客土喷播与植生袋复绿的区别应用.docx
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客土喷播与植生袋复绿的区别应用
客土喷播与植生袋复绿的区别应用
摘要:
随着我国可持续发展战略的实施,国家对各类矿山及基础设施建设的地质(生态)环境保护、地质(生态)环境恢复及地质(生态)环境治理的要求也在逐步提升。
因此在矿山闭坑后的边坡治理或基础设施建设中,生态和谐已成为重要发展方向。
本文结合客土喷播和植生袋复绿两种不同的施工工艺,在不同类型、类别的边坡治理中的实践应用,对客土喷播和植生袋复绿的环境条件、机械设备、材料选择、施工工艺等方面做了详尽的介绍,并就客土喷播和植生袋复绿在边坡治理中的的适用条件、实施方案的改进等方面进行了探讨。
关键词:
植生袋;客土喷播;边坡治理
1.客土喷播技术应用的概况
1.1国外、国内客土喷播技术的发展状况
客土喷播技术在发达国家边坡防护中的应用已有较长的历史,现其技术已经发展得比较成熟。
最早于1936年在美国得到应用,其后日本对客土喷播技术进行了比较深入的研究和应用并将其发展成一门生态防护技术。
客土喷播技术在我省发展较早,广泛运用于各类矿山闭坑后的边坡治理、公路岩质路基边坡绿化防护等。
从实际治理效果看,该项技术运用成熟,经过多次改良、推广应用取得了较好的效果。
2.客土喷播技术的基本原理
客土喷播是将植物种子、肥料、保水剂、土壤、有机物、稳定剂等混合物充分混合后,通过高压设备和喷射机按设计厚度均匀喷到需防护的工程坡面,经过养护管理后,植物发芽成长,达到快速绿化贫瘠坡面的目的。
2.1土壤学原理
众所周知,土壤和水分是植物生长的基本条件之一。
不同植物对土壤基础厚度要求不同,同时喷射基质厚度、山体状态、所处地区的年降雨量和边坡坡率有着较大关系。
而岩质边坡或是土质贫瘠边坡植物生长困难。
客土基质含有丰富有机质,其保水性和保肥性较一般土壤好,适合植物生长的基质厚度也较小。
因此,通过喷射机将利于植物生长、发育的基质按照不同的物种所需基础厚度喷射附着到坡面上,经过养护管理后植物生长繁殖。
除植物生长所需基质厚度外,土壤的酸碱性对植物生长也有影响,过酸或过碱土质均不利于植物生长。
土壤团粒太密实或太疏松也不利于植物生长。
因此,在选择客土材料前,可以先鉴定当地土质、地表水的酸碱性,并充分考虑上述因素后进行优化选择。
2.2生态学原理
客土喷播种植的植物群落种类必须具有较强的稳定性,能适应当地的气候、土质条件,具有较强的抗逆性、耐寒性、耐干旱性。
植物群落具有以下特征:
(1)植物群落自然选择的结果,人工恢复植物群落的痕迹不能太明显;
(2)乔木、灌木、花草等植物有机结合;
(3)具有较强的自我繁衍能力。
因此,采用客土喷播对边坡进行生态绿化时,物种的选择要从生态学角度出发,尽可能采用适应当地自然环境的植物种类及乡土植物种类,并使各植物种类合理配置,以求能形成最接近当地自然植物群落的效果。
3.客土喷播技术在余姚市梁辉矿废弃矿山的应用
3.1客土喷播的环境条件
3.1.1原梁辉采石场边坡条件
矿区北部宕口(原道口采石场)面向城市,为高速公路可视范围内,坡面全部裸露。
现状宕口分上下二个平台(上平台不完整),宕底标高+37m,宕底平台东西长约322m;二层平台标高+55m,二层平台上坡面坡脚长245m;平台长度约180m,宽度5~12m。
宕面最大治理标高+143m,坡度70°左右(局部有反坡需削坡排险)。
汽车可在平台行走。
矿区南部宕口(原梁辉采石场)宕底标高+48m,坡脚长约459m,坡面垂直高度约124m,现状布置破碎工业场地及办公、生产辅助设施。
宕面坡度50~60°。
矿区内岩体呈厚层状产出,矿石及围岩均为流纹质晶屑玻屑熔结凝灰岩,结构致密坚硬,属硬质岩类,矿区范围内未见软弱沉积夹层,开采岩体及边坡岩体稳定性较好。
