喷混植生技术在孝襄高速公路边坡防护中的应用

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简介： 目前高速公路边坡防护的形式已由传统的圬工防护向生态防护发展。湖北省孝(感)襄(樊)高速公路建设提出“优质、生态、绿色、环保”的防护理念，引进了喷混植生防护技术。通过在该公路中的应用，介绍喷混植生防护技术的基本原理、施工工艺及应用效果，并提出有待进一步改进和探讨的问题。
关键字：高速公路 喷混植生 边坡防护

近几年，随着环保意识的提高，我国公路建设部门对于生态防护越来越重视。土质边坡已普遍采用了湿法喷播、三维网植草等技术来建植植被、固土护坡。土质情况较差的边坡和岩石边坡，由于缺乏植物生长的基础，则往往采取浆砌片石、挂网喷锚等工程防护措施，不仅被破坏的植被得不到恢复，而且也影响了公路的生态环境及景观。因此，如何既保证石质边坡的稳定又能实现长久绿化，已成为公路环境保护和公路建设部门的焦点和难点。

　　孝(感)-襄(樊)高速公路跨越湖北省孝感、随州、襄樊3个地区，全长243.51km，有大量高路堤边坡和深路堑边坡，挖方路基多为强～中等风化花岗岩和泥质砂岩，裂隙发育，岩石破碎。根据孝襄高速公路项目特点，湖北省孝襄高速公路经营有限公司提出“建设一条国内领先的优质生态环保高速公路”，即“优质、生态、绿色、环保”的建设目标。为了解决石质边坡的稳定和绿化问题，公司引进了日本喷混植生防护技术，结合我省公路特点对喷混植生材料、施工工艺以及配套土木工程技术措施进行了系统的研究和试验，在广泛调查和分析研究的基础上，寻找适合我省喷混植生的方式和方法。

1　喷混植生防护技术优点

　　喷混植生防护技术是将客土(生育基础材料)、纤维(生育基础材料)、侵蚀防止剂、缓效性肥料和种子等按一定比例配合，加入专用设备中充分混合后，通过泵、压缩空气喷射到坡面上形成所需的基层厚度，从而实现绿化的目的。该技术的突出优点在于:

(1)以土壤结构改良为突破口，力求简化公路植被养护管理。它是以经处理加工的树皮、纤维、养生材料、植物种子与少量当地优质土混合，添加营养剂、粘结剂和土壤稳定剂制成客土，借助喷播机均匀涂喷于坡面上。

(2)由于客土的应用，为灌木和树木根系提供了良好的生长基础，能够实现草、灌木合理的植物群落配比，达到建设后路域植被与自然植被融为一体的效果。

(3)喷播设备性能优良，使岩石坡面及不具植物生长条件的高大边坡完全可能实现绿化。

(4)灌木根系可扎入岩石缝隙，固土护坡效果比草本植物更可靠，可较大程度地减少边坡坍塌，节省维护费用，提高交通安全。

2　喷混植生防护技术在孝襄公路的应用情况

2.1 地区气候特征

　　孝感、随州、襄樊处于中纬度季风环流区域的中部，属于北亚热带季风气候。因受太阳辐射和季风环流的季节性变化的影响，气候温和，四季分明，光照充足，雨量充沛，无霜期较长，严寒酷暑时间较短。温暖的气候条件，良好的地貌特点，造就了优越的生态环境。

2.2 孝襄高速公路边坡条件

(1)边坡形态特征　孝襄高速公路有相当一部分石质挖方边坡，其坡高从4m至35m不等；对无外倾软弱结构面的石质路堑边坡，允许坡率按《建筑边坡工程技术规范》取值，根据实际经验，在工程中多采用1∶0.75～1∶1.0；当挖方边坡高度大于6m时，自坡脚往上按每个6m高度将边坡分成几级，在每一6m高度处设一宽2m的减重台。

