廣西賀巴高速來(lái)都段石漠化邊坡植被恢復(fù)和生態(tài)防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用分析

高山, 付濤, 周成*, 羅祺, 周澤昶, 陳曉明, 楊禮明

(1.廣西新發(fā)展交通集團(tuán)有限公司, 南寧 530029; 2.四川大學(xué)水利水電學(xué)院, 成都 610065; 3.廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司, 南寧 530011; 4.廣西路橋工程集團(tuán)有限公司, 南寧 530002)

目前中國(guó)西南喀斯特地區(qū)的巖溶發(fā)育程度強(qiáng)烈,導(dǎo)致喀斯特地區(qū)的邊坡呈現(xiàn)嚴(yán)重的石漠化。由于石漠化邊坡存在著地表和地下雙層地質(zhì)結(jié)構(gòu),會(huì)產(chǎn)生一系列特殊復(fù)雜的地表水土流失和地下漏失等問(wèn)題[1-3],致使不連續(xù)風(fēng)化的巖石大面積裸露于坡面,生態(tài)環(huán)境退化。在公路的施工過(guò)程中,也會(huì)形成很多路塹邊坡創(chuàng)面,如果不及時(shí)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)[4-5],會(huì)造成嚴(yán)重的水土流失問(wèn)題。

邊坡的植被恢復(fù)和生態(tài)防護(hù)已經(jīng)成為目前綠色公路建設(shè)的熱點(diǎn)問(wèn)題[6],以植物的水文效應(yīng)和力學(xué)效應(yīng)[7]為重點(diǎn)研究對(duì)象的植被護(hù)坡技術(shù),也成為眾多學(xué)者的研究課題。水土保持領(lǐng)域公認(rèn)植物是天然的工程師,認(rèn)為植物除了可恢復(fù)裸露邊坡的綠色生態(tài),還可以在一定程度上防治水土流失和淺層滑坡,兼顧邊坡的穩(wěn)定性和生態(tài)性。目前熱議的“工程邊坡”與“生態(tài)邊坡”之間的矛盾逐漸凸顯,中國(guó)也已經(jīng)開(kāi)始重點(diǎn)關(guān)注生態(tài)環(huán)境的保護(hù),因此亟須在道路工程中研發(fā)和推廣應(yīng)用行之有效的植被恢復(fù)和生態(tài)防護(hù)技術(shù)。

在邊坡創(chuàng)面的植被恢復(fù)工程中,邊坡坡度是決定植被恢復(fù)方式的重要制約因素。當(dāng)邊坡創(chuàng)面坡度較緩時(shí),目前主要通過(guò)撒草種、鋪草皮、客土液壓噴播植草、三維網(wǎng)植草、格構(gòu)梁骨架(框格)內(nèi)填土植草等方法對(duì)邊坡進(jìn)行生態(tài)防護(hù)[8-9],如張志剛等[10]采用框格種草的方法,提高公路邊坡防護(hù)效果,同時(shí)美化了生態(tài)環(huán)境。當(dāng)邊坡創(chuàng)面坡度較陡時(shí),多采用先植筋掛網(wǎng),然后再液壓噴播的“外掛式”方法,進(jìn)行掛網(wǎng)基材和掛網(wǎng)植被混凝土噴播,以實(shí)現(xiàn)邊坡創(chuàng)面的植被恢復(fù)[11-12]。在一些干旱、強(qiáng)風(fēng)化的泥巖、頁(yè)巖邊坡或黃土邊坡上,還可以采用人工機(jī)械成孔后“內(nèi)嵌式”種植的邊坡創(chuàng)面植被恢復(fù)方式。

對(duì)于較陡的石漠化邊坡或公路路塹邊坡創(chuàng)面,植物生境條件通常較差,且由于坡度原因,坡面噴射物基材往往較薄,植被恢復(fù)時(shí)存在持水保土難度大、耐久性差、養(yǎng)護(hù)模式難以持久、不能生長(zhǎng)灌木等問(wèn)題,導(dǎo)致此類邊坡的生態(tài)修復(fù)難度較大,生態(tài)修復(fù)技術(shù)尚不成熟。在2016年12月,國(guó)家能源局發(fā)布了《水電工程陡坡植被混凝土生態(tài)修復(fù)技術(shù)規(guī)范》(NB/T 35082—2016)[13],為陡坡的生態(tài)修復(fù)提供了技術(shù)指導(dǎo),但仍不能夠全面滿足陡坡植被恢復(fù)的要求。為了滿足邊坡創(chuàng)面上植被生長(zhǎng)土層厚度的要求,技術(shù)人員一般愿意采用格構(gòu)梁骨架(框格)內(nèi)填土植草等方法,在坡面上先開(kāi)挖溝槽,澆筑混凝土形成格構(gòu)梁或拱梁,再在混凝土框格內(nèi)填土種植植被。然而,在邊坡創(chuàng)面植被恢復(fù)中,人們經(jīng)常會(huì)看到植被“雨季生長(zhǎng),旱季荒蕪,最后枯死”的現(xiàn)象。另外,由于喀斯特坡地基巖裸露且分布不均,在石漠化邊坡上開(kāi)挖和澆筑混凝土形成格構(gòu)梁或拱梁,也存在很大的施工難度。

