抗疏力生态护坡施工技术在黄土高原塬面保护工程中的应用

许朝东 王安民 丁爱强 赵强 张 鹤 赵建龙

（平凉市水土保持科学研究所，甘肃 平凉 744000）

0 引言

生态护坡，是综合工程力学、土壤学、生态学和植物学等学科的基本知识对斜坡或边坡进行支护，形成由植物或工程+植物组成的综合护坡系统的护坡技术。然而，在黄土高原塬面保护工程护坡治理中，传统的混凝土拱型骨架护坡、空心砖护坡等施工难度大、投资高、工期长，水土保持效益和生态环境效益差，无法适应现代社会的发展要求。在这种情况下，生态护坡技术应运而生，并成为研究热点[1]。水土保持开发建设项目中有很多开挖和回填碾压边坡需要进行防护，为防止水土流失，当前常见的生态护坡一般有两种，一种是直接在坡面种植灌草，如多年生禾本科早熟禾、黑麦草和高羊茅，也有红豆草、苜蓿和三叶草等；另外一种是采用“工程+植物”复合护坡技术，黄土高原塬面保护工程中常见的有“混凝土拱型骨架+草本”护坡、“空心砖+草本”护坡等。这些复合生态护坡技术不同程度还存在着防止水土流失不够明显、施工难度大、投资高、工期长、不可持续等缺点。

随着科学技术的飞速发展，抗疏力材料作为一种专为稳固土壤而开发的高科技系列产品，在国际上得到了广泛的运用，对土壤的力学性能改良效果明显[2]。刘万锋等（2009）通过对抗疏力技术工作原理和产品效果的分析，对最具有黄土塬区代表性的甘肃省庆阳市公路和城市道路建设应用抗疏力技术进行了实践研究，提出了抗疏力技术在黄土塬区上的应用可行性[3]；张虎元等（2018）利用抗疏力土壤固化剂对甘肃庆阳地区以及甘肃兰州地区的黄土进行化学改性试验，探讨抗疏力固化剂在我国黄土地区运用的可行性。这些研究结果表明，利用抗疏力固化土代替传统的固化材料有着广泛的应用前景。目前将抗疏力土壤固化剂应用到黄土高原护坡治理中的研究鲜有报道，为探究该技术在陇东黄土高原塬区“固沟保塬”工程中的实际应用价值，本单位将抗疏力新材料应用到塬面保护沟头防护坡面治理中，并经过近2年的监测，结果显示抗疏力生态护坡在沟头防护工程中抗水蚀的效果显著。本文以此为背景，将该技术的应用进行详细总结，以期能为黄土高原地区水土流失综合治理提供新方法。

1 工程概况

平凉市三里塬塬面保护项目区地处黄河中游多沙区，除塬面外，沟壑纵横，境内植被稀少，土壤疏松裸露，降水集中，致使水土流失严重。塬面上缺乏径流拦蓄措施，雨水直接流入沟道，加之滑坡、崩塌等重力侵蚀活动剧烈，致使沟头不断延伸，支毛沟不断伸向塬区腹地，威胁道路住宅。实施塬面保护项目刻不容缓。

该项目建设内容为：在三里塬的买家崾岘沟、堡子沟、富家湾1#、富家湾2#沟4条支毛沟内实施沟头回填工程4处，沟头泄水工程3处，栽植水保林8470株，坡面种草6.11 公顷，在姚家湾新建容积为580m3涝池1 座。项目实施过程中将抗疏力新材料应用于塬面保护沟头防护坡面治理中，分别在富家湾1#沟、富家湾2#沟、买家崾岘沟、堡子沟建成抗疏力材料护坡（3300m2）、拱型骨架护坡（3500m2）、六角形空心砖护坡（2500m2）、草皮护坡（10000m2）试验示范点。其中富家湾1号沟护坡选用抗疏力生态护坡，护坡面积3300m2，分为东西两个支沟，东沟有4台坡体，除第一台坡比1∶1.5外，其余为1∶2.0；西沟有5台坡体，除前两台坡比1∶1.5外，其余为1∶2.0；最短坡长11m，最长坡长20m，两台相邻坡体间由马道连接，坡面靠崖两侧布设有混凝土排水渠，与马道排水渠相连，组成复合表面排水系统，可有效及时排除坡面雨水，坡面中间位置布设有直通沟底的混凝土踏步，便于监测人员作业。

