保水劑、黏合劑在噴混植生技術(shù)上的應用

　　我國的道路等基礎設施建設，發(fā)展十分迅速，尤其是最近幾年的高速公路建設和采石場(chǎng)的生態(tài)修復，更是成績(jì)斐然。然而，高速公路建設與礦（石）開(kāi)采是以破壞生態(tài)環(huán)境為代價(jià)的一項現代化工程，其開(kāi)挖路塹、填筑路堤，都導致原生植被破壞、動(dòng)物棲息地破壞、水土侵蝕、出現了大量石質(zhì)邊坡和裸露山體等一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，因此恢復和重建高速公路邊坡及路側兩旁的自然生態(tài)植被勢在必行。隨著(zhù)人們環(huán)保意識的日益增強，要求對大量裸露的巖石邊坡給以植被恢復。但巖石邊坡通常不具備植被賴(lài)以生長(cháng)的土壤條件和養分條件，并且坡度一般都較大，雨水極易沖刷坡面，故巖石邊坡的生態(tài)防護成為高速公路建設中的研究熱點(diǎn)和施工難點(diǎn)。

　　對石質(zhì)邊坡的防護，以前通常采用單純的工程技術(shù)，如漿砌塊石、干切片石、噴射砼等，由于施工復雜、造價(jià)昂貴而且影響公路兩側的環(huán)境和生態(tài)景觀(guān)已逐漸地被淘汰。目前，在發(fā)達國家和地區，已普遍采用生物防護及生物與工程措施相結合的生態(tài)防護技術(shù)。在處理石質(zhì)邊坡的各生物防護技術(shù)中，植被恢復效果最為明顯，并且近兩年發(fā)展最快的是噴混植生技術(shù)。

　　一、噴混植生技術(shù)的發(fā)展

　　1、基本概念

　　噴混植生技術(shù)是以工程力學(xué)和生物學(xué)理論為依據，利用客土摻混粘結劑和錨桿加固鐵絲網(wǎng)技術(shù)，運用特制噴混機械將土壤、肥料、有機質(zhì)、保水材料、粘結材料、植物種子等混合干料加水后噴射到巖面上，形成近10㎝厚度的具有連續空隙的硬化體，種子可以在空隙中生根、發(fā)芽、生長(cháng)，而一定程度的硬化又可防止雨水沖刷，從而達到恢復植被、改善景觀(guān)、保護環(huán)境的目的。它是集巖石工程力學(xué)、生物學(xué)、土壤學(xué)、肥料學(xué)、園藝學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)等學(xué)科于一體的綜合環(huán)保技術(shù)，其核心是通過(guò)成孔物質(zhì)的合理配置，在巖石坡面上營(yíng)造一個(gè)既能讓植物生長(cháng)發(fā)育，而種植基質(zhì)又不被沖刷的多孔穩定結構，使建植層固、液、氣三相物質(zhì)基于平衡。噴混植生技術(shù)實(shí)現了邊坡防護和景觀(guān)綠化兩大功能的完美結合，是環(huán)境保護和國土綠化工程的一大突破。

　　2、噴混材料的選擇

　　噴混材料是噴混植生技術(shù)的關(guān)鍵，是國內外研究的核心。北京金元易生態(tài)工程技術(shù)中心組織專(zhuān)家并聯(lián)合深圳萬(wàn)信達、貴州高速、浙大草原所、北京路域等友好單位經(jīng)過(guò)多年研究與開(kāi)發(fā)，在噴混基材的選擇與配比有較成熟技術(shù)。

　　噴混材料的選擇包括土壤、有機質(zhì)、肥料、保水材料、粘結劑、pH緩沖劑等選擇和配比，喬、灌、草種的選擇與配比以及掛網(wǎng)和錨桿材料的選配�，F簡(jiǎn)述如下：

　�。�1）土壤是營(yíng)造植物長(cháng)期生長(cháng)提供養分儲存養分的基礎材料，常因地制宜，選擇就近的壤土和砂壤土，但因其肥力不夠，所以往往與園土或肥土以適當比例配合使用。土壤要保持干燥，過(guò)篩，去除粗的顆粒和雜質(zhì)后用于噴播。

　�。�2）有機質(zhì)是為植物提供養分和根系生長(cháng)空間的基礎材料，有泥炭、鋸末、秸稈、糠殼等。其中，泥炭以其獨特的輕質(zhì)、持水、透氣和富含有機質(zhì)而成為最佳選擇，它可以蓄水保水，防止板結，改善土壤物理性質(zhì)，保持肥效的持久。

　�。�3）肥料旨在為植物生長(cháng)提供充足營(yíng)養，通常采用化學(xué)復合肥、尿素、長(cháng)效氮肥和生物肥。

　�。�4）保水材料（保水劑）是為了在水分豐裕時(shí)吸收水分，在植被層中形成“儲水庫”，待天氣干燥時(shí)為植物提供水分的高分子材料。因為噴混植生建植層厚度通常較薄，且巖體面為不透水層面，使得植物種子的發(fā)芽和生長(cháng)對氣候相當敏感，稍一干旱植物便凋萎死亡，所以加入保水材料是巖面上植物得以正常生長(cháng)發(fā)育的關(guān)鍵。

