TBS技術在嚴寒地區邊坡防護中的應用

鐵朝虎，洪彰華,2，左亞西，黨超軍(.中國三峽建設管理有限公司，四川 成都 6004； 2.武漢大學 水利水電學院，湖北 武漢 430072)

TBS技術在嚴寒地區邊坡防護中的應用

鐵朝虎1，洪彰華1,2，左亞西1，黨超軍1
(1.中國三峽建設管理有限公司，四川 成都 610041； 2.武漢大學 水利水電學院，湖北 武漢 430072)

TBS技術；嚴寒地區；邊坡防護；基材配置；植物種選擇

為了探索嚴寒地區邊坡生物防護模式，將厚層基材(TBS)技術引入呼和浩特抽水蓄能電站邊坡生物防護治理工程中，以此實例介紹了TBS工藝流程及寒冷地區邊坡防護植物的選擇，對綠化后的植被生長情況進行了跟蹤調查。結果表明，只要合理選擇防護物種和初期進行認真養護，TBS工藝在嚴寒地區邊坡生物防護中完全可以達到預期效果。

1 項目區概況

呼和浩特抽水蓄能電站(以下簡稱“呼蓄電站”)是內蒙古自治區建設的第一座大型水電項目，位于呼和浩特市東北部，距離呼和浩特市區20 km。呼蓄電站所在地屬中溫帶季風性半干旱氣候區，具有冬長夏短、寒暑變化急劇的特征，冬季漫長且嚴寒，可長達5個月。據呼和浩特市氣象局、武川縣氣象局實測資料統計，當地年平均氣溫6.5 ℃，極端最低氣溫-37.0C，凍土期長達5個月；年降水量300～400 mm，降水量較少且季節分配極不均勻，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；受氣溫和風力的影響，春、夏季蒸發量大，冬季蒸發量小，且蒸發量遠大于流域降水量[1]。當地土壤類型較豐富，共有土類11個、亞類20個，其中灰色森林土有機質含量較高，是電站上水庫區的主要土壤類型，灰褐土有機質含量低，是電站地下系統區及下水庫區的主要土壤類型。

呼蓄電站安裝單機容量300 MW機組4臺，總裝機容量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月第一臺機組發電，2015年7月4臺機組全部投產發電。施工期間，因施工占地、開挖量大，對原地貌、植被影響或破壞較強烈，水土流失嚴重，開挖和占壓土地的面積即擾動地表面積共371.46 hm2，包括永久征地200.85 hm2、臨時占地170.61 hm2。擾動部位主要包括樞紐區、渣場區、料場區、施工公路區、施工營地場地區、水庫淹沒影響區和移民安置區等[2]?？紤]到工程所處的地理位置(大青山自然保護區內)，以及坡面開挖后，面層在自然氣候作用下存在風蝕和崩塌的可能，極易形成水土流失，對道路安全、施工區及周邊生態環境帶來嚴重影響，決定在水土保持工程措施和一般植物措施的基礎上，引入TBS技術進行邊坡防護。呼蓄電站擬實施TBS(Thick-layer base material spraying)措施區域邊坡較陡，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技術簡述

TBS技術是使用噴射機將拌和均勻的厚層基材混合物按設計厚度噴射到巖石坡面上，以實現邊坡植被快速恢復、保證作業面水土保持及生態恢復效果，是集巖土工程學、植物學、土壤學、肥料學、高分子化學和環境生態學等多學科于一體的綜合技術。TBS技術是通過植被根系的力學加固和地上生物量的水文效應共同作用達到護坡和改善生態環境的目的。厚層基材的配置是該項技術的關鍵。厚層基材由綠化基材(簡稱GBM)、纖維、植壤土三部分組成，其中綠化基材是植被種子生長發育、根系發展的基體，由有機質、生物菌肥、粗細纖維、pH值調整劑、全價緩釋肥、保水劑、消毒劑、植壤土和水等組成，作用是保證植被長期生長所需的養分和水分平衡。

TBS技術主要適用于年降水量≥600 mm、連續干旱時間≤50 d、非高寒地區具有不同地質、水文及氣候條件的巖石邊坡[2]。而呼蓄電站位于高寒地區，年降水量少且季節分配極不均勻，為了驗證能否成功應用TBS技術，呼蓄電站組織相關單位進行了試驗研究，成功克服了寒冷地區應用該技術在基質材料配置、植物種類比選、施工關鍵技術及養護方面的難題，取得的成果可為嚴寒、干旱地區TBS技術應用提供參考。

3 嚴寒地區TBS關鍵技術

3.1 基質材料的配置

厚層基材的配置要根據邊坡地理位置、邊坡角度、巖石性質、綠化要求等確定水泥、砂壤土、腐殖質、保水劑、長效肥、混凝土綠化添加劑、混合植物種子和水的組成比例。施工時一般第一次先對巖石基礎面噴射泥漿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芽，保證其噴射在基材表面1～2 cm內，并且有利于厚層基材穩固地附著在邊坡基礎面上。基材的選擇一般應具備以下條件：保墑效果好，有充足的養分；具有一定的黏結強度，能附著在基巖面上不會垮塌或剝落；基材應提供適宜植物的生長環境；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中尤為關鍵，必須因地制宜，選擇能適應當地氣候和土壤條件的植物種，具體應符合：適應當地氣候條件，抗逆性強，抗旱抗寒；根系發達，擴展性強；耐貧瘠，低養護，可粗放式管理；種子發芽力強，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。根據王文唐等在《北方地區冷季型草坪草種選擇及管理》中的研究，適合北方地區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、土質等條件，調查當地(嚴寒干旱地區)植物生長特點，為體現植被多層次、立體型、自然生態的特點，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坡先鋒植物，以沙棘、胡枝子、檸條等鄉土喬灌木為中、長期優勢植物，建植喬、灌、草復合群落。該群落在水土保持功能、群落生產力、景觀綠化效果，以及促進自然演替方面均較以往的邊坡植草方式有明顯優勢[3]。

