復合植生混凝土研究及其應用

[關(guān)鍵詞] 巖石裸露面；生態(tài)系統(tǒng)；植被恢復技術(shù)

[摘　要] 以開發(fā)建設活動中產(chǎn)生的開挖裸露巖石面生態(tài)系統(tǒng)快速恢復技術(shù)為研究對象，通過模擬試驗、實地試驗、應用試驗，篩選出在巖石裸露面適宜植物生長的復合植生混凝土配合比，提出了較為成熟的應用技術(shù)。隨著經(jīng)濟、社會的不斷發(fā)展和城市化進程的加快，各類開發(fā)建設活動造成大量的山體邊坡巖石裸露面，不僅造成生態(tài)環(huán)境、自然景觀的破壞，而且成為誘發(fā)滑坡、崩塌等威脅人民生命財產(chǎn)安全的隱患。公路等工程為了保證正常運行和行車安全，僅對部分開挖裸露面采用砌石護坡或噴鉚支護等方法進行處理，與生態(tài)環(huán)境和自然景觀極不協(xié)調(diào)，并且對大多數(shù)開挖裸露面不予處理。如何對開發(fā)建設活動造成的巖石開挖裸露面進行整治并恢復植被，實現(xiàn)與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)，成為一項重要課題。為此，我們通過模擬試驗、實地試驗，在混凝土中摻入填充材料、肥料及保水劑等，研究成了既能與巖石坡面粘合、防止表面沖蝕，又能適宜植物發(fā)芽和生長的復合植生混凝土，取得了較好的效果。

1 　研究區(qū)域氣象及地質(zhì)情況

    1998 年起在浙江省安吉縣賦石水庫度假村附近裸露的山巖進行現(xiàn)場試驗研究。該地區(qū)屬中緯度北亞熱帶南緣季風區(qū)，氣候溫和，四季分明，雨量充沛。年平均氣溫12～16 ℃，最熱月(7 月) 平均氣溫28.1 ℃，最冷月(1 月) 平均氣溫為2.7 ℃，無霜期200～226 d。多年平均降水量為1 472 mm ，多年平均陸面蒸發(fā)量為733 mm ，多年平均水面蒸發(fā)量為884 mm。試驗區(qū)地質(zhì)以砂巖為主，夾頁巖，巖性致密堅硬，除部分地段因節(jié)理發(fā)育或斷層影響巖石較破碎外，大部分巖石新鮮完整。

2 　研究內(nèi)容與方法

2.1 　試驗設計

    第一步，進行模擬試驗，篩選出較佳的材料配合比、應用技術(shù)和養(yǎng)護條件。第二步，將模擬試驗篩選出的較佳材料配合比進行實地試驗。第三步，根據(jù)實地試驗結(jié)果，進行調(diào)整，設計應用試驗方案，并實施。第四步，觀察研究應用試驗的出苗生長和植被演替，提出適宜植物生長的復合植生混凝土配合比以及較為成熟的應用技術(shù)。

2.2 　試驗材料及設備

    試驗材料有水，普通425 # 水泥，中粗砂，稻殼及木屑等填充材料，肥土、菜餅及復合肥，百慕達、高羊茅、黑麥草等草種，保水劑。試驗設備主要是噴漿機、攪拌機等。

2.3 　應用技術(shù)試驗

    養(yǎng)護管理試驗設計3 個對照組：第1 組，每天澆水1 次，待出苗后停止養(yǎng)護；第二組每天澆水，待出苗后根據(jù)苗情澆水養(yǎng)護，直至郁閉；第三組與第二組同樣養(yǎng)護，待出苗后加入旱地龍澆水。

    噴射厚度試驗：先在水平巖石面進行不同厚度試驗，厚度分別為5 ，6 ，8 ，10 ，12 cm；然后在不同坡度巖石面進行相同厚度試驗，坡比分別為1∶0.6、1∶0.8、1∶1、1∶1.2、1∶1.4 ，厚度均為8 cm。種子處理試驗設置3 個對照組：不浸泡、浸泡、浸泡至破口。保水劑應用試驗包括保水劑用量試驗和層次分布作用試驗。用量試驗設計60 ，40 ，20 g/ m2 用量及不用保水劑共4 個對照組。層次分布作用試驗設計3 個對照組： ①面層、底層都摻加，用量40 g/ m2 ； ②僅在底層摻加40 g/ m2 ，面層不用； ③不用保水劑。

    草種適應性篩選試驗：選用了一些外來草本植物、鄉(xiāng)土草本植物以及低矮的木本植物進行適應性試驗。

    施工工藝試驗：坡面處理，陡坡面加鐵絲網(wǎng)與不加鐵絲網(wǎng)對噴射材料黏結(jié)度、穩(wěn)定性影響試驗，材料攪拌加入順序試驗，分層噴射厚度試驗，噴漿機噴射高度試驗，噴漿機允許材料最大粒徑試驗等。

3 　應用技術(shù)

3.1 　適用的條件

    坡度:坡比在1∶0.6 以下適用；坡比在1∶0.6～1∶0.4 之間，節(jié)理發(fā)育，巖面凹凸較多，可以采取底層增加水泥配比，加鐵絲網(wǎng)，適度增加厚度，播匍匐性強的草種等措施；坡比在1∶0.4 以上一般不適用。

    坡長：在設置排水系統(tǒng)和橫向固定墻，加鐵絲網(wǎng)的前提下，理論上坡長不受限制。在實際施工中，坡長一般不宜超過50 m。巖石風化程度：普遍適用于節(jié)理發(fā)育、風化較好的巖石開挖面，對缺乏節(jié)理、未風化的硬巖，需要增加復合混凝土厚度，加網(wǎng)，增設橫向固定墻，并且不宜噴播高稈的草、木本植物。

