植被混凝土生态修复技术在边坡防护的应用

王飞 WANG Fei

（湖北省交通规划设计院股份有限公司，武汉 430010）

0 引言

随着社会的进步，“四个交通”、“绿色公路”等建设新理念相继提出，生态工程概念在工程项目全寿命周期中的重视程度越来越高，而边坡水毁及其引发的水土流失、边坡垮塌等作为常见的工程病害，如何进行有效的生态修复成了工程病害处治中不可或缺的一部分。植被混凝土生态修复技术作为一种新型生态护坡工艺，在公路边坡防护中的应用越来越频繁。刘黎明[1]等详细介绍了植被混凝土生态修复技术的理论依据与技术更新历程；席文明[2]以晋城市西环高速为例详细介绍了植被混凝土的基材配方、技术指标、施工步骤及注意事项；肖衡林[3]等通过多指标多因素正交试验研究了各因素和水平对狗牙根生长过程的影响规律。刘洪辉[4]等以延黄高速为例从造价和工期两个方面详细介绍了岩质边坡中植被混凝土防护方案的优势；申更新[5]等以绥正高速为例从造价和性价比两方面分析了植被混凝土护坡技术相比其他防护形式的优越性；王华俊[6]等将高性能生态修复纤维技术与植被混凝土相结合成功实现了边坡绿化，该技术同时满足低强度养护和抗侵蚀要求。阳个小[7]等采用Midas-GTS 有限元对巴平高速边坡进行稳定性分析，论证了植被混凝土能提高边坡稳定性。

本文以广东玉湛高速为例，对植被混凝土生态修复技术的基材配比、物种选择、工艺流程、防护效果、生态和经济效益等进行了详细介绍，为该技术在公路边坡防护及生态修复方面的进一步推广使用提供了借鉴。

1 工程概况

玉湛高速项目位于大陆南端雷州半岛之上的湛江，起于廉江和寮镇塘肚村（粤桂两省交界处），先后经过塘蓬镇、石岭镇、新民镇等，终于东海岛文参。介于湛江气候具有雨季长、降雨量大、短时强降雨频繁发生的特点，而传统防护形式如骨架圬工防护、挂网客土喷播、三维网植草等不同程度的存在施工周期长或者植被未完全生长形成绿色护坡前无法有效防护等弊端。项目建设期间，不少已经施工防护完成的坡面，仍出现了边坡水毁、防护返工的问题。因此，本项目在建设期引入了植被混凝土生态修复技术，全线使用植被混凝土护坡的段落总长度约2.3km，边坡稳定性增强，绿化效果显著。项目交工验收时，该技术受到了省交通厅领导及参建各方的一致好评。

2 植被混凝土生态修复技术应用

植被混凝土生态修复技术依据项目所在地的气候条件，通过试验获取混凝土基材、植物种子配比等参数，并按照一定的施工工序，实现对坡体的浅层加固和复绿处理，在边坡表层建立起一个具备自生生长能力的功能系统，快速形成具备良好抗冲刷和抗渗性能的坡面，减少水土流失、降低边坡水毁风险，确保公路景观与当地环境相融合。

2.1 基材配比

常见的植被混凝土基材主要包括种植土、水泥、有机肥、添加剂、纤维、保水剂等，根据其配比的差异，植被混凝土基材的稳定性、初期强度及收缩恢复性也不尽相同[8～11]。本项目充分借鉴国内植被混凝土技术的研究成果，结合湛江的气候特点，掺配不同基材比例的植被混凝土进行对比试验研究，最终确定植被混凝土基材配比如表1 所示。

表1 每10m3 种植土中其他基材配比

该基材配比的植被混凝土具备良好的抗冲刷（能抵御100mm/h 雨水的冲刷）和抗渗性能，能够在坡面形成具有一定强度的防护层（0.3MPa～0.45MPa）。在非极限自然环境中（极限自然环境主要指低温冻胀、高水位长时间浸泡等），植被混凝土施工后不会产生剥落、开裂现象和结构突变，早期渗水系数非常小，自然降雨产生的坡面漫流水基本上不能渗透到植被混凝土结构层以下。

2.2 物种配比

综合考虑湛江气候条件、植物生长状况及周边已建成通车的项目经验，本项目共选取了8 种草、灌木物种，分别为狗牙根、宽叶草、大花金鸡菊、黄花决明、刺槐、木豆、银合欢和紫穗槐。物种配比根据现场地质条件调整，岩石风化较强的路段可多采用些草木种子，岩石风化较弱的路段可多采用些灌木种子，最终确定植被混凝土物种面层配比如表2 所示。

表2 植被混凝土物种面层配比（g·m-2）

该物种配比的植被混凝土能较好的适应当地气候，成型后的植被混凝土景观绿化效果很好，实现了公路与环境协调的设计构思。

2.3 工艺流程

植被混凝土护坡包括的工序为：坡面清理→测量放线→挂网锚固→土壤加工→植被混凝土拌合→喷射植被混凝土→坡面养护[12]。

①坡面清理：在施工前期需将坡面危石、浮渣及大粒径填料进行处理，同时对坡面进行微地貌整形，以便利于施工安全、植物的生长及养护。

②测量放线：边坡整形完毕后对边坡高程、坡度及平整度进行复核验收。

③挂网锚固：挂网采用14#（2mm）镀锌勾花铁丝网、网孔尺寸为6cm×6cm，网间搭接20cm，网挂至坡顶以上1m 处。

抗滑锚杆采用Φ16 螺纹钢筋，锚杆长0.6m～1m。按缓坡间距2m×4m、陡坡间距2m×2m 锚固，第一排锚杆安装在坡顶平台上，坡面凹凸起伏大的地貌点需增加锚杆，锚杆外露10cm，防止植被混凝土整体（或大块）从坡面滑落。

