抗疏力生態護坡施工技術在黃土高原塬面保護工程中的應用

許朝東 王安民 丁愛強 趙強 張 鶴 趙建龍

（平涼市水土保持科學研究所，甘肅 平涼 744000）

0 引言

生態護坡，是綜合工程力學、土壤學、生態學和植物學等學科的基本知識對斜坡或邊坡進行支護，形成由植物或工程+植物組成的綜合護坡系統的護坡技術。然而，在黃土高原塬面保護工程護坡治理中，傳統的混凝土拱型骨架護坡、空心磚護坡等施工難度大、投資高、工期長，水土保持效益和生態環境效益差，無法適應現代社會的發展要求。在這種情況下，生態護坡技術應運而生，并成為研究熱點[1]。水土保持開發建設項目中有很多開挖和回填碾壓邊坡需要進行防護，為防止水土流失，當前常見的生態護坡一般有兩種，一種是直接在坡面種植灌草，如多年生禾本科早熟禾、黑麥草和高羊茅，也有紅豆草、苜蓿和三葉草等；另外一種是采用“工程+植物”復合護坡技術，黃土高原塬面保護工程中常見的有“混凝土拱型骨架+草本”護坡、“空心磚+草本”護坡等。這些復合生態護坡技術不同程度還存在著防止水土流失不夠明顯、施工難度大、投資高、工期長、不可持續等缺點。

隨著科學技術的飛速發展，抗疏力材料作為一種專為穩固土壤而開發的高科技系列產品，在國際上得到了廣泛的運用，對土壤的力學性能改良效果明顯[2]。劉萬鋒等（2009）通過對抗疏力技術工作原理和產品效果的分析，對最具有黃土塬區代表性的甘肅省慶陽市公路和城市道路建設應用抗疏力技術進行了實踐研究，提出了抗疏力技術在黃土塬區上的應用可行性[3]；張虎元等（2018）利用抗疏力土壤固化劑對甘肅慶陽地區以及甘肅蘭州地區的黃土進行化學改性試驗，探討抗疏力固化劑在我國黃土地區運用的可行性。這些研究結果表明，利用抗疏力固化土代替傳統的固化材料有著廣泛的應用前景。目前將抗疏力土壤固化劑應用到黃土高原護坡治理中的研究鮮有報道，為探究該技術在隴東黃土高原塬區“固溝保塬”工程中的實際應用價值，本單位將抗疏力新材料應用到塬面保護溝頭防護坡面治理中，并經過近2年的監測，結果顯示抗疏力生態護坡在溝頭防護工程中抗水蝕的效果顯著。本文以此為背景，將該技術的應用進行詳細總結，以期能為黃土高原地區水土流失綜合治理提供新方法。

1 工程概況

平涼市三里塬塬面保護項目區地處黃河中游多沙區，除塬面外，溝壑縱橫，境內植被稀少，土壤疏松裸露，降水集中，致使水土流失嚴重。塬面上缺乏徑流攔蓄措施，雨水直接流入溝道，加之滑坡、崩塌等重力侵蝕活動劇烈，致使溝頭不斷延伸，支毛溝不斷伸向塬區腹地，威脅道路住宅。實施塬面保護項目刻不容緩。

該項目建設內容為：在三里塬的買家崾峴溝、堡子溝、富家灣1#、富家灣2#溝4條支毛溝內實施溝頭回填工程4處，溝頭泄水工程3處，栽植水保林8470株，坡面種草6.11 公頃，在姚家灣新建容積為580m3澇池1 座。項目實施過程中將抗疏力新材料應用于塬面保護溝頭防護坡面治理中，分別在富家灣1#溝、富家灣2#溝、買家崾峴溝、堡子溝建成抗疏力材料護坡（3300m2）、拱型骨架護坡（3500m2）、六角形空心磚護坡（2500m2）、草皮護坡（10000m2）試驗示范點。其中富家灣1號溝護坡選用抗疏力生態護坡，護坡面積3300m2，分為東西兩個支溝，東溝有4臺坡體，除第一臺坡比1∶1.5外，其余為1∶2.0；西溝有5臺坡體，除前兩臺坡比1∶1.5外，其余為1∶2.0；最短坡長11m，最長坡長20m，兩臺相鄰坡體間由馬道連接，坡面靠崖兩側布設有混凝土排水渠，與馬道排水渠相連，組成復合表面排水系統，可有效及時排除坡面雨水，坡面中間位置布設有直通溝底的混凝土踏步，便于監測人員作業。

