鐵朝虎，洪彰華,2，左亞西，黨超軍(.中國(guó)三峽建設(shè)管理有限公司，四川 成都 6004； 2.武漢大學(xué) 水利水電學(xué)院，湖北 武漢 430072)

TBS技術(shù)在嚴(yán)寒地區(qū)邊坡防護(hù)中的應(yīng)用

鐵朝虎1，洪彰華1,2，左亞西1，黨超軍1
(1.中國(guó)三峽建設(shè)管理有限公司，四川 成都 610041； 2.武漢大學(xué) 水利水電學(xué)院，湖北 武漢 430072)

TBS技術(shù)；嚴(yán)寒地區(qū)；邊坡防護(hù)；基材配置；植物種選擇

為了探索嚴(yán)寒地區(qū)邊坡生物防護(hù)模式，將厚層基材(TBS)技術(shù)引入呼和浩特抽水蓄能電站邊坡生物防護(hù)治理工程中，以此實(shí)例介紹了TBS工藝流程及寒冷地區(qū)邊坡防護(hù)植物的選擇，對(duì)綠化后的植被生長(zhǎng)情況進(jìn)行了跟蹤調(diào)查。結(jié)果表明，只要合理選擇防護(hù)物種和初期進(jìn)行認(rèn)真養(yǎng)護(hù)，TBS工藝在嚴(yán)寒地區(qū)邊坡生物防護(hù)中完全可以達(dá)到預(yù)期效果。

1 項(xiàng)目區(qū)概況

呼和浩特抽水蓄能電站(以下簡(jiǎn)稱“呼蓄電站”)是內(nèi)蒙古自治區(qū)建設(shè)的第一座大型水電項(xiàng)目，位于呼和浩特市東北部，距離呼和浩特市區(qū)20 km。呼蓄電站所在地屬中溫帶季風(fēng)性半干旱氣候區(qū)，具有冬長(zhǎng)夏短、寒暑變化急劇的特征，冬季漫長(zhǎng)且嚴(yán)寒，可長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月。據(jù)呼和浩特市氣象局、武川縣氣象局實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁?.5 ℃，極端最低氣溫-37.0C，凍土期長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月；年降水量300～400 mm，降水量較少且季節(jié)分配極不均勻，主要集中在夏季，6—9月降水量約占年降水量的70%以上，冬季降水極少，尤其是1、2、12月降水量一般都在10 mm以下，且降水量年際變化很大；受氣溫和風(fēng)力的影響，春、夏季蒸發(fā)量大，冬季蒸發(fā)量小，且蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于流域降水量[1]。當(dāng)?shù)赝寥李愋洼^豐富，共有土類11個(gè)、亞類20個(gè)，其中灰色森林土有機(jī)質(zhì)含量較高，是電站上水庫(kù)區(qū)的主要土壤類型，灰褐土有機(jī)質(zhì)含量低，是電站地下系統(tǒng)區(qū)及下水庫(kù)區(qū)的主要土壤類型。

呼蓄電站安裝單機(jī)容量300 MW機(jī)組4臺(tái)，總裝機(jī)容量1 200 MW，電站平均水頭521 m，于2010年4月主體工程開工，2014年11月第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電，2015年7月4臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電。施工期間，因施工占地、開挖量大，對(duì)原地貌、植被影響或破壞較強(qiáng)烈，水土流失嚴(yán)重，開挖和占?jí)和恋氐拿娣e即擾動(dòng)地表面積共371.46 hm2，包括永久征地200.85 hm2、臨時(shí)占地170.61 hm2。擾動(dòng)部位主要包括樞紐區(qū)、渣場(chǎng)區(qū)、料場(chǎng)區(qū)、施工公路區(qū)、施工營(yíng)地場(chǎng)地區(qū)、水庫(kù)淹沒影響區(qū)和移民安置區(qū)等[2]?？紤]到工程所處的地理位置(大青山自然保護(hù)區(qū)內(nèi))，以及坡面開挖后，面層在自然氣候作用下存在風(fēng)蝕和崩塌的可能，極易形成水土流失，對(duì)道路安全、施工區(qū)及周邊生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重影響，決定在水土保持工程措施和一般植物措施的基礎(chǔ)上，引入TBS技術(shù)進(jìn)行邊坡防護(hù)。呼蓄電站擬實(shí)施TBS(Thick-layer base material spraying)措施區(qū)域邊坡較陡，坡度在1∶0.5～1∶2之間，局部1∶0.25，邊坡高度基本在15～90 m，主要為施工區(qū)道路邊坡，部分邊坡全部為裸露巖石，部分較緩邊坡有泥雜石松散覆蓋層。

