喷混植草在高速路岩质边坡防护工程中的应用

刘洪波

0 引言

随着我国经济高速发展，大量工程的开展如房建、公路、铁路、水利等，在工程建设的同时不可避免会对周围的自然生态环境造成影响，形成不同程度的工程环境问题。就山区高速公路的修建而言，开挖山坡不可能完全避免。开挖山坡后形成的公路边坡，特别是裸露的岩质边坡，需要对其进行防护，如采用传统的支护方法喷锚支护等，可以保证边坡的稳定及公路运营安全和长久使用，但从另一方面来说，传统的支护方法在保证交通安全的同时却对高速公路周边原有的植被生态环境造成了破坏，对当地生态环境影响较大。本文对生态护坡技术研究现状进行了分析，以忻州至保德高速公路秦城乡至堂尔上乡段LK30+695～LK30+820边坡生态护坡工程施工进行了介绍，为公路岩质边坡生态护坡施工提供工程参考。

1 生态护坡技术研究现状

随着自然环境不断恶化和人们环保意识的加强，在高速公路建设过程中，生态护坡思想也被萌发出来。生态护坡技术的起源，应用与发展在发达国家仅仅75年历史。1936年美国在南加利福尼亚州的公路边坡治理中就首次应用了生态护坡技术［1］。从此公路边坡植被恢复技术引起了越来越多生态学家的关注［2，3］。日本在植被恢复技术方面的研究处在世界前列，至今注册的植被防护专利已多达40多项，其中开发的喷播技术较好地解决了破碎风化岩土边坡植被恢复技术难题［4］。目前，绿化网护坡、厚层基料喷射、植被型混凝土等已成为日本最为广泛的生态护坡技术。

我国高速公路建设起步较晚，环境保护意识薄弱，因此对公路护坡的认识也较晚。20世纪90年代以后，我国高速公路建设迅速发展，1996年云南昆曲高速公路开始运用生态护坡进行绿化，从此公路植被恢复揭开了新的内容［5］。近年来，我国也开始了类似于客土喷播技术的研究和应用，并取得了一定的进展，如开挖岩质边坡喷混植草技术、岩石坡面喷混快速绿化、岩石边坡生态治理技术等。生态护坡技术虽然历史不悠久，但却朝着日趋完善的方向发展。

2 工程概况及工程地质条件

2.1 工程概况

忻州至保德高速公路全长191.45 km，概算投资105亿元，起于忻州市忻府区后秦城，止于保德县杨家湾乡前会村，途经忻府区、静乐县、宁武县、岢岚县、保德县一区四县，是山西省单项投资最大、建设里程仅次于太原至阳泉的一条在建高速公路。

2.2 工程地质条件

项目区位于秦岭和阴山两个巨型构造带之间。主体构造线方向为北北东向，而南北两端呈北东向，故使其总体构造呈一个拉长的“S”形。构造格架形成于中生代，自新生代以来在中部地区由于构造活动形成了纵贯全省的断陷带:主体部分隆起的特征明显，以吕梁～太行断块为主体，边部跨有燕山断块、内蒙断块、鄂尔多斯断块。各断块间以及断块内的次级断块间，一般往往以枢纽逆冲断裂为界。

阳坡乡至后河堡乡段LK30+695～LK30+820岩质边坡为灰白色～灰黄色砂砾岩夹砂岩。地形地貌复杂，沟侵蚀谷较深，基岩风化程度高，岩石节理裂隙发育，表层松散堆积物厚度较大，该边坡开挖后为四级边坡，此次工程主要对该边坡的二、三、四级坡体进行防护。

2.3 支护措施选取

对于开挖后裸露的岩质边坡，为了避免边坡进一步风化，一般采用挂网喷混凝土或浆砌片石护坡或护面墙的方式。由于忻保高速公路途经芦芽山、云中山、贺家山3个自然保护区，自然保护区内植物以华北落叶松、油松为主，野生动物有褐马鸡、黑鹳等国家保护动物。因为保护沿途脆弱的生态地质环境，因此选择合理的支护措施对保护公路沿线生态环境具有重要的意义。

3 喷混植草护坡技术的特点

喷混植草护坡技术是生态护坡技术的一种，是一种经济、操作方便、环保、生态效益高的防护措施。它采用各种植物作为生态护坡材料，在公路两侧形成草、灌结合的立体植物群落，可以有效地加强和保持边坡稳定性，具有抗侵蚀性、抗水土流失及生态稳定性，是工程与生态紧密结合的施工技术。具有以下三个特点:1)经济。适合地质条件恶劣的岩石坡面，降低边坡的防护成本。经计算，每平方米边坡的喷混植草防护的成本不足工程措施的1/10。2)生态。植物体可以通过自身的光合作用吸收二氧化碳，制造并释放出氧气，使公路沿线的空气保持新鲜。植物体还能吸收和阻滞在公路上行驶的车辆排放的尾气中所含的各种有害气体、烟尘、飘尘以及产生的交通噪声，减轻并防治污染、净化和改善大气的质量。3)美化。通过不同植物品种的搭配，创造出不同的景观，美化路容。总之，生态护坡技术适用范围广;构造简单、固坡迅速;基材抗侵蚀性强;混合草种抗逆性强;施工易，工期短，造价低;粗放管理，免维护，具有工程防护所不可替代的经济效益、社会效益和生态效益。

