高陡巖石邊坡客土噴播技術(shù)試驗(yàn)研究

田大作 陳 志 宋文杰

（湖南省水利水電科學(xué)研究所 長(zhǎng)沙市 410007）

伴隨城市建設(shè)和交通網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，全國(guó)各地形成了許多的裸露邊坡。這些裸露的邊坡，不僅造成了水土流失，導(dǎo)致邊坡塌方，同時(shí)還極大地破壞了城市和交通路段的生態(tài)環(huán)境。傳統(tǒng)的邊坡防護(hù)措施（如噴錨、漿砌片石骨架、水泥骨架、擋土墻等），雖然能有效地確保邊坡穩(wěn)定，但要耗費(fèi)大量的人力、物力，并且與周邊的風(fēng)景協(xié)調(diào)性差，滿足不了現(xiàn)代城市景觀和人們追求舒適居住環(huán)境的要求。新興的厚層基材生態(tài)護(hù)坡技術(shù)，是將適合植物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)土壤與腐殖質(zhì)、水泥、水添加劑等，按一定比例混合，經(jīng)過(guò)機(jī)械充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，利用噴播機(jī)噴射到坡面上，形成適宜植物生長(zhǎng)的土壤層，種子在其上發(fā)芽、生長(zhǎng)成坪后，可以對(duì)邊坡起到有效的保護(hù)作用，從而達(dá)到快速修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)和護(hù)坡的目的。

巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用在發(fā)達(dá)國(guó)家已有很長(zhǎng)的歷史。近年來(lái)，綠化網(wǎng)護(hù)坡、厚層基料噴射、植被型混凝土等已成為日本最為廣泛的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)；20世紀(jì)50年代以來(lái)，先是歐、美國(guó)家，繼而東南亞國(guó)家和地區(qū)的液壓噴播技術(shù)也蓬勃興起。國(guó)內(nèi)對(duì)巖質(zhì)邊坡的植被保護(hù)研究仍處于初期探索階段，陳振盛及黃尊景對(duì)臺(tái)灣泥巖邊坡采用播種、植苗及植生帶等防護(hù)方法進(jìn)行研究；劉世奇等在借鑒日本同類技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了以土壤為主要材料、硅酸鹽水泥為粘結(jié)材料的噴混植生試驗(yàn)，并在內(nèi)昆、株六等鐵路及惠河高速公路進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得一些研究成果；陳戈在西南線A-4標(biāo)段提出采用厚層基材噴播綠化技術(shù)綠化隧道洞口，收到很好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益；張俊云和周德培提出坡面植物的合理選型設(shè)計(jì)是厚層基材噴射植被護(hù)坡技術(shù)的關(guān)鍵。

本文按文獻(xiàn)[1]確定的種植基材最優(yōu)配合比，配制出具有一定流動(dòng)性和粘結(jié)強(qiáng)度的種植基材，采用客土噴播機(jī)將其噴射并附著于高陡巖質(zhì)邊坡上，通過(guò)觀察種植基材中植物的生長(zhǎng)情況，評(píng)價(jià)客土噴播技術(shù)的生態(tài)修復(fù)效果和影響因素，為高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)的進(jìn)一步推廣奠定良好基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)原材料及設(shè)備

1.1 主要原材料及功能

（1）土壤。種植基材的骨架和植物根系的生長(zhǎng)空間，采用種植土，風(fēng)干后用2.5mm的篩子過(guò)篩。

（2）水。使基材具有一定的流動(dòng)度，采用自來(lái)水。

（3）水泥。種植基材主要粘結(jié)劑材料，采用42.5 R普通硅酸鹽水泥。

（4）腐殖土混合物。改善種子生長(zhǎng)初期的生長(zhǎng)環(huán)境，提高種植基材的孔隙率，提高發(fā)芽率，采用泥炭。

（5）增稠劑。使土壤形成粒團(tuán)結(jié)構(gòu)，采用PAM。

（6）纖維素。增加種植基的穩(wěn)定性，包括提高抗裂、抗沖刷性，采用羧甲基纖維素鈉。

（7）保水劑。提高基材的保水性能，采用蛭石。

（8）pH緩沖劑。改善種植基的堿性環(huán)境，以適應(yīng)植物的生長(zhǎng)，采用硫酸亞鐵。

（9）鍍鋅鐵絲網(wǎng)。提高種植基材對(duì)坡面的附著能力和種植基材的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，起固土的作用。

1.2 主要試驗(yàn)設(shè)備

客土噴播機(jī)。

2 試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 生態(tài)種植基材配合比設(shè)計(jì)