由于石漠化邊坡缺土或者土壤結(jié)構(gòu)極為疏松且土層淺薄,會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的地表水土流失和地下水土滲漏,在雨后暴曬下也常出現(xiàn)蒸發(fā)量大于降水量的干燥期,造成土壤季節(jié)性干旱,這些因素在很大程度上制約著石漠化邊坡的植被恢復(fù)[2,8]。因此,有必要針對(duì)石漠化邊坡植被恢復(fù)和生態(tài)防護(hù)技術(shù)的應(yīng)用開(kāi)展分析和研究,減少水土流失,提高石漠化邊坡的保水功能及其適應(yīng)植物生長(zhǎng)的能力,特別是增強(qiáng)其水土共蓄能力,增大持水容量。有了適合植被快速穩(wěn)定生長(zhǎng)的土壤和水分,植被才能在短期內(nèi)恢復(fù),并長(zhǎng)期保證植被恢復(fù)的良性循環(huán)。

現(xiàn)針對(duì)石漠化公路邊坡治理,由水土流失發(fā)展到水土保持,及至水土共蓄的植被恢復(fù)和生態(tài)防護(hù)技術(shù),漸進(jìn)地開(kāi)展3個(gè)層次分析。首先分析目前邊坡防護(hù)中最常用的只考慮水土流失防治和邊坡綠化要求的框格植被恢復(fù)技術(shù);然后結(jié)合在本團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)的廣西賀巴高速來(lái)都段石漠化邊坡框格植被恢復(fù)技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題,分析石漠化邊坡框格植被恢復(fù)和水土保持失敗的主要原因,提出框格內(nèi)填土局部穩(wěn)定技術(shù)的新型解決方案;在此基礎(chǔ)上,認(rèn)識(shí)到石漠化邊坡植被恢復(fù)的首要難題是如何實(shí)現(xiàn)水土共蓄,因此在廣西賀巴高速來(lái)都段石漠化邊坡上,進(jìn)一步推廣應(yīng)用采用水土共蓄的新型板槽進(jìn)行植被恢復(fù)和生態(tài)防護(hù)的最新發(fā)明技術(shù),以期對(duì)類似工程的石漠化邊坡的植被恢復(fù)提供更好的技術(shù)措施,促進(jìn)石漠化地區(qū)綠色公路建設(shè)的發(fā)展。

1 非石漠化邊坡創(chuàng)面框格植被恢復(fù)和生態(tài)防護(hù)技術(shù)應(yīng)用分析

對(duì)于非石漠化的常規(guī)邊坡創(chuàng)面的防護(hù),一般只考慮水土流失防治和邊坡綠化要求,可參照《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》(NB/T 10512—2021)[14]以及《滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 38509—2020)[15]的規(guī)定,選用干砌石、漿砌石、砂漿、混凝土、鋼纖維混凝土、合成纖維混凝土、石籠網(wǎng)墊、鋼筋石籠墊層、預(yù)制現(xiàn)澆混凝土、鋼筋混凝土板、鋼筋混凝土格構(gòu),以及土工網(wǎng)、主動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)、草皮和其他新型生態(tài)環(huán)保材料等防護(hù)邊坡。

