复合植生混凝土研究及其应用

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[关键词] 岩石裸露面；生态系统；植被恢复技术

[摘　要] 以开发建设活动中产生的开挖裸露岩石面生态系统快速恢复技术为研究对象，通过模拟试验、实地试验、应用试验，筛选出在岩石裸露面适宜植物生长的复合植生混凝土配合比，提出了较为成熟的应用技术。随着经济、社会的不断发展和城市化进程的加快，各类开发建设活动造成大量的山体边坡岩石裸露面，不仅造成生态环境、自然景观的破坏，而且成为诱发滑坡、崩塌等威胁人民生命财产安全的隐患。公路等工程为了保证正常运行和行车安全，仅对部分开挖裸露面采用砌石护坡或喷铆支护等方法进行处理，与生态环境和自然景观极不协调，并且对大多数开挖裸露面不予处理。如何对开发建设活动造成的岩石开挖裸露面进行整治并恢复植被，实现与周围环境的协调，成为一项重要课题。为此，我们通过模拟试验、实地试验，在混凝土中掺入填充材料、肥料及保水剂等，研究成了既能与岩石坡面粘合、防止表面冲蚀，又能适宜植物发芽和生长的复合植生混凝土，取得了较好的效果。

1 　研究区域气象及地质情况

1998 年起在浙江省安吉县赋石水库度假村附近裸露的山岩进行现场试验研究。该地区属中纬度北亚热带南缘季风区，气候温和，四季分明，雨量充沛。年平均气温12～16 ℃，最热月(7 月) 平均气温28.1 ℃，最冷月(1 月) 平均气温为2.7 ℃，无霜期200～226 d。多年平均降水量为1 472 mm ，多年平均陆面蒸发量为733 mm ，多年平均水面蒸发量为884 mm。试验区地质以砂岩为主，夹页岩，岩性致密坚硬，除部分地段因节理发育或断层影响岩石较破碎外，大部分岩石新鲜完整。

2 　研究内容与方法

2.1 　试验设计

第一步，进行模拟试验，筛选出较佳的材料配合比、应用技术和养护条件。第二步，将模拟试验筛选出的较佳材料配合比进行实地试验。第三步，根据实地试验结果，进行调整，设计应用试验方案，并实施。第四步，观察研究应用试验的出苗生长和植被演替，提出适宜植物生长的复合植生混凝土配合比以及较为成熟的应用技术。

2.2 　试验材料及设备

试验材料有水，普通425 # 水泥，中粗砂，稻壳及木屑等填充材料，肥土、菜饼及复合肥，百慕达、高羊茅、黑麦草等草种，保水剂。试验设备主要是喷浆机、搅拌机等。

2.3 　应用技术试验

养护管理试验设计3 个对照组：第1 组，每天浇水1 次，待出苗后停止养护；第二组每天浇水，待出苗后根据苗情浇水养护，直至郁闭；第三组与第二组同样养护，待出苗后加入旱地龙浇水。

喷射厚度试验：先在水平岩石面进行不同厚度试验，厚度分别为5 ，6 ，8 ，10 ，12 cm；然后在不同坡度岩石面进行相同厚度试验，坡比分别为1∶0.6、1∶0.8、1∶1、1∶1.2、1∶1.4 ，厚度均为8 cm。种子处理试验设置3 个对照组：不浸泡、浸泡、浸泡至破口。保水剂应用试验包括保水剂用量试验和层次分布作用试验。用量试验设计60 ，40 ，20 g/ m2 用量及不用保水剂共4 个对照组。层次分布作用试验设计3 个对照组： ①面层、底层都掺加，用量40 g/ m2 ； ②仅在底层掺加40 g/ m2 ，面层不用； ③不用保水剂。

草种适应性筛选试验：选用了一些外来草本植物、乡土草本植物以及低矮的木本植物进行适应性试验。

施工工艺试验：坡面处理，陡坡面加铁丝网与不加铁丝网对喷射材料黏结度、稳定性影响试验，材料搅拌加入顺序试验，分层喷射厚度试验，喷浆机喷射高度试验，喷浆机允许材料最大粒径试验等。

3 　应用技术

3.1 　适用的条件

坡度:坡比在1∶0.6 以下适用；坡比在1∶0.6～1∶0.4 之间，节理发育，岩面凹凸较多，可以采取底层增加水泥配比，加铁丝网，适度增加厚度，播匍匐性强的草种等措施；坡比在1∶0.4 以上一般不适用。

坡长：在设置排水系统和横向固定墙，加铁丝网的前提下，理论上坡长不受限制。在实际施工中，坡长一般不宜超过50 m。岩石风化程度：普遍适用于节理发育、风化较好的岩石开挖面，对缺乏节理、未风化的硬岩，需要增加复合混凝土厚度，加网，增设横向固定墙，并且不宜喷播高秆的草、木本植物。

