溧高高速公路巖質(zhì)邊坡三聯(lián)生態(tài)防護(hù)技術(shù)研究

彭 韋，王芮文，歐定福

(1.南京市公共工程建設(shè)中心，江蘇 南京 210000；2.江蘇森淼工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000；3.江蘇省交通技師學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

1 溧高高速公路三聯(lián)生態(tài)防護(hù)設(shè)計(jì)

溧高高速公路路線設(shè)計(jì)時(shí)充分利用自然地形與地域文化相結(jié)合的方式，其起自溧陽至廣德高速公路南渡樞紐，向西經(jīng)溧陽強(qiáng)埠、湯橋、高淳椏溪，溧水和鳳，止于高淳至蕪湖高速公路和鳳樞紐，路線全長(zhǎng)約34 km。常州段16.6 km，為4車道高速公路，總投資為12.5億元。該項(xiàng)目是溧陽與南京之間的高速通道，將進(jìn)一步完善常州市西南部高速公路網(wǎng)絡(luò)。

江蘇省溧陽至高淳高速公路(南京段)路線跨越周城河、大溪河、蕪申運(yùn)河和高淳區(qū)縣道001，沿線設(shè)計(jì)橋梁8座、主線路基涵洞通道28座等，其邊坡防護(hù)形式按省交通運(yùn)輸廳的多樣化、綠色化和科學(xué)化要求，進(jìn)行沿線綠化及防護(hù)特色設(shè)計(jì)。其中挖方段巖質(zhì)邊坡采用三聯(lián)邊坡形式進(jìn)行。

溧高高速公路巖質(zhì)邊坡的起訖樁號(hào)為K9+236～K11+760.000，總綠化工程量為53 862 m2。在裸露的巖質(zhì)邊坡上必須有土壤生境系統(tǒng)、植被群落系統(tǒng)和物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)等植被。設(shè)計(jì)目標(biāo)是就是通過再現(xiàn)土壤生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)、植被群落以及物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)來保證邊坡安全和美觀。必須注意的是，通過植物種植實(shí)現(xiàn)生態(tài)防護(hù)技術(shù)，其核心技術(shù)是生態(tài)修復(fù)用土壤修復(fù)劑、群落調(diào)節(jié)劑和循環(huán)物質(zhì)生成劑等。

1.1 抗蝕要求設(shè)計(jì)

溧高高速公路所經(jīng)區(qū)域降水量大、邊坡高陡且長(zhǎng)，邊坡匯水面大，雨水徑流速度快、沖擊力強(qiáng)。比如有在高淳一標(biāo)的挖方段，過水面積比正常段落多出43%，一旦遇雨，一般的防護(hù)難以完成其抗腐蝕的要求；高淳二標(biāo)開挖路段和框架隧道附近，兩側(cè)山體高度較高，面積較大，除了匯水面積大之外，還存在水量特別集中的情況。由于這些路段的存在，因此，構(gòu)建植生層應(yīng)采用生物抗蝕材料或采取防雨水沖涮措施，在植被蓋度沒形成前，要避免裸露邊坡和已種植邊坡暴雨沖蝕、風(fēng)蝕，防止水土流失造成自然災(zāi)害。

1.2 土壤生境重建

土壤生境是邊坡防護(hù)中的重點(diǎn)內(nèi)容。所謂的土壤生境是指邊坡內(nèi)的土質(zhì)能夠完全適合植物的自然生長(zhǎng)，其基本特征為，具有合適的含水率和保水水平，本身含有植物生長(zhǎng)所必須的礦物質(zhì)，在一般情況下，有能力保證這些礦物質(zhì)不流失，土質(zhì)粘聚力適中，內(nèi)部氧氣可暢通，并能阻止大顆粒危害性物質(zhì)進(jìn)入土壤。在巖質(zhì)邊坡裸露后，應(yīng)對(duì)裸露面的土壤養(yǎng)分分布情況進(jìn)行檢測(cè)，并有針對(duì)性地對(duì)巖質(zhì)坡面進(jìn)行改造。此時(shí)，應(yīng)采用如土壤改良劑、生態(tài)基質(zhì)材料等，對(duì)土壤質(zhì)地、塑造團(tuán)粒結(jié)構(gòu)、提高土壤孔隙度和肥力水平進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，從而保證土壤保水能力和保肥能力。

1.3 植物群落構(gòu)建

通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘及背景調(diào)查分析，參照原始坡面穩(wěn)定的植物群落結(jié)，并根據(jù)氣候、土質(zhì)、坡面情況恢復(fù)構(gòu)建植物群落。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，使修復(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。