其中,設(shè)計(jì)部門(mén)常采用漿砌石格構(gòu)梁或鋼筋混凝土格構(gòu)梁形成坡面骨架,然后再在框格內(nèi)填土植草的方法,既防護(hù)邊坡表層巖土體,又美化環(huán)境。為了保證坡面骨架的穩(wěn)定性,一般需要先進(jìn)行邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算分析。依據(jù)淺層滑坡體自重、靜水壓力、滲透壓力、孔隙水壓力、地震力等設(shè)計(jì)荷載,計(jì)算出邊坡的穩(wěn)定系數(shù)作為設(shè)計(jì)依據(jù)。對(duì)于整體穩(wěn)定性好,并滿足設(shè)計(jì)安全系數(shù)要求的邊坡,可采用漿砌石格構(gòu)梁進(jìn)行坡面防護(hù),坡度不宜大于1∶1.5,當(dāng)邊坡高度超過(guò)30 m時(shí),應(yīng)設(shè)置馬道并放坡,馬道寬2.0～3.0 m。對(duì)于整體穩(wěn)定性好,但前緣出現(xiàn)溜滑或坍滑,或坡度大于35°的邊坡,可采用現(xiàn)澆鋼筋砼的格構(gòu)梁進(jìn)行護(hù)坡,并用錨桿進(jìn)行固定,錨桿應(yīng)穿過(guò)潛在淺層滑面1.5～2.0 m,采用全黏結(jié)灌漿。對(duì)于整體穩(wěn)定性差、滑坡推力過(guò)大,且前沿坡面應(yīng)防護(hù)的邊坡,可采用預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼筋砼格構(gòu)梁與預(yù)張拉錨索進(jìn)行聯(lián)合防護(hù)。

漿砌石和鋼筋混凝土格構(gòu)梁,可選擇方形、菱形、人字形、門(mén)洞形或弧形等形式。格構(gòu)梁框架之間應(yīng)設(shè)變形縫,縫間距不宜大于20 m。漿砌石格構(gòu)梁的間距不宜大于3 m,現(xiàn)澆鋼筋混凝土格構(gòu)梁的間距不宜大于5 m,若格構(gòu)梁同時(shí)作為錨桿外的錨頭時(shí),應(yīng)采用鋼筋混凝土格構(gòu)梁,其形式和尺寸應(yīng)按錨桿布置形式和間距確定。初步選定格構(gòu)梁的斷面尺寸時(shí),漿砌石格構(gòu)梁的斷面高度為400～500 mm,寬度為300～450 mm。現(xiàn)澆混凝土和鋼筋混凝土格構(gòu)梁的斷面高度為300～400 mm,寬度為200～300 mm,如圖1所示。鋼筋砼格構(gòu)梁可嵌置于邊坡中或上覆在邊坡上,鋼筋砼格構(gòu)梁護(hù)坡坡面應(yīng)平整、夯實(shí),無(wú)溜滑體、蠕滑體和松動(dòng)巖塊,開(kāi)挖的棄渣應(yīng)按設(shè)計(jì)或建設(shè)單位的要求在棄渣場(chǎng)堆放,盡量開(kāi)展棄渣料的資源化利用,不應(yīng)造成次生災(zāi)害。

圖1 現(xiàn)澆砼拱形骨架及框格內(nèi)填土植草方案圖

在邊坡創(chuàng)面上采用框格內(nèi)填土植草的植被恢復(fù)和生態(tài)防護(hù)技術(shù)時(shí),應(yīng)查閱當(dāng)?shù)貧v史上最大降雨強(qiáng)度和典型的降雨歷時(shí)等數(shù)據(jù),按照整個(gè)坡面的匯流面積和框格數(shù)量,進(jìn)行地表排水工程的水力計(jì)算,并據(jù)此設(shè)計(jì)用于坡面(或馬道平臺(tái)上)排水的截水溝和排水溝。在進(jìn)行坡面徑流量和格構(gòu)梁框格內(nèi)填土的孔隙蓄水量計(jì)算時(shí),還應(yīng)考慮縱橫向格構(gòu)梁的導(dǎo)流排水和水土攔截作用(圖1)。

由圖1可以看出,一般設(shè)計(jì)方案中只考慮在框格內(nèi)回填10 cm左右厚的土壤作為植被生長(zhǎng)層,縱橫向的格構(gòu)梁本身,可作為坡面排水結(jié)構(gòu)和擋土結(jié)構(gòu),但設(shè)計(jì)方案未考慮雨水的收集和利用,這意味著框格內(nèi)的草本植被將可能會(huì)在旱季因?yàn)槿彼氖徶敝了劳觥?/p>

