復(fù)合植生混凝土研究及其應(yīng)用

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

[摘　要] 以開發(fā)建設(shè)活動(dòng)中產(chǎn)生的開挖裸露巖石面生態(tài)系統(tǒng)快速恢復(fù)技術(shù)為研究對象，通過模擬試驗(yàn)、實(shí)地試驗(yàn)、應(yīng)用試驗(yàn)，篩選出在巖石裸露面適宜植物生長的復(fù)合植生混凝土配合比，提出了較為成熟的應(yīng)用技術(shù)。隨著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的不斷發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，各類開發(fā)建設(shè)活動(dòng)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(cái)產(chǎn)安全的隱患。公路等工程為了保證正常運(yùn)行和行車安全，僅對部分開挖裸露面采用砌石護(hù)坡或噴鉚支護(hù)等方法進(jìn)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(shè)活動(dòng)造成的巖石開挖裸露面進(jìn)行整治并恢復(fù)植被，實(shí)現(xiàn)與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)，成為一項(xiàng)重要課題。為此，我們通過模擬試驗(yàn)、實(shí)地試驗(yàn)，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(fù)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(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)研究。該地區(qū)屬中緯度北亞熱帶南緣季風(fēng)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(yàn)區(qū)地質(zhì)以砂巖為主，夾頁巖，巖性致密堅(jiān)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(yàn)設(shè)計(jì)

    第一步，進(jìn)行模擬試驗(yàn)，篩選出較佳的材料配合比、應(yīng)用技術(shù)和養(yǎng)護(hù)條件。第二步，將模擬試驗(yàn)篩選出的較佳材料配合比進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn)。第三步，根據(jù)實(shí)地試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行調(diào)整，設(shè)計(jì)應(yīng)用試驗(yàn)方案，并實(shí)施。第四步，觀察研究應(yīng)用試驗(yàn)的出苗生長和植被演替，提出適宜植物生長的復(fù)合植生混凝土配合比以及較為成熟的應(yīng)用技術(shù)。

2.2 　試驗(yàn)材料及設(shè)備

    試驗(yàn)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(fù)合肥，百慕達(dá)、高羊茅、黑麥草等草種，保水劑。試驗(yàn)設(shè)備主要是噴漿機(jī)、攪拌機(jī)等。

2.3 　應(yīng)用技術(shù)試驗(yàn)

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

    噴射厚度試驗(yàn)：先在水平巖石面進(jìn)行不同厚度試驗(yàn)，厚度分別為5 ，6 ，8 ，10 ，12 cm；然后在不同坡度巖石面進(jìn)行相同厚度試驗(yàn)，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(yàn)設(shè)置3 個(gè)對照組：不浸泡、浸泡、浸泡至破口。保水劑應(yīng)用試驗(yàn)包括保水劑用量試驗(yàn)和層次分布作用試驗(yàn)。用量試驗(yàn)設(shè)計(jì)60 ，40 ，20 g/ m2 用量及不用保水劑共4 個(gè)對照組。層次分布作用試驗(yàn)設(shè)計(jì)3 個(gè)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(yīng)性篩選試驗(yàn)：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(jìn)行適應(yīng)性試驗(yàn)。

    施工工藝試驗(yàn)：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(yàn)，材料攪拌加入順序試驗(yàn)，分層噴射厚度試驗(yàn)，噴漿機(jī)噴射高度試驗(yàn)，噴漿機(jī)允許材料最大粒徑試驗(yàn)等。

3 　應(yīng)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(qiáng)的草種等措施；坡比在1∶0.4 以上一般不適用。

    坡長：在設(shè)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(shí)際施工中，坡長一般不宜超過50 m。巖石風(fēng)化程度：普遍適用于節(jié)理發(fā)育、風(fēng)化較好的巖石開挖面，對缺乏節(jié)理、未風(fēng)化的硬巖，需要增加復(fù)合混凝土厚度，加網(wǎng)，增設(shè)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(fù)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(dá)，郁閉快。外來草本植物可選擇的有百喜草、百慕達(dá)、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(yàn)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(gè)月時(shí)間。復(fù)合植生混凝土施工期，應(yīng)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(hù)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(yīng)避開暴雨季節(jié)。氣溫過低時(shí)大多植物不萌發(fā)；氣溫過高時(shí)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(shí)期為4～6 月和9～10 月，其中9～10 月施工期草種應(yīng)選冷季型草。

3.4 　復(fù)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(fēng)化情況制約著根系的伸展，一般來說巖石面裂隙和風(fēng)化程度與噴射厚度成反比例關(guān)系。另外，巖石基礎(chǔ)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(yīng)增加。但是，在超過1∶0.6 以上坡度時(shí)，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(dāng)降低，反之要增加。在綜合以上因素后，確定合適厚度一般應(yīng)在6～12 cm。保證草本植物生長的最低厚度為6 cm。一般應(yīng)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(yīng)控制在1.5 cm左右。

3.5 　前期養(yǎng)護(hù)

    澆水養(yǎng)護(hù)。前期根據(jù)氣溫和降雨情況進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)。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(shí)，可降低養(yǎng)護(hù)頻率，一般3 個(gè)月后可基本停止?jié)菜B(yǎng)護(hù)，但在高溫季節(jié)要注意觀測生長狀況。覆蓋養(yǎng)護(hù)。在生長初期，遇到高溫、強(qiáng)輻射季節(jié)，可用遮陰網(wǎng)覆蓋。

    短剪養(yǎng)護(hù)。草本植物生長過于旺盛，可進(jìn)行短剪養(yǎng)護(hù)，防止枯死。追肥養(yǎng)護(hù)。發(fā)現(xiàn)因缺肥生長不良，可以擇降雨天撒施尿素或進(jìn)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(yīng)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(yīng)用時(shí)面層可以不摻加；與堿性材料混用后會(huì)降低膨脹度，應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意；用量40 g/ m2 左右。

4 　效果評價(jià)

    試驗(yàn)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(gè)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(dá)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(fù)狀況。生態(tài)系統(tǒng)正在恢復(fù)，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(fù)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(fù)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(hù)處理和石塊貼面處理相當(dāng)。

(6) 經(jīng)濟(jì)性。按常規(guī)計(jì)，噴鉚支護(hù)約80 元/ m2 ，砌石護(hù)坡需160 元/ m2 ，復(fù)合植生混凝土(按掛鐵絲網(wǎng)或格柵計(jì)) 僅為55 元/ m2 ，經(jīng)濟(jì)效益明顯。