3.2 　草種選擇及用量

    復合植生混凝土的綠化植物以草本為主。在草本植物選擇上要求耐貧瘠、耐干旱、根系發(fā)達，郁閉快。外來草本植物可選擇的有百喜草、百慕達、高羊茅、狗牙根、黑麥草等，鄉(xiāng)土草本可供選擇的有狗尾草、芒、結(jié)縷草等。木本可選擇低矮的品種如胡枝子、紫穗槐等。試驗表明，生長較好的有:秋季黑麥草與狗芽根混播，春季高羊茅與狗芽根混播，可少量加入鄉(xiāng)土草種。種子用量5 g/ m2 左右，種子粒徑小的可以減少用量，反之增加用量。

3.3 　確定適宜的施工期

    植物發(fā)芽需要適宜的水分、溫度條件，一般要求平均氣溫10 ℃以上并持續(xù)1～2 個月時間。復合植生混凝土施工期，應綜合考慮降雨、氣溫、植物萌發(fā)生長規(guī)律等因素而確定。降雨對施工的影響很大。降雨少，有利于施工，但不利于植物生長，增加養(yǎng)護成本；降雨過多，特別是暴雨頻發(fā)季節(jié)，在植物未生長郁閉前，施工作業(yè)面易發(fā)生侵蝕沖刷，而且影響穩(wěn)定性，因此應避開暴雨季節(jié)。氣溫過低時大多植物不萌發(fā)；氣溫過高時水分蒸發(fā)快，植物也不易萌發(fā)，即使萌發(fā)也因缺水而干枯。若在高溫季節(jié)施工，可用遮陰網(wǎng)降低溫度，但成本較高。

    大多植物適宜春季播種；冷季型草種秋季播種也適宜，如黑麥草。綜合以上因素，南方施工適宜時期為4～6 月和9～10 月，其中9～10 月施工期草種應選冷季型草。

3.4 　復合植生混凝土噴射厚度

    綜合分析坡面情況、坡度、施工期等因素來確定噴射厚度。研究坡面是巖石面，植物根系無法穿透，因而巖石面裂隙和風化情況制約著根系的伸展，一般來說巖石面裂隙和風化程度與噴射厚度成反比例關(guān)系。另外，巖石基礎面的滲水程度與噴射厚度也成反比例關(guān)系。

    坡度越陡，水分越易流失，對植物生長越不利。因此，坡度大，厚度應增加。但是，在超過1∶0.6 以上坡度時，厚度過大，易發(fā)生溜滑、崩塌現(xiàn)象。

    施工期降雨豐沛，氣溫較適宜，厚度可以適當降低，反之要增加。在綜合以上因素后，確定合適厚度一般應在6～12 cm。保證草本植物生長的最低厚度為6 cm。一般應分層噴射，每層厚度不超過2 cm ，等凝固后再噴射下一層，最后一層噴射拌有種子的混凝土。草本植物每次噴射厚度一般應控制在1.5 cm左右。

3.5 　前期養(yǎng)護

    澆水養(yǎng)護。前期根據(jù)氣溫和降雨情況進行澆水養(yǎng)護。澆水要注意控制水量，為防止沖刷表面宜采取噴霧方式，高溫季節(jié)以早晚澆水為宜。為增加抗旱能力，待出苗后可加入適量旱地龍澆水。植物生長正常時，可降低養(yǎng)護頻率，一般3 個月后可基本停止?jié)菜B(yǎng)護，但在高溫季節(jié)要注意觀測生長狀況。覆蓋養(yǎng)護。在生長初期，遇到高溫、強輻射季節(jié)，可用遮陰網(wǎng)覆蓋。

    短剪養(yǎng)護。草本植物生長過于旺盛，可進行短剪養(yǎng)護，防止枯死。追肥養(yǎng)護。發(fā)現(xiàn)因缺肥生長不良，可以擇降雨天撒施尿素或進行葉面追肥。

3.6 　其他

    草種浸泡有利于提高發(fā)芽率，一般應浸泡12 h 左右，防止破口。保水劑有利于植物生長，但見光易分解，在應用時面層可以不摻加；與堿性材料混用后會降低膨脹度，應用時應注意；用量40 g/ m2 左右。

4 　效果評價

    試驗區(qū)植物已生長3 年，植物群落已形成。

(1) 植物生長發(fā)育狀況。生長發(fā)育良好，出苗整齊，坡比1∶ 0.4 以上局部區(qū)域出苗稀疏，3 個月后郁閉。后期狗芽根匍匐生長旺盛，抑制了高羊茅生長，部分高羊茅枯死。

(2) 覆蓋度。覆蓋度達98 % ，能有效地防止雨滴擊濺表層，減緩地表徑流。

(3) 生態(tài)系統(tǒng)恢復狀況。生態(tài)系統(tǒng)正在恢復，地衣、苔蘚形成，先鋒鄉(xiāng)土草本、木本植物不斷侵入，目前發(fā)現(xiàn)有狗尾草、爬山虎、酸漿、蒲公英、無患子等11 種植物，復合植生混凝土逐漸得到改良，土壤有所變厚，肥力增加。

(4) 景觀性。復合植生混凝土處理的巖石面形成了郁郁蔥蔥的植物群落，有很好的景觀效果，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。

(5) 安全性。巖石分化剝落、崩塌現(xiàn)象得到有效遏制，安全性與噴鉚支護處理和石塊貼面處理相當。

(6) 經(jīng)濟性。按常規(guī)計，噴鉚支護約80 元/ m2 ，砌石護坡需160 元/ m2 ，復合植生混凝土(按掛鐵絲網(wǎng)或格柵計) 僅為55 元/ m2 ，經(jīng)濟效益明顯。