有機(jī)基材噴播植草在三淅高速巖質(zhì)邊坡防護(hù)中的應(yīng)用分析

羅元元 楊雨 宗繼春 劉宏進(jìn) 屈喜慶

(中國(guó)建筑第六工程局有限公司,天津 300000)

有機(jī)基材噴播植草在三淅高速巖質(zhì)邊坡防護(hù)中的應(yīng)用分析

羅元元 楊雨 宗繼春 劉宏進(jìn) 屈喜慶

(中國(guó)建筑第六工程局有限公司,天津 300000)

有機(jī)基材噴播植草防護(hù)是一種快速恢復(fù)巖質(zhì)邊坡坡面生態(tài)的護(hù)坡綠化方案。該防護(hù)形式相較于其他常見的防護(hù)類型具有工序簡(jiǎn)單、機(jī)械化程度較高、造價(jià)低和施工快等優(yōu)點(diǎn)。有機(jī)基材植草防護(hù)由錨桿、木本植物與草本植物一道構(gòu)建成立體的坡面防護(hù)體系,生態(tài)效果和防護(hù)效果比其它防護(hù)形式更加明顯。根據(jù)河南省三門峽至淅川高速公路盧氏至西坪段有機(jī)基材噴播植草防護(hù)的施工經(jīng)驗(yàn)和最終效果表明,該防護(hù)形式值得廣泛推廣。

有機(jī)基材噴播植草 巖質(zhì)邊坡 綠化方案

隨著國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)逐步擴(kuò)大到邊遠(yuǎn)山區(qū)，高速公路建設(shè)帶來巨大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的同時(shí)也對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成了巨大的破壞?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)會(huì)大規(guī)模的破壞當(dāng)?shù)刂脖?，而植被的破壞正是生態(tài)失衡、水質(zhì)下降、滑坡泥石流等次生災(zāi)害產(chǎn)生的根源。

河南省三門峽至淅川高速公路盧氏至西坪段位于秦嶺山區(qū)，路塹邊坡多為巖質(zhì)邊坡，其中較常用的防護(hù)形式為錨桿框架梁植草防護(hù)和漿砌片石人字形骨架植草防護(hù)，有機(jī)基材噴播植草防護(hù)僅在部分邊坡使用，但在實(shí)際施工中對(duì)比發(fā)現(xiàn)有機(jī)基材噴播植草防護(hù)有諸多優(yōu)勢(shì)，適合廣泛推廣。

1 護(hù)坡基本原理

有機(jī)基材噴播植草防護(hù)是一種結(jié)合錨桿、防護(hù)網(wǎng)、混合植被對(duì)巖石邊坡進(jìn)行防護(hù)綠化的一種施工工藝。有機(jī)基材包含種植土、有機(jī)肥、化肥、保水劑、粘結(jié)劑等，不僅具有很強(qiáng)的抗旱性，而且具有很強(qiáng)的粘性，從而保證與巖石坡面的良好結(jié)合；基材的強(qiáng)度、基質(zhì)的內(nèi)凝聚力能夠保證基質(zhì)的自身穩(wěn)定，并通過與格柵網(wǎng)結(jié)合形成一層牢固的防護(hù)層?；牧己玫谋Ｋ⑽芰?，能為植物的前期生長(zhǎng)提供所需的養(yǎng)分；植被成型后利用其發(fā)達(dá)的根系網(wǎng)將坡面上的草，基材和巖石緊緊相連，形成與周圍生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)的永久性生態(tài)護(hù)坡工程，快速恢復(fù)邊坡的生態(tài)景觀。

圖1 有機(jī)基材噴播植草防護(hù)立體防護(hù)體系

圖2 有機(jī)基材的噴播施工

2 對(duì)巖石坡面加固特性研究

2.1 坡面失穩(wěn)分析

由于該地區(qū)巖土體節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎。在進(jìn)行爆破施工后，坡面平整度差，巖石更加破碎，裂隙現(xiàn)象更加突出，超欠挖現(xiàn)象普遍存在。當(dāng)坡面開挖完成后，裸露于自然界中，在雨水和裂隙水的作用下坡面穩(wěn)定性會(huì)急劇下降。

在施工中部分裸露路塹邊坡出現(xiàn)了邊坡滑塌的現(xiàn)象。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，裂隙水和坡面雨水沖刷力相互作用，是造成邊坡滑塌的主要原因。

由于坡面開挖后巖石本來就比較破碎，而裂隙水的存在又使坡面巖石風(fēng)化加劇，在重力作用下風(fēng)化嚴(yán)重的碎石從坡面滑落。隨著表層碎石的滑落，深層巖石會(huì)以更驚人的速度風(fēng)化。同時(shí)巖質(zhì)坡面截水措施不當(dāng)，水流在坡面匯集，當(dāng)水力達(dá)到一定程度就會(huì)夾雜著風(fēng)化的巖石碎屑對(duì)坡面造成巨大沖擊，從而引起坡面失穩(wěn)。