2 TBS技術(shù)簡(jiǎn)述

TBS技術(shù)是使用噴射機(jī)將拌和均勻的厚層基材混合物按設(shè)計(jì)厚度噴射到巖石坡面上，以實(shí)現(xiàn)邊坡植被快速恢復(fù)、保證作業(yè)面水土保持及生態(tài)恢復(fù)效果，是集巖土工程學(xué)、植物學(xué)、土壤學(xué)、肥料學(xué)、高分子化學(xué)和環(huán)境生態(tài)學(xué)等多學(xué)科于一體的綜合技術(shù)。TBS技術(shù)是通過植被根系的力學(xué)加固和地上生物量的水文效應(yīng)共同作用達(dá)到護(hù)坡和改善生態(tài)環(huán)境的目的。厚層基材的配置是該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵。厚層基材由綠化基材(簡(jiǎn)稱GBM)、纖維、植壤土三部分組成，其中綠化基材是植被種子生長(zhǎng)發(fā)育、根系發(fā)展的基體，由有機(jī)質(zhì)、生物菌肥、粗細(xì)纖維、pH值調(diào)整劑、全價(jià)緩釋肥、保水劑、消毒劑、植壤土和水等組成，作用是保證植被長(zhǎng)期生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分和水分平衡。

TBS技術(shù)主要適用于年降水量≥600 mm、連續(xù)干旱時(shí)間≤50 d、非高寒地區(qū)具有不同地質(zhì)、水文及氣候條件的巖石邊坡[2]。而呼蓄電站位于高寒地區(qū)，年降水量少且季節(jié)分配極不均勻，為了驗(yàn)證能否成功應(yīng)用TBS技術(shù)，呼蓄電站組織相關(guān)單位進(jìn)行了試驗(yàn)研究，成功克服了寒冷地區(qū)應(yīng)用該技術(shù)在基質(zhì)材料配置、植物種類比選、施工關(guān)鍵技術(shù)及養(yǎng)護(hù)方面的難題，取得的成果可為嚴(yán)寒、干旱地區(qū)TBS技術(shù)應(yīng)用提供參考。

3 嚴(yán)寒地區(qū)TBS關(guān)鍵技術(shù)

3.1 基質(zhì)材料的配置

厚層基材的配置要根據(jù)邊坡地理位置、邊坡角度、巖石性質(zhì)、綠化要求等確定水泥、砂壤土、腐殖質(zhì)、保水劑、長(zhǎng)效肥、混凝土綠化添加劑、混合植物種子和水的組成比例。施工時(shí)一般第一次先對(duì)巖石基礎(chǔ)面噴射泥漿2 cm左右(不含植物種子)，第二次再將混合有種子的基材噴播在其表面。這樣做的原因在于避免植物種子埋深過大不易發(fā)芽，保證其噴射在基材表面1～2 cm內(nèi)，并且有利于厚層基材穩(wěn)固地附著在邊坡基礎(chǔ)面上。基材的選擇一般應(yīng)具備以下條件：保墑效果好，有充足的養(yǎng)分；具有一定的黏結(jié)強(qiáng)度，能附著在基巖面上不會(huì)垮塌或剝落；基材應(yīng)提供適宜植物的生長(zhǎng)環(huán)境；基材厚度一般為8～10 cm。第一次、第二次選擇的基材配合比見表1、2。

表1 第一次基材配合比

表2 第二次噴播基材配合比

3.2 植物種類比選

植物種類的選擇在呼蓄電站邊坡恢復(fù)中尤為關(guān)鍵，必須因地制宜，選擇能適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂蚝屯寥罈l件的植物種，具體應(yīng)符合：適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂驐l件，抗逆性強(qiáng)，抗旱抗寒；根系發(fā)達(dá)，擴(kuò)展性強(qiáng)；耐貧瘠，低養(yǎng)護(hù)，可粗放式管理；種子發(fā)芽力強(qiáng)，容易更新；種子種類豐富，具有種類多樣性，并且多年生，滿足固土要求。根據(jù)王文唐等在《北方地區(qū)冷季型草坪草種選擇及管理》中的研究，適合北方地區(qū)的冷季型草種有草地早熟禾、粗莖早熟禾、高羊茅、紫羊茅、多年生黑麥草、一年生黑麥草等。充分考慮呼蓄電站水文、氣候、土質(zhì)等條件，調(diào)查當(dāng)?shù)?嚴(yán)寒干旱地區(qū))植物生長(zhǎng)特點(diǎn)，為體現(xiàn)植被多層次、立體型、自然生態(tài)的特點(diǎn)，研究確定以苜蓿、羊草、黑麥草、波斯菊等草本和紫穗槐、荊條等先鋒灌木為固土護(hù)坡先鋒植物，以沙棘、胡枝子、檸條等鄉(xiāng)土喬灌木為中、長(zhǎng)期優(yōu)勢(shì)植物，建植喬、灌、草復(fù)合群落。該群落在水土保持功能、群落生產(chǎn)力、景觀綠化效果，以及促進(jìn)自然演替方面均較以往的邊坡植草方式有明顯優(yōu)勢(shì)[3]。

