抗疏力生態(tài)護(hù)坡施工技術(shù)在黃土高原塬面保護(hù)工程中的應(yīng)用

許朝東 王安民 丁愛強(qiáng) 趙強(qiáng) 張 鶴 趙建龍

（平?jīng)鍪兴帘３挚茖W(xué)研究所，甘肅 平?jīng)?744000）

0 引言

生態(tài)護(hù)坡，是綜合工程力學(xué)、土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)和植物學(xué)等學(xué)科的基本知識(shí)對(duì)斜坡或邊坡進(jìn)行支護(hù)，形成由植物或工程+植物組成的綜合護(hù)坡系統(tǒng)的護(hù)坡技術(shù)。然而，在黃土高原塬面保護(hù)工程護(hù)坡治理中，傳統(tǒng)的混凝土拱型骨架護(hù)坡、空心磚護(hù)坡等施工難度大、投資高、工期長，水土保持效益和生態(tài)環(huán)境效益差，無法適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展要求。在這種情況下，生態(tài)護(hù)坡技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并成為研究熱點(diǎn)[1]。水土保持開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目中有很多開挖和回填碾壓邊坡需要進(jìn)行防護(hù)，為防止水土流失，當(dāng)前常見的生態(tài)護(hù)坡一般有兩種，一種是直接在坡面種植灌草，如多年生禾本科早熟禾、黑麥草和高羊茅，也有紅豆草、苜蓿和三葉草等；另外一種是采用“工程+植物”復(fù)合護(hù)坡技術(shù)，黃土高原塬面保護(hù)工程中常見的有“混凝土拱型骨架+草本”護(hù)坡、“空心磚+草本”護(hù)坡等。這些復(fù)合生態(tài)護(hù)坡技術(shù)不同程度還存在著防止水土流失不夠明顯、施工難度大、投資高、工期長、不可持續(xù)等缺點(diǎn)。

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，抗疏力材料作為一種專為穩(wěn)固土壤而開發(fā)的高科技系列產(chǎn)品，在國際上得到了廣泛的運(yùn)用，對(duì)土壤的力學(xué)性能改良效果明顯[2]。劉萬鋒等（2009）通過對(duì)抗疏力技術(shù)工作原理和產(chǎn)品效果的分析，對(duì)最具有黃土塬區(qū)代表性的甘肅省慶陽市公路和城市道路建設(shè)應(yīng)用抗疏力技術(shù)進(jìn)行了實(shí)踐研究，提出了抗疏力技術(shù)在黃土塬區(qū)上的應(yīng)用可行性[3]；張虎元等（2018）利用抗疏力土壤固化劑對(duì)甘肅慶陽地區(qū)以及甘肅蘭州地區(qū)的黃土進(jìn)行化學(xué)改性試驗(yàn)，探討抗疏力固化劑在我國黃土地區(qū)運(yùn)用的可行性。這些研究結(jié)果表明，利用抗疏力固化土代替?zhèn)鹘y(tǒng)的固化材料有著廣泛的應(yīng)用前景。目前將抗疏力土壤固化劑應(yīng)用到黃土高原護(hù)坡治理中的研究鮮有報(bào)道，為探究該技術(shù)在隴東黃土高原塬區(qū)“固溝保塬”工程中的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，本單位將抗疏力新材料應(yīng)用到塬面保護(hù)溝頭防護(hù)坡面治理中，并經(jīng)過近2年的監(jiān)測，結(jié)果顯示抗疏力生態(tài)護(hù)坡在溝頭防護(hù)工程中抗水蝕的效果顯著。本文以此為背景，將該技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)總結(jié)，以期能為黃土高原地區(qū)水土流失綜合治理提供新方法。

1 工程概況

平?jīng)鍪腥镘姹Ｗo(hù)項(xiàng)目區(qū)地處黃河中游多沙區(qū)，除塬面外，溝壑縱橫，境內(nèi)植被稀少，土壤疏松裸露，降水集中，致使水土流失嚴(yán)重。塬面上缺乏徑流攔蓄措施，雨水直接流入溝道，加之滑坡、崩塌等重力侵蝕活動(dòng)劇烈，致使溝頭不斷延伸，支毛溝不斷伸向塬區(qū)腹地，威脅道路住宅。實(shí)施塬面保護(hù)項(xiàng)目刻不容緩。

