客土噴播植草技術在凍土區(qū)公路邊坡中的應用

鮑德章BAO De-zhang；明鋒MING Feng

（①青海省湟源公路工程建設有限公司，西寧810000；②中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院凍土工程國家重點實驗室，蘭州730000）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展以及一帶一路戰(zhàn)略的實施，越來越多的基礎設施在凍土區(qū)開工建設[1]。在公路工程修建過程中，因地形及線路設計的限制，將不可避免的出現(xiàn)路塹邊坡開挖的情況。路塹開挖打破了區(qū)域原有的地應力平衡，在氣候及人為因素影響下，極易引發(fā)滑坡、坍塌等次生災害，引發(fā)行車事故并破壞路基等設施[2]。此外，路塹邊坡開挖使得大量巖土體裸露在地表，不僅導致場區(qū)水土流失嚴重，而且引起局部生態(tài)環(huán)境惡化。黨的十八大以來，生態(tài)文明建設被放在首要地位，旨在建設美麗中國。因此，如何實現(xiàn)邊坡生態(tài)恢復是踐行生態(tài)文明建設的關鍵。

近年來，隨著人們環(huán)境保護意識的提高，工程建設對生態(tài)環(huán)境的破壞，引起了工程建設者們的高度重視，尤其是公路路塹邊坡的穩(wěn)定和綠化問題在整個公路生態(tài)保護中起著至關重要的作用[3]。為貫徹生態(tài)文明建設方針，學術界和工程界采用自主創(chuàng)新或引進國外先進技術措施，推出一系列綠色護坡技術。這些技術大體按其功能可分為兩類：一類是以恢復表面植被為任務的生態(tài)恢復技術，其中以噴播技術和土工材料綠化技術為代表；另一類則是兼顧坡面穩(wěn)定和植被恢復的邊坡綜合防護技術，主要有生態(tài)磚植草防護技術和格構式護坡綠化技術等。從施工效果來看，由于客土噴播技術能在裸露坡面上產(chǎn)生土壤，為植被生長提供環(huán)境，使得該技術已廣泛應用于公路及礦山邊坡的綠化施工[6]。李永強等以廢棄礦山整治工程為例，對邊坡客土噴播施工工藝進行了闡述，并與其它施工技術進行了對比，明確了客土噴播工藝的優(yōu)勢[6]。張敏將客土噴播技術應用于山區(qū)高速公路中邊坡坡面綠化，對施工工藝及方法的細節(jié)進行了描述，并對施工工藝進行了改進[7]。彭禧柱等總結(jié)了客土噴播技術在邊坡植被恢復中的優(yōu)缺點，對未來邊坡的綠化恢復技術指明了創(chuàng)新方向[8]。葉建軍等分別采用水平籬笆攔土、濕式客土噴播以及三維網(wǎng)客土綠化3種工法進行生態(tài)護坡施工，通過觀察1年內(nèi)試驗段上植物密度、蓋度及水土保持效果等指標，明確了水平籬笆攔土工法的優(yōu)勢[9]。

青藏高原地區(qū)降雨較少、蒸發(fā)量大、年平均氣溫較低且晝夜溫差較大，適合植被生長的周期較短，屬于典型的生態(tài)脆弱區(qū)。然而，凍土工程的施工更是直接破壞了施工區(qū)域周邊的生態(tài)環(huán)境。工程實踐證明，在青藏高原地區(qū)惡劣的氣候條件下，凍土區(qū)脆弱的生態(tài)在破壞后很難進行恢復[10]，因施工破壞的植被自然恢復的幾率幾乎為零。因此，需要采用人工干預的方法對施工創(chuàng)面的生態(tài)條件進行恢復。目前，在公路邊坡生態(tài)修復采用的技術主要有：拱形骨架搭配坡面覆蓋表土綠化工法、濕式客土噴播、三維網(wǎng)客土綠化法等3種工法。鑒于客土噴播技術非凍土區(qū)得到了廣泛應用，也取得了很好的綠化恢復效果。然而，該技術能否應用于凍土區(qū)惡劣的環(huán)境，還是未知數(shù)。鑒于此，本文以青海省S102西寧繞城環(huán)線某標段的施工為例，探討客土噴播技術的應用效果。

