客土噴播的護(hù)坡機(jī)理及基材和施工等控制要點(diǎn)

方軍輝，朱德濱，程 承，劉永鵬

(西南林業(yè)大學(xué) 土木學(xué)院，昆明 650224)

對于大量裸露的巖石邊坡，傳統(tǒng)的修建構(gòu)造物、錨固和噴射混凝土等工程防護(hù)方式雖然能達(dá)到護(hù)坡的目的，但是與周圍環(huán)境極不協(xié)調(diào)，而單一的綠化防護(hù)既缺少植物生長的土壤基礎(chǔ)，又忽略了邊坡防護(hù)效果。因此，為確保裸露的巖石邊坡美觀性、安全穩(wěn)定性需進(jìn)行邊坡生態(tài)防護(hù)?？屯羾姴ナ沁吰律鷳B(tài)防護(hù)的新技術(shù)，是一種將植物生長的基礎(chǔ)——土壤與有機(jī)材、粘結(jié)劑、保水劑、肥料、酸堿調(diào)節(jié)劑和種子等按照比例混合，經(jīng)機(jī)械攪拌均勻后，利用客土噴薄機(jī)播灑在因施工等原因破壞了原有植被的巖石坡面上形成植物生長的土壤層，種子發(fā)芽、生長成坪后，對邊坡起到綠化和防護(hù)作用。許多學(xué)者對其進(jìn)行了大量的研究，取得了一些實(shí)際的成果，但還有很多問題沒有統(tǒng)一和完善的解決。通過對客土噴薄護(hù)坡的機(jī)理、基材的要求、施工工藝和施工注意事項(xiàng)的總結(jié)和分析，以引起對一些問題的深入研究，實(shí)現(xiàn)其理論和技術(shù)的成熟。客土噴薄的研究涉及巖土學(xué)、工程力學(xué)、土壤學(xué)、生物學(xué)、肥料學(xué)、園藝學(xué)和生態(tài)學(xué)等學(xué)科，本研究主要對客土噴薄的相關(guān)方面進(jìn)行一定的解釋說明。

1 客土噴播護(hù)坡的機(jī)理

客土噴播護(hù)坡機(jī)理與工程防護(hù)、植物護(hù)坡不盡相同。工程防護(hù)主要通過砂漿抹面、勾縫或噴涂以及石砌護(hù)坡或護(hù)面墻等方式對不穩(wěn)定的巖質(zhì)或土質(zhì)邊坡進(jìn)行加固穩(wěn)定的一種防護(hù)形式。植被防護(hù)通過植草、鋪草皮和植喬灌木等方式，主要是為美化路容，協(xié)調(diào)周圍環(huán)境，并利用植被涵水固土、淺根的加筋作用和深根的錨桿作用，在一定程度上提高對比較平緩的穩(wěn)定土質(zhì)坡面的穩(wěn)定性和抗沖刷能力[1]。顯然，客土噴播不同于與周圍環(huán)境極不協(xié)調(diào)的工程防護(hù)，也不同于平緩?fù)临|(zhì)邊坡上單一的植被防護(hù)，但它不是二者的疊加。它針對的是不適于植物生長的穩(wěn)定的石質(zhì)邊坡、硬土邊坡以及特殊土邊坡，其實(shí)質(zhì)是人為地創(chuàng)建“土壤”，為植物的定居、生長創(chuàng)造基礎(chǔ)條件，來實(shí)現(xiàn)裸露邊坡的綠化。它也具有一定的防護(hù)效果，但是一種柔性的、淺表層的護(hù)坡，其護(hù)坡機(jī)理除通過工程上的錨桿與掛網(wǎng)緊密相連使淺表層邊坡和植生基材穩(wěn)定外，還表現(xiàn)為以下兩點(diǎn)：邊坡上形成的植物群落通過降水截留、植物葉系的攔截等作用減小雨水對坡面的沖擊和濺蝕作用，同時(shí)減緩了雨水的流速，從而直接地降低了對坡面的沖刷作用；噴播的基材將巖石邊坡與外界隔離，有效地減緩和抑制了自然因素作用下的巖體風(fēng)化和脫落現(xiàn)象。

2 客土噴播基材及其要求

客土噴播基材最基本的組成物質(zhì)有土壤、有機(jī)質(zhì)、肥料、保水劑、粘結(jié)劑、水和植物種子，通常根據(jù)需要還會添加改良劑、pH調(diào)節(jié)劑等。基材混合物材料的一般要求如下，并對基材的配比和噴播厚度進(jìn)行了解釋說明。

