植被混凝土生态修复技术理论及应用研究

植被混凝土生态防护技术理论及应用研究2已开展的研发工作报告内容1植被混凝土生态防护技术3工程应用4典型案例分析技术背景工程建设活动形成了大量裸露的边坡，对生态环境造成了严重的破坏。有生态环境问题如水土流失、植被丧失、生物多样性降低……还有景观破碎问题、地质灾害问题……诱发滑坡、泥石流物种多样性降低景观破碎化水土流失加剧扰动边坡仅仅依靠自然的力量进行生态恢复过程极其缓慢。因此，开展人工生态恢复十分必要。技术背景各类边坡绿化、生态防护技术应运而生。直播草种植生带植生袋客土喷播直栽乔灌植被混凝土植生穴飘板筑槽筑台拉网厚层基材45°缓边坡生态防护工程实施难度较低45°陡边坡生态防护工程实施难度较高对土质边坡、坡度较缓的软岩或强风化岩石边坡能达到较为理想的效果；对高陡岩石边坡的短期效果尚可，但长期效果因基材强度降低、肥力枯竭等原因不理想。抗冲刷能力差植被退化基材剥落植被混凝土：一种生境基材，根据边坡地理区域、边坡坡度、岩石性质、生态修复效果等来确定水泥、种植土、有机物料、专用添加剂、混合物种和水组成比例。技术核心：添加剂，主要功能是在不显著影响基材强度条件下，调节基材化学特性和生物特性。1植被混凝土生态防护技术喷头水喷播机搅拌机压缩空气水泥混合物种有机物料种植土添加剂空压机技术介绍第2步：边坡截排水处理在截排水设计时，对于具备条件的边坡应在坡面上缘与坡顶截水沟之间设置坡顶集水区，用于补充坡面植被生态用水需求。0.320.062.94(cos)cosHD第1步：坡面清理清除坡面的淤积物和浮石，如有倒坡需修整。1植被混凝土生态防护技术第3步：灌溉系统布设宜采用固定式喷灌或滴灌的形式，选材、布设应符合现行国家标准《农田低压管道输水灌溉工程技术规范》（GB/T20203-2006）的有关规定。第4步：加筋系统布设布设锚钉和挂网。目的为：增强基材在坡面稳定性，同时网片可为植物根系攀援生长提供依托，促使基材-加筋系统-坡面融为一体。坡面锚钉间距：锚钉长度：23545sin(30)10(0.2)LaK设计与施工第5步：植物物种遴选与配置遵循“草灌结合、本地物种与先锋物种、冷暖季结合”的原则，同时考虑种间互作效应，避免选用相互排斥的植物物种。第6步：基材配制分基层和面层，基层不含植物种子，面层含植物种子。种植土：以其体积或质量为基准计算其他材料用量。有机物料：水泥：专用添加剂：混合植物种子：-45(0.250.35)90omapsVKKVoo-45(0.060.07)90clpspsKMKVKoo0.5aacMMiiAkA310(1)iiiiiiNZARCF1植被混凝土生态防护技术第7步：基材喷植坡面浸润，促进基材与坡面的有效结合，同时促进植被-土壤-岩面物质和能量的流通。喷植分两次进行，先喷植基层（±8cm），再喷植面层（±2cm）,时间间隔4h以内。第8步：养护管理至少60d苗期养护管理。内容包括：覆盖保墒、灌溉、局部缺陷修补等。研发“植被混凝土护坡绿化技术”将恢复生态学理论引入边坡绿化工程，开启植被混凝土生态防护研究新领域“高陡岩质边坡生境构筑与基材活化技术”获湖北省技术发明二等奖“水电工程扰动陡边坡生境构筑与生态调控技术”获中国水力发电科学技术一等奖“植被混凝土护坡绿化技术”获湖北省科技进步二等奖“植被混凝土生态防护技术”2008、2012年连续两次入选《水利部水利先进实用技术重点推广目录》立项主编国家能源行业标准《水电工程陡边坡植被混凝土生态修复与防护规范》“水电工程扰动陡边坡生境构筑与生态调控技术”入选《水利部水利先进实用技术重点推广目录》国家能源行业标准《水电工程陡边坡植被混凝土生态修复与防护规范》2016年12月正式颁布实施“高陡边坡受损生态系统恢复促进关键技术”获中国产学研合作创新成果奖一等奖“护坡与生态修复技术”获湖北省成果推广二等奖将基材活化技术、群落调控技术引入植被混凝土生态防护体系《Technicalcodeforeco-restorationofvegetationconcreteonsteepslopeofhydropowerprojects》NB/T35082-2016（英文版）正式颁布实施研发历程1植被混凝土生态防护技术1植被混凝土生态防护技术中文版英文版2已开展的研发工作报告内容1植被混凝土生态防护技术3工程应用4典型案例分析2已开展的研发工作2.1生境基材的物理力学特征2.2生境基材的冻融特征2.3生境基材的长期肥力与活化2.4生境基材在坡面的稳定性2.5根系-岩土体的相互作用机制2.6植被生态防护的侵蚀控制2.7适宜物种筛选和配置2.8生态防护工程效果评价与人工调控先后主持了国家高技术研究发展计划（863项目子题）1项、农业成果转化资金项目1项、“十一五”、“十二五”国家科技支撑计划项目专题2项、国家重点研发计划课题1项、国家自然科学基金面上项目3项、青年基金3项、湖北省优秀中青年科技创新团队项目1项。依托上述科研基金，在以下几方面取得了进展：2已开展的研发工作2.1生境基材的物理力学特征基材的抗压应力－应变曲线类似于普通混凝土的抗压全应力－应变曲线有脆性材料的性质；其峰值应变，大致随着水泥掺入比、龄期的增大而减小，模量随着水泥掺入比和龄期的增加而增长。基材的强度特性基材孔隙率随着有机物料含量的增加而增加。在保证生境基材强度条件下，尽可能选用细颗粒材料，有利于植物生长发芽的合理配比范围为：7%～9%。稻壳锯末玉米酒糟稻谷酒糟基材的孔隙率2已开展的研发工作棕纤维黄麻纤维硅粉粉煤灰室内模拟试验改良结果对比与评价ⅠⅡⅢⅣⅤ0.840.850.860.870.880.890.900.910.920.930.940.9525次冻融前后残余比值组别质量谐振频率2.2生境基材的冻融特征DR5第25次冻融循环添加以粉煤灰、硅粉、黄麻纤维和棕纤维按12：20：3：5的比例,掺入比为10%～15%时制成的混合料对基材抗冻性促进效果最佳。2已开展的研发工作2.3生境基材的长期肥力与活化功能：不显著影响强度的前提下，中和水泥碱性。增加功能：活化基材，提升功能微生物生物量水平，优化基材养分格局，促进养分周转循环。示范工程实用本产品后，现场检测结果：土壤中利于养分转化细菌总数提高约为5~8倍；养分含量提高了约为1.4~3.2倍；土壤酶活性提高了0.7~2.1倍；微生物量C、N含量增加了2.1~7.6倍；种子发芽及成活率提高20-30%。2已开展的研发工作2.4生境基材在坡面的稳定性生境基材构筑技术随着粗糙度的增加接触面抗剪强度也随着增加。在实施生态防护前对坡面进行凿毛处理不失为一个简单有效的方法。坡顶和坡面种植草灌木有利于边坡稳定性，而坡底栽植乔木对边坡的稳定性大为提高。根系的影响基材与坡面的接触特性2已开展的研发工作根-土复合体抗剪强度2.5生境基材根系-岩土体的相互作用机制根-土复合体抗拔特性根土复合体符合摩尔库伦破坏准则，且含根的大于裸土。多花木蓝植株的抗拉拔力平均根径、株高、根表面积、根体积、地径等因素呈线性关系。根系加筋效应及抗拔模型2已开展的研发工作2.6植被生态防护的侵蚀控制雨强、物种类型的影响基材能抵抗至少120mm/h的降雨冲刷。各类物种的增强效果不同，草本植物效果最好，混种次之，而灌木最次。密生根植物根系对于土体的抗崩解性能有很大的提升作用。含根土壤的崩解性叶茎根--叶茎根0102030405060狗牙根CynodondactyloncyL.紫花苜蓿和狗牙根发芽势%ThegerminationpotentialofM.sativaandC.dactyloncy%紫花苜蓿MedicagosativaL.CK0.05g/ml0.1g/ml0.2g/ml2已开展的研发工作草种工况水泥掺入比（％）456789101112草本植物在生境基材中的适应性较为理想。水泥掺入对物种发芽的影响2.7适宜植物物种筛选与配置建群种与乡土种化感作用研究外来入侵物种对群落的发展带来毁灭性的伤害，紫花苜蓿和孔雀草不宜混播，但盐肤木与紫花苜蓿混植可行。