船上濕噴植被混凝土生態護坡技術應用研究

葉建軍，姜泉泉，柯鹿鳴，唐 韜

(1.湖北工業大學 土木建筑與環境學院，湖北 武漢 430068；2 武漢康習環保科技有限公司，湖北 武漢430000)

隨著“十三五規劃”的日益推進，生態文明建設理念逐步深入人心，邊坡的治理工作也開始受到重視。從人工植草到機械噴播，生態護坡技術得到了空前的發展。機械噴播施工工藝從噴射機械的固定方式上分為：固定式施工工藝和可移動式施工工藝。固定式施工工藝在施工時不能移動機械，適用于工程量較小或邊坡較為集中的項目，最常用于干式噴播生態護坡技術(干噴技術)中；可移動式施工工藝在施工時可以根據現場需求隨時移動機械，一般以汽車作為運輸載體，機動性能好，常用于干噴、濕噴和客土噴播等各項施工技術中，應用范圍廣，是目前最常用的施工工藝。

20世紀90年代末我國開始使用干噴生態護坡技術，其中典型的是干噴植被混凝土技術[1]，即通過噴播機械將帶有草種的基材與水接觸，噴射至邊坡表面，形成多孔穩定的的土壤結構。該技術自問世以來，已應用于全國多個省份，邊坡復綠面積超過5 000 000 m2，獲得了廣泛的應用，且恢復效果良好。但該技術存在施工效率低，有大量粉塵的缺點。為了解決以上的弊端，有必要采取施工效率高、空氣污染程度小和噴射回彈量低的濕式噴播生態護坡技術(濕噴技術)來代替干噴技術。葉建軍等[2]發明了一種濕噴植被混凝土生態護坡技術，首次采用濕噴技術噴播植被混凝土，并且在原有基材配方和添加劑的基礎上進一步改良，具有廣泛的推廣前景。

隨著人們對于生態的重視程度進一步加強，鄰水邊坡(如水渠、水岸消落帶等)的綠化也開始進入人們的視野中，對于一些鄰水且周圍沒有道路接近的邊坡，車輛無法提供噴播的作業平臺，船上施工即成為唯一可行的施工方案。為了有效解決水上施工的難題，首次提出船上噴播的施工工藝，該工藝可以適用于干噴、濕噴、厚層基材噴播以及客土噴播等任何施工技術。本文以花馬湖水系連通渠項目為例，介紹船上濕噴植被混凝土的生態護坡技術，為后期同類工程提供參考。

1 船上濕噴植被混凝土生態護坡技術

船上濕噴植被混凝土生態護坡技術是一種采用濕噴方式噴射植被混凝土基材和綠化添加劑，利用船舶與客土噴播機配合，共同完成水上作業的生態防護技術。該技術使用船舶作為運輸載體，經項目實踐證實可以有效的解決鄰水邊坡車載施工難題，具有生態效益高、養護成本低等眾多優點。結合下面內容具體介紹此項生態護坡技術。

1.1 施工機械

船上濕噴植被混凝土生態護坡技術在應用過程中會使用到客土噴播機、船舶、篩土機、強制式攪拌機、推土機和裝載機等施工設備，設備的具體參數和數量以項目的規模、資金和環境狀況等因素確定。

場地的布局依據施工最便利原則，盡可能的減少資源的損耗。一般來說：為了方便施工，強制式攪拌機和篩土機相鄰布置；材料堆放區與溜槽之間的距離不宜大于1000 m；壤土與篩土機之間的距離不宜大于2000 m；溜槽的位置宜選用坡面較為平坦且坡度不大于45°的邊坡處；船舶的外形設計和船上機械布置如圖1、圖2所示(A、B、C、D的實際尺寸視施工現場情況定)。

