。先清理坡面，去除雜物，在邊坡上用手風(fēng)鉆鉆孔，孔距800×800，孔深500，孔徑Φ18。插入深700，Φ12螺紋鋼，用注漿機(jī)注入1:1膨脹水泥漿固定錨桿。在錨桿上固定50×50間距的Φ6鐵絲網(wǎng)。
　　 將425#水泥、生植土、腐植質(zhì)、長效肥保水劑、砼綠化添加劑按重量比12%:74%:12%：1%:1%充分拌和，形成植被混凝土干料。
　　 砼綠化添加劑是三峽大學(xué)生產(chǎn)的，為專利產(chǎn)品。
　　 草種為狗芽根，節(jié)水草，羊胡子草的混合，重量比為20%∶60%∶20% ，每平方用量0.05kg。
　　 有機(jī)質(zhì)、腐植質(zhì)為酒糟、鋸末、稻殼及其制品，生植土為干沙壤土。
　　 用砼噴射設(shè)備噴射植被混凝土，分兩層噴射，基層厚度為90，面層厚度為10。面層噴射時(shí)加入草種，噴射完畢后，用地膜覆蓋。灑水養(yǎng)護(hù)一個(gè)月，待草覆蓋坡面揭開地膜即可。
　　 施工機(jī)械還有，12m3空壓機(jī)，5 m3/h砼噴射機(jī)，0.35 m3拌和機(jī)，5t自卸汽車。

　　4.4　綠化效果評價(jià)

　　高壩洲電廠巖石高邊坡噴射施工后六天，草種發(fā)芽破土，一個(gè)月，青草覆蓋80%坡面，草長勢喜人，兩個(gè)月后，青草濃密茂盛，100%覆蓋坡面，隨后經(jīng)歷春季幾場大雨和四五兩個(gè)月連續(xù)二十幾天梅雨的沖洗，邊坡未出現(xiàn)植被混凝土脫落，達(dá)到邊坡防護(hù)和綠化要求。

　　5　結(jié)語

　　巖石邊坡綠化是一項(xiàng)新興邊緣學(xué)科，它涉及巖石力學(xué)、生物學(xué)、土壤學(xué)、肥料學(xué)、硅酸鹽化學(xué)、園藝學(xué)和環(huán)境生態(tài)學(xué)等多個(gè)學(xué)科。此學(xué)科在我國剛起步，目前從事該學(xué)科的研究人員很少。我們雖然從事了多個(gè)工程實(shí)踐，取得了一定經(jīng)驗(yàn)，但仍需作進(jìn)一步定量研究。今后的研究課題有：不同綠化方法成本的研究；綠化植物的篩選；邊坡生態(tài)系統(tǒng)的建立和恢復(fù)；邊坡景觀規(guī)劃；植被混凝土綠化法在不同邊坡和氣候條件下的最佳配合比的確定（從拌和物的和易性，植被混凝土的物理、化學(xué)、生物特征及三相比，植被混凝土的水肥特性等方面研究）等。我們相信，經(jīng)過深入的研究和實(shí)踐,在技術(shù)上一定能有更多的突破。