1 工程概況

青海省S102西寧繞城環(huán)線平安經(jīng)互助至大通段公路，位于青海省西寧市及海東市境內(nèi)，是以西寧為中心的東部城市群的主干道路，經(jīng)互助縣五十鎮(zhèn)、丹麻鎮(zhèn)、威遠鎮(zhèn)、五峰鎮(zhèn)，大通縣長寧鎮(zhèn)，至終點景陽鎮(zhèn)。該區(qū)域隸屬于青藏高原東部，屬于高原大陸性氣候。試驗段屬于越嶺線，大量土方開挖造成原地貌及植被嚴重破壞。氣候冬寒夏涼，年平均氣溫在零度以下，最低氣溫可達-15℃，負溫出現(xiàn)時間可達4個月，凍深約1.80m。地下水主要來自大氣降水，徑流速度較低。區(qū)域內(nèi)年降雨量在300~500mm，且降雨主要分布在6~8月，占全年降雨量的70~75%。試驗段邊坡土質(zhì)主要為砂礫石土，部分地段覆蓋淺層黃土。

試驗段最初采用漿砌石框架防護技術來加強坡面穩(wěn)定性，但收效甚微。一方面在負溫驅(qū)動力的作用下，土體內(nèi)部水分將向地表遷移，將會產(chǎn)生一定的凍脹及凍脹力，這勢必會破壞漿砌片石的整體性。由于邊坡表層含水率較高，在春融期間，邊坡表層經(jīng)常出現(xiàn)淺層滑坡。在多次凍融后，將造成漿砌片石的脫落，失去護坡的作用。另一方面，漿砌石框架防護技術需要在坡面進行拉溝預埋鋼筋，由此導致坡面整體性遭到破壞。加之受到凍脹的影響，混凝土框架整體被破壞，導致邊坡防護功能失效。為解決該路段邊坡穩(wěn)定性問題及凍災害問題，在分析氣象資料和土壤成分的基礎上，決定采取客土噴播植草方法對路塹邊坡進行綠化。

2 客土噴播工藝原理

客土噴播植草綠化是將鄉(xiāng)土草木種子、木纖維、保水劑、黏合劑與防止水土流失的土壤穩(wěn)定劑等摻入配制的客土中（配比見表1），利用攪拌機充分拌勻，然后在干料狀態(tài)用空壓機和混凝土噴射機輸送。干料在噴射口前與水混合，并噴射到巖面，逐步形成噴射厚度較大、粘稠度較高、能促進植物長期生長所需的基質(zhì)材料。通過選擇適宜在當?shù)丨h(huán)境下生長的植物種子，使種子在三維網(wǎng)空隙中生根、發(fā)芽、生長。黏合劑和土壤穩(wěn)定劑能夠在硬化過程中逐漸形成強度，可抵擋雨水沖刷，防止雨水沖刷坡面。同時，也起到了促進邊坡周圍的植被恢復，從而實現(xiàn)永久固坡和美化環(huán)境的目的。由于客土噴播在施工時，提供了滿足植被生長的基本條件，所以其植被成活率較高。當客土噴播植草綠化技術使用于土質(zhì)或強風化巖石挖方邊坡時，其邊坡坡率不陡于1:1.25。適用于微風化、弱風化、全風化巖石挖方邊坡時，其邊坡坡率不陡于1:0.5~1:1。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

客土噴播施工主要涉及坡面處理、鋪設網(wǎng)片、噴播材料準備和后期養(yǎng)護等過程。具體施工流程如圖1所示。

圖1 施工工藝流程

3.2 客土噴播材料選擇

①噴播種子：結(jié)合區(qū)域環(huán)境優(yōu)選鄉(xiāng)土植物，適合于當?shù)貧夂驐l件、易于生長。噴播前，應試驗其萌芽情況，萌發(fā)率均應達到80%以上。此外，在選擇種子時，還應考慮植被建成后的景觀效果應接近自然，能夠融合于周邊山體景觀。

②土壤：應為松散的、具有透水性并含有有機物質(zhì)的土壤，利于植物生長，不應含有鹽、堿土，且無有害物質(zhì)以及大于20mm的石塊、棍棒、垃圾等。在施工中首選路基的清表土，其次為棄方土，嚴禁破壞路基范圍之外植被體系。

③復合料：根據(jù)植被類型，按國家標準GB15063-2001選擇相應的復合料。

④保水劑：粉末狀，吸水率應大于400g/g，不溶于水。

⑤水：應符合《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》（GB 5084-1992）的要求，且無油、酸、堿、鹽或其它對植物生長有害的物質(zhì)。

⑥三維植被網(wǎng)：一種具有質(zhì)地松散、柔韌性好的三維結(jié)構網(wǎng)墊。結(jié)構內(nèi)不僅留有90%的空間可充填泥土、沙礫和細石，而且植物根系可以穿過其間孔隙并扎入基土以下30~40cm而生長，使得網(wǎng)墊、草皮、土壤表面連為一體，組成了一層穩(wěn)固的綠色復合維護層。本項目采用的是聚乙烯材質(zhì)的三層式植被網(wǎng)，其技術指標應滿足：抗拉強度≥1.4kN/m，克重≥240g/m。