圖 1 船舶外形

圖 2 船上設備布置

1.2 施工工藝

船上施工工藝與車載施工工藝存在差異，重點在以下幾個方面作出解釋。

1)基材輸送 鄰水邊坡或水渠蓄水后，自卸式鏟車無法在渠底行駛，這極大的限制了濕噴基材及草料的輸送。為解決這個問題，施工現場需設置一個由鐵皮制成的溜槽和管道，用于輸送泥漿。其他濕噴基材可通過開辟施工便道由自卸式鏟車運送至岸邊，然后置于船舶操作平臺上，供工人拌合基材使用。溜槽見圖3。

圖 3 溜槽

2)水上濕噴植被混凝土 水上噴播在裝料時用繩索來固定船只，使其在裝料過程中平穩的停靠在岸邊，以確保船上施工人員與機械的安全；裝料過程中船體距離坡岸的距離較近，掉頭不便，可在船上固定一根竹竿，裝料結束后，借助竹竿對于坡面的反向作用力，同時在船用掛機的協同驅動下完成掉頭；噴射過程中，由于水的浮力以及噴槍反作用力的存在，會使船在噴射過程中存在搖晃或后退的現象，為了解決這一弊端，在噴射時注意開動柴油機和船用掛機，逆向驅動掛機旋轉槳以控制船的方向，保證噴射效果。

濕噴植被混凝土技術是利用噴播機械將基材與水混合，搭配專利綠化添加劑產品[3]，噴射至待修復邊坡的表面形成基質層，為土壤貧瘠地區提供植物的立地環境。所用技術是對原有植被混凝土技術在基材配方和綠化添加劑方面的升級，可以改善土壤性質，提高植被的成活率。基材配方是保障植物存活的關鍵[4]，合理的配合比需要經過試驗和現場的反復優化，不同含量的材料配比會對土壤的抗侵蝕性、整體抗滑力、孔隙水壓力以及根土復合抗剪強度等有一定的影響，在實際項目中可以根據現場的突發狀況進行適時調整，以達到最佳的生態綠化效果。綠化添加劑對于土壤和基材降堿具有至關重要的作用，是專利產品應用于實際項目的良好實踐，經證實已取得了理想的恢復效果，具有較大的應用前景。基材的具體配合比見表1。

表1 基材配比

3)養護 科學合理的養護方法能夠提高邊坡植被的成活率，是確保施工質量的關鍵一步。船上施工可直接使用抽水泵抽取水渠中的水至噴播機料斗中，借助噴槍噴射灑水，達到節約施工用水，提高施工效率的目的。噴灑過程中要盡量抬高噴頭使噴出的水產生霧面效果，同時要遵循少量多次的原則，避免沖刷土體。養護的時間段要避開中午，早晨和傍晚各一次[5]。

1.3 施工注意事項

為了避免施工過程中出現的安全和質量問題，需要做到以下的幾條。

1)水上施工時注意船舶的平衡，嚴禁超載，防止翻船。

2)為減少施工中出現柴油機漏油情況，需定期對噴射設備進行檢查。

3)船上施工中的廢棄包裝袋不得隨意丟棄到水中，以防水體污染，應放至專門區域，集中處理。

4)船上施工過程中禁止使用明火，禁止亂接電線，以防發生觸電危險。

5)在溜槽2/3位置處設置鋼筋梯，避免坡面過滑造成人員傷亡。

1.4 船舶運輸與汽車運輸的區別

船載施工與車載施工存在顯著的差異，兩者的對比見表2。

表2 船舶與汽車運輸的對比

通過以上兩種運輸設備的對比表明：由于運輸速度的限制，用船施工的效率要遠遠小于用汽車，從成本上來說，由于船用噴射設備是特制的，沒有工廠的批量化生產，需要耗費較長時間來制作，綜合下來，費用會比汽車高很多，顯然車載施工是噴射技術的首選。但在有水邊坡的施工環境下，船載施工可以完美的代替車載施工來完成施工任務；用船施工可以簡化施工步驟，直接使用現場的水源，邊抽邊用，耗時較少；由于水渠蓄水較深，鏟車無法到達渠底，用溜槽代替鏟車直接輸送，可以免受地形限制，確保施工的正常進行；從對環境的影響上來說，汽車在水渠中施工時，對水體和土壤的污染程度要大于用船施工，生態效益較差。