限位锚钉采用Φ8 光圆钢筋，长0.25m，间距0.5m×0.5m 锚固，锚钉外露0.1m。距坡面4cm～6cm 处与锚钉绑扎，绑扎后将锚钉向上弯折。严格控制铁丝网到坡面的间距，确保植被混凝土施工后铁丝网包过滤达到90%。

④土壤加工：优先选用种植土或沙壤土，含砂率≤20%，含水率≤15%，用强制性筛土机粉碎后过筛备用，筛网尺寸不超过20mm×20mm。现场储备的原料土和过筛后的土料应及时覆盖，有条件的情况下设置储料棚，避免露天存放。

⑤植被混凝土拌合：使用滚筒式搅拌机进行物料拌和，依次按照既定配比加入土料、有机物料、活化添加剂、有机料、复合肥、植物种子等，搅拌3～5 分钟。待搅拌均匀后用装载机运至混凝土喷浆机内。

各类物料、添加剂的配置应使用定量容器（如铁桶），误差不能超过0.5kg。植物种子需至少提前配制好一个工班的用量，确定了每罐的分配量之后用量筒添加。

植被混凝土基层与面层配比不一，为了避免混淆和施工失误，每0.5 工班先拌和好足够数量的面层物料，单独存放，然后再进行基层物料的拌和。

⑥喷射植被混凝土：为提高组合设备的功效，应合理安排搅拌机、空压机、干喷机及喷射点之间的距离。

喷射前，先用土壤修复冲刷较为严重的坡面坑洼处，然后进行润湿坡面，再进行喷射。喷射厚度平均为0.1m，其中基层0.08m，面层0.02m，植物种子位于面层中。注意喷头应尽量与坡面垂直，且与坡面距离≤2m。

缓坡喷射在完成一定面积后，再集中喷面层，喷射前需用高压水枪润湿基层。如遇到高陡边坡喷植，需使用升降平台，升降平台利用5kW 以上卷扬机牵引，专人负责操作，平台上作业的喷枪手须另行佩戴安全绳。

图1 植被混凝土生态修复剖面图

⑦坡面养护：坡面整体坡度＜70°时采用无纺布覆盖进行保湿、防晒；坡面整体坡度≥70°时，无纺布对水分阻隔效应明显，采用遮阳网进行覆盖养护；低温季节用草毯覆盖；凹凸起伏过大的坡面，适合采用遮阳网或草毯进行覆盖。在覆盖完毕之后，视保水情况定期用洒水车进行洒水养护，具备条件且大面积防护的坡面，可考虑设置喷灌系统，及时补充幼苗生长所需水分和养分。

一般来说，在喷播完成后养护一周内坡面即可有草种发芽。理想状态下，随着草种的生长，无纺布在60d～90d 内会自动风化脱落，最终完成坡面生态修复。如果遇到坡面植被生长状况不良的情况，可视植被生长情况适当掀开无纺布进行追肥处理，确保植被生长状态良好。

2.4 边坡防护效果

本项目采用植被混凝土防护的边坡主要集中在2019年6 月～7 月施工，根据现场巡查情况可得，喷播完成后30d～40d 内坡面植被以草木为主，覆盖率达75%，次年灌木逐渐生长。施工近2 年后，坡面植被基本实现了免养护，绿化效果非常显著，K20+562～K20+909 下边坡和K22+730～K22+817 上边坡防护前后实景如图2～图3 所示。

图2 K20+562～K20+909 段防护前后实景图

图3 K22+730～K22+817 段防护前后实景图

3 植被混凝土生态修复技术综合效益评价

3.1 生态效益评价

利用植被混凝土对坡面土石裸露、水土流失较严重的边坡进行生态修复处理，通过对边坡进行浅层加固，坡面抗冲刷、抗渗性能显著提高，坡体稳定性有所增强；坡面的绿化程度明显改善，边坡植被寿命和生长质量提高，灰尘和二氧化碳的吸收能力增强，噪音减弱，路面温度降低，较好的实现了公路景观与当地生态环境的融合。

3.2 经济效益评价

植被混凝土基材中用量最大的是种植土，而边坡修复工程可实现边坡整修土或本地土的再利用，可大大降低工程造价；植被混凝土施工速度快，施工功效可达到200m2/d，与传统骨架圬工防护相比，速度能够提高50%，且采取机械化喷播作业，减少了人工投入；植被混凝土成本预计90元/m2，略高于传统的骨架圬工防护、挂网客土喷播等，但是它能快速形成防护面，有效减少和防止边坡水毁和冲刷，降低修复和返工风险，尤其是对抗冲刷及时性要求高的路基边坡，经济效益更为显著。

4 结论及建议

植被混凝土生态修复技术作为一种新型护坡技术，近几年在公路边坡的防护和水毁修复等方面得到了广泛应用。基材和物种配比可根据当地气候条件试验调整，现场施工周期较短、成本较低，成型后坡面景观绿化效果突出，综合效益显著，可以为其他在建或拟建公路项目的边坡防护提供借鉴。

考虑到植被混凝土基材的混合搅拌会减小水泥颗粒间的连接，降低成型后植被混凝土防护层的强度，可以通过调整基材掺配顺序、优化改良基材混合方式，以保证水泥颗粒间的有效连接，实现在保证原有强度的同时降低水泥、改良剂的用量。而水泥掺量的减少对应着改良剂的减少，达到进一步节约物料、降低成本、提高工效、提升修复效果的目的。