1、北部宕口:
北部宕口露采边坡占地总面积约43900平方米,现状坡面面积约39443平方米;本期治理坡面(本期J4向东172m处止),现状五分之二部分(即陡峭处、反坡处)削坡排险后,形成二级坡度50°左右的复绿坡面。
右侧上部约10m净高、延长约165m(见下图,突兀处)爆破削平,约6000立方米(此部分场区暂堆积,不作回填压脚),形成规则的山体上部轮廓线;爆破削坡工程量约36253立方米(30253立方米作为回填压脚),本期坡面面积约38150平方米;
其中:
上部平台的上部坡面面积约28490平方米(实施有网喷播基材工艺)。
底部平台下坡面面积约9660平方米(含回填压脚,实施普通无网喷播基材工艺),削坡后平台面积1960平方米(实施普通无网喷播基材工艺)。
2、南部宕口:
现状坡面面积约46816平方米。
经对少部分坡面削坡排险后,爆破削坡工程量约700立方米(回填压脚)。
左上部约10m净高(见北部宕口叙述,突兀处)爆破削平,本期实际坡面面积约43541平方米;
其中:
实施有网喷播基材工艺约13000平方米,普通无网喷播基材工艺约30541平方米。
山顶爆破平台平均宽约5.5m,约900平方米,实施普通无网喷播基材工艺。
3.2施工机械设备与材料
3.2.1施工机械设备的配备
客土喷播防护配备的主要机械设备有:
喷射机2台、空压机2台、柴油发电机2台、自落式混凝土搅拌机2台、碎土机2台、抽水泵2台、自卸汽车2辆。
同时,为了提高施工效率和更好的控制熟土粒径,采用输送带对喷射机进行喂料。
3.2.2材料选择
(1)客土喷播使用的基质材料:
本地乡土:
由多种微生物菌群发酵而成,其含有较丰富的氮、磷、钾及各种微量元素和生长激素,作用在于改善土壤,促进植物生长。
保水剂:
由于岩面不易渗透水,降雨后水分易蒸发,不易于其上植物种子的发芽和生长。
保水剂除可以吸收水分外,还可在遇到降雨时迅速而膨胀成凝胶将水分贮存起来,供给植物根系吸收,为植物生长提供必要的条件。
用量在12g/m²。
长效复合肥:
采用缓释长效肥和速效肥相结合,将各种含N、P、K的肥料按照一定的比例配制而成。
设计比例为N:
P:
K=6:
36:
6,用量125g/m²。
由于其肥力释放持续时间长,可以为植物的生长提供较持久的肥力。
当地土料:
采用路基开挖土方的熟土,采用碎土机破碎后,人工过筛处理,以控制熟土的粒径以便于喷射和拌合均匀。
植物种子:
经过对当地植物群落考察以后,选用狗牙根、高羊茅、荆条、胡枝子、紫穗槐、紫花苜蓿等物种。
狗牙根极耐酷暑、干旱,其夏季生命力较强。
高羊茅耐寒性强,特别适合于洛阳这种冬季较寒冷的地区采用,适于各种土壤条件生长,对各种立地条件适应性强。
紫穗槐耐贫瘠、耐干旱,根系较发达具有较强的固土能力,生长和繁殖能力强,易与草本植物共生,在陡坡地、石质山地能正常生长。
为了使边坡恢复到接近原生态的植物群落,在混合种子里掺加了当地繁殖较多的荆条种子。
为丰富景观,再混合种子中加入紫花苜蓿等物种。
根据设计,喷播种子配比按以下配比进行配料,详见表3-1、表3-2。
种子配比(适用于一级喷播)表3-1
植物种类
狗牙根
高羊茅
荆条
胡枝子
紫花苜蓿
小计
播量(g/m²)
1.5
2.0
4.0
12
3.5
23
种子配比(适用于一级以上喷播)表3-2
植物种类
狗牙根
高羊茅
荆条
胡枝子
紫穗槐
小计
播量(g/m²)
1.5
2.0
4.0
5.0
15.0
27.5
另外加入草纤维。
草纤维可以起到基材的连接强度和整体稳定性。
喷播用水:
经检测,施工地点的水源酸碱度合适,可直接取用。
(2)客土喷播使用的辅助材料:
镀锌铁丝网:
菱形镀锌低碳铁丝网网孔规格为5.5cm×5.5cm,直径2.2mm。