該項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容為：在三里塬的買家崾峴溝、堡子溝、富家灣1#、富家灣2#溝4條支毛溝內(nèi)實(shí)施溝頭回填工程4處，溝頭泄水工程3處，栽植水保林8470株，坡面種草6.11 公頃，在姚家灣新建容積為580m3澇池1 座。項(xiàng)目實(shí)施過程中將抗疏力新材料應(yīng)用于塬面保護(hù)溝頭防護(hù)坡面治理中，分別在富家灣1#溝、富家灣2#溝、買家崾峴溝、堡子溝建成抗疏力材料護(hù)坡（3300m2）、拱型骨架護(hù)坡（3500m2）、六角形空心磚護(hù)坡（2500m2）、草皮護(hù)坡（10000m2）試驗(yàn)示范點(diǎn)。其中富家灣1號(hào)溝護(hù)坡選用抗疏力生態(tài)護(hù)坡，護(hù)坡面積3300m2，分為東西兩個(gè)支溝，東溝有4臺(tái)坡體，除第一臺(tái)坡比1∶1.5外，其余為1∶2.0；西溝有5臺(tái)坡體，除前兩臺(tái)坡比1∶1.5外，其余為1∶2.0；最短坡長11m，最長坡長20m，兩臺(tái)相鄰坡體間由馬道連接，坡面靠崖兩側(cè)布設(shè)有混凝土排水渠，與馬道排水渠相連，組成復(fù)合表面排水系統(tǒng)，可有效及時(shí)排除坡面雨水，坡面中間位置布設(shè)有直通溝底的混凝土踏步，便于監(jiān)測人員作業(yè)。

2 抗疏力生態(tài)護(hù)坡施工技術(shù)及控制要點(diǎn)

2.1 工藝原理

該工程抗疏力生態(tài)護(hù)坡是在溝頭回填碾壓后將抗疏力材料與種植土、植物草籽、有機(jī)肥料、水按比例拌合采用機(jī)械+人工的施工方式以泥漿形式噴播到護(hù)坡上，達(dá)到迅速固沙保土、控制土壤侵蝕、恢復(fù)植被，從而改善生態(tài)環(huán)境的目標(biāo)?？故枇Σ牧鲜且环N專為穩(wěn)固土壤而開發(fā)的高科技系列產(chǎn)品，能與土壤發(fā)生物理反應(yīng)，改變土壤分子的排列組合，利用土壤自身粘性穩(wěn)定土壤，提高承載力?？故枇Σ牧现饕峭ㄟ^CONSOLID444（簡稱C444）與SOLIDRY（簡稱SD）或CONSOLID444（簡稱C444）與CONSERVEX（簡稱CX）兩種組合來實(shí)現(xiàn)土壤穩(wěn)定的，該工程采用的是C444和SD組合。C444是一種液態(tài)有機(jī)化學(xué)物質(zhì)，其作用是阻隔水膜。它能破壞土壤細(xì)小顆粒附著的水膜，導(dǎo)致細(xì)小的顆粒發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的凝聚（主要是小于0.075mm的部分），從而大大減少水的毛細(xì)上升現(xiàn)象，使土壤不再被水浸漬，具有更好的抗水性能。SD是有機(jī)的粉末狀化學(xué)物，覆蓋在載體上，它能進(jìn)一步增加對(duì)處理后土壤的保護(hù)，抵抗水的軟化作用，增加土壤的粘合性，維持土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定?？故枇Σ牧习匆欢〒胶捅仍诠こ讨惺褂?，不僅能提高黃土的抗剪強(qiáng)度和斥水性，降低干縮性和膨脹性，還在一定程度上保持了黃土的通透性。

2.2 施工準(zhǔn)備

2.2.1 抗疏力材料準(zhǔn)備

該工程采用由甘肅恒安抗疏力科技工程有限公司提供的抗疏力產(chǎn)品，均為袋裝，C444（規(guī)格：2kg/袋）、SD（規(guī)格：40kg/袋）。C444每袋兌水160m3，按20m2/袋用量準(zhǔn)備；SD按20m2/袋用量準(zhǔn)備。

