高速鐵路路基邊坡纖維團(tuán)粒噴播生態(tài)防護(hù)技術(shù)

張英龍

（雄安高速鐵路有限公司，河北保定 071800）

鐵路綠色通道建設(shè)是全國綠色通道建設(shè)的重要組成部分，具體包括新建、既有鐵路兩側(cè)的綠化、美化和路基邊坡的綠色（植物）防護(hù)工程［1-2］。鐵路路基邊坡生態(tài)防護(hù)是鐵路綠色通道建設(shè)的核心和重點(diǎn)。根據(jù)《國家中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，到2025年鐵路總里程達(dá)到17.5 萬km 左右，其中高速鐵路約3.8 萬km。鐵路路基邊坡生態(tài)防護(hù)有巨大市場需求。

2013年中國鐵路總公司發(fā)布鐵總建設(shè)［2013］9號《鐵路工程綠色通道建設(shè)指南》，總結(jié)了鐵路路基邊坡常用生態(tài)防護(hù)技術(shù)，用以處理不同坡度不同地質(zhì)條件的邊坡，主要包括種植灌草或噴播植草（灌木）、栽植灌木、植生袋植草（灌木）、植生帶植草（灌木）、客土植生、噴混植生，見表1。近年來，以材料學(xué)、植物學(xué)、土壤學(xué)、巖土工程等學(xué)科理論為指導(dǎo)，在傳統(tǒng)生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的基礎(chǔ)上對采用更環(huán)保材料或更先進(jìn)技術(shù)的新型生態(tài)防護(hù)技術(shù)進(jìn)行了探索，如連鎮(zhèn)鐵路路堤邊坡采用三維柔性生態(tài)護(hù)坡技術(shù)［3］，京沈客運(yùn)專線生態(tài)防護(hù)試驗(yàn)段應(yīng)用了土工格室固土綠化技術(shù)［4］、植生袋防護(hù)技術(shù)，京張高速鐵路生態(tài)防護(hù)試驗(yàn)段采用錨固植生袋技術(shù)［5］及土工格室固土綠化技術(shù)。

本文針對鐵路綠化工程高安全、高要求、少維護(hù)等特點(diǎn)，提出纖維團(tuán)粒噴播技術(shù)。通過使用性能優(yōu)越的基質(zhì)材料，使坡面土壤團(tuán)?；?，形成與自然表土相類似或更優(yōu)的多孔穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)，精選植物種子并進(jìn)行科學(xué)處理，保證植物成活率，最終達(dá)到坡面防護(hù)目的。該技術(shù)具有施工高效快捷、成本低、養(yǎng)護(hù)維修量小等優(yōu)點(diǎn)［6］，較植生袋生態(tài)防護(hù)技術(shù)有更廣的適用性，可以很好地與拱形骨架、框架梁護(hù)坡等圬工防護(hù)配合使用。

表1 鐵路路基邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)

1 纖維團(tuán)粒噴播技術(shù)作用機(jī)理及特點(diǎn)

纖維團(tuán)粒噴播技術(shù)是借助噴播機(jī)械將預(yù)先加入并攪拌均勻的植物纖維、壤土、泥炭土、肥料、保水劑、黏合劑或團(tuán)粒劑、植物種子、水等混合物經(jīng)噴播槍口噴附到鐵路路基坡面，在噴播的瞬間發(fā)生團(tuán)?；磻?yīng)（圖1），制成纖維纏繞土粒且具有空隙結(jié)構(gòu)的噴播體，并強(qiáng)烈黏附在路基邊坡上。當(dāng)灌木、草本混合種子萌發(fā)成苗、長成植被后，通過植物根系連接土壤和路基

圖1 團(tuán)?；Y(jié)構(gòu)

從而達(dá)到植物護(hù)坡的功能。該技術(shù)適用于坡度緩于1∶1.25的路基邊坡，土石混合或石質(zhì)坡面須覆土。

1.1 基質(zhì)材料

基質(zhì)材料組成是纖維團(tuán)粒噴播技術(shù)的核心內(nèi)容之一，既需要為植物的生長提供必要的物質(zhì)基礎(chǔ)，也要為植物的生長提供穩(wěn)定的條件。纖維團(tuán)粒噴播技術(shù)基質(zhì)材料通常由植物纖維、壤土、泥炭土、肥料、黏合劑或團(tuán)粒劑、保水劑等組成?；|(zhì)材料的組成成分及作用見表2。