可以使整个喷层连接成一整体,增加喷层附着力和稳定性,形成持久的整体基质板块。
锚杆:
用于挂镀锌铁丝网并起到一定的稳固边坡的作用。
主锚杆采用长40cm的Ф14钢筋,次锚杆采用长25cm的Ф12钢筋。
3.3客土喷播施工工艺
客土喷播施工工艺流程:
施工准备(修整坡面、坡面排水设施施工、备料等)→铺网、钉网→客土喷播→覆盖→养护管理。
3.3.1施工准备
(1)技术交底及安全文明施工培训:
施工前除对操作人员进行施工工艺、质量要求等技术交底外,还进行安全文明施工培训,确保人人懂安全文明施工、会安全文明施工,为边坡防护施工打好质量和安全基础。
(2)坡面排水:
在进行客土喷播前先行施工截水沟、平台排水沟、急流槽等排水设施。
这样可以避免路基坡面排水设施施工对边坡防护造成损坏,而且还起到了预防冲刷的作用,保证喷播层的稳定性。
(3)削坡
削坡:
爆破结合机械对中上部边坡及不稳定岩体进行削坡降坡,露采坡面的爆破施工是以削坡、降坡的方法,消除坡面上存在的崩塌、滑坡地质灾害隐患并以满足复绿施工需要为目的,在降低治理成本的同时,确保治理效果的长期稳定。
宕口露采坡面的爆破削坡降坡最终坡度角不大于50°。
爆破时先清除岩体表面覆盖层——表层粘土,表层粘土全部留作恢复植被用,整治过程中产生的碎石料用于顺坡堆积。
爆破削坡降坡在清除表层危岩体和确保施工安全的情况下,尽可能采用导爆索进行光面爆破或预裂爆破。
凿岩一般3~4m,由上至下一次成型并对超欠爆部分进行修整成型,满足最终边坡角的要求。
块石爆破采用岩体内浅孔爆破与块体表面聚能爆破相结合的方式。
对于块体厚度大于1.5m,而易于凿岩的块石,以岩体内浅孔爆破为主;厚度小于1.5m,凿岩施工条件极差的块石,以表面聚能爆破为主;厚度在1.5m左右,宽厚比近于1的块石,可以两种方法并用。
(4)备料
客土喷播基材混合料中的熟土,施工前要经过挖运、破碎土、过筛、储备等一系列过程,需要较长的备料时间。
因此,应在喷播前做好熟土的备料,以免影响施工进度。
经过破碎、过筛后的黏土,要覆盖储存好,避免雨淋。
其他材料也应覆盖防水。
基材混合料喷播前应按设计配比事先分袋或分堆存放,这样做可以保证配比准确,又便于施工,加快施工进度。
为了使植物种子更易于发育,乔、灌木种子在喷播前用温水(含浸种剂)浸种1天,草本植物种子在喷播前浸种1~2小时使种子吸水饱和。
(5)测量放样
喷播前先按设计间距做好锚杆打设位置的放样,并做好标志。
主锚杆间距2.0m,次锚杆间距1.0m。
当坡面不规则时,可结合坡面实际情况适当调整。
3.3.2锚杆打设及挂网施工
坡面修理完毕后,挂设菱形镀锌低碳铁丝网。
菱形镀锌低碳铁丝网网孔规格为5.5cm×5.5cm,直径2.2mm。
岩石处用风钻或电钻按设计间距梅花形布置锚杆。
主锚杆每3㎡不少于2根,次锚杆每平方米不少于2根,其位置可根据坡面凹凸实际情况适当调整,坡面局部不平整处加密锚杆。
坡面锚杆固定采用比钢筋型号小一号的钻头钻孔后,人工用铁锤将锚杆打入,这样可以使锚杆更牢固。
锚杆与镀锌网接触呈90°弯起,弯起长度不小于5cm。
挂网施工时采用自上而下放卷,相邻两卷铁丝网分别用铁丝绑扎连接固定,两网交接处重叠宽度要求≥10cm。
网与作业面保持一定间隙,并均匀一致。
较陡岩面处,可用草绳按一定间隔缠绕在网上,以增强附着力,以确保喷播层能达到设计厚度。
菱形网和铺设应保持坡顶处及坡体两侧覆盖不小于1m,小于1m应用更多的锚杆固定。
平台排水沟外侧亦挂网客土喷播。
3.3.3客土喷播
先将准确称量配比好的有机肥、草籽、复合肥、过磷酸钙、当地肥土、植物纤维等按比例拌和均匀,采用喷射机将其喷射到坡面上,并保持喷播厚薄均匀。
喷射自上而下进行,分二次实施喷播。