　�。�5）粘結劑在于其膠結作用使噴混基質(zhì)與巖面粘結和噴混基質(zhì)硬化，從而避免雨水等對種植基質(zhì)造成侵蝕、沖刷，防止水土流失。在巖石邊坡生態(tài)防護中最常用的粘結劑是運用高分子材料。除此之外，還有425#硅酸鹽水泥，也有人使用有機粘結材料。

　�。�6）pH緩沖劑是為了營(yíng)造植物良好生長(cháng)的適宜pH，因為硅酸鹽水泥呈強堿性，不利于種子生根、發(fā)芽和生長(cháng)，所以常加入一定量的酸性中和因子，作為緩沖劑調節噴混基質(zhì)的pH值。一般磷酸、過(guò)磷酸鈣等可作為這類(lèi)pH緩沖劑。

　�。�7）植物種子的選擇及配置應考慮氣候適應性、土壤適應性、抗旱抗逆性、抗侵蝕沖刷、抗污吸污、易粗放管理等各種因素和要求。在滿(mǎn)足護坡的同時(shí)還需考慮園林景觀(guān)綠化，這既要植物快速生長(cháng)覆蓋，又要兼顧植物多樣性、立體化。在具體操作中，應該以地帶性植被、鄉土植物為基調，適當引進(jìn)適于本地生長(cháng)條件的野生植物和外地植物，構建喬、灌、草自然群落的主體生態(tài)模式。

　�。�8）掛網(wǎng)及錨桿材料的選配旨在加固噴混基材，減少雨水對噴混基材的沖刷，防止噴混基底垮塌，在低緩巖石邊坡可不用錨桿掛網(wǎng)。所用的網(wǎng)一般是鍍鋅鐵絲網(wǎng)網(wǎng)幅規格2.0×20m=40㎡，網(wǎng)眼Φ4～5㎝，網(wǎng)平行對接不搭接。而所使用的錨桿通常為羅紋鋼，埋入錨孔，沙漿灌注固定。

　　二、保水劑、黏合劑的噴混植生技術(shù)應用效果及實(shí)例分析

　　噴混植生技術(shù)是當前工程創(chuàng )傷的石質(zhì)邊坡生態(tài)修復技術(shù)的最新模式，保水與黏結材料能使植物快速生長(cháng)覆蓋，從而在短時(shí)間內達到綠化美化整體景觀(guān)，保持水土、恢復植被的目的。但是，作為一項嶄新技術(shù)，還認識不多，在我國巖石邊坡生態(tài)防護和綠化工程中，將逐漸被接受和應用。近年來(lái)，我們先后作為技術(shù)依托單位承擔了一批巖石邊坡生態(tài)修復工程，得到了業(yè)主和社會(huì )各界的高度重視，取得了明顯的經(jīng)濟、社會(huì )、生態(tài)效益。

　　漳龍三期高速公路巖石邊坡7560㎡的噴混植生技術(shù)示范，一年來(lái)，灌木和草被長(cháng)勢良好，植被覆蓋率達95%；經(jīng)過(guò)降水高達1420㎜的雨水沖刷，特別是多達5次強暴雨的沖刷，噴混基底無(wú)垮塌現象，各項性能指標均符合要求。

　　深圳龍崗區松子坑2#采石場(chǎng)的綜合生態(tài)治理，已完成近8200㎡，其中90%巖石坡面坡度在85°以上，部分達90-110°，灌草長(cháng)勢良好，基本達到60天灌草覆蓋。經(jīng)過(guò)1600㎜的雨水沖刷，其中包括6次大暴雨，噴混基底無(wú)一垮塌，經(jīng)受住了暴雨沖擊，且節省了煩瑣的養護程序和高額的養護成本。而有的施工單位由于技術(shù)不過(guò)關(guān)，出現了3/4大面積噴混層垮塌，造成了再度施工和工程延期的巨大損失。

　　三、有關(guān)巖石邊坡生態(tài)修復技術(shù)的幾點(diǎn)建議

　　1、大力推行資源利用與節約工程

　　水資源是一切生物賴(lài)以生存的必然物質(zhì)。北京市政府在2005年提出“留駐天水”的宏偉計劃和構建和諧社會(huì )的政策方針；內蒙古、山西以及華北、西北地區、西南山區遇到了前所未有的施工難題：在降雨量不足100㎜、蒸發(fā)量達4000㎜以上的條件下恢復邊坡生態(tài)植被無(wú)疑是一個(gè)巨大的考驗，買(mǎi)水澆灌杯水車(chē)薪。

　　一些施工單位為了節省成本，往往在資材優(yōu)劣、多寡上做文章，殊不知給工程質(zhì)量和后期養護帶來(lái)憂(yōu)患和不便。據我們多年來(lái)的實(shí)踐和調查顯示，巖石邊坡的生態(tài)恢復工程中，6-40g/m2施用的保水材料和黏結劑，成本0.2-1.2元，較沒(méi)有施用的出苗率高14%-60%，無(wú)垮塌，植物生長(cháng)發(fā)育良好，第一年養護最多澆水3遍（如內蒙、貴州等環(huán)境惡劣地區），第二年基本不用管理，養護成本較對照節省19%-43%.相反，在調查的17家在施工時(shí)沒(méi)有添加保水和粘結材料的單位了解到，因為水土流失造成坍塌返工的9家，占53%；因為干旱澆灌不及時(shí)出苗不勻修補的13家，占76%.