2 石漠化邊坡框格植被恢復(fù)和生態(tài)防護(hù)技術(shù)應(yīng)用分析

相較于非石漠化的邊坡創(chuàng)面,石漠化邊坡特殊的雙層地質(zhì)結(jié)構(gòu)所引致的水土流失和生態(tài)退化將更加嚴(yán)重。在石漠化邊坡上利用上述的坡面框格內(nèi)填土的工程措施,可以在一定程度上減緩雨水對(duì)邊坡表層的沖刷破壞,加快石漠化邊坡坡面的植被恢復(fù)。但是在廣西賀巴高速來(lái)都段石漠化邊坡框格植被恢復(fù)和生態(tài)防護(hù)技術(shù)應(yīng)用的工程實(shí)踐中,也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題,代表性路段如圖2所示,因此亟須分析該石漠化邊坡框格植被恢復(fù)失敗的主要原因。

圖2 邊坡植被恢復(fù)代表性的失敗區(qū)(左側(cè))與成功區(qū)(右側(cè))的現(xiàn)場(chǎng)照片對(duì)比

在圖2的右側(cè)坡段,框格內(nèi)的植被在雨季到來(lái)前就已經(jīng)發(fā)育好,因此植被恢復(fù)的效果較好。而在圖2的左側(cè)坡段,由于在施工期間沒(méi)有做好雨季施工,人工撒播在框格內(nèi)填土中的草籽因干旱未能及時(shí)發(fā)芽長(zhǎng)成草皮,加上雨季到來(lái)后雨水沖刷、水土流失嚴(yán)重,致使格構(gòu)梁的框格內(nèi)植被恢復(fù)失敗,在該情況下,需要進(jìn)行二次施工,又恰逢夏季,增加了植被恢復(fù)非季節(jié)性施工所帶來(lái)的難度。對(duì)應(yīng)圖2右側(cè)一些框格植草的植被恢復(fù)情況,具體分析該石漠化邊坡框格植被恢復(fù)存在的問(wèn)題,如圖3所示。

圖3 邊坡植被恢復(fù)失敗的現(xiàn)場(chǎng)代表性照片

如圖3所示,圖3(a)表現(xiàn)為框格內(nèi)填土流失導(dǎo)致植被恢復(fù)失敗;圖3(b)表現(xiàn)為框格內(nèi)填土滑落導(dǎo)致植被恢復(fù)失敗;圖3(c)表現(xiàn)為框格內(nèi)填土坍塌導(dǎo)致植被恢復(fù)失敗,裸巖幾乎全露;圖3(d)表現(xiàn)為填土塌落,分布不勻,導(dǎo)致植被恢復(fù)失敗;圖3(e)表現(xiàn)為填土坍塌導(dǎo)致植被荒蕪,只有一些爬藤種子發(fā)揮了植被恢復(fù)的作用;圖3(f)表現(xiàn)為填土坍落,框格中部無(wú)土,植被荒蕪,而底部雍土,植被恢復(fù)較好。

總體而言,石漠化邊坡土層太薄、坡面框格內(nèi)填土不勻或填土局部失穩(wěn),是導(dǎo)致框格內(nèi)植被恢復(fù)失敗的主要原因;再者,撒播草籽的時(shí)機(jī)和養(yǎng)護(hù)條件(如是否雨季播撒、是否在雨季及時(shí)出苗、出苗是否能抵抗暴雨沖刷等)也是植被恢復(fù)的重要影響因素。這些因素均會(huì)造成諸多不便,例如難以在石漠化邊坡上挖孔種植小灌木、現(xiàn)場(chǎng)人工撒播草籽均勻性差、日曬出芽慢、發(fā)芽率低、易死苗、成坪慢以及陡坡灑水養(yǎng)護(hù)難等問(wèn)題,不能快速有效地成功實(shí)施石漠化邊坡上灌草結(jié)合的植被恢復(fù)技術(shù)。

從圖2和圖3可以看出制約植被恢復(fù)的一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)性問(wèn)題,即1∶1.75坡比以上的邊坡,坡面框格內(nèi)填土?xí)鏊禄?植被土層不能保持平整。因此,為了穩(wěn)定框格內(nèi)填土,進(jìn)一步提出了應(yīng)用框格內(nèi)局部穩(wěn)定的新技術(shù)方案,例如在框格內(nèi)逐層往上填筑裝土的生態(tài)袋,或者加入土工格室后逐個(gè)往上填土植草,以便保證框格內(nèi)填土不致下滑到底部,如圖4和圖5所示。