第一次喷播厚3cm,待客土稳定后(10~20min)再喷播第二次至设计厚度10cm,在岩性破碎、岩质坚硬坡段喷层厚度可适当增加。
采用埋设厚度检测标志的方法对喷播层厚度进行控制。
喷射施工时,喷附者应自上而下对坡面进行喷射、并尽可能保证喷嘴与坡面垂直,距离保持在0.8~1m,一次喷附宽度5~6m。
3.3.4覆盖
配播完毕后,采用20g/m²的无纺布进行覆盖,以预防成型后喷播层被雨冲刷,避免种子、客土流失;可保温、保湿、防晒,促进植物的生长。
3.3.5养护管理
种子出芽至幼苗期间,浇水养护以保持土壤湿润,一般每天早晨浇一次水(此浇水频率为秋冬季,炎热夏季宜早晚各浇水一次)。
采用洒水车装水,喷管端头加工成若干小孔,以使喷出的水呈雾状,利于喷水养护均匀和避免水量过大而造成冲刷。
随植物的生长可逐渐减少浇水次数,并根据降水情况调整。
在植被逐渐生长过程中,对其适时施肥和防治病虫害。
喷播施工完毕后3个月左右,进行追肥。
采用复合肥,施肥量在40g/m²左右。
施肥坚持“多次少量”的原则。
喷播完成后一个月,全面检查植被生长情况,对生长明显不均匀的位置,确认原因后予以追播补栽,以确保形成预期灌木群落。
一般来说,施工三个月后草本植物覆盖率应达到30~50%,木本植物成株密度应达到10株/m²;施工一年后:
灌木群落覆盖率达到90%以上,常绿灌木达到20%以上。
4.植生袋应用的概况
4.1植生袋复绿的发展状况
植生袋护坡系统是最近几年从国外引进的一种目前国内最新的一种边坡防护技术。
植生袋使用简单方便,施工速度快,可根据不同地形灵活施工。
植物出苗率高,坡面绿化效果持续稳定,目前已普遍被公路、铁路、河道、矿山等边坡绿化所认同,并以较快的速度在全国推广应用。
作为一种新型边坡绿化材料,植生袋已成为边坡绿化及荒山修复重要的施工方法之一。
4.2.植生袋绿化护坡的基本原理
植生袋是将选好的草、花、灌木种子、保水剂、微生物肥料等材料,通过机器设备作成植生带(详见植生带介绍),并覆上一层抗老化绿网,然后将复合好的材料按一定的规格缝制成的袋子,既植生带和绿网袋的有机结合体。
植生袋的立体网状纤维结构吸收了雨水冲击所产生的能量,能起到防止土壤侵蚀之功效,并且有效阻止土壤颗粒的移动;雨水在纤维层内的流动,减小了雨水形成径流对土壤地表的冲刷力;植生袋使植物种子分布更加均匀,且不受人为因素和水流冲刷的扰动,保持稳定状态,改善了绿化效果。
同时节约了种子的播种量。
植生袋护坡系统针对开挖坡度65~75度,甚至更大坡度,开挖面基本为未风化或弱风化的岩石边坡;少数碎岩填方造成,填方密实度不够,易发生滑坡和垮塌的边坡,宜采用植生袋生态护坡系统进行防护施工。
其核心技术是不可替代的高分子植生袋:
一种进由聚丙烯及其它高分子材料复合制成的材料编织而成,耐腐蚀性强,耐微生物分解,抗紫外线,易于植物生长。
主要特点是:
A.它允许水从袋体渗出,从而减小袋体的静水压力。
B.它不允许袋中土壤泻出袋外,达到了水土保持的目的,成为植被赖以生存的介质。
C.袋体柔软,整体性好。
5.植生袋复绿在安吉县鄣吴景坞花岗岩矿的应用
5.1植生袋复绿的环境条件
矿石自然类型主要为花岗闪长岩,灰绿色为主,中细粒不等粒结构,整体块状构造。
主要矿物成份为钾长石25~40%;斜长石30~35%,石英10~15%,角闪石5~10%,黑云母5%,微量付矿物。
其中主要矿物长石、石英等粒径约2~10mm,自形、半自形为主;闪长石、云母等暗色矿物粒径约0.5~3mm,为它形粒状。
岩石致密、坚硬、抗风化能力强。
岩石整体稳定性好,稳定边坡角大于75°。
矿山属山坡露天开采矿山,经多年开采,在矿界范围内形成一条岩质边坡,分布于矿区南部,现将边坡的稳定性分析如下:
坡向约215°~245°,坡角约85°,边坡高差约28m~53m。