3.3 主要施工工藝和施工方法

(1)主要施工工藝流程：施工準備→坡面清理→規劃放樣→錨桿鉆孔→安裝錨桿、注漿→安裝鍍鋅鐵絲網→拌和、噴射基質混合物(含草籽)→養護。

(2)主要施工方法：①施工準備。施工前期準備工作包括引進專業施工隊伍，準備施工用水電、材料、機械設備，建設材料儲備場地等。②坡面清理平整。根據現場實際情況清除坡面危浮石及雜物，適當對不平順的區域進行人工整理，盡量保持邊坡平順，并避免倒角和坑洼的出現，因為倒角和坑洼不利于基層的穩固、植被的生長和種子再生。部分倒角部位直接做裸露處理。噴基材后應避免凹處出現積水，防止沖刷導致基質流失。對坡面原有的植被做必要的保護和保留。③規劃放樣。根據設計圖紙，對擬施工的坡面進行錨桿鉆孔定位，先定上下兩行孔，再拉線定坡面上的孔，采用手風鉆(或電鉆)鉆眼、插竹釬的方法標定孔眼。由質檢員根據地質情況對易坍塌、滑坡的特殊區域適當加密孔眼或加長、加粗錨桿，并報監理工程師批準，然后標定位置。④錨桿鉆孔。按設計規劃放樣，以間排距100 cm 梅花形布置錨桿孔位。錨桿為Φ12 鋼筋，長度1.0 m，錨桿孔垂直巖面鉆進，孔深85 cm，孔徑50 mm，錨桿外露端頭彎折10 cm 與鐵絲網綁扎固定。采用YT-28手風鉆打孔。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。⑥安裝鍍鋅鐵絲網。固定網采用14#鍍鋅鐵絲網，網孔5 cm×5 cm，網寬2 m、長20 m。掛網應在錨桿可受力后進行。鐵絲網必須張拉緊，網間搭接寬度不小于10 cm，網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，保證網與網間連接牢固、網與坡面間距離一致。安裝錨桿、鐵絲網時應保證鐵絲網處于厚層基質2/3處，這樣有利于網面基材混合物的厚度一致及穩定。對于固定后坡面依然凹凸度較大的區域采用直徑6 mm、長度10 cm 的小鉚釘固定，將網材與坡面間距控制在3～5 cm。⑦拌和、噴射基材。采用攪拌機將所需材料拌和后，用空壓機加壓對邊坡進行噴植，噴植時按照自下而上的順序，噴頭與基礎面盡量垂直，偏角宜控制在20°以內，以減少回彈量。⑧養護。噴播后早期要勤養護，并覆蓋草墊子，提溫保溫，確保種子早發芽早生根。種子發芽后，適當覆蓋遮陽網，遮陽網與錨筋固定，以防止大風吹壞。植被養護的重點在坡頂和坡底。在坡頂處要保持坡頂基層的濕潤，如出現植物葉面發黃、葉尖卷曲或基質干燥的情況應立即分析原因，對其進行噴灑灌溉或補充肥料。養護中結合附近水源情況，安裝永久噴淋管路，管路采用Φ40、Φ20多種接口分級安裝旋噴頭，旋噴頭在邊坡上按照4 m×4 m梅花形布置。養護需控制水量，防止澆水過多造成坡底基層內部形成“壤內流”，侵蝕基材混合物中小顆粒及淋失養分，同時過多的水會影響坡底植物根系的呼吸，形成爛根[4-5]。

4 實施后的效果

通過在交通洞口兩側、河道兩側和上水庫進口部位進行試驗，呼蓄電站TBS技術應用取得了成功，從設計理念到植物配置和施工工藝均可以為嚴寒地區邊坡防護及生態恢復工程的設計和施工提供借鑒。經歷近兩年的生長期后，TBS措施實施效果良好，實施后綠化恢復率達80%～90%，此后將根據氣候情況確定養護強度和頻次，以實施后期自然生長。

(1)綠化景觀效果。厚層基材配方合理，邊坡植物生根快、長勢旺。護坡植物在抗旱、抗病蟲害方面表現出良好的性能，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。噴射完成后經養護48 h，植被層就會產生一定的強度，6 d后就能抵抗暴雨沖刷(100 mm/h)。通過對厚度和密度的嚴格控制，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?；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堿性和高水化熱對草種發芽與生長的不利影響，另一方面解決了通常植被基材層在烈日暴曬下發生龜裂引發雨水集中滲透導致植被基材層脫落坍塌的問題。實踐證明，經過風吹雨打、嚴寒酷暑的植被混凝土植物生長態勢良好，沒有發現裂縫和脫落現象。

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

[2] 李彩霞,賈洋海，張繼偉，等.內蒙古呼和浩特抽水蓄能電站水土保持設施驗收技術評估報告[R].杭州：中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司,2016:10.

[3] 王文唐,柳原.北方地區冷季型草坪草種選擇及管理[J].內蒙古農業科技,2004(增刊1):194-195.

[4] 彭云.淺析TBS植被護坡技術在巖石邊坡防護中的應用[J].建筑,2009(7):53-54.

[5] 王元.巖石邊坡TBS 植被護坡設計與施工[J].公路交通技術,2004(5):127-129.

S157

A

1000-0941(2018)01-0022-03

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

2017-06-08

(責任編輯 李楊楊)