前坪水库岩基边坡生态修复技术与应用研究

靳记平 王永强 皇甫泽华 张明月

（1.河南省水利第一工程局 郑州 450000 2.河南省前坪水库建设管理局 郑州 450000）

1 复合式生态植被修复技术背景

前坪水库是国务院批准的172项重大水利工程之一，位于淮河流域沙颍河主要支流北汝河上游洛阳市汝阳县，是一座以防洪为主，结合供水、灌溉，兼顾发电的大（2）型水利枢纽工程。该工程2015年10月开工建设，其对外交通道路是一条总长2.66km的三级公路，山体岩性以砾岩为主，部分山体岩性为安山玢岩。山体原始地貌以树木为主，树木下方为野生灌木，道路开挖后，原始生态系统遭到破坏。

因砾岩为不良地质山体，若发生强降雨极易发生边坡垮塌、水土流失等地质灾害，需要对边坡进行支护、加固。若采用单一的生态植被混凝土支护，会出现三方面问题：一是草种的根系不够发达，抗冲刷能力较弱，后期经雨水冲刷及风蚀作用后，防护基层容易脱落。二是北方天气降雨受季节影响，冬季干冷少雨，客土容易干缩裂缝，保墒能力较差；夏季炎热多雨，当雨势较强时，山顶雨水沿坡体集中宣泄对边坡冲刷尤为严重。三是单一的草本生物群落稳定性较差，3～5年就会出现退化现象，不能满足长效防护的目的。

针对上述问题，我们考察了一系列成功的护坡形式，如：济祁一标路堤纤维毯喷播植草灌生效果，泌舞高速黄楝岗（路堑）草、灌、乔木植生效果，郑尧高速鲁山段（路堑）草、灌植生效果，京港澳高速漯驻段（路堤）草、灌植生效果，并对其生态修复技术进行对比分析，提出并开展了复合式生态植被混凝土支护技术试验及应用研究。

2 复合式生态植被支护技术方案简介

复合式生态植被支护方案是集岩石工程力学、生物学、土壤学、肥料学、园艺学、环境生态学等学科于一体的综合环保技术。该方案采用镀锌铁丝网草纤维客土混喷植生护坡＋植物纤维毯护坡＋裸根栽植落叶灌木护坡复合式生态植被支护。

该方案是在岩体中植入锚杆，增强坡体稳定性，然后挂镀锌铁丝网，采用喷播机械作业的方式将特殊工艺制造而成的客土材料，分别喷射种植基材基层、中层，挂植物纤维毯，然后喷射含植物种子的表层基材，最后在坡面间隔50cm间距栽植灌木，形成灌草结合的稳定立体复合生态体系：包括以灌木为主的灌草生态和以草为主的草灌生态。

3 复合式生态植被支护技术的特点

（1）在草本植物群落中植入灌木，灌木根系发达，灌草生态建植层的根系交织成稳定结构，能最大限度地防止水土流失和坡面滑塌。

（2）植物纤维毯护坡速度快，在边坡植被覆盖之前形成了第一道保护屏障，雨水沿植物纤维毯表面均匀分流，大大减小了径流对边坡冲刷的影响，有效防止夏季雨水集中造成水土流失；另外植物纤维毯的主要原料椰丝或秸秆是天然材料，对周边环境不会造成二次污染。

（3）植物纤维毯内的植物纤维错综排列，既能有效防止土壤皲裂，又能使植物生长所需的水分和空气能透过，且不易积水有益于保护土壤的原始结构，有效克服北方干冷天气对植物生长的影响。

（4）草灌立体复合式生态系统相对与单一的草本植物生态体系相比，生物群落的抵抗力大大增强，避免单一草本生物群落3～5年就出现退化问题。

（5）该立体生态系统具有保水性、透水性、透气性，适于植物生长，既能防水固坡，减噪降尘，又能四季常绿（草）。

4 复合式生态植被支护技术的应用

4.1 坡面修整

对坡面进行排险修整，嵌补坡面凹槽、坑洼，确保坡面平顺无杂物，坡比满足设计要求，以保证喷混植生护坡的质量。

4.2 脚手架搭设、拆除

（1）脚手架采用斜支撑防护脚手架，脚手架用Φ48×3.5mm钢管搭设。

（2）采用错落坡型脚手架，脚手架随坡度而设，每层高度与锚杆排距相一致；主受力立杆间距1.8m，其余辅助受力立杆随坡度而调整搭设间距1.7～1.8m，自下而上搭设。