由于花岗岩坡面整体较平直光滑,不宜采用喷播覆绿,主要利用矿山自身开采特点,板锯石材后预留小平台后设置植生袋治理绿化的方式,以此使边坡面达到遮挡绿化效果。
5.2植生袋施工工艺
植生袋在坡面平铺时应该先将坡面修平整,去除石块树枝等杂物,坑洼处用土填平踩实。
在铺设前先在坡面上覆盖一层大约10厘米至15厘米厚的基土。
其目的是增加草根的扎根深度并且可以使植生袋底部与基面紧密接触,从而减少植生袋表面暴露面积、达到保持水份增加耐旱力的作用
装袋的土最好选用庄稼土也就是熟土,如果没有庄稼土可以用生土加一些泥碳土、草木灰、有机肥、保水剂等代替,如果太粘可以加一些细砂。
如果是在春、夏、季或早秋季节施工,必须在施工以后马上在植生袋上浇水并连续浇十五天以上,直至苗出齐为止才可以逐渐减少浇水数量及延长间隔时间,三十天左右草基本成坪了就和正常草坪一样养护了。
(如果是在晚秋或冬季施工,不要在植生袋上浇水,以免草刚刚发芽根还没有扎深就被冻死了,影响第二年的返青。
5.3植生袋施工中应注意的事项
1、植生袋的内表面是由进口的特制纸粘接而成很脆弱,所以在装土后的施工中一定要轻拿轻放,避免摔碰以保持草籽附着的完好。
2 、一定要将母土运至施工现场再装土,装土后尽量马上垛到施工面上。
3 、植生袋一旦装土就不要再运输,以免搬上搬下弄坏内表面使种子脱落影响植物的出芽率。
4 、袋内一定要装干土(最潮以手纂成团落地散开为限),不能装带水的泥土。
5 、每垛完一层(排)植生袋后,应该将植生袋与基面、植生袋与植生袋之间的缝隙用土填严,以免透风造成幼苗和植物干死。
6 、如果是在山石或砂石基面上施工,一定要在底部开始,每隔一米放置一根硬PVC管,直径在3至4厘米左右,长度从基面至新垒的植生袋墙外即可,(如果是砂石基,应该将另一头插入砂石基面5厘米以上。
)在每垒到1米的高度时再放置一排PVC管,水平距离还是一米。
这样可以把基面里或基面表的水排出来,以免长时间浸泡植生袋造成塌方。
6.结语
1、经过在梁辉采石场实践发现,客土喷播实际喷层厚度要达到1.2~1.25倍设计喷层厚度比按照设计厚度控制效果较好。
这是因为岩质边坡会造成一部分基质水分散失而导致基质实际厚度达不到设计厚度。
2、客土喷播技术在边坡防护中已成为一项较理想的边坡生态防护技术,但在选用防护方案前,应充分论证边坡稳定性,不可一味地追求绿化而留下工程质量隐患。
3、在硬质边坡中,主要依靠爆破开挖,严格按照设计边坡坡率使边坡成型不易实现,似应将边坡上的危石清除后即可采用客土喷播防护,绿化防护效果更为贴近自然。
当然,前提是坡率要达到可以实现采用客土喷播的条件。
4、客土喷播生态防护技术特别适合于风化岩质边坡、土壤较少的软岩边坡及稳定的土质边坡采用。
对于坡度较大、石质成片的坡面在采取相关措施后也可借鉴应用,如在基材中掺加结合剂(普通硅酸盐水泥)及PH缓冲剂等。
5、对于稳定性差的边坡,可以在采取锚杆、预应力锚索等防护方式后再应用客土喷播进行生态复绿处理。
6、植生袋施工可以在无土的岩石或山体滑坡后留下的裸露部位施工;可以在高速公路和铁路的无土砂石斜坡部位施工;可以在垂直的山崖部位施工;可以在严重盐碱地段、无土屋顶等无法客土喷播的地段施工。
利用边坡岩面本身的凹陷处,在凹陷处下部采用植生袋围堰,围堰内填土,种植灌木为主,植生袋内装入按一定比例配制的耕植土、有机基质、保水剂、肥料。
或在坡面外侧直接用生态袋梯形叠砌,形成一层植生袋面层,通过该植生袋内种子的生长来绿化边坡。
7、从一些采用过客土喷播治理的边坡看,总体复绿情况良好,但同时存在挂网脱落,边坡稳定性较差等情况;植生袋复绿适用范围更广、成本更低,使用简单方便,植物出苗率高,坡面绿化效果持续稳定,固土护坡的效果上更为突出。
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