CN101696574A - 高陡边坡生态防护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高陡边坡生态防护方法。主要包括坡面处理、混凝土喷锚支护、植生孔设置、铺网、喷料准备、团粒喷播、养护、管理等步骤。本发明利用富含有机质和粘土的殖壤土等客土材料在喷播瞬间与团粒剂混合后发团粒反应，形成与自然表土具有相同高次团粒结构的抗侵蚀能力强的绿化基盘，可抑制水土流失；形成与周边植被环境和谐一致的多样化的成熟植物群落后，防护坡面，能有效地抵抗病虫害，维护生态平衡；可省去后期养护管理及费用；所用材料均可自然降解，对环境无污染，且能净化空气，美化环境；无须吊挂在坡面上施工，只在坡面下喷播作业，施工速度快，且安全性高。适用各种高陡且不稳定的坡面及绿化期望值很高的裸地坡面等绿化较为困难的坡面等。

Description

高陡边坡生态防护方法

技术领域

本发明涉边坡治理领域，尤其涉及一种高陡边坡生态防护方法。

背景技术

生态建设和环境保护是21世纪人类共同关注的热门话题，也是世界各国政府和人民为之不懈努力解决的焦点问题。基本建设的快速发展与生态环境的不协调，导致了人类赖以生存环境的生态破坏，同时也制约了社会经济的可持续发展，对人类的生存和社会发展构成了威胁。因此，项目开发与环境保护兼顾是经济可持续发展的重大课题，在工程建设中合理利用资源、保护环境、美化环境，是我们必须正视和认真对待的问题。中国正处在基础设施建设的高峰期，在公路、铁路、矿山、水利等工程建设中，经常伴有大量的开挖土石方，而这些土石方开挖破坏了原有植被，造成大量的裸露边坡，导致严重的水土流失和生态环境失衡。以往通常采用单纯的工程防护，如浆(干)砌片石、喷锚防护等，这些工程措施都导致原有植被破坏、水土流失、滑坡、边坡失稳等一系列生态环境和工程问题，不利于沿线的生态环境和行车视觉景观，已不能满足绿色公路、生态护坡的要求。近十多年来人们开发出了多种既能起到良好边坡防护作用，又能改善工程环境、体现自然环境美的边坡植物防护新技术，与传统的坡面工程防护措施共同形成了边坡工程植物防护体系。根据不同的边坡土质条件，采用不同的施工方法和施工工艺可将边坡植物防护技术分为：①人工种草护坡；②平铺草皮护坡；③液压喷播植草护坡；④土工网植草护坡；⑤OH液植草护坡；⑥行栽香根草护坡；⑦蜂巢式网格植草护坡；⑧客土植生植物护坡；⑨喷混植生植物护坡。各类边坡植物防护技术的主要作用及应用条件各不相同。如目前常用的挂网绿化方法，虽然在边坡的绿化方面能起到较好的效果，但水土流失现象仍然比较突出。这些工程所形成的边坡靠自然界自身的力量恢复生态平衡往往需要较长的时间，甚至基本无法恢复。因而需要采取工程措施，对边坡进行工程防护与生态绿化处理，以防止边坡破坏、水土流失，并涵养水源、净化空气、美化环境，是减少生态灾害，保护环境的需要。边坡绿化要因地制宜，根据当地的自然地理环境(地形、土质、气候条件等)，并结合本地区草木的生长情况以及边坡的坡度、坡面的岩石性质等情况确定边坡绿化的施工工艺。例如在由于塌方和过度开发等原因导致裸露的地方植物无法生长，这是因为含有植物生长所需的养分和水分的表土剥落，无机质的无营养土壤裸露致使植物无法生长。对大于1∶0.5的边坡、岩性较差、强度较低、易于风化的岩石边坡；或虽为坚硬岩层，但风化严重、节理发育、易受自然应力影响、导致大面积碎落，以及局部小型崩塌、落石的岩质边坡；或岩质边坡因爆破施工，造成大量超爆、破坏范围深入边坡内部，边坡岩石破碎松散、极易发生落石、崩塌的边坡防护，仅靠植被工程、预制混凝土网格或塑料网加播种工程等，是无法确保边坡稳定的。为保证边坡的稳定，可采用喷射混凝土表面防水或采用挡土墙等结构及(挂网)锚固工程等工程措施予以解决，但这些方法的缺陷是不能保护生态环境，美化景观。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种既可保证边坡的稳定，又可恢复植被、保护生态环境、美化景观的高陡边坡生态防护方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高陡边坡生态防护方法，包括以下步骤：