與汽車施工相比，船上施工在人員配置方面也略有不同，首先，船上施工需要配備一名舵手，控制船舶航行的方向；其次，需要一名機械控制人員，控制溜槽和篩土機的運作情況，保證基材可以順利的投入料斗中。

2 首次工程應用

2.1 工程概述

花馬湖水系連通渠生態護坡工程位于湖北省鄂州市，是順豐國際機場建設的配套工程。最初擬采用噴射混凝土護坡方式，噴播面積約40 000 m2，后建設單位考慮到生態景觀和環境協調等多方面因素，決定使用植被混凝土生態護坡技術(車載)，并計劃7月份將水渠通水。自6月份開始，連續的降雨導致渠內大量積水，加上上游開閘通水期已至，基于上述情況，必須采用船上施工。下面結合花馬湖水渠的綠化過程詳細介紹船上濕噴植被混凝土生態護坡技術。

2.1.1 工程條件花馬湖水系連通渠是新建花馬湖上湖、中湖連接通道，全長2.2 km，設計流量80 m3/s，設計坡度為30°～60°，設計蓄水深度4.3 m，且穿過2個超過50 m高的山頭。該連通渠所在邊坡為典型的巖質高陡邊坡，采用傳統噴射混凝土護坡方式危險性高，施工難度大，綠化效果差，且土壤駐留能力差，不利于植物根系的生長，無法實現與周邊環境的有機融合，違背了綠色發展的理念。為解決以上弊端，本工程采用濕噴植被混凝土生態護坡技術對開挖的邊坡進行生態修復：設置截流溝和排水溝(60 cm×60 cm×60 cm)；坡面打錨桿(φ25，間距1000 cm×1000 cm)+鐵絲網(雙層14#包塑鐵絲網)或鋼筋網(φ6.5，間隔500 cm×500 cm)形成護坡體系；使用客土噴播機噴射基材，噴射厚度不小于10 cm，灑水養護完成施工。該連通渠的典型斷面圖見圖4。

圖 4 花馬湖水系連通渠樁號YJ0+450(左岸)斷面

2.1.2 自然地理條件鄂州市地處114.32°～115.05°E，30.01°～30.36°N，屬亞熱帶季風氣候，降水主要集中在6～7月，年平均降水量1400 mm，白天的平均溫度為10.8℃，夜間為4.3℃，土壤類型為水稻土、潮土和紅壤土(所用的客土主要為潮土)，其理化性質見表3。

表3 連通渠所在地土壤理化性質

對土壤理化性質的分析表明：該地土壤呈弱堿性，氮、鉀和有機質的含量較高，磷的含量嚴重不足。同時，為了提高基材的強度和粘性，在配方中需要加入水泥，由此土壤的pH值進一步加大。為了調節其pH值，加速基材的活化，噴播中應用到新型的專利產品“改進型植被混凝土綠化添加劑”。

2.1.3 突發狀況前期開挖的水渠擋墻施工，并未達到通水條件，渠內積水很少，僅在降雨時積水較深，此時邊坡噴射運輸設備采用兩臺汽車進行運輸。中后期渠底擋墻施工人員完工離場，達到通水時間節點，上游開閘放水，水渠蓄水深度達到3.5 m，造成車輛無法通行，車載施工技術受限，致使施工進度延期。工程項目部需要選取最佳施工方案，以保證在計劃工期內完成施工任務。

2.1.4 施工方案選擇由于水渠環境的限制，原有的車載施工必須要進行優化才能保證施工進度的順利進行，本文結合工程實際情況選取了四條預選方案進行比選，挑選出最優方案，從而達到理想的施工效果。比選方案見表4。

