厚层基质喷附技术在高速公路坡面生态修复工程中的应用

杜华斌 詹俊华 马小宇

摘要:山区高速公路难以避免的高填深挖不仅带来了大量的边坡安全问题,同时,随着人们对环境问题的认识的不断深入,坡面的生态修复问题也变得越来越突出。本文结合某具体工程探讨了厚层基质喷附技术的应用技术,可以为同类工程提供借鉴和参考。

关键词:生态修复;厚层基质喷附技术

山区高速公路面临着一系列的工程和环境技术难题,其中最有代表性的就是公路边坡的安全和生态修复问题,因其不仅涉及边坡稳定而带来的交通环境的安全性问题,同时裸露的边坡也面临着产生水土流失的环境问题,同时,大面积公路边坡与周围环境景观所产生的强烈反差也严重影响了公路自身形象,这都将使公路服务水平大打折扣。因此,对于山区高速公路而言,如何采取科学合理的技术措施解决大量的边坡生态防护及景观问题是工程设计的重要环节。

1工程环境

某高速公路全长276.5公里,全线位于阴山山脉南麓,工程的起止点的气候差别不大,属温带大陆性季风气候,冬季受西伯利亚和蒙古高压(即寒潮)的侵袭,气候寒冷干燥;夏季受东南海洋高气压北移的影响,雨水较多。年平均气温一般在0℃至18℃之间,≥10℃ 积温2000～3000℃,无霜期105～50天,大部分地区年日照时数在2800～3100小时,日照百分率56%,是全国除青藏高原外的又一高值区。全市年平均降水量400毫米左右。6～8月份集中,占年降水量的63～66%。

该区域地处西北风带,春季西北风频繁发生,加之当地土壤多为沙质,有机质含量较低,土壤保水保墒条件差,春季地表裸露,水土流失等生态环境问题十分严重。

因此在该地区进行道路建设,需要重点考虑环境的保护以及生态修复。

2设计思路

路堑边坡表层土壤或岩石硬度高、养分低,不易修复植被。为此,拟采用由人工合成的路域专用植物生长基质进行植物根系生长发育层的修复与重建。这种人工合成的植生基质由有机质、高效化肥、土壤改良剂、粘结剂、渗透剂等构成,既可以保证有较高且持久的肥效,透气透水粘性适中不脱落,又易于机械喷射和保护面。

植物群落设计需要考虑五方面因素:一是能在当地良好地生长,有一定的耐贫瘠性和抗旱性;二是生长迅速,易形成覆盖层,且根系较为发达;三是各物种之间有一定的相互营养关系;四是形成的群落比较稳定,养护工作量小;五是种子容易获取,具有工程可操作性。根据这五方面因素,我们选择了采用移栽适地灌木与修复地被植物结合的施工方式。

考虑到施工路堑边坡植生层已经完全破坏,拟采用厚层基质喷附的现代植被建植技术构建坡面基础层,在厚层基质喷附技术同时在坡面移栽抗性好的灌木。

3边坡生态修复方案

厚层基质挂网喷附技术需先在边坡表面锚挂金属网,以防止坡面发生土体脱落,再将基质与草种混合后使用喷射机喷在金属网表面,高压喷附的浆状基质与保护网浇筑在一起,在坡面形成具有一定厚度和强度的网材基质保护层,该保护层设计接近于当地自然土壤层的厚度,养分充足、保水性强,掺入基质中的植物种子在温度和水分条件适合时就会发芽生长,其根系与金属网交接在一起,形成三维的防护体系,保护坡面不受雨水侵蚀,并起到修复生态、绿化、美化坡面的作用。