3.3 主要施工工藝和施工方法

(1)主要施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→坡面清理→規(guī)劃放樣→錨桿鉆孔→安裝錨桿、注漿→安裝鍍鋅鐵絲網(wǎng)→拌和、噴射基質(zhì)混合物(含草籽)→養(yǎng)護(hù)。

(2)主要施工方法：①施工準(zhǔn)備。施工前期準(zhǔn)備工作包括引進(jìn)專業(yè)施工隊(duì)伍，準(zhǔn)備施工用水電、材料、機(jī)械設(shè)備，建設(shè)材料儲(chǔ)備場(chǎng)地等。②坡面清理平整。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況清除坡面危浮石及雜物，適當(dāng)對(duì)不平順的區(qū)域進(jìn)行人工整理，盡量保持邊坡平順，并避免倒角和坑洼的出現(xiàn)，因?yàn)榈菇呛涂油莶焕诨鶎拥姆€(wěn)固、植被的生長(zhǎng)和種子再生。部分倒角部位直接做裸露處理。噴基材后應(yīng)避免凹處出現(xiàn)積水，防止沖刷導(dǎo)致基質(zhì)流失。對(duì)坡面原有的植被做必要的保護(hù)和保留。③規(guī)劃放樣。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)擬施工的坡面進(jìn)行錨桿鉆孔定位，先定上下兩行孔，再拉線定坡面上的孔，采用手風(fēng)鉆(或電鉆)鉆眼、插竹釬的方法標(biāo)定孔眼。由質(zhì)檢員根據(jù)地質(zhì)情況對(duì)易坍塌、滑坡的特殊區(qū)域適當(dāng)加密孔眼或加長(zhǎng)、加粗錨桿，并報(bào)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)，然后標(biāo)定位置。④錨桿鉆孔。按設(shè)計(jì)規(guī)劃放樣，以間排距100 cm 梅花形布置錨桿孔位。錨桿為Φ12 鋼筋，長(zhǎng)度1.0 m，錨桿孔垂直巖面鉆進(jìn)，孔深85 cm，孔徑50 mm，錨桿外露端頭彎折10 cm 與鐵絲網(wǎng)綁扎固定。采用YT-28手風(fēng)鉆打孔。⑤安裝錨桿。采用“先注漿后插錨桿”的方法施工，M30水泥砂漿固定錨桿，水泥砂漿灌注飽滿密實(shí)。⑥安裝鍍鋅鐵絲網(wǎng)。固定網(wǎng)采用14#鍍鋅鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)孔5 cm×5 cm，網(wǎng)寬2 m、長(zhǎng)20 m。掛網(wǎng)應(yīng)在錨桿可受力后進(jìn)行。鐵絲網(wǎng)必須張拉緊，網(wǎng)間搭接寬度不小于10 cm，網(wǎng)材在坡頂外緣延伸不少于20 cm，并間隔30 cm 用鐵絲綁扎牢固，保證網(wǎng)與網(wǎng)間連接牢固、網(wǎng)與坡面間距離一致。安裝錨桿、鐵絲網(wǎng)時(shí)應(yīng)保證鐵絲網(wǎng)處于厚層基質(zhì)2/3處，這樣有利于網(wǎng)面基材混合物的厚度一致及穩(wěn)定。對(duì)于固定后坡面依然凹凸度較大的區(qū)域采用直徑6 mm、長(zhǎng)度10 cm 的小鉚釘固定，將網(wǎng)材與坡面間距控制在3～5 cm。⑦拌和、噴射基材。采用攪拌機(jī)將所需材料拌和后，用空壓機(jī)加壓對(duì)邊坡進(jìn)行噴植，噴植時(shí)按照自下而上的順序，噴頭與基礎(chǔ)面盡量垂直，偏角宜控制在20°以內(nèi)，以減少回彈量。⑧養(yǎng)護(hù)。噴播后早期要勤養(yǎng)護(hù)，并覆蓋草墊子，提溫保溫，確保種子早發(fā)芽早生根。種子發(fā)芽后，適當(dāng)覆蓋遮陽(yáng)網(wǎng)，遮陽(yáng)網(wǎng)與錨筋固定，以防止大風(fēng)吹壞。植被養(yǎng)護(hù)的重點(diǎn)在坡頂和坡底。在坡頂處要保持坡頂基層的濕潤(rùn)，如出現(xiàn)植物葉面發(fā)黃、葉尖卷曲或基質(zhì)干燥的情況應(yīng)立即分析原因，對(duì)其進(jìn)行噴灑灌溉或補(bǔ)充肥料。養(yǎng)護(hù)中結(jié)合附近水源情況，安裝永久噴淋管路，管路采用Φ40、Φ20多種接口分級(jí)安裝旋噴頭，旋噴頭在邊坡上按照4 m×4 m梅花形布置。養(yǎng)護(hù)需控制水量，防止?jié)菜^多造成坡底基層內(nèi)部形成“壤內(nèi)流”，侵蝕基材混合物中小顆粒及淋失養(yǎng)分，同時(shí)過多的水會(huì)影響坡底植物根系的呼吸，形成爛根[4-5]。