　　我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，而不可再生的水資源不斷枯竭，國家有關(guān)部門(mén)已經(jīng)相繼出臺在干旱區域的生態(tài)植被恢復要求使用保水材料。而施工單位追求利益最大化，只有降低施工成本（包括水、工，以及養護的其他費用）、減少施工事故來(lái)體現。

　　2、大力推廣噴混植生技術(shù)

　　噴混植生技術(shù)具有快速恢復巖石邊坡生態(tài)植被、保持水土、美化環(huán)境等特點(diǎn)，是當前生物防護與工程防護完美結合的新模式。在高速公路等石質(zhì)邊坡上的成功應用范例說(shuō)明這項技術(shù)已成為石質(zhì)邊坡生態(tài)治理的最佳選擇。

　　噴混植生技術(shù)市場(chǎng)前景廣闊，單就貴州而言，因高速公路開(kāi)挖，每年有100萬(wàn)㎡以上的石質(zhì)邊坡急待生態(tài)治理。僅貴陽(yáng)周邊的水土保持工程，就有300多個(gè)采石場(chǎng)急待治理。目前很多業(yè)主和建設單位急需尋找巖石邊坡直接噴播、快速綠化的“短平快”有效新技術(shù)。噴混植生生產(chǎn)成本低于噴錨防護或漿砌片石護坡等工程防護，不掛網(wǎng)直接噴混植草成本僅為工程防護的1/2.另外，噴混植生使巖石坡面形成一層致密的護坡灌草植被，比工程防護更具有美化生態(tài)環(huán)境的意義，最終形成自然生態(tài)群落，達到生態(tài)防護的中長(cháng)期效果。所以，應引起有關(guān)部門(mén)的重視，加大該項技術(shù)的應用推廣力度。

　　3、加強對噴混植生技術(shù)的研究

　　噴混植生技術(shù)在當前巖石邊坡生態(tài)治理中起著(zhù)無(wú)以替代的作用，但是現在國內所掌握的噴混植生技術(shù)還不完善，有許多技術(shù)難題需要攻關(guān)。主要是：

　�。�1）加強噴混材料的選配研究。噴混材料的選擇配置是噴混植生技術(shù)的核心。研發(fā)的主體是粘結劑、有機物質(zhì)、保水材料、pH緩沖劑等的篩選；喬、灌、草種的選擇和配置；不同生態(tài)型（例如以灌木為主的灌草生態(tài)植被型，以草為主的草灌生態(tài)植被型等）的種子噴播技術(shù)。

　�。�2）加強施工工藝改造技術(shù)的研究。噴混植生是工程與生物措施緊密結合的施工技術(shù)，工藝過(guò)程復雜并影響著(zhù)工程質(zhì)量。主要研究不同母巖、不同坡度巖石坡面的最佳施工工藝，錨桿與掛網(wǎng)工藝的改進(jìn)、建植層噴混工藝的優(yōu)化等，達到既降低生產(chǎn)成本，又能快速生態(tài)治理、長(cháng)期護坡的目的。

　�。�3）加強建植層基本性質(zhì)的研究。深入研究不同灌草模式下的噴混基底穩定性，建植層結構力學(xué)性質(zhì)，建植層保水供水功能，酸堿度調節與養分動(dòng)態(tài)等物理化學(xué)過(guò)程的變化，植物生物量和根系生長(cháng)布局，水土保持效果等，以確定最適宜的生態(tài)治理模式。

　�。�4）加強噴混植生施工成本控制體系的研究。當前噴混植生施工成本偏高，在市場(chǎng)競爭激烈的條件下，不利于該項技術(shù)的普及推廣，應著(zhù)力研究：施工材料購置成本的控制，施工工藝的降耗途徑，低養護成本的管理體系，噴混植生整體技術(shù)效益的監控。通過(guò)上述研究和開(kāi)發(fā)，促使噴混植生形成成熟的成套技術(shù)，為我國資源與環(huán)境保護科學(xué)的發(fā)展作出創(chuàng )新貢獻。

　　4、噴混植生技術(shù)的規范化和標準化

　　噴混植生是快速生態(tài)治理巖石邊坡的一個(gè)新技術(shù)，為了更好地運用推廣噴混植生技術(shù)，必須對該項技術(shù)的材料、工藝、方法及設備等編制地方或國家技術(shù)標準和技術(shù)規程，使這項技術(shù)走上規范化、標準化和法制化管理軌道，從而保證施工技術(shù)質(zhì)量和整體工程的安全性。對施工材料、工藝、方法以及設備納入規范化和標準化管理，最終使噴混植生技術(shù)成為石質(zhì)邊坡環(huán)境生態(tài)修復的一項標準化技術(shù)，從而能更好地服務(wù)于我國現代化建設。