圖4 框格內(nèi)用生態(tài)袋裝土植草保證填土的局部穩(wěn)定性

圖5 框格內(nèi)用土工格室裝土植草保證填土的局部穩(wěn)定性

在應(yīng)用上述框格內(nèi)局部穩(wěn)定的技術(shù)時(shí),應(yīng)先清理框格內(nèi)的殘?jiān)捌旅嫠槭⑺缮拥取Ｓ捎诓糠挚蚋駜?nèi)凹陷處深度較大,不僅影響植被的生長(zhǎng),而且影響美觀,所以應(yīng)預(yù)先在這部分框格內(nèi)回填土找平,盡量使邊坡上各個(gè)框格內(nèi)的深度基本達(dá)到一致。再將種植土、有機(jī)肥、復(fù)合肥、保水劑、水等按一定的比例拌合,配制成有機(jī)土裝進(jìn)生態(tài)袋,或者填入框格內(nèi)鋪設(shè)的土工格室內(nèi)。注意不能將土壤過(guò)于壓實(shí),以便為植物提供良好的土壤生長(zhǎng)環(huán)境。

也可以采用發(fā)明專利技術(shù)[16],在框格內(nèi)填入植被水泥土,在滿堂的預(yù)留孔中種植預(yù)先培植好的灌草容器苗,如圖6所示。使用該技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)植被恢復(fù)前,農(nóng)戶可以幫助解決植株養(yǎng)護(hù)的難題。現(xiàn)場(chǎng)施工后,人工澆水或降雨不會(huì)沖刷破壞坡面水泥土,雨水徑流會(huì)匯聚到植株孔。還可參照李露等[17]的土體微生物礦化做法,利用微生物礦化框格內(nèi)填土,改善坡面土體的強(qiáng)度特性。

1為填筑的水泥土;2為格構(gòu)梁;3為小錨桿;4為潛在滑面;5為滿堂預(yù)留植株孔;6為植株

在石漠化邊坡植被恢復(fù)中,邊坡表土、坡面工程施工所產(chǎn)生的棄渣棄土的合理利用,也逐漸成為學(xué)者們研究的課題,如陶雙成等[18]利用表土進(jìn)行臨時(shí)用地植被恢復(fù)。

對(duì)于少土的石漠化地區(qū),珍貴的表土利用顯得非常重要。因此進(jìn)一步創(chuàng)新性提出,對(duì)于鋼筋砼格構(gòu)梁的坑槽施工開(kāi)挖的棄渣料,應(yīng)盡量開(kāi)展資源化利用。在路塹邊坡開(kāi)挖施工時(shí),可以把石漠化邊坡上裸露的石渣收集起來(lái),填筑在坡面石籠里形成石籠網(wǎng)梁或鋼筋石籠梁,并作為坡面格構(gòu)梁使用,這樣可以充分利用路塹開(kāi)挖的廢棄石渣,節(jié)約混凝土梁的材料和施工費(fèi)用。同時(shí),應(yīng)盡量增加框格內(nèi)填土厚度、合理攔蓄和疏導(dǎo)雨水,實(shí)現(xiàn)石漠化邊坡雨水的收集利用。

3 石漠化邊坡新型板槽植被恢復(fù)和生態(tài)防護(hù)技術(shù)應(yīng)用分析

從框格植被恢復(fù)的工程實(shí)例分析中可以看出,混凝土框格梁本身只作為擋土結(jié)構(gòu)和坡面排水結(jié)構(gòu),不能實(shí)現(xiàn)石漠化邊坡植被恢復(fù)的雨水收集和利用。每段框格一般4～5 m長(zhǎng)或?qū)?其內(nèi)填土不勻或填土在降雨和自重作用下局部失穩(wěn),也會(huì)導(dǎo)致框格內(nèi)植被恢復(fù)失敗。

因此,石漠化邊坡植被恢復(fù)需要解決水土共蓄和持水養(yǎng)護(hù)兩大關(guān)鍵問(wèn)題,首要任務(wù)便是雨水收集和蓄積。在石漠化邊坡的集雨與積雨中,最重要的難題就是集雨面與積雨段的建造。

在坡面集雨面的選擇上,目前國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的一些集雨面材料有混凝土、水泥土、三七灰土、塑料薄膜、油氈等[19],也有一些成本較高的如石蠟、瀝青、橡膠等化工材料,也有使用地衣[20-21]、苔蘚以及高分子聚合物[22]如土壤固化劑、有機(jī)硅[19]、樹(shù)脂等作為集雨面材料的。

在積雨段的建造上,由于巖溶裂隙通道會(huì)隨著水作用的時(shí)間不斷發(fā)展,很難找到巖溶通道的分布規(guī)律,所以進(jìn)行灌漿堵漏也很難奏效。

