國(guó)省干線巖質(zhì)高陡邊坡三聯(lián)生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用★

黃朱盛，王穩(wěn)生，許 康

(北京市政路橋股份有限公司工程總承包一部，北京 100067)

0 引言

近年來，國(guó)省干線公路提級(jí)改造越來越多，很難實(shí)現(xiàn)公路建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的協(xié)同發(fā)展，公路地形復(fù)雜、地質(zhì)破碎、生態(tài)敏感，尤其裸露的巖質(zhì)高陡邊坡防護(hù)及次生災(zāi)害是突出問題，大多主要采用錨索或錨桿框格梁、拱形骨架、主動(dòng)或被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、抗滑樁等進(jìn)行防護(hù)，因巖質(zhì)邊坡綠化覆蓋技術(shù)難度大和成本高，基本不做綠化或混凝土防護(hù)輔以簡(jiǎn)單綠化。

隨著貴州公路網(wǎng)體系快速發(fā)展，國(guó)省干線提級(jí)改造產(chǎn)生的高填深挖邊坡工程大量出現(xiàn)，在美麗中國(guó)建設(shè)新形勢(shì)下，邊坡防護(hù)應(yīng)逐漸形成為兼有生態(tài)功能、景觀功能、文化功能的綜合性邊坡防護(hù)[1]，因此，貴州省提出了暢安舒美路網(wǎng)建設(shè)根本目的就是“提升路網(wǎng)生態(tài)品質(zhì)，服務(wù)貴州經(jīng)濟(jì)發(fā)展”。巖石高陡邊坡綠化一直是困擾每個(gè)設(shè)計(jì)工作者的一個(gè)難題，貴州省黔東南地區(qū)某國(guó)省干線公路提級(jí)改造項(xiàng)目路線多處于灰?guī)r地段，邊坡開挖造成很多暴露的巖石邊坡，對(duì)原有生態(tài)景觀產(chǎn)生較大破壞。交通運(yùn)輸部2016年度科技成果推廣專有技術(shù)“綠色公路建設(shè)邊坡三聯(lián)生態(tài)防護(hù)技術(shù)”面向全國(guó)不同生態(tài)區(qū)、不同邊坡條件，有較好的應(yīng)用示范作用，因此，結(jié)合貴州省黔東南地區(qū)某國(guó)省干線公路提級(jí)改造項(xiàng)目打造“綠色公路”中遇到的深挖高陡灰?guī)r質(zhì)八級(jí)邊坡生態(tài)植物防護(hù)難題，本文對(duì)該技術(shù)具體應(yīng)用進(jìn)行大膽探索。

1 三聯(lián)生態(tài)修復(fù)技術(shù)

生態(tài)護(hù)坡是綜合工程力學(xué)、土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)和植物學(xué)等學(xué)科的基本知識(shí)對(duì)斜坡或邊坡進(jìn)行支護(hù)，形成由植物或工程和植物組成的綜合護(hù)坡系統(tǒng)的護(hù)坡技術(shù)[2]。三聯(lián)生態(tài)防護(hù)技術(shù)是針對(duì)生態(tài)護(hù)坡和修復(fù)的技術(shù)難點(diǎn)，形成的一項(xiàng)集安全防護(hù)與生態(tài)修復(fù)為一體的坡面生態(tài)防護(hù)技術(shù)[3]，由物理防護(hù)、抗蝕防護(hù)和植被生態(tài)修復(fù)防護(hù)三重措施聯(lián)合(三聯(lián))防護(hù)邊坡，是采用掛網(wǎng)、噴射植生層進(jìn)行防護(hù)的一種新型技術(shù)。第一聯(lián)物理防護(hù)是固網(wǎng)錨桿加鍍鋅機(jī)編金屬網(wǎng)組成，第二聯(lián)抗蝕防護(hù)是采用專有生物抗蝕材料合理配比后構(gòu)成，第三聯(lián)植被生態(tài)防護(hù)是通過生境系統(tǒng)構(gòu)建、植物群落系統(tǒng)構(gòu)建和物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)建，形成的自維持、自循環(huán)的完整植被生態(tài)系統(tǒng)。

該技術(shù)具有適用性廣、景觀性好、穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)[4]，在我國(guó)西北、西南等地區(qū)的公路、鐵路、礦山及受損山體的植被修復(fù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，取得了集工程、生態(tài)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)為一體的顯著效應(yīng)。該技術(shù)從根本上解決了植被生態(tài)修復(fù)以往存在的“一年綠、兩年荒、三年死光光”的困境，做到一次建成，免人工養(yǎng)護(hù)，像森林和草原生態(tài)系統(tǒng)一樣，對(duì)坡面進(jìn)行永久防護(hù)。