2.1 原材料的一般要求

(1)土壤。土壤是植物生長的基礎(chǔ)材料，為使坡體植物能健康持續(xù)生長提供養(yǎng)分和儲存養(yǎng)分。在實(shí)際工程中通常就近選擇當(dāng)?shù)鼐哂袌F(tuán)粒結(jié)構(gòu)、含水量適當(dāng)、pH值為6～7、有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)營養(yǎng)元素齊全的壤土類土壤。土壤中可添加一些纖維，能夠起到加固土壤，提高噴播層穩(wěn)定的作用，并減少發(fā)芽前混合基材的龜裂現(xiàn)象和雨水沖刷形成的土壤侵蝕。

(2)有機(jī)質(zhì)。有機(jī)質(zhì)是為植物生長提供養(yǎng)分和根系生長空間的基礎(chǔ)材料，應(yīng)選擇輕質(zhì)、持水、透氣、纖維含量多和富含有機(jī)質(zhì)的材料。常用的有機(jī)質(zhì)是泥炭，但其為一種有限資源，目前，已實(shí)驗(yàn)研究證明了利用秸稈和谷殼等作為有機(jī)質(zhì)的可行性，利用其配置的基材混合物具有良好的護(hù)坡效果[2]。

(3)肥料。肥料提供植物生長所需養(yǎng)分，植物生長除需要氮、磷、鉀等主要養(yǎng)分外，還需其它的各種微量元素。為使植物能夠正常生長應(yīng)采用生態(tài)有機(jī)肥和長效有機(jī)肥。有機(jī)肥應(yīng)優(yōu)先選擇漚制的農(nóng)家肥，其在微生物的分解下，肥效長，并具有豐富微量元素；復(fù)合肥和緩效肥料能夠提供不同時(shí)期所需的營養(yǎng)成分氮、磷、鉀[3]。

(4)粘結(jié)劑。粘結(jié)劑的使用，一方面可使基材緊密相連；另一方面，提高基材與坡面的黏結(jié)力，從而增加抗侵蝕、沖刷能力。國內(nèi)外選用的粘結(jié)劑有乳化瀝青、高分子聚合物和化合物等[4]。在實(shí)際工程中，從經(jīng)濟(jì)方面考慮，常使用普通硅酸鹽水泥，但應(yīng)控制好其對混合物酸堿性的影響。

(5)保水劑。保水劑的使用，一方面是土層水分豐裕時(shí)吸收并儲存相當(dāng)于自身重量數(shù)十倍至數(shù)百倍的水分；另一方面，土層中水分缺少時(shí)，可將水分緩慢釋放，供植物利用。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)選擇可吸水倍率稍低，但吸水重復(fù)性好且使用壽命較長的無毒無害的高分子聚合物保水劑。

(6)土壤改良劑。改良劑的使用，主要是為了增強(qiáng)基質(zhì)的長期有效性，使植物在基材上健康生長。常用的土壤改良劑有團(tuán)粒劑和pH調(diào)節(jié)劑。團(tuán)粒劑應(yīng)選用使用濃度低、膠結(jié)力強(qiáng)、形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)速度快且持續(xù)時(shí)間長的人工合成的高分子聚合物；主要的pH調(diào)節(jié)劑有硫磺、綠礬、廢硫酸、磷酸鈣、石膏、硅酸鈣等，通過添加pH調(diào)節(jié)劑，使基材pH值控制在適合植物生長的6.5～7.5范圍內(nèi)[5]。

(7)水。水的使用，一方面使基材組合為一個(gè)整體；另一方面為植物種子生長發(fā)芽提供水分。應(yīng)就近吸取使用無污染、無油、不含酸、堿、鹽等有害成分的水。水的用量也要控制好，應(yīng)使土壤能捏成團(tuán)而落下能散開[6]。