(1)坡面处理清除边坡表面的危石、松石、浮石，并去除原坡面上附着的浮根、草本植物及垃圾；

(2)混凝土喷锚支护对边坡较高、坡面松散破碎严重，且破碎岩层较厚的地方采用混凝土喷锚防护；对边坡较低，只有少量裂缝，破碎不严重的地方则采用素喷混凝土防护；锚杆钻孔可采用气腿式凿岩机钻孔，孔径50mm；锚杆深度一般为1.0～1.5m，钻孔要垂直边坡面。锚杆可采用Φ22mm的钢筋，间排距1.2～1.7m，呈菱形布置。

喷射混凝土配合比设计时应满足：能得到所需的强度；回弹量小；粉尘量少；粘附性好；能获得密实的混凝土；不易发生管道堵塞。施工常用的配合比为：①水泥与砂石重量比为1∶2∶2～1∶2∶3；②砂率宜为45～60％；③水灰比宜为0.4～0.5；

(3)植生孔设置在喷锚坡体上或岩体裂隙不发育的地方设置植生孔，植生孔直径大于150～250mm，深度以穿过混凝土面层，达到边坡的岩石或土质表面为准，数量密度为2～4个/m²；

(4)铺网金属网自上而下铺设，以锚固件固定，首先固定好坡顶金属网的上端部后，才能向下铺设；金属网与坡面间隙保持均匀一致，金属网应位于设计喷播厚度的外1/4～最外侧处；当坡面凹凸起伏较大或含软岩时，金属网应尽可能贴近坡面，锚固件应打在岩石的裂缝处，无裂缝时，应钻孔后再打入；

(5)喷料准备准备包括下述重量百分比的材料，有机堆肥和/或泥炭60～85％、粘土10～25％、土壤稳定剂3～5％、植物纤维4～10％、混合植物种子1.5～4.5％、土壤团粒剂0.4～1％；将有机堆肥和/或泥炭、粘土、土壤稳定剂、植物纤维、混合植物种子与水按1∶0.5～0.6的重量比混合形成流质状的泥状基材，将团粒剂溶于水配成重量百分比为0.1～0.3％的溶液或胶液；

(6)团粒喷播将泥状基材与团粒剂水溶液按10∶0.8～1.2的体积比分别以液压输送，在喷播设备的喷嘴处混合发生团粒化反应后喷射至所要绿化的边坡上，喷播的厚度为5～10cm；一般情况下的喷播时间：北方7至8月，南方9至10月。

使用富含有机质和粘土的殖壤土等客土材料在喷播瞬间与团粒剂混合并在空气的作用下，诱发团粒反应，形成与自然表土具有相同高次团粒结构的人造绿化基盘(“塌落度”试验的数值在3cm以内；外观特征：刚刚反应完毕的基质有清水沥出，即“疏水反应”；取一小块反应后的基质，用手攥压，有较多清水排出；喷播后的基盘表面凸凹不平，不光滑)，由于喷播瞬间发生疏水反应，粘结力极强的绿化基盘牢固地吸附于坡面上，即使受雨水的冲刷也不会脱落。在喷锚坡体或岩石上能为植物创造生长条件，恢复了因工程施工而破坏的生态系统，制造与自然表土相近的生长基础，培育出稳固边坡和与周边环境和谐的植物，有效恢复生态，并形成可粗放管理的优美植物群落。

(7)养护、管理在喷播作业结束后的发芽期内，8～10天后无天然降水，应浇水浇灌土壤培养基，使坡面保持湿润；幼苗出土至木质化前，宜少量多次浇水，经常保持土壤培养基表面湿润；在苗木出现木质化及根系大量形成以后，每次浇水应浇透、浇足；并进行必要的病虫害防治。

所述土壤稳定剂为磺化油、改性水玻璃类、ISS稳定剂、阳离子乳化沥青、聚氧化乙烯中的至少一种。稳定剂一般呈液态，目前国际市场应用比较广泛和知名的产品多由石油磺化而得，其主要成分为磺化油，如南非约翰尼斯堡公司生产的康耐(CON-AID)和美国soilrock公司的s型稳定剂等是国际市场上比较常见的品种。

所述土壤团粒剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚乙烯亚胺、聚乙烯醇、高吸水性树脂中的至少一种。