針對(duì)上述問(wèn)題,研發(fā)了水土共蓄生態(tài)護(hù)坡和組合蓄水持水養(yǎng)護(hù)的板槽新技術(shù)[8,23],并在廣西賀巴高速來(lái)都段同一路段的石漠化邊坡上推廣應(yīng)用。在坡面鋪設(shè)“兩布一膜”形成人工集雨面,并建造蓄水板槽作為積雨段,以此進(jìn)行石漠化邊坡的植被恢復(fù)和生態(tài)防護(hù)。

石漠化坡面的植被恢復(fù)措施主要是在梯級(jí)板槽的土壤中種植草本植物和開(kāi)花灌木,形成梯級(jí)景觀帶,并分別在梯級(jí)板槽中種植爬山虎或葛藤,待爬藤植物爬滿石漠化坡面,同時(shí)遮蓋了坡面集雨的“兩布一膜”后,防止紫外線造成老化破壞,便完成了該段工程的植被恢復(fù)。板槽施工代表性照片如圖7所示,板槽設(shè)計(jì)圖如圖8所示。

圖7 賀巴高速來(lái)都段石漠化邊坡植被板槽施工階段圖

圖8 賀巴高速來(lái)都段石漠化邊坡植被板槽設(shè)計(jì)圖

石漠化坡面的降雨集蓄措施包括:石漠化坡面上“兩布一膜”的人工集雨面加爬藤植被毯、坡面各級(jí)板槽及板槽內(nèi)的土體孔隙、板槽底部的蓄水腔;坡面上的梯級(jí)板槽底部的蓄水腔會(huì)從板槽兩端的堵頭,類似一個(gè)“溢流壩”,可以排出多余的積雨,防止?jié)碁?zāi)。坡面固土技術(shù)措施主要是在坡面梯級(jí)分布的板槽中存蓄種植土,而不是在滲漏嚴(yán)重的石漠化坡面上噴播一層較薄的土壤后再播撒草籽。石漠化邊坡的截排水措施包括:坡面上的各級(jí)板槽包括平臺(tái)上的板槽(或平臺(tái)截水溝),以及坡腳的排水溝。

關(guān)于“蓄水植被板槽+兩布一膜集水面+爬藤植被毯”的石漠化邊坡植被恢復(fù)和生態(tài)防護(hù)新型方案,其設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的實(shí)施步驟如下。

(1)在石漠化坡面上,按照一定的梯級(jí)間距例如每隔3 m,設(shè)置一道板槽。在每一級(jí)板槽處,先設(shè)置一排長(zhǎng)100 cm、水平間距為150 cm的防銹小錨桿,其嵌巖錨固段長(zhǎng)度至少為50 cm。然后按照一塊混凝土板與2根小錨桿的位置相對(duì)應(yīng)的原則,貼緊小錨桿,架立5 cm厚、300 cm長(zhǎng)、50 cm寬的鋼筋混凝土擋土板。混凝土板的重量宜適合用滑竿機(jī)或吊機(jī)起吊運(yùn)輸?shù)狡旅嫘″^桿處。若3 m長(zhǎng)的混凝土板過(guò)重,可以在預(yù)制時(shí)縮短板長(zhǎng)為2 m,相應(yīng)地,小錨桿水平間距變成1 m。在順坡方向,各級(jí)板槽的間距不宜大于3 m,可保證爬山虎或葛藤在較短時(shí)間內(nèi)能爬滿坡面。

(2)在石漠化坡面上,每一道板槽的結(jié)構(gòu)組成包括:貼緊依靠在坡面小錨桿上的混凝土擋土板、兩布一膜止水層、兩側(cè)分別斜撐在坡面和擋土板上的刷漆鋼筋和竹排、穿過(guò)竹排縫隙的尼龍編織的吸水帶、板槽兩端的“溢流壩”式堵頭等。竹排上方為回填的種植土,竹排下方為平均15 cm深的蓄水腔。板槽內(nèi)所蓄水量加上邊坡底部蓄排水溝中所存水量,再扣除蒸騰蒸發(fā)量后,剩余水量應(yīng)滿足植物在旱季長(zhǎng)期存活和生長(zhǎng)的需水量要求。