不同环境下的物种筛选/抗旱性物种的筛选2已开展的研发工作指标权重隶属度矩阵2.8生态防护效果评价与人工调控基于模糊评价法的指标层因素综合评价现场调查与人工调控存在的主要问题：1）基材营养元素值低，缺乏物质循环的元素；2）坡面植被群落物种数少；3）边坡周围环境不能提供较好的资源，样地群落演替方向不明确。调控对策：在坡面撒入狗牙根种子，同时移栽适量醉鱼草植株，增加坡面生态环境的丰富度指数和多样性指数，提高群落的抗干扰能力并加快演替进程；适量追加有机肥。正在研发的工作长期稳定及生态修复材料固持技术降雨冲刷及生态修复材料抗冲蚀技术冻融作用及生态修复材料抗冻技术地震作用及生态修复材料抗震技术西南高山亚高山区工程创面规模大、创面高陡、成土过程漫长，同时长期受到冻融循环、高频强降雨、地震作用等特殊气候环境影响，现有生态修复材料稳定性与耐久性受到极大挑战。集成西南高山亚高山区工程创面生态修复关键材料制备与优化应用技术体系，提升西南高山亚高山区工程创面退化生态系统恢复重建水平工程创面材料抗剪加固机理与生态修复材料加筋固持技术生态修复材料冻融损伤机理及抗冻强度耐久性改良技术强降雨地质复杂区工程创面坡面侵蚀机理与效应评价工程创面生态修复防冲刷技术震动条件下生态修复材料强度损失机理及抗震优化技术工程创面生态修复关键材料制备及优化应用技术示范专题一专题二专题三专题四专题五专题六正在研发的工作2已开展的研发工作报告内容1植被混凝土生态防护技术3工程应用4典型案例分析先后转让专利技术成果6项。并与福建、贵州、江西、湖南、广东、湖北等省相关企业已建立推广转化合作关系。3工程应用产学研合作部分技术服务合同与应用证明3工程应用主要功能：不显著影响强度的前提下，中和水泥碱性增加功能：活化基材，提升功能微生物生物量水平，优化基材养分格局，促进养分周转循环。产学研合作3工程应用20052006200820102011201220162017201820143.1群落演替进程向家坝水电站进厂公路案例13工程应用三峡大学行政楼侧边坡2002修复前2002修复后2004200920102018案例23.1群落演替进程3工程应用3.2效果对比案例3修复后10年河南燕山水库边坡修复后3年修复后8年贵州光照电站进厂公路清江高坝洲水电站边坡修复前修复前修复前案例4案例53工程应用云南小湾电站公路边坡四川瀑布沟水电站三峡工程船闸下游引航道3.2效果对比案例6案例7案例8修复前修复后修复前修复后修复前修复后3工程应用湖北十堰黄龙滩水电站江苏无锡雪浪山岩石边坡宜昌市江南URD场区边坡3.2效果对比案例9案例10案例11修复前修复后修复前修复后修复前修复后2已开展的研发工作报告内容1植被混凝土生态防护技术3工程应用4典型案例分析项目为某在建电站进厂道路边坡，边坡类型有岩质边坡、土质边坡和岩土质边坡，及部分工程喷锚（混凝土）边坡。项目初期采用了一系列生态防护措施，但是实施效果不理想。①基质强度和稳定性不足；②水分、养分流失过快。4典型案例分析案例（一）冲刷严重基质流失基材剥落预留孔洞移栽灌木混凝土边坡/坡度约50°坡高15m/面积约1000㎡原设计：工程锚喷+点栽灌木工程防护生态防护工程锚杆钢筋网喷管系统加筋系统生态基材草+野花组合草：狗牙根、高羊茅、黑麦草、三叶草、宽叶雀稗；野花组合：“小矮人”矮生型组合，花色丰富，花期长。主要方法物种配置施工工艺边坡概况4典型案例分析案例（一）施工现场清理种植孔铺设管道挂铁丝网喷播基材喷播完成挂无纺布4典型案例分析案例（一）检测目的及指标：抗冲刷性好，有利于植物生长，指标为无侧限抗压强度、pH值、有机质含量等。PH值测定有机质含量测定无侧限抗压强度测定质量控制4典型案例分析案例（一）移栽灌木10天15天50天三个月后生态恢复效果4典型案例分析案例（一）工程防护生态防护结合景观设计案例（二）岩土质，一