高吸水性树脂(Super Absorbent Resin简称SAR)是一种含有强亲水性基因、并具有一定交联度的功能高分子材料，能吸收自身重量数百倍甚至上千倍的水、且吸水膨润后生成的凝胶在加压条件下不易将水析出。产品从淀粉接枝丙烯腈发展到淀粉接枝丙烯酸、交联纤维素类、聚丙烯酸盐、共聚物水解、聚醚、聚氨酯等类；高吸水性树脂的吸水率从80年代的百倍提高到目前的四五千倍。在淀粉上除了接枝丙烯腈外，还可以接枝丙烯、甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酰胺等单体，进一步提高产物的吸水倍数；将淀粉和聚丙烯酸钠水溶液在加热条件下进行混炼可接枝形成淀粉-聚丙烯酸钠的接枝共聚物；将丙烯腈等单体分散在纤维素浆液中，在铈盐引发剂的作用下进行接枝共聚，再加压水解成纤维素的接枝共聚物。

所述步骤(6)中，在泥状基材与团粒剂发生团粒化反应的同时从喷嘴口的空气吸入口将短纤维插入，边与泥状基材缠合边喷播，每立方米混合料混入短纤维430～450g。短纤维在泥状基材喷播时，从设于喷嘴处的空气吸入口进入，与在搅拌器内部进行了团粒反应的泥状基材缠搅在一块同时喷出去在生育基础内形成仿植物根系状态进行补强，为使与土粒子更好的缠合，使用不会拧的短纤维。

在所述步骤(6)中，调节团粒剂与空气的混入量，使喷嘴喷出的混合基材为1～2cm的团状飞散状态。从喷嘴团粒化喷出的基材在破面上形成小坑(凹凸面)用肉眼看很容易，从小坑的情况判断喷播基材是否形成团粒结构。直径约2厘米时，基材处于完全形成团粒化状态。坑比较小时，团粒剂混入量小，基材处于不充分团粒化状态，在这种团粒化不充分的状态，要注意基础网的水分一蒸发，就产生龟裂，小坑有助于雨水吸收，促进发芽和生长效果。

所述混合植物种子为乡土乔、灌、草植被的混合种子，其重量比为1～1.5∶3～4.5∶4～6。根据当地的生态植物结构，将乡土乔、灌、草有机结合、合理配置，恢复其生态平衡，实现人工强制绿化向自然植被的自我繁衍。随着时间推移，乔、灌木等树种自然入侵并得以成长，产生生态效益和绿化、美化的效果。每种植物最适宜的播种量也可通过下述公式来计算：

W＝A/(B×C×D×E×F)，其中W为每种植物的播种量(g/m²)，

A为目标出苗数(个/m²)，指为达到绿化目标群落而必需的出苗数，通常为播种后1年左右出苗的总数，包含枯损数。形成木本群落时，一般情况下，木本类植物的期待出苗数为10～500棵/m²；草本类的期待出苗数为500棵/m²以下；形成草本群落时，草本类的期待出苗数为1000棵/m²以下；

B为各种植物的覆土修正率，植物的发芽、成活由于覆土厚度的不同而产生很大的差异。因此在确定播种量时，应按确定的修正率进行修正；

C为现场条件修正率，坡面的土质、坡度、朝向等条件不同，发芽、成活率将受到很大的影响，因此可做如下修正：

①坡面坡度：1∶0.5以上：0.7，1∶0.8以上：0.8，1∶1以上：0.9，1∶1以下：1.0；

②土质：硬岩：0.9，特殊立地条件(指细砂、白砂、砂岩、泥岩、土壤硬度在10mm以下的砂土、强酸性土壤、强碱性土壤等)：0.9，其它：1.0；

③坡面朝向：西向～南向：0.9，其它朝向：1.0；

④降水量为1000mm以下：0.7，⑤海岸线：0.9，⑥临水面：0.8，⑦其它：1.0；

D为施工季节修正率，3～6月，草本1.0，木本1.0；7～8月，草本0.8，木本0.6；9月，草本1.0，木本0.5；10～11月，草本0.7，木本0.5；12～2月，草本0.9，木本0.8；在木本群落中混播草本植物，草本植物的修正率为1.0；