2.2 防護(hù)加固分析

有機(jī)基材植草防護(hù)對(duì)邊坡防護(hù)最顯著的作用有兩點(diǎn)：加固坡面和截留降水。

圖3 無紡布覆蓋養(yǎng)護(hù)

2.2.1 加固坡面分析

植物未成型之前通過錨桿穩(wěn)固坡面，在坡面鋪設(shè)上鋪設(shè)鍍鋅鐵絲網(wǎng)，既為有機(jī)基材噴播提供可以固定的基礎(chǔ)又使坡面暫時(shí)得以穩(wěn)固。噴播完成后覆蓋無紡布使坡面與自然界隔離，使基材和坡面免受雨水沖刷，從而保證坡面暫時(shí)穩(wěn)定。

在植物成型后，植物的須根、主根分別對(duì)巖層進(jìn)行錨固和加固。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，植物的根系形態(tài)分為三類：主直根系、散生根系和水平根系。其中對(duì)邊坡進(jìn)行錨固的主要是主直根系，主直根系垂直向下生長(zhǎng)，伸入巖層裂隙，主要分布在0.5-1.5米的坡面內(nèi)，最深可達(dá)3-5米；散生根系和水平根系以根莖為中心向四周輻射生長(zhǎng)，其根系多散布在20-30cm的坡面中，植物間散生根系和水平根系，相互生長(zhǎng)，構(gòu)筑起嚴(yán)密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

表1

根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，網(wǎng)狀植物根系可以增加土體的粘聚力，從而起到增強(qiáng)土體抗剪強(qiáng)度的作用。植物的根系密度越大，其提高土壤抗剪強(qiáng)度的能力越大，因此須根比主根能更有效地提高土壤的抗剪強(qiáng)度。數(shù)據(jù)資料表明草本植物對(duì)土壤抗剪強(qiáng)度的提高是木本植物的2-3倍。

錨桿、木本植物、草本植物對(duì)坡面進(jìn)行立體的防護(hù)：錨桿對(duì)2-3米深度的坡面進(jìn)行加固，木本植物主要對(duì)0.5-1.5米深度的坡面進(jìn)行加固，草本植物對(duì)0.3-0.5米深的坡面進(jìn)行加固，三者相互配合，共同構(gòu)筑起坡面立體防護(hù)體系（如圖1）。

2.2.2 截流分析

植物通過莖葉和腐殖層實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣降水的截留作用。在坡面施工時(shí)有目的的選擇高低錯(cuò)落的植物，使植物在坡面形成茂密的枝徑網(wǎng)，當(dāng)出現(xiàn)不超過植被網(wǎng)最大截留能力的降水時(shí)，一部分降水被植物的莖葉儲(chǔ)存起來，然后通過蒸發(fā)作用揮發(fā)到大氣中，另一部分降水被莖葉分流形成二次降水，落到坡面之上。此時(shí)，植物已經(jīng)削弱了雨水的大部分動(dòng)能，使之無法對(duì)坡面形成明顯沖擊，另外由于腐殖層的阻水作用，使之無法在坡面形成有效徑流。根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果表明，在一個(gè)較為完整的植物群落中，林冠郁閉度越高，對(duì)雨水的截留作用越明顯。

有機(jī)基材植草防護(hù)可以快速在坡面形成植被網(wǎng)還原坡面生態(tài)，從而減少坡面開挖后的裸露時(shí)間，盡可能地減少了坡面滑塌的可能性。

2.3 施工技術(shù)要點(diǎn)

有機(jī)基材噴播植草施工大體上分為坡面施工、噴播施工和前期養(yǎng)護(hù)這三大塊。

2.3.1 坡面施工

坡面浮石清除后在坡面進(jìn)行錨桿施工。根據(jù)坡面情況選擇3米或2米的錨桿，錨桿端頭向上彎折，并在其端頭焊接縱橫框筋，在縱橫框筋上鋪設(shè)鍍鋅鐵絲網(wǎng)。施工時(shí)需特別注意的是將縱橫框筋焊接平順，并保證框筋距坡面的最小距離，在鋪設(shè)鍍鋅鐵絲網(wǎng)時(shí)如果無法保證鐵絲網(wǎng)與坡面的間距則需要增加墊塊。

2.3.2 噴播施工

噴播施工是有機(jī)基材噴播植草防護(hù)的關(guān)鍵，噴播分為基材噴播和草灌籽噴播。第一遍噴播不含草籽的有機(jī)基材，有機(jī)基材中包含種植土、植物纖維、有機(jī)肥、化肥、粘結(jié)劑、保水劑，基材的配比是整個(gè)施工的關(guān)鍵?；呐浔纫虻囟?，但要遵循保水性、抗蝕性、抗沖性和肥力適當(dāng)?shù)脑瓌t。種植土為過篩、去雜的壤土；有機(jī)肥一般為經(jīng)過除菌處理的雞糞；化肥選擇緩釋氮肥。植物纖維一般選擇鋸末，鋸末既可以起到加筋的作用，又可作為后期植物生長(zhǎng)的腐殖肥料。