2.2.2 客土基材準(zhǔn)備

如表1，客土基材由種植土、有機(jī)肥、復(fù)合肥、抗疏力材料和草灌種子等按一定比例配制而成。該工程種植土取自工程取土場——梯田原有地表土（以種植土、黃土為主），取土深度控制在清表后1m 以內(nèi)，取土后運(yùn)至篩土區(qū)，經(jīng)篩土機(jī)篩分，篩分后要求最大粒徑不超過8mm，含水量控制在20%以內(nèi)；有機(jī)肥、復(fù)合肥選用市場常見品牌；種子由黑麥草、早熟禾、高羊茅和披肩草混合而成，按40g/m2需用量配備，噴播厚度一般為10cm。

表1 客土噴播所需材料表

2.2.3 施工機(jī)械設(shè)備準(zhǔn)備

該工程護(hù)坡噴播主要使用篩土機(jī)、PZ-6 噴播機(jī)一臺(tái)、75SDY-8螺桿空壓機(jī)一臺(tái)、柴油發(fā)電機(jī)、裝載機(jī)等機(jī)械設(shè)備。

2.3 施工工藝

2.3.1 施工準(zhǔn)備

開工前進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查和勘察，對(duì)碾壓邊坡的坡比、坡向、坡面土質(zhì)、坡面排水等情況進(jìn)行復(fù)核，對(duì)施工所在地的氣候、植物生長等情況進(jìn)行調(diào)查，選用適合當(dāng)?shù)赝临|(zhì)和氣候條件的易成活、根系發(fā)育、莖干低短、枝葉茂盛、生長能力強(qiáng)的多年生草種[4]；采取就近原則合理確定客土取料地點(diǎn)和施工場地，以便取料、堆料、拌料、施工機(jī)械安置等，協(xié)調(diào)施工用水、電、路等三通一平工作,同時(shí)開展技術(shù)對(duì)接，做好該項(xiàng)新技術(shù)的試驗(yàn)檢測、配比設(shè)計(jì)和施工組織設(shè)計(jì)，方案確定后做好施工交底，圖紙審核、現(xiàn)場坐標(biāo)復(fù)核等工作。

2.3.2 邊坡清理和測量放線

機(jī)械結(jié)合人工自上而下清理、修整邊坡。清坡后保證坡面平順平整，無倒（反）坡，坡面無浮渣、雜草、雜物等，便于客土噴附。

使用卷尺放線，確定邊坡噴播邊界，用石灰粉撒線標(biāo)記。

2.3.3 材料攪拌

將準(zhǔn)備好的種植土用篩土機(jī)進(jìn)行篩分，然后按照比例添加配比好的有機(jī)肥、復(fù)合肥、抗疏力材料和草灌種子，用裝載機(jī)進(jìn)行充分拌合（個(gè)別拌合不充分的地方采用人工拌合），配制成客土基材備用。

2.3.4 客土噴播

將配制好的客土基材和水加入噴播機(jī)中充分混合攪拌后，用螺桿空壓機(jī)配合打壓，采用機(jī)械+人工方法噴射到坡面，噴層厚度為10cm。噴射施工時(shí)，應(yīng)自上而下對(duì)坡面進(jìn)行噴射，距離保持在2~3m，一次噴附寬度8~10m，噴射時(shí)應(yīng)控制好噴射角度，不得仰噴，邊緣、死角部位要噴播到位，不出現(xiàn)漏噴，并保持噴附面薄厚均勻，施工者事先準(zhǔn)備好檢測尺，做到經(jīng)常對(duì)噴附厚度進(jìn)行有效管理。

2.3.5 無紡布覆蓋

客土及播種完成后及時(shí)采用20g/m2的無紡布覆蓋，無紡布采用U 型釘固定牢固。每噴播完一臺(tái)坡體后需及時(shí)用無紡布覆蓋，可有效減少邊坡外表水分蒸發(fā)，保障保墑效果，為后續(xù)種子的發(fā)芽、生長打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。如在養(yǎng)護(hù)過程中因風(fēng)、雨或者其他因素掀起、破壞，及時(shí)修復(fù)。

2.3.6 養(yǎng)護(hù)管理

該工程主要采用噴灑水和局部修復(fù)等措施對(duì)護(hù)坡植物進(jìn)行養(yǎng)護(hù)管理，水份補(bǔ)充以噴灑方式進(jìn)行。苗期養(yǎng)護(hù)為施工結(jié)束后的第0~60d。在隴東地區(qū)，為保證草籽出苗率、減少施工后的養(yǎng)護(hù)成本，噴播最佳時(shí)期應(yīng)選擇在降雨較多且溫度較高的6~9月。