E为所用种子的发芽率，以种子的实际发芽率为准；

F为所用种子的单位粒数(粒/g)，单位粒数为实际使用的有夹杂物混入的种子的单位粒数。

在所述步骤(5)、(6)中，当喷播厚度大于4cm以上时，可分二次进行喷播，仅在最后喷播的2cm喷播层中混入种子。

所述有机堆肥为作物茎秆堆肥、果壳堆肥、草木堆肥、蔗渣堆肥、禽兽排泄物堆肥、厨余堆肥中的至少一种。

本发明具有积极有益的效果：

1.稳固的工程防护加客土喷播生物防护，既可保证边坡的稳固、安全，同时又能最大程度地恢复自然生态。

2.本发明方法喷播后形成的基盘具有最优良的土壤结构，可抵抗强降雨的侵蚀和风蚀，有效地抑制水土流失，对坡面具有防护作用；可形成错落有致的护坡植物群落，护坡效果显著，且随着时间的推移，护坡能力越来越强；边坡上形成多样化平衡生态群落，与周围原有的植被环境和谐一致，能有效地抵抗病虫害，保护生态环境；后期无需养护与管理，回归真正的自然生态，节约了大量的后期养护费用；所用材料生态环保，可自然降解，加之无需施肥洒药，对环境无污染，同时还能净化空气，美化环境；施工时无须吊挂在坡面上施工，只在坡面下喷播作业，施工安全性高；施工速度快。

3.适用范围广各种岩石坡面；砾石混合土、砂土坡面；贫瘠土、酸性土坡面；水坝、湖泊坡面、自然护岸、简易水道等；海岸防砂、治砂；有土块、浮石等不稳定的坡面；有轻微塌方的坡面及绿化期望值很高的裸地坡面等绿化较为困难的坡面。

具体实施方式

实施例1河南宝泉抽水蓄能电站上水库左坝肩生态恢复工程

宝泉电站位于河南省辉县市薄壁镇，工程上、下库相距高差较大，上、下库连接公路在施工建设当中存在大量的土石方开挖，改变原有的土体或岩体的稳定结构，形成了许多高边坡，属于岩性较差、极易风化、强度较低的边坡，边坡破碎松散，落石现象时有发生，防治水土流失比较困难。2008年9月下旬至12月中旬，采取如下步骤进行生态防护：

(1)坡面处理清除边坡表面的危石、松石、浮石，并去除原坡面上附着的浮根、草本植物及垃圾；

(2)混凝土喷锚支护对边坡较高、坡面松散破碎严重，且破碎岩层较厚的地方采用混凝土喷锚防护；对边坡较低，只有少量裂缝，破碎不严重的地方则采用素喷混凝土防护；

(3)植生孔设置在喷锚坡体上或岩体裂隙不发育的地方设置植生孔，植生孔直径大于150mm，深度以穿过混凝土面层，达到边坡的岩石或土质表面为准，数量密度为2～4个/m²；

(4)铺网金属网自上而下铺设，以锚固件固定，首先固定好坡顶金属网的上端部后，才能向下铺设；金属网与坡面间隙保持均匀一致，金属网应位于设计喷播厚度的外1/4～最外侧处；当坡面凹凸起伏较大或含软岩时，金属网应尽可能贴近坡面，锚固件应打在岩石的裂缝处，无裂缝时，应钻孔后再打入；

(5)喷料准备准备包括下述重量百分比的材料，有机堆肥(小麦秸秆、玉米秸秆、枯枝落叶、花生壳的混合堆肥)70％、粘土16％、土壤稳定剂(阳离子乳化沥青)4％、植物纤维6％、混合植物种子3.2％、土壤团粒剂(聚丙烯酰胺)0.8％；将有机堆肥、粘土、土壤稳定剂、植物纤维、混合植物种子与水按1∶0.55的重量比混合形成流质状的泥状基材，将团粒剂溶于水配成重量百分比为0.2％的溶液或胶液；混合植物种子为本地乔、灌、草(刺槐、紫穗槐、盐肤木和臭椿、茅草等)，其比例为1∶3∶4。

(6)团粒喷播将泥状基材与团粒剂水溶液按约10∶1的体积比分别以液压输送，在喷播设备的喷嘴处混合发生团粒化反应，同时从喷嘴口的空气吸入口混入短纤维440g/m³混合料，边与泥状基材缠合边喷播，喷播厚度为8cm；分二次进行喷播，仅在最后喷播的2cm喷播层中混入种子；喷播形成的基盘的理化技术指标见表1。

喷播时尽量从正面喷播，掌握喷播的人在死角处有凹凸部分时，尤其要注意以防喷播不均，喷播时能把握坡面状况在不同情况处喷播时，植生条件良好处喷薄一些，不良处喷厚一些。

所用喷播机设备参数：设备由2个罐体组成。容量：5.0立方米；功率：80KW；重量：4.5吨(净重)水平扬程：400～500m；垂直扬程为100m；

(7)养护、管理在喷播作业结束后的发芽期内，约10天后无天然降水，应浇水浇灌土壤培养基，使坡面保持湿润；幼苗出土至木质化前，宜少量多次浇水，经常保持土壤培养基表面湿润；在苗木出现木质化及根系大量形成以后，每次浇水应浇透、浇足；并进行必要的病虫害防治。