4 施工工艺及实施效果

4.1 施工工艺

忻州至保德高速公路秦城乡至堂尔上乡段边坡根据设计要求采用喷混植草防护技术进行生态绿化防护，具体步骤如下:

1)整修边坡:主要目的是清除边坡上不稳定的石块，把凹凸不平的地方大致整平，使植被厚薄均匀。即先用铁锹及撬棍将坡面浮石清理干净，然后将坡面起伏较大的地方用撬棍或风镐大致整平，对于松散的岩石用水泥砂浆抹缝粘结。

2)锚杆钻造:根据设计要求用施工线在边坡上按2 m×2 m间距梅花形布置锚杆孔位，然后根据孔位搭设脚手架开始造孔，锚杆长2 m，造孔完毕后注浆封孔。

3)挂网:将规格8 cm×10 cm的镀锌铁丝网满铺在坡面上并同锚杆连接固定好，镀锌铁丝网应尽量贴紧坡面。

4)种植基材喷播:种植基材按比例混合好后用喷射机在大马力空气压缩机的风压下，将基材均匀的喷在岩石表面(厚度7 cm～8 cm)，在喷口处用另外的设备同时供水，喷射厚度是今后植物生长的关键所在，在此环节随时检查厚度以保证施工质量。

5)喷播植物种子:将配好的种子混合材料用喷射机直接喷射在种植基材表面上，该施工环节和种植基材喷播相同。种植基材及植物种子喷播工艺流程见图1。

6)覆盖:采用无纺布覆盖以防止雨水冲刷和水分蒸发过快，并同时保温利于种子发芽。

7)养护:喷播后用水车将水运至施工现场洒水养护，用于本次施工的草籽高羊茅和白三叶一般7 d～14 d发芽，60 d成坪覆盖可达90%以上，成坪后逐渐减少浇水的次数，在养护期间需观察水肥情况，1年后草坪基本形成自身的生态，不需要特别的养护。

8)喷混植草的材料:种植基材由种植土、有机质、肥料、保水剂、粘合剂、混合草种子组成(pH值:6.8～7.2)，基材配比见表1。

表1 种植基材配比(1 m2用量)

9)植物种子的配比:因本地区气候干燥，且冬季寒冷可达－20℃，故选择根系发达，抗旱，抗逆性强，耐贫瘠在坡面上表现很好的高羊茅，白三叶，柠条或胡秄子参加混播，使用的种子配比见表2。

表2 喷混合料植草植物种子配比(1 m2用量)

4.2 实施效果

LK30+550～LK30+665段于2010年8月开工，2010年10月30日完工，经过两个月的生长，植草覆盖坡面率达95%以上，植草长达20 cm～40 cm。

5 结语

5.1 存在的问题

由于属于生态护坡技术之一的喷混植草技术是近年来新兴的一项技术，其研究程度和应用范围都处于初步阶段，并且由于忻州至保德高速公路秦城乡至堂尔上乡段岩石边坡生态系统比较复杂，包括植被和地理、气候因素等，因而在施工工艺过程中还存在以下两个问题:1)种子配比调试。从现场施工情况来看禾科植物长势普遍好于豆科植物，所以在施工过程中适当调整了豆科植物与灌木的种子用量，目前灌木长势良好。2)地理、气候条件。秦城乡至堂尔上乡段LK30+695～LK30+820边坡二、三、四级坡体岩石节理极为发育且多为破碎岩石厚度达1 m～2 m，边坡储水性极差，植物生长缓慢，需增加混合料基层厚度。并且因本地气候干燥且夏天温度较高，阳坡坡面水分蒸发快，种子成活率低，所以为了保证种子存活率，需增大种子用量。可见，喷混基材的优化和护坡植物的优化在施工工艺过程中都需要慢慢摸索和改进。

5.2 展望

喷混植草防护技术在忻保高速公路秦城乡至堂尔上乡段岩石边坡得到了成功的应用，取得了良好的绿化及防护效果，说明这项新技术是高速公路岩石边坡生态防护中一种可行的生态绿化防护手段。虽然喷混植草防护技术的实施和研究都处于初级阶段，但随着这项技术日臻成熟和完善，该技术的适用范围会更加广泛，不仅适用于公路，同样在铁路、水利、房地产等工程岩石边坡的绿化防护、水土保持、环境保护中也能发挥出重要作用。

［1］ Donald H.Gray，Robbin B.Sot ir.B io technical stabilization of highway cut slope［J］.Journal of Geo technical Engineering，1992，1(18):1395-1409.

［2］ ［日］山寺喜成.景观の土木手法—自然との共生をめざす技术データー.全国SF绿化工法协，1990.

［3］ MarkW，Paschke，ClaireDeI eo，et al.Redente.Regeneration of Road-cut slopes in Mesa Verde National Park，U.S.A.Restoration Ecology，2000，8(3):276-282.

［4］ 高 强，汪在芹，李 珍.坡面植被恢复技术的现状与趋势［J］.长江科技学院学报，2007，24(5):20-23.

［5］ 杨满宏.高等级公路的景观设计［J］.中外公路，1998，18(1):1-4.