2 工程概況

貴州省黔東南地區(qū)某國(guó)省干線公路提級(jí)改造項(xiàng)目近2 km路線途經(jīng)景區(qū)山體，形成大量的深挖高陡灰?guī)r質(zhì)邊坡，工程痕跡重、生態(tài)損傷嚴(yán)重、視覺景觀效果差[5]，沿線地質(zhì)情況比較破碎、不穩(wěn)定，以及考慮邊坡特別高需統(tǒng)籌資金，原邊坡設(shè)計(jì)并未做好“綠色公路”的配套設(shè)計(jì)。K19+860.000～K20+020.000左側(cè)邊坡原設(shè)計(jì)為坡面采用6索、錨索長(zhǎng)20 m的錨索框架和框格內(nèi)噴射混凝土，坡腳設(shè)3 m高漿砌片石路塹墻，共八級(jí)，坡高60余米，第Ⅰ級(jí)邊坡、第Ⅱ級(jí)～第Ⅲ級(jí)邊坡、第Ⅳ級(jí)～第Ⅶ級(jí)、第Ⅷ級(jí)邊坡坡比分別為1∶0.5，1∶0.75,1∶1,1∶1.25，并在邊坡體開挖線外設(shè)截水溝將地表水引流至路基排水系統(tǒng)進(jìn)行排泄。

K19+860.000～K20+020.000左側(cè)邊坡開挖后為灰?guī)r質(zhì)高邊坡，因邊坡坡面、坡體巖體破碎-較完整、風(fēng)化較為嚴(yán)重，局部坡面已產(chǎn)生坍塌。

2.1 地形地貌

貴州省黔東南地區(qū)某國(guó)省干線公路提級(jí)改造項(xiàng)目新建路線走廊帶位于云貴高原向湖南西部地區(qū)過渡的斜坡地帶，沿線海拔較低(最低處位于路線終點(diǎn)郞寨一帶，高程為272 m；最高處位于路線中點(diǎn)永從大坡，高程為755 m)，沿線地貌類型主要為以構(gòu)造剝蝕、切割作用形成的中低山山間凹地，山地、溝谷斜坡及沖洪積地貌。

2.2 氣候條件

項(xiàng)目區(qū)屬中亞熱帶冬季潮濕,夏季半濕潤(rùn)型氣候區(qū)，根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)：年平均氣溫15.6 ℃，最冷月1月平均最低為-4.5 ℃,最熱月7月最高25.8 ℃，極端氣溫-9.3 ℃～36.5 ℃,最高氣溫不小于30 ℃日數(shù)59.3 d,日最低氣溫不大于0 ℃日數(shù)27.4 d；年平均降雨量為1 321.9 mm，主要集中在4月～8月，年均降雨日數(shù)189.1 d,日降雨量不小于50 mm天數(shù)2.7 d,最大一日降雨量達(dá)102.0 mm；年均平均風(fēng)速1.9 m/s，年均相對(duì)濕度83%；年無霜期260 d～320 d，全線皆可常年組織施工。

3 三聯(lián)生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用探索

貴州省黔東南國(guó)省干線公路提級(jí)改造過程中，路線不可避免造成沿線大量山體破壞，開挖邊坡破壞了原有綠植，形成了很多暴露未覆綠的巖石邊坡，目前我們?cè)O(shè)計(jì)單位習(xí)慣采用的巖質(zhì)邊坡綠植防護(hù)基本形式基本采用圬工砌體防護(hù)和綠植工程結(jié)合模式，比如錨索(桿)框架和框架內(nèi)植生袋碼砌綠化、主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)和坡腳挖坑點(diǎn)種、菱形框架砌體護(hù)坡和植生袋碼砌綠化、掛網(wǎng)客土噴播綠化等，綠化工程實(shí)際效果不盡如人意。主要原因在于巖質(zhì)高陡邊坡覆土效果差、簡(jiǎn)單綠化的植被覆蓋率低，尤其1 a后植被綠化效果更差，不能真正做到修復(fù)自然植被生態(tài)[6]。