表2 基質(zhì)材料的組成成分及作用

1.2 抗沖性能

噴播基質(zhì)的抗沖性和抗剪性是保證噴播生態(tài)防護(hù)技術(shù)成功的關(guān)鍵?；|(zhì)抗沖性是指基質(zhì)抵抗徑流的機(jī)械破壞和推動下移的能力，表征基質(zhì)抗侵蝕能力的強(qiáng)弱?；|(zhì)抗剪性反映了基質(zhì)剪切變形破壞的難易程度。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)中的試驗(yàn)研究［7-8］，噴播基質(zhì)的早期抗沖指數(shù)一般為0.91。隨著植被的生長，基質(zhì)的抗沖性逐漸增強(qiáng)，優(yōu)于土壤的抗沖性?；|(zhì)的抗剪強(qiáng)度早期為50 kPa 左右，后期逐漸增強(qiáng)，明顯優(yōu)于土壤的抗剪強(qiáng)度。因此，該技術(shù)基質(zhì)的抗沖性和抗剪性良好，可保證邊坡的穩(wěn)定性。

1.3 纖維團(tuán)粒噴播技術(shù)優(yōu)勢

1）施工高效，機(jī)械化播種、施肥、覆蓋、保溫、保濕一次性完成，一臺機(jī)器（2～3 人）每天可以完成500 ～1 000 m2。

2）生態(tài)環(huán)保，施工過程中坡面無化工產(chǎn)品殘留，輔助材料對環(huán)境無污染。

3）快速出苗，形成覆蓋層，施工早期即可達(dá)到保持水土、防止坡面雨水侵蝕的效果。

4）減少養(yǎng)護(hù)，植被具備可持續(xù)發(fā)展性，后期養(yǎng)護(hù)工作量小。

5）高適應(yīng)性，適宜坡度不陡于1∶1.25 的坡面，可以與框架梁、拱形骨架配合使用。

2 現(xiàn)場試驗(yàn)

2.1 工程概況

京雄城際鐵路連接北京與雄安新區(qū)，全線設(shè)黃村站、新機(jī)場站、固安東站、霸州北站、雄安站5 座車站。纖維團(tuán)粒噴播技術(shù)（圖2）應(yīng)用于京雄城際鐵路路基邊坡生態(tài)防護(hù)試驗(yàn)段固安東站站前三標(biāo)DK53+815.00—DK54+040.10 左側(cè)邊坡，總長225.1 m，路堤邊坡坡率1∶1.75，最大高度約5.0 m。試驗(yàn)段屬于暖溫帶半干旱半濕潤大陸性氣候，干寒同期，雨熱同季，四季分明，光照充足，溫差較大。多年平均氣溫11.5 ℃，最熱月為7 月，平均氣溫為25.8 ℃；最冷月為1 月，平均氣溫為-5.2 ℃，氣溫年較差31 ℃。年降水量548.6 mm，無霜期188 d。

圖2 纖維團(tuán)粒噴播斷面示意

2.2 試驗(yàn)方案

施工現(xiàn)場采用草纖維噴播、木纖維噴播+生物菌肥、草纖維噴播+生物菌肥3種試驗(yàn)方案。木纖維與草纖維相比吸水性能較優(yōu)，其成本也更高。

2.2.1 材料配比

由于固安地區(qū)冬春季天氣寒冷且干旱少雨，植物的返青與生長受到影響。結(jié)合路基工程施工進(jìn)度，選擇秋季播種，植物的越冬生長是需要解決的一大難題。工程中對客土噴播的基質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化配置，依據(jù)防寒基質(zhì)改良試驗(yàn)，分析現(xiàn)場坡面土體的理化性質(zhì)，制定噴附基質(zhì)材料的組成及配合比：壤土100 kg，泥炭土8 kg，木纖維5 kg，有機(jī)肥5 kg，復(fù)合肥30 g，磷肥50 g，復(fù)合團(tuán)粒劑60～80 g。