溧高高速公路三聯(lián)生態(tài)防護(hù)建植植物物種采用灌木和草本兩大類型。設(shè)計(jì)的配比見表1。

表1 三聯(lián)邊坡建植植物物種配比推薦表

1.4 物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)建

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取樣對(duì)土壤樣品微生物菌群進(jìn)行檢測(cè)分析，通常項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)土壤樣品的細(xì)菌、真菌、放線菌濃度很低，土壤不具備活力，建植的群落無法從土壤中持續(xù)獲得營養(yǎng)，不利于植物群落的長(zhǎng)期穩(wěn)定和可持續(xù)，應(yīng)采用微生物技術(shù)進(jìn)行土壤微生物群落的激活與構(gòu)建，形成植被-枯落物-土壤之間的物質(zhì)循環(huán)和能量利用系統(tǒng)，科學(xué)配比降解枯落物、促進(jìn)植被生長(zhǎng)繁盛等功能菌群，有效提高土壤自肥力，提高功能菌群的活性與代謝速率，促進(jìn)植物的分蘗能力和地下地上根莖的生長(zhǎng)速度，保障植被自營養(yǎng)、自循環(huán)和后期免養(yǎng)護(hù)。本研究采用的生物技術(shù)是指專用微生物菌劑和體系基質(zhì)材兩種生物制劑。

1.5 植被生態(tài)修復(fù)功能結(jié)構(gòu)層及三層施工厚度

應(yīng)遵循植被生態(tài)修復(fù)技術(shù)原理，巖質(zhì)邊坡采用功能組合層及厚度為基質(zhì)種子層(3 cm)+微生物層(3 cm)+粘接基質(zhì)層(6 cm)方案，實(shí)現(xiàn)構(gòu)建土壤生境系統(tǒng)、植物群落系統(tǒng)和物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，對(duì)裸露巖質(zhì)坡面進(jìn)行針對(duì)性植被生態(tài)修復(fù)和防護(hù)。膨脹土邊坡采用功能組合層及厚度為基質(zhì)種子層(3 cm)+微生物層(3 cm)+封底基質(zhì)層(4 cm)方案，對(duì)裸露膨脹土坡面進(jìn)行針對(duì)性生態(tài)防護(hù)。植生基材厚度和分層方式設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 3S-OER配置和分層設(shè)計(jì)參數(shù)

1.6 邊坡截排水設(shè)施設(shè)計(jì)

根據(jù)高速公路沿線山體坡面實(shí)際情況和區(qū)域降雨特點(diǎn)，設(shè)計(jì)截排水溝，減少汛期短時(shí)大量降雨對(duì)坡面的侵蝕，完善集中水流的引排，防止沖刷。一個(gè)完善有效的排水系統(tǒng)應(yīng)包括路基邊溝、坡面設(shè)置的排水溝及截水溝，并通過攔水帶及急流槽等進(jìn)入自然排水體系。建議對(duì)于所有排水設(shè)施底部均應(yīng)鋪設(shè)隔水土工布，防止雨水下滲。根據(jù)項(xiàng)目邊坡情況，同時(shí)在坡面完成截排水等設(shè)施后方可實(shí)施坡面生態(tài)防護(hù)。

2 生態(tài)防護(hù)施工工序

2.1 清坡

清坡是質(zhì)量控制中的第一道工序，也是非常重要的工序，如果清坡不到位，會(huì)對(duì)后續(xù)工作產(chǎn)生較大影響。在清坡時(shí)，應(yīng)保證坡面平整和穩(wěn)定，巖質(zhì)邊坡坡頂跟自然坡面圓順過渡。坡面平整均勻，上下坡度基本一致。對(duì)于巖質(zhì)邊坡上任何地方的虛土和浮渣都應(yīng)該全部清除?？紤]邊坡高度較大，應(yīng)在巖質(zhì)邊坡的坡頂和坡腳設(shè)置排水溝。

2.2 物理防護(hù)

物理防護(hù)即錨固系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)結(jié)果結(jié)合項(xiàng)目地質(zhì)勘查報(bào)告，通過力學(xué)計(jì)算分析，采用2 m寬的14號(hào)菱形鍍鋅鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)孔尺寸5 cm×5 cm，網(wǎng)間橫向搭接長(zhǎng)度不小于10 cm，縱向搭接長(zhǎng)度不小于15 cm，同時(shí)用錨桿將鍍鋅鐵絲網(wǎng)固定在巖面上，錨桿縱向間距1 m，橫向間距1 m，采用交錯(cuò)成打設(shè)置主錨桿和輔錨桿，主錨桿長(zhǎng)120 cm，輔錨桿長(zhǎng)80 cm。