種植基是由固體、液體和氣體三相物質(zhì)組成的具有一定強(qiáng)度的多孔人工材料。固體物質(zhì)包括粗細(xì)不同的土壤礦物質(zhì)顆粒、膠結(jié)材料、肥料和有機(jī)質(zhì)以及其他混合物，土壤是植物生長(zhǎng)的基體，肥料和有機(jī)質(zhì)是植物生長(zhǎng)必需的養(yǎng)分，而膠結(jié)材料使土壤顆粒相互連結(jié)起來(lái)，形成一定的粘結(jié)強(qiáng)度和抗沖刷能力。在種植基材固體物質(zhì)之間，是形狀和太小都不相同的空隙，空隙由成孔材料產(chǎn)生，空隙中充滿水分和空氣。

本試驗(yàn)在文獻(xiàn)[1]生態(tài)種植基材配比基礎(chǔ)上，綜合考慮種植基材水泥含量對(duì)植物生長(zhǎng)的影響及水泥含量對(duì)種植基材粘結(jié)強(qiáng)度和抗沖刷能力的影響，為進(jìn)一步縮小水泥含量的上限值，以水泥含量為變量，進(jìn)行了兩組對(duì)比試驗(yàn)，具體配合比參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 種植基材參數(shù)配比

試驗(yàn)種植植物的主要類型有：

（1）耐旱灌木：多花木蘭、紫穗槐、小葉女貞；

（2）草本植物：狗牙根、高羊茅。

具體種植密度如表2。

表2 種植密度設(shè)計(jì)方案 g/m2

2.2 現(xiàn)場(chǎng)施工工藝

（1）坡面整理。本試驗(yàn)采用預(yù)制板模擬巖石邊坡，坡度為70°。實(shí)驗(yàn)前，清除作業(yè)面雜物及松動(dòng)塊體，預(yù)制板間縫隙采用粘土填實(shí)，以利于客土噴播施工。

（2）勾花網(wǎng)鋪設(shè)。采用高鍍鋅棱形鐵絲網(wǎng)（絲徑2mm），網(wǎng)孔規(guī)格為6 cm×6 cm。掛網(wǎng)施工時(shí)采用自上而下放卷，相鄰兩卷鐵絲網(wǎng)分別用綁扎鐵絲連接固定，兩網(wǎng)交接處至少要求有10 cm的重疊。網(wǎng)與坡面保持一定間隙，并均勻一致，掛網(wǎng)凹向坡面處采用塊石填筑，并用草繩纏繞在網(wǎng)上，以增加附著力，使客土厚度得到保證。掛網(wǎng)可以使客土基質(zhì)在巖石表面形成一個(gè)持久的整體板塊。

（3）種子處理。灌木種子、草種應(yīng)浸泡催芽，以促進(jìn)其萌發(fā)，噴播前用80℃熱水（含浸種劑）浸種（1～2）h。

（4）植基材混合配制。將種植基材各組分嚴(yán)格按設(shè)計(jì)配合比配制并經(jīng)人工或機(jī)械充分?jǐn)嚢?。工作量較大，需提前將材料準(zhǔn)備好，同時(shí)要求材料充分干燥，防止雨水淋濕，保證基材噴固時(shí)能正常使用。

（5）種植基材噴固?；膰姽糖埃葘⑵旅鏉駶?rùn)，利用噴播機(jī)將充分拌勻的基材噴固于巖石邊坡上，避免仰噴?；膰姽谭?層進(jìn)行，第一層先噴射約 7 cm 厚，待基材穩(wěn)定后（約 10min～15min），再噴射第二層3 cm厚基層，種子置于第二層基材中。由于基質(zhì)水分喪失會(huì)造成基質(zhì)厚度不夠，一般要求噴播厚度為設(shè)計(jì)厚度的125%。噴固時(shí)，要求噴槍口距坡面約2m左右，加注的水量以保持基材流不散為宜。

（6）覆蓋無(wú)紡布。在基材噴播施工完成后，迅速將20 g/m2無(wú)紡布從坡頂往下鋪設(shè)覆蓋，往下鋪設(shè)時(shí)盡量緊貼土層，鋪設(shè)時(shí)可采用竹釘固定，個(gè)別不平的地方可多加固。鋪設(shè)后能有效防止雨水對(duì)坡面及種子的沖涮，防止表層水土流失，同時(shí)又可起到保水保濕的作用，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

