高陡邊坡生態混凝土噴植施工技術的研究

中國電建市政建設集團有限公司 天津 301700

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1 項目概況

揚溪源水庫為《安徽省新安江流域綜合治理規劃報告》推薦的近期工程之一，并已列入國家發展改革委批復的《全國中型水庫建設規劃》。水庫壩址位于揚之河上游的揚溪鎮章家園處，距績溪縣城17km，距揚溪鎮4km。規劃該工程的建設任務以城市防洪、供水為主，兼有改善生態環境、灌溉、發電、旅游等綜合利用效益。防洪、供水主要對象為績溪縣縣城華陽鎮以及揚溪鎮等。

水庫死水位305.0m，汛限水位330.0m，正常蓄水位332.5m，100年一遇設計洪水位為333.56m，1000年一遇校核標準洪水位為334.65m，總庫容為1052.1萬m3。電站裝機容量640kW。水庫規模為中型水庫，工程等別為Ⅲ等。主要由埋石混凝土拱壩、壩頂溢洪道、放空底孔、發電引水管道、發電廠房、供水壩及取水建筑物組成。主壩最大壩高55.8m。

揚溪源水庫地處皖南山區腹地的績溪縣揚溪源峽谷。揚溪源水的河源東北流向，至板橋頭納雙嶺溪水折向東南，入揚溪源峽谷，峽谷兩岸為低山地貌，河道蜿蜒曲折，水流湍急，直瀉揚溪鎮。壩址附近河底高程281m，河床寬約23m，壩址左岸山頂高程595m，壩址右岸山頂高程743m，山坡坡度40°左右。

2 生態混凝土噴植技術原理

環境問題是目前人類面臨的最嚴峻的挑戰之一，人們在開發大自然的同時，也在無情地破壞人類賴以生存的環境。邊坡的開發破壞了原有植被蓋層，導致了大量的裸露巖石和土地，造成了一系列生態環境問題。如水土流失、滑坡、泥石流、局部小氣候的惡化及生物鏈的破環等。這些工程所形成的邊坡靠自然界自身的力量恢復生態平衡往往需要較長時間。土質邊坡通過人工防護和綠化可以在較短時間內實現生態恢復，但巖石邊坡很難恢復原有生態平衡。植被混凝土生態防護技術可以有效地改變這一局面。生態混凝土不同于常見的草灌混植法，草灌混植適用于土質邊坡或者緩于1:1.5坡比的巖石邊坡，是采用泥漿和草灌種子加一定的肥料噴植而成的綠化技術；而生態混凝土適用于緩于1:0.6的土質和巖石邊坡，巖石面需設由錨桿固定的鍍鋅鐵絲網，再用沙壤土、有機質、水泥、添加劑等混合噴植巖石面上，有一定的強度，并具有一定抗沖刷能力的新技術。

3 施工工藝及方案

根據設計圖紙，壩頂以上岸坡，錨噴混凝土保護。混凝土厚10cm，錨桿Φ16L3000和Φ14L1000錨桿，均3.0mx3.0m梅花形布置。錨桿掛14#鍍鋅鐵絲網片每10m為一級馬道。為確保邊坡穩定及施工安全，每開挖一級馬道,必須及時對邊坡進行支護，完成后方可進行下一級邊坡的開挖。

（1）施工平臺

施工作業平臺主要采用雙排落地腳手架自下而上搭設，根據壩肩爆破深度為5m，腳手架搭設高度為6m，步距、橫距、縱距均為1.5m，立桿底部鋪設厚5cm方木，掃地桿不高于地面20cm，腳手板厚度不小于50mm,兩端宜各設直徑不小于4mm的鍍鋅鋼絲箍兩道，腳手架均必須在外側立面兩端、轉角及中間間隔不超過15m立面上，各設置一道剪刀撐。腳手立桿應與已植入巖層的錨桿進行焊接，以保證腳手架安全和穩固，避免腳手架在使用過程中產生不穩定因素引發安全事故。

（2）錨桿和鍍鋅鋼絲網施工方法

1）先注漿后插錨桿施工工藝流程圖如下：

2）安設工藝要求

鉆孔布置應符合設計要求，孔位偏差不大于20mm，孔深誤差不大于5mm；注漿前，應用高壓風、水沖洗干凈；砂漿應拌和均勻，隨拌隨用；應用注漿器注漿，漿液應填塞飽滿；安設后應避免碰撞。

施工順序：設置錨桿孔、清孔、注漿、放入錨桿、安裝端頭墊板、其它坡面施工。

根據設計鉆孔孔徑大小及錨桿長度，選用YT28鉆機造孔（孔徑φ42mm），孔向盡可能垂直坡面，鉆孔達到標準后，用高壓風清除孔內巖屑和積水。在現場用砂漿攪拌機拌制漿液，通過自制注漿機向孔內灌注，注漿深度約為孔深2/3。將加工好的錨桿插入錨孔，輕輕搖晃待漿液下降后再次補漿。