2.2.2 種子配比

本次工程試驗(yàn)遵循灌草結(jié)合、以灌為主的原則，選擇適宜生長的植物類型［9］，配比見表3。種子須提前經(jīng)科學(xué)處理促使其快速發(fā)芽，采用藥劑浸種的方法，在噴播施工前1 d 進(jìn)行，浸種時(shí)間過長會影響種子發(fā)育。

表3 植物配比 g·m-2

2.3 試驗(yàn)過程

京雄城際鐵路路基邊坡纖維團(tuán)粒噴播技術(shù)現(xiàn)場按照平整坡面、坡面覆土、鋪設(shè)鐵絲網(wǎng)、噴播基質(zhì)、保溫、養(yǎng)護(hù)管理等工序進(jìn)行施工。

2.3.1 平整坡面及覆土

清除施工平臺上的石塊、石渣等，修整路基坡面、整平，便于后續(xù)步驟的施工，坡面覆蓋20 cm 種植土，耙平，見圖3。

圖3 坡面整平

2.3.2 鋪設(shè)鐵絲網(wǎng)

坡面鋪敷鍍鋅鐵絲網(wǎng)并用L型錨釘固定。錨釘進(jìn)行防銹處理，主錨釘長度0.8 m，φ22 mm 鋼筋；輔錨釘長度0.5 m，φ14 mm 鋼筋。使用電錘打孔，孔深在20～60 cm，錨釘間距1.5 m，使鐵絲網(wǎng)盡量貼近坡面，并用鐵絲把金屬網(wǎng)與錨釘連接好。

2.3.3 噴播基質(zhì)

在噴播作業(yè)前，必須做好團(tuán)?；磻?yīng)試驗(yàn)，合格后才能進(jìn)行噴播作業(yè)施工。團(tuán)?；磻?yīng)試驗(yàn)規(guī)定坍落度小于等于3 cm。如果試驗(yàn)坍落度大于3 cm，則判定為不合格，應(yīng)該重新檢查材料質(zhì)量、配比數(shù)量、投料順序等是否正確，將相關(guān)環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整后，重新進(jìn)行上述試驗(yàn)，直至合格后才能噴播［10］。將基質(zhì)材料和植物種子混和后，用液力噴播機(jī)（功率23 kW，容量8 m3）噴播到待綠化路基坡面上，噴附基質(zhì)層厚2 cm，見圖4。

圖4 噴播作業(yè)

2.3.4 施工過程保溫措施

施工現(xiàn)場日溫差較大，因此噴播后采用塑料布覆蓋，保溫保濕，有利于種子的萌發(fā)。出苗后采用覆蓋草墊的方式進(jìn)行保溫，保證幼苗在溫度驟降時(shí)能夠存活，見圖5。

圖5 保溫措施

2.3.5 養(yǎng)護(hù)管理

施工現(xiàn)場設(shè)置灌溉系統(tǒng)，根據(jù)坡面斜高均勻布置水管，采用噴灌方式，水滴發(fā)散，以雨?duì)罱德淦旅?。夏季地表溫度?0 ℃以上，氣溫在25 ℃以上的中午應(yīng)禁止?jié)菜?，澆水的最好時(shí)間應(yīng)在上午9：00 以前，下午在17：00以后（具體情況視天氣情況確定）。澆水養(yǎng)護(hù)見圖6。病蟲害防治應(yīng)采取對環(huán)境無污染的物理防治和環(huán)保型農(nóng)藥防治措施。

圖6 灌溉系統(tǒng)

現(xiàn)場施工1周后邊坡坡面開始出苗，2周后路基邊坡綠化效果良好，出苗高度約8～10 cm，見圖7。

圖7 2周后植物生長效果

3 結(jié)語

1）纖維團(tuán)粒噴播技術(shù)利用性能優(yōu)越的噴播基質(zhì)形成具有空隙結(jié)構(gòu)的噴播體，強(qiáng)烈黏附在路基邊坡，具有良好的抗沖性能。

2）纖維團(tuán)粒噴播技術(shù)施工過程簡單方便，其中噴播基質(zhì)的配比及機(jī)械噴播施工是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3）纖維團(tuán)粒噴播技術(shù)具有施工簡便高效、植被生長快、無污染、成本低等特點(diǎn)，技術(shù)推廣前景廣闊，是鐵路綠色通道建設(shè)的重要技術(shù)手段。