坡面基本要求:坡度小于50°的土质或碎石坡面。

3.1坡脚防护方式

边坡坡脚采取浆砌片石矮挡墙进行硬质防护,路堑边坡为一级坡面的,矮挡墙高50cm;路堑边坡为一级以上坡面的,矮挡墙高100cm。

3.2坡面生态修复方式

3.2.1土质及全风化岩石边坡

坡面采用厚层基质喷附(7cm)方式进行生态修复,碎落台面点缀移栽高抗性灌木,灌木穴分布密度为间隔1米分布1穴,每穴2株灌木。

3.1.2岩石边坡

(1)边坡岩石风化破碎,坡面采用厚层基质喷附(7cm)方式进行生态修复;碎落台面点缀移栽高抗性灌木,灌木穴分布密度为间隔1米分布1穴,每穴2株灌木。

(2)整体性好的岩石挖方路段,采取光面爆破,避免大规模开挖,以保持原有岩体的稳定性。坡脚碎落台处设置矮墙+防落网防护,在碎落台修建花坛,种植灌木植物绿化防护。

厚层基质喷附的植物物种为:紫花苜蓿、蒙古冰草、沙打旺、披碱草 、赖草、胡枝子(苕条)、沙枣、柠条。

移栽高抗性灌木:山杏、榆树、沙棘等。

4工程效果探讨

本次工程修复与重建植物根系生长发育层,修复后的植物根系生长发育层的养分含量可以维持植被系统在数年之内自我更新的需求。治理效果如图3示。

4.1生态修复效果

随着植物群落生长发育,植物根系不断深入边坡土壤深层,植物根系和与其共生的各种土壤动物、土壤微生物的共同作用,将原有坚硬、贫瘠的边坡土壤淀积层和母质层不断熟化,使其进入良性发育过程,从而为植被系统的良性循环提供可持续的养分和水分保障。

同时修复与重建边坡植被系统,群落具有较好的植物多样性和自我营养性,第一年以草本群落为主,第二年草本与灌木混生,第三年以后转为以灌木为主,伴生有若干草本,群落达到稳定状态,植被覆盖率达到或超过当地同等立地条件下的自然植被覆盖水平。

4.2边坡防护效果

植被形成前,喷播基质含有粘结剂和渗透剂,经高压喷附后的浆状基质与保护网浇筑在一起,在坡面形成具有一定厚度和强度的网材基质保护层,可以抵御一般降雨的侵蚀。植被形成后,发达的根系与镶嵌在坡面的网材基质保护层结合,形成有机的立体防护结构,同时,茂密的植物茎叶遮盖在网材基质保护层上,形成了对坡面的第二重防护;可以抵御大雨乃至暴雨的冲刷,防止边坡水土流失。

4.3改善道路景观

葱郁植被使裸露的挖方边坡披上绿装,形成的绿化景观使本来生硬、单调的高速公路线形变得丰富多彩;使新建高速公路对周围环境景观的负面影响降低;使高速公路两侧的自然及人文景观资源与环境景观有机结合、协调;使高速公路构造物巧妙地融入到周围环境之中,给高速公路的使用者提供优美宜人、舒适和谐的行车环境。

4.4吸尘防噪、净化空气

绿色植物体可以通过光合作用过程吸收二氧化碳、放出氧气,使高速公路沿线的空气保持清鲜。同时植物的叶片还能吸收和阻滞在高速公路上行驶的车辆排放的尾气中所含的各种有害气体(如:CO、Nox等)、烟尘、飘尘以及产生的交通噪声,减轻并防治污染、净化和改善大气的环境质量。

4.5视线诱导

高速公路绿化是司机和游客视野范围内的主要视觉对象,规整亮丽的树木花草,不仅可以给人以优美、舒适的享受。而且可以提示高速公路路线线形的变化,使行驶于高速公路上的车辆能更安全。

4.6降低路面温度

夏季沥青混凝土路面,温度高达40～50°C多度,比草地和林荫处高1～14°C,绿地气温较非绿地一般低3～5°C。通过景观绿化美化,可以改善地温和气温,改善小气候,减轻路面老化,延长高速公路使用寿命。

参考文献:

[1]陈济丁.昆曲高速公路绿化实践和思考[J].云南交通科技,1998,14(2):23-25.

[2]周德培,张俊云.植被保护工程技术[M].北京:人民交通出版社,2002.

[3]吴长文,章梦涛,付奇峰.斜坡喷播绿化技术的研究[J].中国水土保持,2000(4):24-26.

[4]王琦,梁占训.太原绕城高速公路陡坡客土喷播技术初探[J].甘肃林业科技,2004,29(2):60-65.

[5]周跃.欧美坡面生态工程原理及应用的发展现状[J].土壤侵蚀与水土保持学报,1999,5(1).