（3）脚手架连墙杆和卸载连壁锁脚锚杆采用Φ25mm螺纹钢，按照1步2跨（1h×2L）进行设置，固定点拉杆深度不低于1.5m，角度与边坡锚杆角度相等，连墙杆和卸载连接点设定在每一级边坡平台、每级斜坡面以上。

（4）立杆底端100～300mm高处一律设纵向和横向扫地杆，并与立杆连接牢固，为防止滑动，每隔3缝打入锚管（Φ48×3.5）深1.5m与纵横管扣接。

（5）坡面支护施工完成且验收合格后拆除脚手架，移至下一部位施工，拆除时应自上而下拆除，不得上、下层同时拆除。

4.3 锚杆施工

4.3.1 材料选择与质量控制

锚杆：设计选用Ⅲ级高强度的螺纹钢筋，直径为Φ22mm，长度4.5m，间距2m×2m。

水泥：水泥采用P.O42.5级硅酸盐水泥。

砂：采用最大粒径小于2.5mm的中细砂。

水泥砂浆：锚杆注浆浆体采用M20水泥砂浆，水泥∶砂∶水=1.00∶1.10∶0.45。

4.3.2 锚杆流程

孔眼定位放样→钻眼→吹孔→安放锚杆→注砂浆，流水作业。

4.3.3 锚杆钻孔、冲孔

根据设计边坡开挖支护图，由测量人员在现场放出每个系统锚杆的孔位及孔倾角，做出标记。然后分排、分片钻孔，钻孔深度4.5m。

造孔选用FH100型潜孔钻，锚杆孔的开孔应按设计要求和围岩情况确定孔位并作出标记，开孔允许偏差为100mm，并结合现场情况进行调整；孔轴方向应垂直于开挖面，钻孔超深不大于100mm。孔内的岩粉和积水应洗吹干净。

4.3.4 锚杆安装、注浆

（1）开工前对锚杆钢筋进行检验，获取足够的数据，确保使用的材料满足设计要求。材料实验内容包括锚杆钢筋的规格尺寸及强度指标。

（2）采用“先安装锚杆后注浆”施工方法。

（3）注浆时，先开动注浆泵，手持注浆嘴，逐孔注浆。在锚固砂浆凝固前，不得敲击、碰撞和拉拔锚杆，及时养护，三天内不得悬挂重物。砂浆采用砂浆搅拌机拌制均匀，随拌随用，一次拌和的砂浆应在初凝前用完，并防止石块、杂物混入。

（4）注浆作业开始或中途停止超过30min时，应用水或稀水泥砂浆湿润注浆罐及其管路。

4.4 铁丝网施工

（1）材料实验

开工前对铁丝网进行检验，获取足够的数据，确保使用的材料满足设计要求。材料实验内容包括铁丝网的规格尺寸及单位面积质量等材料指标。

（2）挂铁丝网及钢筋网骨架加固

采用φ2.2mm热镀锌机编铁丝网，铁丝网网孔规格为50mm×50mm，幅宽3.0m；将Φ12的横向螺纹钢筋与Φ22的锚杆交叉焊接后，将镀锌铁丝网与纵、横向钢筋框条用直径φ2.2mm镀锌铁丝扎牢，铁丝网用锚杆固定，两网片之间采用φ2.2 mm铁丝穿连，并每隔30cm捆扎连接，两幅搭接宽度不小于5cm。使镀锌铁丝网与坡面的距离保持3～5cm。钢筋网应与锚杆联结牢固，喷射时钢筋网不得晃动。

4.5 底层基材加工及配比

（1）对确认合格的种植土，采用移动式粉碎机粉碎至粉细土状，并用筛子筛分以保证最大粒径小于20mm，筛子网孔径为20mm×20mm。

（2）为了改善土壤的性能，添加相关成分对土壤进行有效生物改良，具体成分为：草炭土、木纤维、长效复合肥、有机肥、高次团粒剂、土壤固化剂、保水剂、粘合剂等，使基材应具有保肥、保水、透气等特性，喷射后不得有剥离、流失、龟裂现象，以利于草籽的萌发、生长。各种添加剂成分及用量详见表1。