(8)植物種子。植物種子是客土噴播基材的一個(gè)重要主體，它的選擇受到邊坡類型、邊坡坡度、地域氣候和周圍環(huán)境特點(diǎn)等因素的影響。當(dāng)邊坡類型為弱風(fēng)化巖時(shí)應(yīng)以草本植物為主，適當(dāng)加入一定的灌木植物；中風(fēng)化巖時(shí)，則以灌木為主，草本為輔；強(qiáng)風(fēng)化巖時(shí)，則以灌木為主，并注意灌、草相結(jié)合的組合結(jié)構(gòu)；石夾土?xí)r，則以灌木為主，喬、灌、草相結(jié)合的組合結(jié)構(gòu)；土夾石時(shí)，則以灌木為主，喬木為輔，喬、灌、草相結(jié)合的組合結(jié)構(gòu)[7]。對于邊坡坡度，邊坡較緩，小于45°時(shí)，應(yīng)以喬灌結(jié)合為主，草本植物為輔；邊坡較陡，大于50°時(shí)，則以草為先鋒植物，而后演變?yōu)橐怨嗖荼局参餅橹?，喬本植物為輔的組合結(jié)構(gòu)[8]?？紤]到當(dāng)?shù)氐臍夂蚝椭車鷮?shí)際環(huán)境特點(diǎn)，以上草、灌、喬本植物種子的選配應(yīng)走本地化道路，以地帶性植物、鄉(xiāng)土植物為基調(diào)，適當(dāng)引進(jìn)適于本地生長條件的野生植物和外地物種；也應(yīng)考慮淺根植物和深根植物的結(jié)合、豆科植物與非豆科植物的結(jié)合、冷季型植物和暖季型植物相結(jié)合。這樣才能使植物體系更加適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂蚝椭車h(huán)境，建設(shè)一個(gè)具有生物多樣性的、穩(wěn)定的、生命力強(qiáng)的立體生態(tài)群落，達(dá)到四季常綠的生態(tài)景觀效果[9]。通過對植物種的選擇和植物群落組合設(shè)計(jì)的研究，目前，客土噴播所使用的主要植物種類與常用品種見表1。

表1 客土噴播使用的主要植物類別與品種

2.2 基材配比要求

基材的配比一方面影響土層的開裂和剝離，另一方面影響植物種子的發(fā)芽、生長和成坪?？屯羾姴ジ髦饕牡膿搅渴峭ㄟ^試驗(yàn)來確定的[10]，對其配比的總要求如下：

(1)基材本身應(yīng)無害，對周圍環(huán)境應(yīng)無污染。

(2)基材拌合后應(yīng)當(dāng)適度疏松，但為了施工方便應(yīng)具有一定的流動性。

(3)基材應(yīng)具有良好的粘結(jié)穩(wěn)定性，不至因自身重力、風(fēng)吹和雨水沖刷等作用下而脫離坡面。

(4)基材混合物的pH值必須控制在植物種子發(fā)芽和生長所需的6.5～7.5范圍內(nèi)。

2.3 基材的噴播厚度

客土噴播的厚度受到邊坡類型、邊坡坡度和降水等因素的影響。邊坡類型影響下的噴播厚度要求如下：巖性越強(qiáng)，客土噴播厚度就越厚；巖性越弱，噴播厚度就越薄。一般來說，弱風(fēng)化巖的噴播厚度應(yīng)達(dá)到10～12 cm；中風(fēng)化巖的噴播厚度應(yīng)達(dá)到8～10 cm；強(qiáng)風(fēng)化巖的噴播厚度應(yīng)達(dá)到6～8 cm；石夾土邊坡的客土噴播厚度應(yīng)為3～6 cm；土夾石的邊坡為改善土壤肥力，其噴播厚度應(yīng)為3 cm左右[7]。邊坡坡度影響下的噴播厚度要求如下：

坡度較緩時(shí)，客土噴播厚度較??；坡度較陡時(shí)，其客土噴播厚度較大。一般來說，邊坡坡度小于35°時(shí)，平均客土噴播厚度為3～5.5 cm；坡度為35°～45°時(shí)，噴播厚度應(yīng)為5.5～8.5 cm；坡度為45°～55°時(shí)，平均噴播厚度應(yīng)為7.5～11.0 cm；當(dāng)坡度大于55°時(shí)，平均噴播厚度應(yīng)為8.5～12.5 cm[11]。降水作用主要對噴播前期的影響較大，對坡體基材侵蝕、沖刷，造成種子和養(yǎng)分的流失、幼苗的損壞。因此，對年降雨量較大、雨季較長、雨季暴雨強(qiáng)度大的地區(qū)應(yīng)適當(dāng)增加客土噴播厚度1～2 cm；同時(shí)，應(yīng)盡量避免在雨季施工，以減小降水對基材的破壞。

3 客土噴播施工工藝

3.1 施工工藝流程

施工工期流程如圖1所示。

圖1 客土噴播施工工藝流程

3.2 施工操作要點(diǎn)

(1)施工準(zhǔn)備。為確保施工按期進(jìn)行，施工人員、機(jī)械設(shè)備、客土噴播材料、水、電等需先準(zhǔn)備就緒。為保證施工安全進(jìn)行，需安置好安全預(yù)防措施，如搭設(shè)鋼管腳手架、系安全帶和施工場地兩頭設(shè)施工標(biāo)志等。