隨著國(guó)家積極打造“綠色公路”新形勢(shì)，考慮錨索(桿)框架、主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)等綠化效果差的原因，提出在該邊坡大膽探索應(yīng)用2016年以來交通運(yùn)輸部推廣使用的三聯(lián)生態(tài)修復(fù)技術(shù)，克服該技術(shù)在比較破碎、不穩(wěn)定、特別高邊坡防護(hù)中的局限性，提高物理防護(hù)和抗蝕保護(hù)，提高鄉(xiāng)土根系發(fā)達(dá)植物種植比例，并確保邊坡工程力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定安全可行。綠化工程合并進(jìn)入路基工程，管理上進(jìn)了一步，應(yīng)在總造價(jià)控制范圍內(nèi)，動(dòng)態(tài)優(yōu)化圬工和綠化設(shè)計(jì)，提高生態(tài)綠化水平，合理平衡造價(jià)，使工程防護(hù)與生態(tài)防護(hù)有效結(jié)合。

K19+860.000～K20+020.000左側(cè)邊坡生態(tài)修復(fù)按如下方案處理：

1)K19+860.000～K20+020段邊坡Ⅰ級(jí)～Ⅲ級(jí)根據(jù)邊坡地質(zhì)情況采用錨索框架防護(hù)、主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，第Ⅲ級(jí)～第Ⅷ級(jí)采用三聯(lián)生態(tài)護(hù)坡，其中Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)坡頂采用植生混凝土平臺(tái)進(jìn)行隔水，K19+990.000～K20+020.000段部分第Ⅰ級(jí)～第Ⅱ級(jí)邊坡坡面坍塌出現(xiàn)臨空面，采用漿砌片石護(hù)面墻進(jìn)行填補(bǔ)防護(hù)。

2)三聯(lián)生態(tài)防護(hù)邊坡的鍍鋅三維網(wǎng)采用絲徑φ1.8 mm、孔眼尺寸5 cm×5 cm，固網(wǎng)主錨桿規(guī)格采用φ14×650 mm，輔錨桿規(guī)格采用φ12×400 mm，主、輔助錨桿按梅花形進(jìn)行布置，并依據(jù)坡面具體情況適當(dāng)加密，形成有效的第一聯(lián)物理防護(hù)。

3)第二聯(lián)是采用國(guó)家環(huán)境保護(hù)創(chuàng)面生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)中心專有生物抗蝕產(chǎn)品[7]，因坡高60余米且風(fēng)大，增加基材抗風(fēng)蝕、雨蝕等侵蝕的能力。

4)第三聯(lián)采用“3S-OER”植被生態(tài)修復(fù)技術(shù)，采用構(gòu)建厚度3 cm種子層+3 cm微生物層+7 cm黏結(jié)基質(zhì)層對(duì)坡面進(jìn)行針對(duì)性建植與生態(tài)防護(hù)，通過修復(fù)物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，使之成為一個(gè)自循環(huán)、自維持、免養(yǎng)護(hù)的閉環(huán)自然植被生態(tài)系統(tǒng)，修復(fù)土壤植生層厚度平均13 cm厚，可有效保護(hù)嚴(yán)重風(fēng)化的高陡巖石邊坡開挖面防止風(fēng)化和雨蝕，可飽水泌水，可調(diào)坡面溫濕。該工程重點(diǎn)要處理好過度黏結(jié)基質(zhì)層，應(yīng)黏結(jié)抗?jié)B。

邊坡植生層專用材料用量表如表1所示。

表1 邊坡植生層專用材料用量表

5)植被設(shè)計(jì)充分考慮施工氣候及坡面條件，選擇適合本地生長(zhǎng)多元多彩的物種，設(shè)計(jì)采取適合本地區(qū)的喬、灌、草鄉(xiāng)土物種，進(jìn)行合理組合和配比，修復(fù)后的坡面形成穩(wěn)定-喬灌草結(jié)合-具備物種多樣性的植被系統(tǒng)，具有生態(tài)景觀效果和植被護(hù)坡功能，至少符合喬木+灌木+多年生雙子葉草本、灌木+多年生雙子葉草本等一種類型組合[8]，可點(diǎn)栽一部分具有觀賞價(jià)值的植物，如櫻花等。恢復(fù)與重建邊坡植被系統(tǒng)，群落具有較好的植物多樣性和自我營(yíng)養(yǎng)性，第一年以草本群落為主，第二年草本與灌木混生，第三年以后轉(zhuǎn)為以灌木為主，伴生有若干草本，群落達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，植被覆蓋率達(dá)到或超過當(dāng)?shù)赝攘⒌貤l件下的自然植被覆蓋水平。