2 抗疏力生態護坡施工技術及控制要點

2.1 工藝原理

該工程抗疏力生態護坡是在溝頭回填碾壓后將抗疏力材料與種植土、植物草籽、有機肥料、水按比例拌合采用機械+人工的施工方式以泥漿形式噴播到護坡上，達到迅速固沙保土、控制土壤侵蝕、恢復植被，從而改善生態環境的目標。抗疏力材料是一種專為穩固土壤而開發的高科技系列產品，能與土壤發生物理反應，改變土壤分子的排列組合，利用土壤自身粘性穩定土壤，提高承載力。抗疏力材料主要是通過CONSOLID444（簡稱C444）與SOLIDRY（簡稱SD）或CONSOLID444（簡稱C444）與CONSERVEX（簡稱CX）兩種組合來實現土壤穩定的，該工程采用的是C444和SD組合。C444是一種液態有機化學物質，其作用是阻隔水膜。它能破壞土壤細小顆粒附著的水膜，導致細小的顆粒發生不可逆轉的凝聚（主要是小于0.075mm的部分），從而大大減少水的毛細上升現象，使土壤不再被水浸漬，具有更好的抗水性能。SD是有機的粉末狀化學物，覆蓋在載體上，它能進一步增加對處理后土壤的保護，抵抗水的軟化作用，增加土壤的粘合性，維持土壤結構的穩定。抗疏力材料按一定摻和比在工程中使用，不僅能提高黃土的抗剪強度和斥水性，降低干縮性和膨脹性，還在一定程度上保持了黃土的通透性。

2.2 施工準備

2.2.1 抗疏力材料準備

該工程采用由甘肅恒安抗疏力科技工程有限公司提供的抗疏力產品，均為袋裝，C444（規格：2kg/袋）、SD（規格：40kg/袋）。C444每袋兌水160m3，按20m2/袋用量準備；SD按20m2/袋用量準備。

2.2.2 客土基材準備

如表1，客土基材由種植土、有機肥、復合肥、抗疏力材料和草灌種子等按一定比例配制而成。該工程種植土取自工程取土場——梯田原有地表土（以種植土、黃土為主），取土深度控制在清表后1m 以內，取土后運至篩土區，經篩土機篩分，篩分后要求最大粒徑不超過8mm，含水量控制在20%以內；有機肥、復合肥選用市場常見品牌；種子由黑麥草、早熟禾、高羊茅和披肩草混合而成，按40g/m2需用量配備，噴播厚度一般為10cm。

表1 客土噴播所需材料表

2.2.3 施工機械設備準備

該工程護坡噴播主要使用篩土機、PZ-6 噴播機一臺、75SDY-8螺桿空壓機一臺、柴油發電機、裝載機等機械設備。

2.3 施工工藝

2.3.1 施工準備

開工前進行現場調查和勘察，對碾壓邊坡的坡比、坡向、坡面土質、坡面排水等情況進行復核，對施工所在地的氣候、植物生長等情況進行調查，選用適合當地土質和氣候條件的易成活、根系發育、莖干低短、枝葉茂盛、生長能力強的多年生草種[4]；采取就近原則合理確定客土取料地點和施工場地，以便取料、堆料、拌料、施工機械安置等，協調施工用水、電、路等三通一平工作,同時開展技術對接，做好該項新技術的試驗檢測、配比設計和施工組織設計，方案確定后做好施工交底，圖紙審核、現場坐標復核等工作。

2.3.2 邊坡清理和測量放線

機械結合人工自上而下清理、修整邊坡。清坡后保證坡面平順平整，無倒（反）坡，坡面無浮渣、雜草、雜物等，便于客土噴附。

使用卷尺放線，確定邊坡噴播邊界，用石灰粉撒線標記。

2.3.3 材料攪拌

將準備好的種植土用篩土機進行篩分，然后按照比例添加配比好的有機肥、復合肥、抗疏力材料和草灌種子，用裝載機進行充分拌合（個別拌合不充分的地方采用人工拌合），配制成客土基材備用。