在噴播有機(jī)基材時(shí)通過其他設(shè)備在噴口處為其加水，水中混合粘結(jié)劑和化肥。水流要隨時(shí)進(jìn)行控制，以有機(jī)基材噴出時(shí)成團(tuán)粒狀、噴出后不沿坡面滑落、不在坡面形成徑流，作為進(jìn)行水流控制和粘結(jié)劑添加控制的依據(jù)。

有機(jī)基材噴播要保證噴播厚度不小于6cm，噴播完成后保證錨桿、鍍鋅鐵絲網(wǎng)無外露。有機(jī)基材噴播完成后使用液噴機(jī)將含有草籽的有機(jī)基材充分?jǐn)嚢韬缶鶆虻膰姙⒂谄旅?，噴播厚度不小?cm，為保持坡面生態(tài)的多樣性和協(xié)調(diào)性，草本植物一般選擇4-5種，木本植物選擇1-2種灌木；要根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境選擇耐旱、耐熱、抗逆性強(qiáng)的品種(如圖2）。

2.3.3 前期養(yǎng)護(hù)

綠化施工有“三分施工，七分養(yǎng)護(hù)”之說，因此噴播施工完成后需盡快進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。通過在坡面覆蓋無紡布，并配合竹釘將其固定在坡面，能夠保護(hù)坡面在植被未成型之前免受雨水沖刷并為有機(jī)基材保水保墑。養(yǎng)護(hù)時(shí)通過高壓水槍將霧狀水均勻噴灑于無紡布上，浸潤(rùn)深度要大于2cm。經(jīng)處理過的種子一般噴射施工后一個(gè)月時(shí)間內(nèi)能基本形成穩(wěn)定的坡面植被，整體養(yǎng)護(hù)時(shí)間為45天左右，每天養(yǎng)護(hù)兩次，早晚各一次，早上養(yǎng)護(hù)要在溫度升高之前結(jié)束，在干旱季節(jié)要適當(dāng)增加養(yǎng)護(hù)次數(shù)，保證草灌子成活率。

前期養(yǎng)護(hù)要根據(jù)植物生長(zhǎng)需要進(jìn)行灑水，發(fā)芽期濕潤(rùn)深度控制在3-5cm，幼苗期依據(jù)植物根系的發(fā)展逐漸加大到5～8cm，但要控制不致在基材混合物內(nèi)形成壤中流，侵蝕基材混合物中小顆粒及淋失養(yǎng)分，破壞養(yǎng)分平衡（如圖3）。

3 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

施工中常見的防護(hù)綜合單價(jià)對(duì)比：(如表1)。

有機(jī)基材噴播植草防護(hù)明顯具有造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，該綠化防護(hù)類型，不僅造價(jià)較低，施工工序簡(jiǎn)單，而且施工周期較短；同時(shí)相較于其他類型的坡面施工，其對(duì)生態(tài)恢復(fù)、保持水土、凈化空氣、降低環(huán)境污染、降噪防光、涵養(yǎng)水源、改善公路小氣候等方面均有明顯的效益。

4 結(jié)語

目前有機(jī)基材噴播植草防護(hù)在我國(guó)的應(yīng)用推廣還不普遍，且尚無行業(yè)內(nèi)的施工技術(shù)規(guī)范和檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。雖然該技術(shù)進(jìn)入國(guó)內(nèi)已有20余年的時(shí)間，但發(fā)展一直緩慢，包括其中的核心技術(shù)——有機(jī)基材配比，在國(guó)內(nèi)研究領(lǐng)域尚為空白，各地僅憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行有機(jī)基材配制。

加快對(duì)有機(jī)基材噴播植草防護(hù)施工規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的制定，加速該工藝的推廣步伐，必將對(duì)我國(guó)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中所面對(duì)的生物防護(hù)、固土護(hù)坡、水土保持等困境的解決作出重要貢獻(xiàn)。

[1]毛伶俐.生態(tài)護(hù)坡中植被根系的力學(xué)分析。武漢理工大學(xué)[碩士學(xué)位論文],2007.

[2]馬萬全,沈康健,鄧輔唐.客土噴播技術(shù)對(duì)石質(zhì)邊坡防護(hù)的應(yīng)用.云南交通科技,2003：7-11.

[3]李云俠,陳訓(xùn).石質(zhì)邊坡噴播技術(shù)的進(jìn)展與展望.貴州林業(yè)科技,2005：55-57.

[4]陸旭東,陳建業(yè),韓繼國(guó),王倜.長(zhǎng)白山區(qū)公路風(fēng)化巖邊坡客土噴播技術(shù)研究.公路,2009：216-221.

[5]鄭明月.錨桿-土工網(wǎng)墊噴播植草護(hù)坡技術(shù)在巖質(zhì)邊坡生態(tài)防護(hù)中的應(yīng)用.[碩士學(xué)位論文],2012.