對(duì)于物理防護(hù)中的錨固系統(tǒng)，在整個(gè)三聯(lián)防護(hù)中，起到連接上下、骨架支撐和加筋連接的作用。坡面與平面不同，如果植生層與坡面之間沒有連接，在重力作用下會(huì)下滑，所以必須采取有效的錨固措施使植生層與坡面緊密連接起來。其次，施工所用的材料都是細(xì)小顆粒，必須要骨架支撐才能在坡面上形成一定的厚度，滿足植物生長(zhǎng)對(duì)土壤生境的要求。

2.3 基材配置

對(duì)于三聯(lián)防護(hù)中的基層材料，主要是通過抗蝕系統(tǒng)來確保植物在生長(zhǎng)過程中免受腐蝕。要有較好的結(jié)構(gòu)，工程中為了滿足結(jié)構(gòu)要求，使用了多種纖維材料，有天然的材料如草炭等，也有各種人造纖維材料。

基質(zhì)材料的配比方案，在不同的區(qū)域、自然氣候環(huán)境中是不盡相同的。結(jié)合溧高高速公路的巖質(zhì)邊坡具體情況，對(duì)粘結(jié)材料、保水劑、滲透劑、纖維和菌劑進(jìn)行配比設(shè)計(jì)，最終選擇了抗沖刷性能較強(qiáng)、物理、化學(xué)、生物性質(zhì)優(yōu)越的基質(zhì)材料。

2.4 分層噴灑

采用分層噴附方式逐層構(gòu)建植生層，第1層為基質(zhì)層，厚度可根據(jù)坡面條件進(jìn)行調(diào)整；第2層屬于培育微生物層，其施工厚度保證在40 mm左右；第3層則設(shè)計(jì)為種子層，其施工厚度也保證在40 mm。在噴灑過程中，需要實(shí)時(shí)監(jiān)控噴灑的均勻性，可采用中小型連續(xù)式植物種子撒布機(jī)進(jìn)行撒布，撒布機(jī)的轉(zhuǎn)速、單位時(shí)間噴水量等性能指標(biāo)需經(jīng)有關(guān)部門進(jìn)行標(biāo)定，否則不得使用。

2.5 覆蓋養(yǎng)生

分層噴灑構(gòu)建植生層之后，需要對(duì)邊坡進(jìn)行養(yǎng)生覆蓋。在養(yǎng)生覆蓋期間，必須保證內(nèi)部含水量達(dá)到植物自然生長(zhǎng)的需要，一般要求含水量在25～31%之間。通常的做法是，在土壤里埋設(shè)濕度傳感器，當(dāng)傳感器所處的位置含水量下降時(shí)，即開啟水泵進(jìn)行灑水，當(dāng)含水量達(dá)到要求時(shí)，即停止噴灑。養(yǎng)生時(shí)間一般為1個(gè)月。

2.6 植生層

植生層構(gòu)建嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求633構(gòu)建方式，633模式是近年來在三聯(lián)邊坡領(lǐng)域創(chuàng)新研究的一種先進(jìn)科學(xué)的構(gòu)建方法，通過該模式的使用，可以達(dá)到三層防護(hù)具有較大的強(qiáng)度、較強(qiáng)的植物生長(zhǎng)條件以及保證種子均勻。即6 cm粘接封底基質(zhì)層、3 cm微生物層、3 cm種子層，進(jìn)行分層施工，噴附完成后坡面平整，不能有鐵絲網(wǎng)外露現(xiàn)象。具體檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及方法見表3。

表3 各層次檢測(cè)項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)[5]

2.7 植物群落

植被建植初期以草本植物為主，進(jìn)入第二年灌木與草本植物共同構(gòu)成植被群落系統(tǒng)，構(gòu)建的植被群落質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及方法參照表3。每項(xiàng)工程取樣樣方不少于5個(gè)，工程面積小于10 000 m2均按照5～8個(gè)樣方點(diǎn)計(jì)算，取其平均值。

3 結(jié) 語

本研究課題選擇的起訖樁號(hào)K9+236～K11+760.000，溧高高速公路是沿線邊坡裸巖典型路段，而其他路段采用普通的客土噴播方法進(jìn)行防護(hù)，通車兩年后發(fā)現(xiàn)，采用三聯(lián)防護(hù)的路段植被茂盛，無沖刷，無邊坡滑動(dòng)，而普通的客土噴播路段，邊坡存在具備沖刷，植被綠化形態(tài)明顯不及三聯(lián)防護(hù)，該防護(hù)方法取得了良好的應(yīng)用效果。