（3）肥料的选择：肥料选用有机长效肥、高效复合肥。复合肥的成分详见表2。

（4）底层基材喷射：基材喷射用强力喷射机进行机械喷射，基材厚度为5～6cm，为确保基材的喷射厚度，在坡面上每100m2用钢筋设一铺土厚度指示桩来标示喷射厚度。

底基层喷射时，从正面进行喷射，凹凸部死角进行补喷，一次喷射成型；喷射过程中，喷嘴距坡面的距离控制在0.6～1.0m之间，一般应垂直于坡面，最大倾斜角度不能超过10°；喷浆中，喷射头输出压力不能小于0.1MPa；喷射采用自上而下的方法进行，先喷凹陷部分，再喷凸出部分；喷射移动可采用“S”形或螺旋形移动前进。

4.6 中层基材加工及配比

（1）中层基材成分同上，增加草纤维成分。各种添加剂成分及用量详见表3。

表1 底基层每平米各种添加剂成分及用量表

表2 专用复合肥成分表

表3 中层基材每平米各种添加剂成分及用量表

表4 植物纤维毯技术指标表

表5 表层混合料及配比表

表6 每平米混合草种特性及配比表

（2）中层基材的添加顺序：

1）添加过程中，搅拌机不能停机，始终处于搅拌状态，每隔2min进行反转搅拌，使所有物料搅拌均匀。

2）混合料的添加顺序：搅拌机水的添加比例为60%，依次添加草纤维、木纤维、粘合剂、保水剂、高效复合肥、有机肥、草炭土、高次团粒剂、粘土50%、土体固化剂、粘土50%。

3）在喷射之前，机器不能停机，始终处于搅拌状态，中层基材的喷射厚度为1.5～2.5cm，喷射方法同底层基材喷射流程。

4.7 植物纤维毯铺设施工

（1）铺设时由坡顶自上而下铺设，坡顶部分用U型钉固定，间距50cm，搭接部分10～15cm,搭接部分的U型钉间距50cm。植生毯坡面固定时每平米不得少于一个U型钉，U型钉的长度为15cm。

（2）植物纤维毯的技术要求：详见表4。

（3）植物纤维毯固定好后，进行中层基材第二次喷射，喷射厚度1.5～2cm，喷射方法同上。

4.8 表层混合料配比及喷射

（1）表层混合料的配比见表5。

（2）混合草种配比见表6。

（3）表层混合料及草种喷射：表层基材的喷射厚度为1～1.5cm，喷射方法同上。

4.9 灌木栽植

（1）表层混合料及草种喷射完成后，整个山体坡面每间隔50cm栽植一株灌木（紫穗槐），平均每平米4株灌木，灌木栽植呈梅花形布置。

（2）灌木苗裸根株高修剪后不小于25cm，底部埋入土壤6～10cm。

（3）灌木苗坑穴采用洋镐、小铁铲等小型手工工具开挖，开挖时注意避免损伤铁丝网，栽植后将灌木苗竖直放入坑穴内，周围覆土掩盖，并轻轻拍实。

4.10 覆盖养生布

铺设时由坡顶自上而下铺设，坡顶部分用竹钉固定，间距50cm，搭接部分10～15cm，搭接部分的竹钉间距50cm。养生布坡面固定时每平米不得少于一个竹钉，竹钉长度为10～15cm。

4.11 养护管理

夏季每天上午10点以前、下午5点以后各养护一次，避免正中午养护烫伤草苗。秋季每天上午10点以后养护一次。

4.12 成活率及覆盖率

草种成活率90%以上，草坪覆盖率95%以上；灌木成活率90%以上，灌木覆盖率90%。

5 小结

复合式生态植被支护技术是灌草结合的稳定立体复合生态体系，灌木根系发达，灌草生态建植层的根系交织成稳定结构，能最大限度地防止水土流失和坡面滑塌，既具有保水性，又有透水性、透气性，适于植物生长；既能防水固坡，减噪降尘，又能四季常绿（草），与周围环境相协调，形成自然美。该技术在前坪水库的应用，取得了良好的工程效果及生态效果，达到了经济效益、社会效益和生态效益并重的目的■