3.2 　草种选择及用量

复合植生混凝土的绿化植物以草本为主。在草本植物选择上要求耐贫瘠、耐干旱、根系发达，郁闭快。外来草本植物可选择的有百喜草、百慕达、高羊茅、狗牙根、黑麦草等，乡土草本可供选择的有狗尾草、芒、结缕草等。木本可选择低矮的品种如胡枝子、紫穗槐等。试验表明，生长较好的有:秋季黑麦草与狗芽根混播，春季高羊茅与狗芽根混播，可少量加入乡土草种。种子用量5 g/ m2 左右，种子粒径小的可以减少用量，反之增加用量。

3.3 　确定适宜的施工期

植物发芽需要适宜的水分、温度条件，一般要求平均气温10 ℃以上并持续1～2 个月时间。复合植生混凝土施工期，应综合考虑降雨、气温、植物萌发生长规律等因素而确定。降雨对施工的影响很大。降雨少，有利于施工，但不利于植物生长，增加养护成本；降雨过多，特别是暴雨频发季节，在植物未生长郁闭前，施工作业面易发生侵蚀冲刷，而且影响稳定性，因此应避开暴雨季节。气温过低时大多植物不萌发；气温过高时水分蒸发快，植物也不易萌发，即使萌发也因缺水而干枯。若在高温季节施工，可用遮阴网降低温度，但成本较高。

大多植物适宜春季播种；冷季型草种秋季播种也适宜，如黑麦草。综合以上因素，南方施工适宜时期为4～6 月和9～10 月，其中9～10 月施工期草种应选冷季型草。

3.4 　复合植生混凝土喷射厚度

综合分析坡面情况、坡度、施工期等因素来确定喷射厚度。研究坡面是岩石面，植物根系无法穿透，因而岩石面裂隙和风化情况制约着根系的伸展，一般来说岩石面裂隙和风化程度与喷射厚度成反比例关系。另外，岩石基础面的渗水程度与喷射厚度也成反比例关系。

坡度越陡，水分越易流失，对植物生长越不利。因此，坡度大，厚度应增加。但是，在超过1∶0.6 以上坡度时，厚度过大，易发生溜滑、崩塌现象。

施工期降雨丰沛，气温较适宜，厚度可以适当降低，反之要增加。在综合以上因素后，确定合适厚度一般应在6～12 cm。保证草本植物生长的最低厚度为6 cm。一般应分层喷射，每层厚度不超过2 cm ，等凝固后再喷射下一层，最后一层喷射拌有种子的混凝土。草本植物每次喷射厚度一般应控制在1.5 cm左右。

3.5 　前期养护

浇水养护。前期根据气温和降雨情况进行浇水养护。浇水要注意控制水量，为防止冲刷表面宜采取喷雾方式，高温季节以早晚浇水为宜。为增加抗旱能力，待出苗后可加入适量旱地龙浇水。植物生长正常时，可降低养护频率，一般3 个月后可基本停止浇水养护，但在高温季节要注意观测生长状况。覆盖养护。在生长初期，遇到高温、强辐射季节，可用遮阴网覆盖。

短剪养护。草本植物生长过于旺盛，可进行短剪养护，防止枯死。追肥养护。发现因缺肥生长不良，可以择降雨天撒施尿素或进行叶面追肥。

3.6 　其他

草种浸泡有利于提高发芽率，一般应浸泡12 h 左右，防止破口。保水剂有利于植物生长，但见光易分解，在应用时面层可以不掺加；与碱性材料混用后会降低膨胀度，应用时应注意；用量40 g/ m2 左右。

4 　效果评价

试验区植物已生长3 年，植物群落已形成。

(1) 植物生长发育状况。生长发育良好，出苗整齐，坡比1∶ 0.4 以上局部区域出苗稀疏，3 个月后郁闭。后期狗芽根匍匐生长旺盛，抑制了高羊茅生长，部分高羊茅枯死。

(2) 覆盖度。覆盖度达98 % ，能有效地防止雨滴击溅表层，减缓地表径流。

(3) 生态系统恢复状况。生态系统正在恢复，地衣、苔藓形成，先锋乡土草本、木本植物不断侵入，目前发现有狗尾草、爬山虎、酸浆、蒲公英、无患子等11 种植物，复合植生混凝土逐渐得到改良，土壤有所变厚，肥力增加。

(4) 景观性。复合植生混凝土处理的岩石面形成了郁郁葱葱的植物群落，有很好的景观效果，与周围环境相协调。

(5) 安全性。岩石分化剥落、崩塌现象得到有效遏制，安全性与喷铆支护处理和石块贴面处理相当。

(6) 经济性。按常规计，喷铆支护约80 元/ m2 ，砌石护坡需160 元/ m2 ，复合植生混凝土(按挂铁丝网或格栅计) 仅为55 元/ m2 ，经济效益明显。