(3)在設(shè)置竹排把板槽分成上下兩層,即蓄土層和蓄水層時(shí),應(yīng)該注意的是,由于市場(chǎng)上腳手架工程常用的竹排都是定型的寬度,為了保證板槽底部的蓄水腔不小于平均15 cm的蓄水深度,可以將間距1 m、長(zhǎng)約50 cm的刷漆鋼筋,傾斜抵住坡面和混凝土板壁上劃定的水平線處,然后把竹排鋪設(shè)在鋼筋斜撐上。也可以在板槽底部每隔1.5 m的間距,堆放15 cm高的石塊支墩,作為竹排的支撐點(diǎn),把竹排架立在穩(wěn)定的石堆支墩上,由于石堆強(qiáng)透水,不影響板槽的排水功能。

(4)每束豎向穿過(guò)竹排縫隙的吸水帶,長(zhǎng)約50 cm、寬2～4 cm,水平間距設(shè)置為20 cm。吸水帶的底端要觸及板槽最底部,以便最大限度地通過(guò)吸力把蓄水腔內(nèi)的水慢慢輸送到竹排上面的種植土中。裁剪好的每根吸水帶的頂端穿過(guò)竹排縫隙后須拉直再填土,以便保持吸水帶的吸力水頭差。也可以在板槽內(nèi)采用整條未經(jīng)裁剪的吸水帶,按水平間距20 cm正弦波式穿過(guò)竹排縫隙,吸水帶在竹排下方的垂直長(zhǎng)度為20 cm,為保證竹排上方的吸水帶在填土施工時(shí)立起,可在板槽兩端固定一繃緊的吊繩,拉起正弦波式的吸水帶,再開(kāi)始填土。

(5)在板槽施工完成后,由3人分別沿著斜坡上板槽的水平方向,先滾動(dòng)約3 m幅寬的“兩布一膜”卷,形成板槽間“兩布一膜”集雨面。可以采用通長(zhǎng)的“兩布一膜”集雨面,如果需要搭接,搭接寬度應(yīng)不少于20 cm。如果石漠化坡面完全用等長(zhǎng)的兩布一膜封閉,意味著所有降雨都會(huì)形成坡面徑流,而板槽的蓄水能力有限,且暴雨發(fā)生時(shí)雨水可能會(huì)對(duì)板槽中的種植土產(chǎn)生溢流沖刷侵蝕。因此,應(yīng)允許緊靠板槽下方幾十厘米長(zhǎng)度的坡面可以發(fā)生降雨滲漏,一方面把降雨引流到板槽的土體中以及下滲到蓄水腔中,另一方面使板槽表土免受坡面暴雨徑流的激流沖刷。板槽內(nèi)的爬山虎或葛藤通過(guò)攀爬到坡面兩布一膜的粗糙表面上,形成植被毯,構(gòu)成人工集水面,爬山虎和葛藤覆植還可以減緩紫外線對(duì)兩布一膜造成的老化損傷。

(6)基于經(jīng)驗(yàn),方案中采用的兩布一膜應(yīng)具有一定的抗拉、抗撕裂和抗刺破的強(qiáng)度,吸水帶一定是尼龍材質(zhì)而且編織致密。要優(yōu)選品種較好、生長(zhǎng)速度較快的爬山虎或葛藤種苗,爬山虎或葛藤種植后要把其枝莖牽引到上坡面的無(wú)紡布上。在板槽中回填種植土后,可以按照0.6 m左右的水平間距,種植耐旱性較好的三角梅等開(kāi)花灌木,形成梯級(jí)景觀。

(7)在邊坡坡腳的截排水溝槽的內(nèi)側(cè)表面和底面,為預(yù)制或現(xiàn)澆混凝土護(hù)面,并用水泥砂漿勾縫。截排水溝的降雨積水不應(yīng)排光,應(yīng)導(dǎo)流到蓄水池中,以備旱季抽提水給板槽中的蓄水腔。在板槽施工完成后,應(yīng)該要求施工單位利用灑水車(chē)往各級(jí)板槽預(yù)先蓄水,一則給植物供水,二則驗(yàn)證板槽蓄水性能。如果出現(xiàn)滲漏,應(yīng)及時(shí)在相應(yīng)位置作防漏措施處理,否則雨季時(shí)板槽的蓄水效率將大打折扣。養(yǎng)護(hù)單位應(yīng)在長(zhǎng)期干旱的情況下做好應(yīng)急預(yù)案,用灑水車(chē)向各級(jí)板槽的蓄水腔內(nèi)注水。