2 抗疏力生态护坡施工技术及控制要点

2.1 工艺原理

该工程抗疏力生态护坡是在沟头回填碾压后将抗疏力材料与种植土、植物草籽、有机肥料、水按比例拌合采用机械+人工的施工方式以泥浆形式喷播到护坡上，达到迅速固沙保土、控制土壤侵蚀、恢复植被，从而改善生态环境的目标。抗疏力材料是一种专为稳固土壤而开发的高科技系列产品，能与土壤发生物理反应，改变土壤分子的排列组合，利用土壤自身粘性稳定土壤，提高承载力。抗疏力材料主要是通过CONSOLID444（简称C444）与SOLIDRY（简称SD）或CONSOLID444（简称C444）与CONSERVEX（简称CX）两种组合来实现土壤稳定的，该工程采用的是C444和SD组合。C444是一种液态有机化学物质，其作用是阻隔水膜。它能破坏土壤细小颗粒附着的水膜，导致细小的颗粒发生不可逆转的凝聚（主要是小于0.075mm的部分），从而大大减少水的毛细上升现象，使土壤不再被水浸渍，具有更好的抗水性能。SD是有机的粉末状化学物，覆盖在载体上，它能进一步增加对处理后土壤的保护，抵抗水的软化作用，增加土壤的粘合性，维持土壤结构的稳定。抗疏力材料按一定掺和比在工程中使用，不仅能提高黄土的抗剪强度和斥水性，降低干缩性和膨胀性，还在一定程度上保持了黄土的通透性。

2.2 施工准备

2.2.1 抗疏力材料准备

该工程采用由甘肃恒安抗疏力科技工程有限公司提供的抗疏力产品，均为袋装，C444（规格：2kg/袋）、SD（规格：40kg/袋）。C444每袋兑水160m3，按20m2/袋用量准备；SD按20m2/袋用量准备。

2.2.2 客土基材准备

如表1，客土基材由种植土、有机肥、复合肥、抗疏力材料和草灌种子等按一定比例配制而成。该工程种植土取自工程取土场——梯田原有地表土（以种植土、黄土为主），取土深度控制在清表后1m 以内，取土后运至筛土区，经筛土机筛分，筛分后要求最大粒径不超过8mm，含水量控制在20%以内；有机肥、复合肥选用市场常见品牌；种子由黑麦草、早熟禾、高羊茅和披肩草混合而成，按40g/m2需用量配备，喷播厚度一般为10cm。

表1 客土喷播所需材料表

2.2.3 施工机械设备准备

该工程护坡喷播主要使用筛土机、PZ-6 喷播机一台、75SDY-8螺杆空压机一台、柴油发电机、装载机等机械设备。

2.3 施工工艺

2.3.1 施工准备

开工前进行现场调查和勘察，对碾压边坡的坡比、坡向、坡面土质、坡面排水等情况进行复核，对施工所在地的气候、植物生长等情况进行调查，选用适合当地土质和气候条件的易成活、根系发育、茎干低短、枝叶茂盛、生长能力强的多年生草种[4]；采取就近原则合理确定客土取料地点和施工场地，以便取料、堆料、拌料、施工机械安置等，协调施工用水、电、路等三通一平工作,同时开展技术对接，做好该项新技术的试验检测、配比设计和施工组织设计，方案确定后做好施工交底，图纸审核、现场坐标复核等工作。

2.3.2 边坡清理和测量放线

机械结合人工自上而下清理、修整边坡。清坡后保证坡面平顺平整，无倒（反）坡，坡面无浮渣、杂草、杂物等，便于客土喷附。

使用卷尺放线，确定边坡喷播边界，用石灰粉撒线标记。

2.3.3 材料搅拌

将准备好的种植土用筛土机进行筛分，然后按照比例添加配比好的有机肥、复合肥、抗疏力材料和草灌种子，用装载机进行充分拌合（个别拌合不充分的地方采用人工拌合），配制成客土基材备用。