4 實(shí)施后的效果

通過在交通洞口兩側(cè)、河道兩側(cè)和上水庫(kù)進(jìn)口部位進(jìn)行試驗(yàn)，呼蓄電站TBS技術(shù)應(yīng)用取得了成功，從設(shè)計(jì)理念到植物配置和施工工藝均可以為嚴(yán)寒地區(qū)邊坡防護(hù)及生態(tài)恢復(fù)工程的設(shè)計(jì)和施工提供借鑒。經(jīng)歷近兩年的生長(zhǎng)期后，TBS措施實(shí)施效果良好，實(shí)施后綠化恢復(fù)率達(dá)80%～90%，此后將根據(jù)氣候情況確定養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度和頻次，以實(shí)施后期自然生長(zhǎng)。

(1)綠化景觀效果。厚層基材配方合理，邊坡植物生根快、長(zhǎng)勢(shì)旺。護(hù)坡植物在抗旱、抗病蟲害方面表現(xiàn)出良好的性能，草種中增加格?；ǖ?，草花、草灌相搭配，具有良好的景觀綠化效果(圖1)。

圖1 河道邊坡綠化效果

(2)水土保持效果。噴射完成后經(jīng)養(yǎng)護(hù)48 h，植被層就會(huì)產(chǎn)生一定的強(qiáng)度，6 d后就能抵抗暴雨沖刷(100 mm/h)。通過對(duì)厚度和密度的嚴(yán)格控制，植被混凝土水分滲漏較少，有利于巖石坡面和植被混凝土之間的膠結(jié)?；炷辆G化添加劑的使用，一方面解決了水泥大量使用帶來的強(qiáng)堿性和高水化熱對(duì)草種發(fā)芽與生長(zhǎng)的不利影響，另一方面解決了通常植被基材層在烈日暴曬下發(fā)生龜裂引發(fā)雨水集中滲透導(dǎo)致植被基材層脫落坍塌的問題。實(shí)踐證明，經(jīng)過風(fēng)吹雨打、嚴(yán)寒酷暑的植被混凝土植物生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)良好，沒有發(fā)現(xiàn)裂縫和脫落現(xiàn)象。

[1] 潘寧,鐘進(jìn)，康建民，等.呼和浩特抽水蓄能電站可行性研究報(bào)告[R].北京：北京國(guó)電水利電力工程有限公司,2005:7.

[2] 李彩霞,賈洋海，張繼偉，等.內(nèi)蒙古呼和浩特抽水蓄能電站水土保持設(shè)施驗(yàn)收技術(shù)評(píng)估報(bào)告[R].杭州：中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,2016:10.

[3] 王文唐,柳原.北方地區(qū)冷季型草坪草種選擇及管理[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技,2004(增刊1):194-195.

[4] 彭云.淺析TBS植被護(hù)坡技術(shù)在巖石邊坡防護(hù)中的應(yīng)用[J].建筑,2009(7):53-54.

[5] 王元.巖石邊坡TBS 植被護(hù)坡設(shè)計(jì)與施工[J].公路交通技術(shù),2004(5):127-129.

S157

A

1000-0941(2018)01-0022-03

鐵朝虎(1981—)，男，河南安陽(yáng)市人，工程師，碩士，主要從事抽水蓄能電站建設(shè)管理、施工新技術(shù)等方面的研究。

2017-06-08

(責(zé)任編輯 李楊楊)