喷播工程于2008年12月份结束，3个月内种子陆续发芽，09年4月底试验段的一些乡土植物如刺槐、紫穗槐、盐肤木和臭椿等苗木已经长高，取得了较好的山体绿化效果。恢复边坡面积为：试验段：3531m²，上库左坝肩高边坡：6637m²，进场交通洞上部混凝土喷护面：4404m²。截止目前，各边坡生态恢复效果较好，乔木生长密度达到3～6株/m²，植物生长高度达到30～100厘米。

表1团粒化反应后基盘的理化技术指标

Claims (8)

1.一种高陡边坡生态防护方法，包括以下步骤：

(1)坡面处理清除边坡表面的危石、松石、浮石，并去除原坡面上附着的浮根、草本植物及垃圾；

(2)混凝土喷锚支护对边坡较高、坡面松散破碎严重，且破碎岩层较厚的地方采用混凝土喷锚防护；对边坡较低，只有少量裂缝，破碎不严重的地方则采用素喷混凝土防护；锚杆间距1.2～1.7m，呈菱形分布；

(3)植生孔设置在喷锚坡体上或岩体裂隙不发育的地方设置植生孔，植生孔直径大于150～250mm，深度以穿过混凝土面层，达到边坡的岩石或土质表面为准，数量密度为2～4个/m²；

(4)铺网金属网自上而下铺设，以锚固件固定；金属网与坡面间隙保持均匀一致，金属网应位于设计喷播厚度的外1/4～最外侧处；当坡面凹凸起伏较大或含软岩时，金属网应尽可能贴近坡面，锚固件应打在岩石的裂缝处，无裂缝时，钻孔打入；

(5)喷料准备准备包括下述重量百分比的材料，有机堆肥和/或泥炭60～85％、粘土10～25％、土壤稳定剂3～5％、植物纤维4～10％、混合植物种子1.5～4.5％、土壤团粒剂0.4～1％；将有机堆肥和/或泥炭、粘土、土壤稳定剂、植物纤维、混合植物种子与水按1∶0.5～0.6的重量比混合形成流质状的泥状基材，将团粒剂溶于水配成重量百分比为0.1～0.3％的溶液或胶液；

(6)团粒喷播将泥状基材与团粒剂水溶液按10∶0.8～1.2的体积比分别以液压输送，在喷播设备的喷嘴处混合发生团粒化反应后喷射至所要绿化的边坡上，喷播厚度为5～10cm；

(7)养护、管理在喷播作业结束后的发芽期内，8～10天后无天然降水，应浇水浇灌土壤培养基，使坡面保持湿润；幼苗出土至木质化前，宜少量多次浇水，经常保持土壤培养基表面湿润；在苗木出现木质化及根系大量形成以后，每次浇水应浇透、浇足；并进行必要的病虫害防治。

2.根据权利要求1所述高陡边坡生态防护方法，其特征在于，所述土壤稳定剂为磺化油、改性水玻璃类、ISS稳定剂、阳离子乳化沥青、聚氧化乙烯中的至少一种。

3.根据权利要求1所述高陡边坡生态防护方法，其特征在于，所述土壤团粒剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚乙烯亚胺、高吸水性树脂中的至少一种。

4.根据权利要求1所述高陡边坡生态防护方法，其特征在于，所述步骤(6)中，在泥状基材与团粒剂发生团粒化反应的同时从喷嘴口的空气吸入口将短纤维插入，边与泥状基材缠合边喷播，每立方米混合料混入短纤维430～450g。

5.根据权利要求1所述高陡边坡生态防护方法，其特征在于，在所述步骤(6)中，调节团粒剂与空气的混入量，使喷嘴喷出的混合基材为1～2cm的团状飞散状态。

6.根据权利要求1所述高陡边坡生态防护方法，其特征在于，所述混合植物种子为乡土乔、灌、草植被的混合种子，其重量比为1～1.5∶3～4.5∶4～6。

7.根据权利要求1所述高陡边坡生态防护方法，其特征在于，在所述步骤(5)、(6)中，当喷播厚度大于4cm以上时，可分二次进行喷播，仅在最后喷播的2cm喷播层中混入种子。

8.根据权利要求1所述高陡边坡生态防护方法，其特征在于，所述有机堆肥为作物茎秆堆肥、果壳堆肥、草木堆肥、蔗渣堆肥、禽兽排泄物堆肥、厨余堆肥中的至少一种。