4 三聯(lián)生態(tài)修復(fù)技術(shù)施工

針對(duì)該邊坡特點(diǎn)，進(jìn)行三聯(lián)生態(tài)修復(fù)技術(shù)施工構(gòu)建第一層基質(zhì)層時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況對(duì)坡面進(jìn)行找平處理。施工流程如圖1所示。施工前必須做好坡面清理，確保坡面平整和坡體穩(wěn)定，施工中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1)三聯(lián)生態(tài)防護(hù)前期比較薄弱，錨索框架防護(hù)先行施工，確保錨網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成的第一聯(lián)物理防護(hù)能夠有效防護(hù)坡面安全穩(wěn)定。坡面鋪網(wǎng)需往外延伸不小于1 m，網(wǎng)子搭接寬度為15 cm,特殊情況也須保證不小于10 cm，且網(wǎng)子搭接頭相互彎鉤相接。

2)本項(xiàng)目土壤以黃壤、松壤為主，施工方進(jìn)場(chǎng)須先找壤土土源，實(shí)測(cè)水質(zhì)及土源的pH值。先使用網(wǎng)篩篩分土壤備料，要求使用網(wǎng)篩的孔眼尺寸應(yīng)當(dāng)小于三維網(wǎng)網(wǎng)孔。為了讓回填土能夠自然下沉，避免土壤內(nèi)部有“空鼓”出現(xiàn)，因此首次回填完成后，用水澆透[9]。

3)施工時(shí)要注意避開雨季及反季節(jié)施工。在完成錨索框架和主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)邊坡防護(hù)后，采用液壓噴附機(jī)噴附施工，即按25 g/m2～35 g/m2左右噴播草籽，并將其和促生長(zhǎng)的附著劑、肥料、生長(zhǎng)素、保濕劑及水按一定比例攪拌成混合液，再均勻噴附于坡面。

4)噴附后應(yīng)盡早覆蓋遮陽網(wǎng)和無紡布，但需要考慮遮陽網(wǎng)邊緣不可阻擋噴附旁落基材，以免造成基材堆積，影響出苗。鋪設(shè)時(shí)應(yīng)順著施工地主風(fēng)向，以上風(fēng)向邊幅壓下風(fēng)向邊幅，可減少網(wǎng)被風(fēng)吹起，相搭接幅寬5 cm～10 cm為宜。相搭接處可以釘子釘入坡體固定，或以金屬絲相連接。遮陽網(wǎng)完全覆蓋坡面，噴附面不可有裸露，如有缺損應(yīng)及時(shí)補(bǔ)釘。也可考慮使用無紡布加遮陽網(wǎng)替代單一遮陽網(wǎng)，有利于保溫發(fā)芽出苗。

5)按設(shè)計(jì)要求施工平臺(tái)生態(tài)截水溝、路塹截水溝和坡面排水設(shè)施，確保坡體整體排水設(shè)施完善。

5 邊坡生態(tài)修復(fù)后實(shí)施效果

貴州省黔東南州國(guó)省干線提級(jí)改造項(xiàng)目該邊坡生態(tài)修復(fù)效果顯著，邊坡植被群落形成前，含有黏結(jié)劑的植生基質(zhì)經(jīng)高壓噴附后的漿狀物與保護(hù)網(wǎng)澆筑在一起，在坡面形成具有一定厚度和強(qiáng)度的網(wǎng)材基質(zhì)保護(hù)層，可以抵御降雨的侵蝕，能夠穩(wěn)定坡面。植被群落形成后，不同植物發(fā)達(dá)的根系與鑲嵌在坡面的網(wǎng)材基質(zhì)保護(hù)層結(jié)合，起到生物錨固和加筋的作用，形成立體防護(hù)結(jié)構(gòu)；同時(shí)，茂密的植物莖葉遮蓋在網(wǎng)材基質(zhì)保護(hù)層上，形成了對(duì)坡面的第二重防護(hù)；可以抵御大雨乃至暴雨的沖刷，防止邊坡水土流失，保證安全穩(wěn)定。貴州省黔東南州國(guó)省干線提級(jí)改造項(xiàng)目該邊坡生態(tài)修復(fù)施工前、施工后分別如圖2所示。

6 結(jié)語

三聯(lián)生態(tài)修復(fù)技術(shù)一般可取代圬工防護(hù)+簡(jiǎn)單植草，總體造價(jià)相比便宜20%～40%，后期免維護(hù)費(fèi)用，全壽命周期更低，邊坡更自然生態(tài)、安全耐久、景觀舒美。貴州省黔東南州嚴(yán)重風(fēng)化巖石高陡邊坡三聯(lián)生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用的成功探索，打通了國(guó)省干線項(xiàng)目“暢安舒美”建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，進(jìn)一步推進(jìn)了項(xiàng)目施工進(jìn)度，更好的實(shí)現(xiàn)了“綠色公路”建設(shè)目標(biāo)。