表4 施工方案比選

綜合來看，以上方案中：方案一用抽水泵抽水對前期渠內積水少，且天氣狀況良好的施工條件下較為適用，但由于后期出現的突發狀況，該方案存在眾多弊端，故不適宜采用該方案；方案二的投資較大且存在噴播不均現象，施工效果較差；方案三的施工效率低，危險程度高，對于工期實現和人員安全的保障都極為不利；與其他方案相比，方案四對于施工效率和安全程度的優勢明顯，能較好的完成施工任務，經過對比最終決定用船舶施工。

2.2 施工機械

2.2.1 機械參數為提高施工效率，本項目采用兩艘船和兩臺裝載機同時施工，對本次施工使用的機械進行了數據收集，各施工機械相互配合，有效的提高了施工效率，可以為后期類似工程提供技術參考，機械參數見表5。

表5 施工機械性能參數

2.2.2 船舶設計參數本船在黃石造船廠完成設計與建造，經鄂州市船檢所檢測，左舵葉、舵桿檢查、左舵桿與舵葉與軸系中心線偏離情況檢查(設計要求值小于等于4 mm，實測值3 mm)與證書相符、舵葉與舵桿焊接結構完整、線性、尺寸符合圖紙要求。使用車輛運輸至施工現場，下水后安裝欄桿扶手、固定裝置，測試合格后配備2名操作工人，用于花馬湖水系連通渠邊坡噴播與綠化。

該船船體結構為縱橫、混合骨架式，單底、單甲板全電焊結構鋼質機動甲板船，動力設備采用1個功率為20.2 kW的柴油機和一個功率為5.9 kW的船用掛機。船舶尺寸(長×寬×高)采用7 m×4 m×1.2 m，設計吃水深度0.5 m，滿載排水量為8.3 t，空載排水量為3.8 t，抗浮能力達到15 t。船舶的示意圖和船體外觀尺寸見圖5、圖6。

圖 5 船舶示意

圖 6 船體外觀尺寸 mm

2.2.3 場地布局合理的布置方案對于施工效率的提升有著至關重要的作用。本項目屬于高陡且有水的巖質邊坡環境，基材輸送存在困難，溜槽的位置宜選擇坡面較為平坦的二級邊坡；攪拌機與篩土機相鄰；結合現場材料和壤土的堆放位置，給出的場地平面布局圖見圖7。

圖 7 場地平面布置

3 結果和展望

通過采用船舶運輸，在保證施工質量、施工安全和施工環境的前提下，最大化節約了施工成本，保證在水渠通水的情況下還能正常施工。同時也是首次在邊坡綠化工程中使用船舶，開創邊坡生態防護領域新的運輸方式，和濕噴植被混凝土生態護坡技術一起首次應用在花馬湖水系連通渠的邊坡項目中。對噴播三個月后的邊坡隨機取樣，選取30組1 m×1 m面積的樣地進行觀測，經計算植被覆蓋率達90%，整體綠化率達95%。分別從每組樣地挖開4～6個試塊檢查植物根系的生長狀況，發現主根和各級側根已貫穿整個噴層，植被根系發達，邊坡的綠化效果顯著。用船噴播的施工效果見圖8～10。

圖 8 用船噴播現場

圖 9 恢復前效果

圖10 恢復后效果

隨著社會的發展，硬質復綠技術逐步被新型的護坡方式替代，濕噴植被混凝護坡土技術應運而生，而船上濕噴是施工方式上的一次新嘗試，有效的解決了水上施工的難題。與陸上施工相比，水上施工的機械和工種更加復雜，現場施工人員必須要時刻樹立安全意識，注重人身和財產安全，以確保施工能夠高效有序的進行。

人們對水渠邊坡生態要求的加大以及噴播技術的進一步發展，水上噴射設備的批量化生產技術會變得越來越成熟，設備的成本也會隨之降低，使得工程的整體造價降低，經濟化的生產模式將會促進用船施工技術的深入發展。隨著時間的推移，此項施工技術有望應用于三峽等水庫消落帶的邊坡生態修復項目中。