3 實(shí)施效果驗(yàn)證

在工程實(shí)施前后，設(shè)計(jì)將抗疏力生態(tài)護(hù)坡、拱型骨架護(hù)坡和六角形空心磚護(hù)坡3種類型護(hù)坡實(shí)施效果進(jìn)行對(duì)比研究，采用現(xiàn)場調(diào)查統(tǒng)計(jì)、查閱工程資料、開展植被樣方調(diào)查、測釬法土壤流失量監(jiān)測等方法，分別從綜合單價(jià)、工期、投入人工、工程水毀率、植被覆蓋度和土壤流失量等方面開展監(jiān)測統(tǒng)計(jì)（如表2所示），結(jié)果表明：抗疏力生態(tài)護(hù)坡在工期（13d）、投入人工（5人）、工程水毀返修率（0）、土壤流失量（1.4kg/m2）等指標(biāo)方面均為三種護(hù)坡中的最小值，六角形空心磚護(hù)坡除工程返修率最大外其余次之，拱型骨架護(hù)坡在工期（35d）、投入人工（14人）、土壤流失量（4.7kg/m2）等指標(biāo)方面均為最大值；植被覆蓋度指標(biāo)抗疏力生態(tài)護(hù)坡95%為最大，六角形空心磚護(hù)坡次之，拱型骨架護(hù)坡最小；施工綜合單價(jià)指標(biāo)六角形空心磚護(hù)坡最小為65元/m2，抗疏力護(hù)坡次之為75元/m2，拱型骨架護(hù)坡最大為105元/m2?，F(xiàn)場試驗(yàn)的施工時(shí)間為2021年5~6月下旬，施工后進(jìn)入雨季，有連續(xù)性的降雨和暴雨發(fā)生。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，抗疏力生態(tài)護(hù)坡經(jīng)土壤固化劑固化后坡面無明顯侵蝕，雨季后該試驗(yàn)區(qū)坡面植被生長良好，未發(fā)現(xiàn)沖溝。而拱型骨架護(hù)坡和六角形空心磚護(hù)坡坡面上有少量的沖溝和塌陷，施工方進(jìn)行了水毀維修，雖然六角形空心磚護(hù)坡前期綜合單價(jià)小，但由于其暴雨后穩(wěn)定性差，發(fā)生工程水毀率較高，后期維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高。綜上所述，抗疏力生態(tài)護(hù)坡技術(shù)較傳統(tǒng)拱型骨架護(hù)坡在投資、工期、促進(jìn)植被恢復(fù)、改善土壤的抗侵蝕性能和可持續(xù)性上都具有明顯的優(yōu)勢，具有良好的生態(tài)護(hù)坡效果。

表2 3種護(hù)坡實(shí)施效果對(duì)照表

4 結(jié)束語

抗疏力生態(tài)護(hù)坡施工隊(duì)伍自2021年5月17日進(jìn)場準(zhǔn)備，5月18日開始噴播，5月30日結(jié)束，噴播作業(yè)人數(shù)5人/d，噴播結(jié)束一周后，陸續(xù)出苗，一月后，綠植出苗率達(dá)到95%以上，生長狀況良好。經(jīng)過2個(gè)雨季的檢驗(yàn)，坡面未發(fā)現(xiàn)明顯沖刷痕跡，抗雨水沖刷效果顯著，達(dá)到了固溝保塬和生態(tài)環(huán)保的預(yù)期效果。與傳統(tǒng)的塬面保護(hù)項(xiàng)目采用的護(hù)坡類型（拱形骨架護(hù)坡、空心磚護(hù)坡等）相比較，該項(xiàng)技術(shù)具有“投資低、工期短、見效快、抗侵蝕、可持續(xù)、外觀美”等優(yōu)勢，可為黃土高原溝壑區(qū)“固溝保塬”項(xiàng)目護(hù)坡、城郊區(qū)裸露坡體、礦山生態(tài)修復(fù)、道路護(hù)坡等各類護(hù)坡綠化治理提供技術(shù)方案和支持。該項(xiàng)技術(shù)對(duì)深入貫徹落黃河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略，推動(dòng)水土保持生態(tài)保護(hù)措施實(shí)踐中具有現(xiàn)實(shí)必要性，可通過積極宣傳推廣，在黃土高原地區(qū)護(hù)坡治理中應(yīng)用前景廣闊，且適用性較強(qiáng)。