(8)在板槽內(nèi)宜填筑種植土,若填筑棄渣土,其碎石含量不應(yīng)超過(guò)10%,碎石最大粒徑不應(yīng)超過(guò)2 cm。板槽內(nèi)填土的孔隙比、含水量、疏松度和通透性,應(yīng)滿足植物生長(zhǎng)對(duì)土壤的要求,并適當(dāng)采取措施增加土壤肥力。另外,可以采用抗旱新型高分子材料添加劑,幫助填土在雨季吸收和保持水分,并在旱季釋放出來(lái)。在板槽中的種植土表面,應(yīng)覆蓋一層草皮或碎石,防止降雨擊濺沖刷造成板槽的水土流失。

(9)在石漠化坡面上施工梯級(jí)板槽時(shí),應(yīng)注意對(duì)小錨桿、鋼筋斜撐和竹排等材料進(jìn)行防銹蝕、防腐爛處理,預(yù)先刷涂保護(hù)漆。鉆孔打進(jìn)巖石的鋼筋可直接灌砂漿,不用刷防銹漆,但裸露在巖石外面和碎石層內(nèi)的錨桿鋼筋,都必須先刷一道防銹漆,再涂一層瀝青。小錨桿鉆孔直徑不小于5 cm,鉆巖深度不應(yīng)少于50 cm,小錨桿鋼筋的直徑宜為28 mm以上,砂漿宜MU10以上。

4 結(jié)論

通過(guò)跟蹤調(diào)研本團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)的廣西賀巴高速來(lái)都段一石漠化邊坡植被恢復(fù)工程技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況,揭示了石漠化邊坡的框格植被恢復(fù)和生態(tài)防護(hù)技術(shù)在應(yīng)用中出現(xiàn)的一些技術(shù)問(wèn)題,提出了框格內(nèi)填土局部穩(wěn)定技術(shù)的新型解決方案,進(jìn)一步推廣應(yīng)用了水土共蓄的新型板槽進(jìn)行植被恢復(fù)和生態(tài)防護(hù)的最新發(fā)明技術(shù),并給出了一些針對(duì)這些新技術(shù)應(yīng)用的建議,歸納總結(jié)如下。

(1)雖然坡面格構(gòu)工程措施可以減緩邊坡雨水沖刷破壞,加快坡面的植被形成,但是結(jié)合廣西賀巴高速來(lái)都段石漠化邊坡植被恢復(fù)項(xiàng)目的應(yīng)用情況發(fā)現(xiàn),如果在框格內(nèi)填土后播種沒(méi)有做好雨季施工,草籽將不能及時(shí)發(fā)育長(zhǎng)成草皮,加上雨季到來(lái)后雨水沖刷、水土流失嚴(yán)重,都會(huì)致使框格內(nèi)植被恢復(fù)失敗。

(2)框格內(nèi)填土層不穩(wěn)定,例如填土流失、滑落、坍塌,都會(huì)使裸巖幾乎全露和植被荒蕪,導(dǎo)致植被恢復(fù)失敗。在石漠化邊坡上還存在著不便于挖孔種植小灌木、現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)難等問(wèn)題,不能快速有效地形成石漠化邊坡上灌草結(jié)合的植被恢復(fù)技術(shù)。

(3)雖然可以在混凝土梁框格內(nèi)采用填筑裝土的生態(tài)袋,或鋪設(shè)土工格室后填土的局部穩(wěn)定新型技術(shù),以保證框格內(nèi)填土不會(huì)下滑到底部,但是相對(duì)于技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性而言,建議在框格內(nèi)填入植被水泥土,在滿堂的預(yù)留孔中種植預(yù)先培植好的灌草容器苗,可以降低現(xiàn)場(chǎng)植被恢復(fù)的難度。

(4)建議在土壤貧瘠的石漠化地區(qū)開(kāi)展棄渣料的資源化利用,例如利用石漠化邊坡上裸露的石渣制作坡面石籠網(wǎng)梁或鋼筋石籠梁格構(gòu),代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋混凝土梁格構(gòu),以節(jié)約材料和施工費(fèi)用,同時(shí)盡量增加框格內(nèi)填土的厚度,合理攔蓄和疏導(dǎo)雨水,實(shí)現(xiàn)石漠化邊坡雨水的收集利用。

(5)與石漠化坡面框格植被恢復(fù)技術(shù)相比,“新型蓄水植被板槽+兩布一膜集水面+爬藤植被毯”的石漠化邊坡植被恢復(fù)和生態(tài)防護(hù)最新發(fā)明技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)水土共蓄生態(tài)護(hù)坡和組合蓄水持水養(yǎng)護(hù),形成石漠化坡面上的梯級(jí)景觀帶,可以快速有效地形成石漠化邊坡上灌草結(jié)合的植被恢復(fù)技術(shù)。