(2)邊坡坡面處理。客土噴播針對的是穩(wěn)定邊坡，因此對不穩(wěn)定邊坡需進(jìn)行現(xiàn)場勘察并采取相應(yīng)的工程防護(hù)措施，確保其深層穩(wěn)定后再進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。同時(shí)，客土噴播需要掛網(wǎng)，這就要求坡面不能太凸凹，但也不能太光滑，否者，單靠掛網(wǎng)的摩擦力不足以使基材在邊坡上粘結(jié)成型，因而要適當(dāng)?shù)貙吰录硬谔幚?。再者，坡面徑流和涌水等對坡面的毀壞相?dāng)嚴(yán)重，必須設(shè)置坡面排水設(shè)施，將其引至坡底[12]。

(3)測量放線。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，用水平儀及卷尺將縱橫間距放出，確定主錨桿鉆孔的位置，再在相鄰的主錨桿間中點(diǎn)位置插補(bǔ)次錨桿，主次錨桿以不同形式進(jìn)行標(biāo)注，依次用梅花狀布置形式對整個(gè)工作面逐一放點(diǎn)。

(4)錨桿的固定。錨桿需在錨孔中灌漿固定，因此主次錨桿鉆孔深度和孔徑應(yīng)為設(shè)計(jì)尺寸的1.1倍。再者，為較好固定插入鉆孔的錨桿，宜選用灰砂比為1∶1～1∶1.2、水灰比為0.45～0.50的水泥砂漿或純水泥漿，水泥宜用32.5R普通硅酸鹽水泥[13]；防止錨桿銹蝕剝離漿體，需將制定好的錨桿作防銹處理后才能注漿。另外，鉆孔灌滿落實(shí)后錨桿伸出坡面長度應(yīng)不大于9 cm，以防止錨桿凸出。

(5)掛網(wǎng)、扎網(wǎng)施工。待固定錨桿的砂漿干硬化后，可掛網(wǎng)施工。根據(jù)不同的邊坡類型，適當(dāng)選擇掛網(wǎng)的材料，土質(zhì)邊坡可選用塑料三維網(wǎng)，巖質(zhì)邊坡宜選用鍍鋅鐵絲網(wǎng)。為掛網(wǎng)施工方便，以期整個(gè)坡面完全牢固的覆蓋，應(yīng)自上而下放卷鋪設(shè)，相鄰兩網(wǎng)分別采用綁扎鐵絲連接固定，交接處至少有10 cm的重疊，同時(shí)將掛網(wǎng)與錨桿綁扎牢固[14]。

(6)噴播方式的選用和基材混合拌制?？屯羾姴グ磭娚浞绞娇煞譃橐簤菏娇屯羾姴ァ⒏墒娇屯羾姴ズ蜐袷娇屯羾姴15-16]。液壓式和濕式客土噴播的優(yōu)點(diǎn)是噴射無粉塵污染、較均勻、效率較高，但攪拌較困難，且輸送距離短，一般不超過30 m；干式客土噴播法的優(yōu)點(diǎn)是噴射距離較大，缺點(diǎn)是效率低、噴射不均勻和粉塵污染較大。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選擇噴播方式，然后按照基材的配比，將材料在專用的機(jī)械設(shè)備料斗內(nèi)拌勻后，進(jìn)行下一道工序。

(7)客土噴播。為使基材混合料能較好的黏貼在坡面上，噴播前需將坡面噴灑濕潤。噴播過程可分為三步：首先，噴射不含種子的基材，噴厚約為基材實(shí)際噴播厚度(由于水分喪失會造成基質(zhì)厚度不夠，基材實(shí)際噴播厚度約為設(shè)計(jì)值的1.25倍)的7/10。其次，待底基層穩(wěn)定后，噴射含有種子的基材，其噴播厚度約為基材實(shí)際噴播厚度的1/10。最后，噴射表層覆蓋土，以保證種子不被沖刷、裸露曬傷等，其噴播厚度約為實(shí)際噴播厚度的1/5。

(8)覆蓋無紡布。為預(yù)防成型后的坡面不被雨水沖刷，達(dá)到保濕、保溫的效果，噴播完成后，即可覆蓋無紡布。以防其壓迫植物萌芽，宜用12-14g/m2的輕質(zhì)無紡布進(jìn)行覆蓋，不致其被風(fēng)吹走，需用竹簽或錨索等固定。

(9)養(yǎng)護(hù)管理。種子發(fā)芽前，以保持土壤濕潤，每天早晨用霧化水滴噴灑一次。出苗后，為促進(jìn)根系快速生長，可減少澆水次數(shù)。噴播完成一個(gè)月后，應(yīng)全面檢查植物生長情況，對生長不均勻的位置進(jìn)行補(bǔ)種；待苗長到一定高度時(shí)揭掉無紡布。在植物逐漸生長過程中，對其適時(shí)適量的施肥、澆水和病蟲害防治，以促早日形成群落結(jié)構(gòu)。