2.3.4 客土噴播

將配制好的客土基材和水加入噴播機中充分混合攪拌后，用螺桿空壓機配合打壓，采用機械+人工方法噴射到坡面，噴層厚度為10cm。噴射施工時，應自上而下對坡面進行噴射，距離保持在2~3m，一次噴附寬度8~10m，噴射時應控制好噴射角度，不得仰噴，邊緣、死角部位要噴播到位，不出現漏噴，并保持噴附面薄厚均勻，施工者事先準備好檢測尺，做到經常對噴附厚度進行有效管理。

2.3.5 無紡布覆蓋

客土及播種完成后及時采用20g/m2的無紡布覆蓋，無紡布采用U 型釘固定牢固。每噴播完一臺坡體后需及時用無紡布覆蓋，可有效減少邊坡外表水分蒸發，保障保墑效果，為后續種子的發芽、生長打下堅實的基礎。如在養護過程中因風、雨或者其他因素掀起、破壞，及時修復。

2.3.6 養護管理

該工程主要采用噴灑水和局部修復等措施對護坡植物進行養護管理，水份補充以噴灑方式進行。苗期養護為施工結束后的第0~60d。在隴東地區，為保證草籽出苗率、減少施工后的養護成本，噴播最佳時期應選擇在降雨較多且溫度較高的6~9月。

3 實施效果驗證

在工程實施前后，設計將抗疏力生態護坡、拱型骨架護坡和六角形空心磚護坡3種類型護坡實施效果進行對比研究，采用現場調查統計、查閱工程資料、開展植被樣方調查、測釬法土壤流失量監測等方法，分別從綜合單價、工期、投入人工、工程水毀率、植被覆蓋度和土壤流失量等方面開展監測統計（如表2所示），結果表明：抗疏力生態護坡在工期（13d）、投入人工（5人）、工程水毀返修率（0）、土壤流失量（1.4kg/m2）等指標方面均為三種護坡中的最小值，六角形空心磚護坡除工程返修率最大外其余次之，拱型骨架護坡在工期（35d）、投入人工（14人）、土壤流失量（4.7kg/m2）等指標方面均為最大值；植被覆蓋度指標抗疏力生態護坡95%為最大，六角形空心磚護坡次之，拱型骨架護坡最小；施工綜合單價指標六角形空心磚護坡最小為65元/m2，抗疏力護坡次之為75元/m2，拱型骨架護坡最大為105元/m2。現場試驗的施工時間為2021年5~6月下旬，施工后進入雨季，有連續性的降雨和暴雨發生。通過對比發現，抗疏力生態護坡經土壤固化劑固化后坡面無明顯侵蝕，雨季后該試驗區坡面植被生長良好，未發現沖溝。而拱型骨架護坡和六角形空心磚護坡坡面上有少量的沖溝和塌陷，施工方進行了水毀維修，雖然六角形空心磚護坡前期綜合單價小，但由于其暴雨后穩定性差，發生工程水毀率較高，后期維修養護費用高。綜上所述，抗疏力生態護坡技術較傳統拱型骨架護坡在投資、工期、促進植被恢復、改善土壤的抗侵蝕性能和可持續性上都具有明顯的優勢，具有良好的生態護坡效果。

表2 3種護坡實施效果對照表

4 結束語

抗疏力生態護坡施工隊伍自2021年5月17日進場準備，5月18日開始噴播，5月30日結束，噴播作業人數5人/d，噴播結束一周后，陸續出苗，一月后，綠植出苗率達到95%以上，生長狀況良好。經過2個雨季的檢驗，坡面未發現明顯沖刷痕跡，抗雨水沖刷效果顯著，達到了固溝保塬和生態環保的預期效果。與傳統的塬面保護項目采用的護坡類型（拱形骨架護坡、空心磚護坡等）相比較，該項技術具有“投資低、工期短、見效快、抗侵蝕、可持續、外觀美”等優勢，可為黃土高原溝壑區“固溝保塬”項目護坡、城郊區裸露坡體、礦山生態修復、道路護坡等各類護坡綠化治理提供技術方案和支持。該項技術對深入貫徹落黃河流域生態環境保護和高質量發展戰略，推動水土保持生態保護措施實踐中具有現實必要性，可通過積極宣傳推廣，在黃土高原地區護坡治理中應用前景廣闊，且適用性較強。