（7）養(yǎng)護(hù)及管理。噴播后應(yīng)保持土壤濕潤(rùn)，7天左右草本植物開(kāi)始發(fā)芽，15～20天后灌木開(kāi)始萌發(fā)，2個(gè)月后開(kāi)始覆蓋坡面。由于草的生長(zhǎng)速度很快，前期必須進(jìn)行精細(xì)養(yǎng)護(hù)，及時(shí)清除過(guò)多的草，為灌木生長(zhǎng)提供有利條件。噴播完成后1～2個(gè)月，應(yīng)全面檢查植草生長(zhǎng)情況，對(duì)生長(zhǎng)明顯不均勻的位置予以補(bǔ)播，在灌木發(fā)芽率低的部位，也可開(kāi)挖洞穴，補(bǔ)種當(dāng)?shù)匾吧嗄尽?/p>

植物種子從出芽至幼苗期間，必須澆水養(yǎng)護(hù)，保持土壤濕潤(rùn)。從開(kāi)始堅(jiān)持每天早晨澆一次水（炎熱夏季早晚各澆水一次），澆水時(shí)應(yīng)將水滴霧化（有條件的地方可以安裝霧化噴頭），隨后隨植物的生長(zhǎng)可逐漸減少澆水次數(shù)，并根據(jù)降水情況調(diào)整。在草坪草逐漸生長(zhǎng)過(guò)程中，對(duì)其適時(shí)施肥和防治病蟲(chóng)害，施肥堅(jiān)持“多次少量”的原則。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 噴固效果

噴播過(guò)程中，基材噴射連續(xù)、均勻，未發(fā)生噴管堵塞，種植基材能較好地附著在邊坡上，坡面較平整，種植基材平均附著厚度約10 cm，種植基未出現(xiàn)大范圍的滑落和開(kāi)裂，這表明在該配比下生態(tài)種植基材具有良好的流動(dòng)性和粘結(jié)強(qiáng)度，能應(yīng)用于高陡巖質(zhì)邊坡的生態(tài)修復(fù)。噴固效果見(jiàn)圖1。

圖1 噴固效果

3.2 水泥含量對(duì)種植植物生長(zhǎng)的影響

為確定水泥含量的上限值，本試驗(yàn)進(jìn)行了兩組試驗(yàn)對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果表明水泥含量對(duì)植物的生長(zhǎng)影響明顯，具體見(jiàn)圖2（左邊為方案一，右邊為方案二），水泥含量低，植物長(zhǎng)勢(shì)好，護(hù)坡效果好；當(dāng)水泥重量∶土壤重量=0.100∶1.000時(shí)，植物長(zhǎng)勢(shì)良好，當(dāng)水泥重量∶土壤重量=0.122∶1.000時(shí)，植物成株率低。

圖2 水泥含量對(duì)植物長(zhǎng)勢(shì)影響圖

3.3 生態(tài)護(hù)坡效果

噴播完成后1個(gè)月，部分種子正常發(fā)芽，幼苗發(fā)育良好，葉片飽滿呈鮮綠色；6個(gè)月時(shí)，植被生長(zhǎng)茂盛，植株高度達(dá)到（10～20）cm（圖 3），在試驗(yàn)的 5種植物中，高羊茅覆蓋效果最佳，且根系鉆入土層深，可作為高陡巖石邊坡生態(tài)修復(fù)的先鋒建植，狗牙根發(fā)芽率高，是高陡巖石邊坡生態(tài)修復(fù)的優(yōu)選植物，多花木蘭長(zhǎng)勢(shì)較好，且該植物自播能力強(qiáng)，亦可作為高陡巖石邊坡生態(tài)修復(fù)的優(yōu)選植物，紫穗槐和小葉女貞成株率低。

圖3 綠化效果圖

4 結(jié) 論

（1）按本試驗(yàn)方案一配制的生態(tài)種植基材具有良好的流動(dòng)性和粘結(jié)強(qiáng)度，能應(yīng)用于高陡巖質(zhì)邊坡的生態(tài)修復(fù)工程，且具有較好的生態(tài)修復(fù)效果。

（2）生態(tài)種植基材配比中，水泥含量對(duì)植物的生長(zhǎng)影響明顯，水泥含量低，植物長(zhǎng)勢(shì)好；當(dāng)水泥重量∶土壤重量=1∶10時(shí)，當(dāng)水泥重量∶土壤重量=0.122∶1.000 時(shí)，植物成株率低。

（3）高羊茅、狗牙根、多花木蘭可作為高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)的優(yōu)選植物。

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2 陳振盛.泥巖邊坡植生技術(shù)研究[J].水土保持研究,1995,2（3）：68-75.

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