(2)边坡地质条件　大部分石质边坡属软质岩边坡，出露地层为砂岩、砂砾岩、变质岩、灰绿岩，风化程度不一，全风化～强风化，风化界线起伏较大。

2.3 主要施工设备与材料

(1)主要施工设备　喷混植生机、普通卡车、抽水泵、发电机、空压机各1台。

(2)主要材料

　　种子　BPR混和植被种子，按冷暖结合、草灌结合、四季常绿的原则进行配种。

　　客土　采用天然有机型培养土，由多种新型微生物菌群发酵而成，含有氮、磷、钾及各种微量元素、生长激素，pH值6.0～7.0，饱和容重0.5～0.6t/m3。

　　稳定剂　无污染粘结剂，采用高分子聚合物及天然植物加工而成，能将客土、养生材料、肥料、种子等紧密连接，形成一定厚度的喷播层，并与坡面粘接在一起而不下滑流失。

　　养生材料　采用木质纤维，增加连接的强度，使喷播层稳定性增强，孝襄高速公路主要采用了无纺布。

　　肥料　采用速效化肥及缓效有机肥，增加贫瘠边坡肥力，提供植物生长所需营养。

　　水　喷播用水，选择无污染水源，就近吸取。

　　金属网　采用直径16mm，网孔为5cm×5cm的金属网。

　　锚杆　挂镀锌网的锚杆采用直径16mm，长度80cm的钢筋。

2.4 施工工艺

(1)清理边坡　将容易滑落、影响边坡稳定的岩石处理掉，使坡面尽可能平整以利于喷混植生施工，同时增加坡面绿化效果；对于光滑岩面要通过挖掘横沟等措施进行加糙处理，以免客土下滑。

(2)打设锚杆　锚杆为直径16mm以上的螺纹钢，长80cm。锚杆数量为25根/100m2。锚杆用水泥砂浆加固。

(3)挂网施工　挂网施工时采用自上而下放卷，相邻两卷镀锌网分别用绑扎铁丝连接固定，两网交接处要求有20cm的重叠。

(4)钢筋辅助固定　根据铁丝网与坡面的接触情况，对坡面不平整处，适当打入长20～30cm、直径12mm的辅助锚杆，以使镀锌网贴近坡面。

(5)配制客土材料　将粘土打碎过筛，然后将粘土、锯末、谷壳、水泥、肥料、植物生长剂、土壤稳定剂等充分混和，搅拌均匀。

(6)喷混植生　选用专用喷混植生机，设备就位后，调节输送泵压力、出风量，使混合料均匀喷射至坡面，自上而下分两次实施喷播，第一次喷播厚3cm，待客土稳定后(10～20min)再喷播第二次至设计厚度，喷播时在岩性破碎、岩质坚硬坡段喷层厚度可适当增加。

(7)养护管理　初期养护需加盖无纺布，30～45d后待草苗长到一定高度时揭布；后期养护时若天气长期持续干旱则应适当予以浇水养护。

3　应用效果

3.1 绿化效果

　　孝襄高速公路的喷混植生施工完成后，通过对未成活的进行补喷，边坡绿色植被覆盖率与可绿化面积之比达到90%以上，基本可以达到1年中8个月以上的常绿效果。

3.2 抗雨水冲刷效果

　　在孝襄高速公路第8合同段喷混植生坡面上进行的试验表明，在草坪植被与基材的共同作用下，基材的抗侵蚀性进一步增强。从施工2个月后测试的基材在雨强为100、150及250mm/h时的基材累积流失量，可以看出随着雨强的减小，基材的累积流失量显著降低，由于草坪植被的作用，雨强小于100mm/h后基材就不会出现流失。随着时间的进一步延长，草坪植物的根系会纵横交错，起到增加土体内聚力，提高土体的强度，稳固边坡体的作用。

4　有待进一步改进和探讨的问题

4.1 基质配比问题

　　喷射基材的配比是喷混植生中最基础、最关键的一步，也是所有工序中的重点和难点之一。如何使植物度过漫长的旱季，除选择适宜的植物品种外，基质的配比十分重要。

　　在工程实践中，在基质方面主要存在两大问题值得进一步探讨。一是基质板结(施工1～2年后)导致植物持续生长困难，覆盖率降低；二是基质剥离、脱落。如何选择适应本地区(气温、年降雨量)基质原材料的配合比，解决基质的稳定性与通透性这一对矛盾是目前喷混植生生态防护的重要课题。

4.2 植物的选择和配比问题

(1)若选择单一的草本植物，绿化效果很好，但固坡效果不理想；若选择灌木植物，短期内绿化效果不理想，且基质初期养护时间过长。为了达到绿化和边坡稳固的双重效果，一是要选择不同季节的草本植物，二是植入一定数量的灌木植物，这就提出了各类草籽混播的问题，即各类草籽的比例是多少，也就是说，单位面积内各类草籽撒布量的合理性有待进一步探讨。

(2)本地野生草种应用较少，目前边坡绿化施工中主要采用外来草种，然而外来草种在本地的抗逆性、适应性和危害性有待进一步探讨。若能利用本地野生植物品种特别是本地的野生藤本植物，不仅解决了外来草种的不足之处，而且对边坡的景观及其稳定性都有积极的效果。

5 结语

　　喷混植生技术在孝襄高速公路上的应用取得了一定的绿化及防护效果，但植物生长情况，如成活率、地上地下生物量、植物群落的优势度、客土厚度、基质材料的配比等有待进一步的试验研究，喷混植生施工方法的适用条件、植物种类选择及用量有待进一步的改进。