2.3.4 客土喷播

将配制好的客土基材和水加入喷播机中充分混合搅拌后，用螺杆空压机配合打压，采用机械+人工方法喷射到坡面，喷层厚度为10cm。喷射施工时，应自上而下对坡面进行喷射，距离保持在2~3m，一次喷附宽度8~10m，喷射时应控制好喷射角度，不得仰喷，边缘、死角部位要喷播到位，不出现漏喷，并保持喷附面薄厚均匀，施工者事先准备好检测尺，做到经常对喷附厚度进行有效管理。

2.3.5 无纺布覆盖

客土及播种完成后及时采用20g/m2的无纺布覆盖，无纺布采用U 型钉固定牢固。每喷播完一台坡体后需及时用无纺布覆盖，可有效减少边坡外表水分蒸发，保障保墒效果，为后续种子的发芽、生长打下坚实的基础。如在养护过程中因风、雨或者其他因素掀起、破坏，及时修复。

2.3.6 养护管理

该工程主要采用喷洒水和局部修复等措施对护坡植物进行养护管理，水份补充以喷洒方式进行。苗期养护为施工结束后的第0~60d。在陇东地区，为保证草籽出苗率、减少施工后的养护成本，喷播最佳时期应选择在降雨较多且温度较高的6~9月。

3 实施效果验证

在工程实施前后，设计将抗疏力生态护坡、拱型骨架护坡和六角形空心砖护坡3种类型护坡实施效果进行对比研究，采用现场调查统计、查阅工程资料、开展植被样方调查、测钎法土壤流失量监测等方法，分别从综合单价、工期、投入人工、工程水毁率、植被覆盖度和土壤流失量等方面开展监测统计（如表2所示），结果表明：抗疏力生态护坡在工期（13d）、投入人工（5人）、工程水毁返修率（0）、土壤流失量（1.4kg/m2）等指标方面均为三种护坡中的最小值，六角形空心砖护坡除工程返修率最大外其余次之，拱型骨架护坡在工期（35d）、投入人工（14人）、土壤流失量（4.7kg/m2）等指标方面均为最大值；植被覆盖度指标抗疏力生态护坡95%为最大，六角形空心砖护坡次之，拱型骨架护坡最小；施工综合单价指标六角形空心砖护坡最小为65元/m2，抗疏力护坡次之为75元/m2，拱型骨架护坡最大为105元/m2。现场试验的施工时间为2021年5~6月下旬，施工后进入雨季，有连续性的降雨和暴雨发生。通过对比发现，抗疏力生态护坡经土壤固化剂固化后坡面无明显侵蚀，雨季后该试验区坡面植被生长良好，未发现冲沟。而拱型骨架护坡和六角形空心砖护坡坡面上有少量的冲沟和塌陷，施工方进行了水毁维修，虽然六角形空心砖护坡前期综合单价小，但由于其暴雨后稳定性差，发生工程水毁率较高，后期维修养护费用高。综上所述，抗疏力生态护坡技术较传统拱型骨架护坡在投资、工期、促进植被恢复、改善土壤的抗侵蚀性能和可持续性上都具有明显的优势，具有良好的生态护坡效果。

表2 3种护坡实施效果对照表

4 结束语

抗疏力生态护坡施工队伍自2021年5月17日进场准备，5月18日开始喷播，5月30日结束，喷播作业人数5人/d，喷播结束一周后，陆续出苗，一月后，绿植出苗率达到95%以上，生长状况良好。经过2个雨季的检验，坡面未发现明显冲刷痕迹，抗雨水冲刷效果显著，达到了固沟保塬和生态环保的预期效果。与传统的塬面保护项目采用的护坡类型（拱形骨架护坡、空心砖护坡等）相比较，该项技术具有“投资低、工期短、见效快、抗侵蚀、可持续、外观美”等优势，可为黄土高原沟壑区“固沟保塬”项目护坡、城郊区裸露坡体、矿山生态修复、道路护坡等各类护坡绿化治理提供技术方案和支持。该项技术对深入贯彻落黄河流域生态环境保护和高质量发展战略，推动水土保持生态保护措施实践中具有现实必要性，可通过积极宣传推广，在黄土高原地区护坡治理中应用前景广阔，且适用性较强。