（3）鍍鋅鋼絲網施工

1）鋼筋網應隨巖面敷設，網片距坡面保持7cm的距離。

2）噴混凝土的鋼筋網格掛網網片為14＃鍍鋅鐵絲網。

3）網片從植被結合部頂由上至下鋪設，加筋網鋪設要張緊，網間上下需進行不小于5cm的搭接，網間左右不需進行搭接，但所有網片之間應用18#鐵絲綁扎牢固，在錨釘接觸處也一并用18#鐵絲與錨釘綁扎牢固。

（4）噴植混凝土施工

1）噴混凝土的材料及性能應符合下列質量要求：

砂壤土：選擇工程所在地原有的地表土壤經過篩而成，要求土壤中最大粒徑應小于8mm，含水量不超過20%。選用不低于PO42.5的普通硅酸鹽水泥。有機質采用植物纖維的粉碎物，其中新鮮有機質的粉碎物在基材配置前應進行自然發酵處理。

2）噴植混凝土的工藝要求

噴射前，將巖面沖洗干凈，軟弱破碎巖石應將表面清掃干凈。噴射作業，應分區段進行，長度一般不超過6m，噴射順序應自下而上。后一次噴射，應在前一次噴植混凝土終凝后進行，若終凝后1h以上再次噴射，應用風水清洗混凝土表面。噴射完成后在其上覆蓋無紡布，經常性灑水養護。

噴射植被混凝土基材厚度10cm，其中基層9cm，表層1cm含植物種子。

4 水泥摻量對邊坡的抗沖刷能力和對植被生長的影響

設計配合比為砂壤土：水泥：有機質：添加劑=100：6.5 : 5 :4.5,按此配合比，試驗研究時種子選用狼尾草、狗牙根，有機質為酒糟或者木屑，添加劑為生根壯苗劑，將種子浸泡發脹后進行盆養，通過試驗發現植物成活率較低，三個月的培植期后逐漸枯死。

經研究分析發現水泥呈弱堿性，水泥材料本身不適宜一般植物生長，另外水泥的摻量大小直接影響植物的成活率，但水泥摻量降低，強度隨之降低，有可能影響噴植混凝土的膠結和沾附能力，有必要選用開挖成型的坡面進行小面積噴植試驗。我們選用了適應堿性較強的高羊茅、狗牙根等草種子和紫穗槐、刺槐等灌木種子進行噴植試驗，分別采用以下三種配合比：

第一種配比試驗噴植坡面植物生長率較高，生長期內因其水泥產量較低，經歷幾場降雨后，噴植坡面沖刷較為嚴重，表明其強度較低，膠結能力差，與坡面沾附不緊密；

第二種配合比驗噴植坡面植物生長率較高，生長期內與第一種配比噴植坡面同樣經歷幾場降雨后，噴植坡面較為完整，表明其噴植土強度較高，膠結能力較好，與坡面沾附緊密，空隙率較高，透氣性較好，適宜植物生長；

第三種配合比驗噴植坡面植物生長率較低，生長期內與第一種、第二種配比噴植坡面同樣經歷幾場降雨后，噴植坡面較為完整，表明其強度較高，膠結能力較好，與坡面沾附緊密，空隙率不高，透氣性較差，草坪土壤逐步板結，草坪草根系無法伸展，土壤透水、透氣性變差導致植物衰弱或死亡，不適宜植物生長；

5 溫度及養護條件對植被生長的影響

噴植混凝土要分陰面坡和陽面坡，噴植時間最好在夏天過后噴植，能給予其充分的生長期和保濕期。試驗研究發現，陽面噴植混凝土是在3月份，陰面噴植是在9月份，當地天氣是9月份后陰雨連綿，無陽光暴曬，平均溫度基本在20度左右，植物成活率較高，耐久性好。而噴植在陽面坡的生態混凝土經歷了當地7、8月份的高溫期，平均溫度在30度以上，陽光直射時間長，暴曬時間長，雖經養護但植物已基本全部衰弱或死亡。噴植完成后覆蓋無紡布經常灑水養護可減少水分蒸發、遮陽、提高植被成活率。

6 結論

高邊坡生態混凝土噴植可以保障巖石邊坡抗風化、安全穩定并具備抗沖刷能力，又能使施工破壞的生態環境再次恢復，滿足生態環保的要求，適用于緩于1:0.6的土質和巖石邊坡。根據當地氣候陰面、陽面選擇合適的時節進行噴植，噴植混凝土配合比減少水泥用量，沙壤土與水泥比例控制在100：4.5左右，選用有一定抗堿性的草灌種子可有效提高植物成活率，噴植完成后要用無紡布進行覆蓋養護保濕，生長期半年以后應施復合肥，保證后期植物生長所需養分。