4 存在的問題和建議

(1)自噴射護(hù)坡綠化技術(shù)傳至我國以來，一直存在專業(yè)用語混亂，定義不清、混淆等問題，譬如，有的學(xué)者將植被護(hù)坡的機(jī)理同客土噴播的機(jī)理相混淆；有些研究者的設(shè)計(jì)和施工工藝要求等相差甚遠(yuǎn)，甚至互相矛盾。因此，為加快客土噴播技術(shù)發(fā)展需要規(guī)范用語，并制定相關(guān)的設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收規(guī)范等。

(2)客土噴播主要側(cè)重于其綠化效果，其在邊坡穩(wěn)定和防護(hù)方面有一定的局限性，甚至有時(shí)會產(chǎn)生副作用。因此，不能盲目選用客土噴播方式，有時(shí)可配合工程防護(hù)措施綜合使用，達(dá)到綠化和護(hù)坡的較好結(jié)合。

(3)基材混合物配制時(shí)需要當(dāng)?shù)卮罅康娜劳?，形成了新的土體開挖和裸露，破壞了當(dāng)?shù)氐闹脖缓蜕鷳B(tài)環(huán)境。因此，建議開發(fā)研究使用垃圾土、污泥等廢棄物來配制生長基材，以減小對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的破壞。

客土噴播技術(shù)在我國仍是一項(xiàng)新技術(shù)、新工藝，在理論和實(shí)踐方面都還不夠成熟，難免會出現(xiàn)一些問題，但該技術(shù)與傳統(tǒng)的邊坡防護(hù)技術(shù)相比，具有一定的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)優(yōu)勢，同時(shí)適用范圍廣，相信隨著近些年來不斷深入的研究，客土噴播技術(shù)將在邊坡防護(hù)和生態(tài)恢復(fù)中得到更深一步的推廣應(yīng)用。

【參 考 文 獻(xiàn)】

[1]謝 鋼，李克儉.客土噴播技術(shù)在高速公路邊坡防護(hù)中的運(yùn)用[J].公路與汽運(yùn)，2005(3)：80-82.

[2]苗 蕾.客土噴播中不同基材配比對邊坡的生態(tài)防護(hù)效果差異性研究：[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

[3]關(guān)立東.客土噴播技術(shù)在通丹高速公路的應(yīng)用[J].交通建設(shè)管理，2010，11(3)：102-103.

[4]楚海林.四川紅層人工邊坡噴植綠化技術(shù)的研究：[D].成都：西南交通大學(xué)，2000.

[5]胡明鑒，汪 稔，張平倉.斜坡穩(wěn)定性及降雨條件下激發(fā)滑坡的試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2001，23(4)：454-457.

[6]許文年，葉建軍，周明濤，等.植被混凝土護(hù)坡綠化技術(shù)若干問題探討[J].水利水電技術(shù)，2004，35(10)：50-52.

[7]章夢濤，邱金淡，顏 冬.客土噴播在邊坡生態(tài)修復(fù)與防護(hù)中的應(yīng)用[J].中國水土保持學(xué)，2004，29(7)：10-12.

[8]肖高華.上邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)——濕式客土噴播[J].公路工程，2011，36(3)：169-171.

[9]劉海濤，王文學(xué)，吳萍.邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)研究和應(yīng)用[J].城市道橋與防洪，2007(7)：164-167.

[10]張長龍，朱曉龍.客土吹附施工在公路邊坡防護(hù)中的應(yīng)用[J].浙江建筑，2007，24(2)：48-49.

[11]路亞妮，吳興宏，楊仲德.掛網(wǎng)客土噴播技術(shù)在西漢高速公路上的應(yīng)用[J].路基工程，2010，149(2)：194-195.

[12]趙志營.客土噴播在鄭石高速邊坡綠化中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010(14)：196.

[13]郭春麗，李利明.客土噴播護(hù)坡技術(shù)施工工藝及質(zhì)量控制[J].有色金屬設(shè)計(jì)，2011，38(2)：44-47.

[14]趙寶軍.掛網(wǎng)客土噴播技術(shù)在高速公路邊坡防護(hù)中的應(yīng)用[J].山西交通科技，2004(4)：20-22.

[15]葉建軍，周明濤，許文年.談噴射護(hù)坡綠化技術(shù)[J].水土保持研究，2004，11(2)：194-197.

[16]肖高華.上邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)——濕式客土噴播[J].公路工程，2011，36(3)：169-171.