客土基材為植被生長提供必備條件，其由土壤、有機肥、長效肥、保水劑等材料混合而成?？屯羾娚鋵雍穸葲Q定了植被根系的長度，而客土的肥力則決定了植被的生長質(zhì)量。因此，客土的配比極為重要。經(jīng)過試驗，確定了表1的配方用量。根據(jù)場區(qū)的坡率、地質(zhì)以及氣候條件，確定草籽用量每1000m2為25~30kg。

表1 土壤配合比（質(zhì)量百分比）

3.3 操作要點

3.3.1 坡面整理

自上而下清除表面的石塊、垃圾、雜草及有害物質(zhì)，確保坡面的不平整度小于10cm。坡面若有較大裂縫，應先嵌補牢密，使坡面平順整齊。對于場區(qū)內(nèi)地表低洼處，應在回填前清除坑內(nèi)積水、雜物等，然后分層回填壓實。為增強草種在坡面的附著力，對光滑巖面要進行粗糙處理，即沿坡面水平方向開挖一定深度的溝槽。在噴播前，應用風和水沖洗需要噴播的坡面。但對于遇水易潮解、泥化的巖層，只能用空壓機出風清掃。

3.3.2 三維植被網(wǎng)施工

清坡施工完成后，按照圖紙進行測量放樣，標出掛網(wǎng)范圍以及主錨桿、次錨桿的鉆孔位置。根據(jù)巖破面巖土體強度和坡率確定主、次錨桿的直徑、錨固長度及間距，錨固件采用梅花狀布置方式。錨桿施工完成之后，采用M7.5水泥砂漿封孔，待其可以受力之后方可進行掛網(wǎng)作業(yè)。將采用直徑3mm、規(guī)格為50mm×50mm的鍍鋅鋼絲網(wǎng)掛在錨桿上。確保用于固定厚層基材噴射的鍍鋅鐵絲網(wǎng)靠近坡面，防止坡面出現(xiàn)局部崩塌。

三維植被網(wǎng)的施工應自上而下進行。三維植被網(wǎng)的頂部應埋入坡頂以下15cm，邊坡兩端邊緣卷邊10cm，植被網(wǎng)的底部需埋入邊溝邊緣以下15cm。上下兩張網(wǎng)搭接時，下部的植被網(wǎng)應置于底層。網(wǎng)間搭接寬度應大于10cm，并間隔20~300cm用鐵絲綁扎牢固。工人在進行三維植被網(wǎng)施工時，需將錨固鋼筋外露端從中間位置回折，以便將植被網(wǎng)固定，三維植被網(wǎng)施工后確保緊貼坡面。在完成三維植被網(wǎng)操作之后，應檢查是否出現(xiàn)外漏錨桿、鋼筋頭，而且要保證植被網(wǎng)緊鄰坡面。

3.3.3 濕潤坡面

完成三維植被網(wǎng)掛網(wǎng)之后，在噴播前應對坡面灑水1～2次，并保持坡面充分濕潤。滲透深度不得小于15cm，等到土壤表面無明顯水漬后，就可以準備實施噴播作業(yè)。

3.3.4 客土噴播施工

起動空壓機和水泵，調(diào)整空氣壓力達到0.3MPa，然后起動攪拌機將混合料卸入噴射機的料斗。將噴射混合材料攪拌均勻，最后起動噴射機。噴播前對噴播作業(yè)區(qū)進行分段、分片，然后自上而下進行客土噴播作業(yè)。根據(jù)噴射機的壓力和坡面的地質(zhì)情況，選擇合理的噴射角度和噴射距離，應盡量避免仰噴，保證客土能夠粘在坡面上不離不散。最終噴射厚度應控制在8~12cm，可在巖石坡面段適當?shù)脑黾訃妼雍穸?。草灌種籽與土壤一起拌和，使種籽均勻分布于整個噴播層。嚴禁首先噴播客土，然后表層噴播草灌種籽的做法，因為該方式會降低草灌種籽的成活率。

3.3.5 養(yǎng)護管理

①灑水養(yǎng)護。為保證草籽發(fā)芽，順利度過育苗期，合理養(yǎng)護是必備條件。在面層噴播后及時覆蓋無紡土工布，不僅可以減少太陽的直射，降低水分的蒸發(fā)速度，而且還可以防止下雨時在坡面形成匯流，沖刷坡面。此外，應根據(jù)天氣情況及時對坡面進行噴水養(yǎng)護，保證草種出苗前及小苗生長階段始終保持坡面濕潤。噴水養(yǎng)護時應用噴濕機進行霧化灑水，嚴禁用水龍頭直接噴灑，防止水量過大造成客土和草種地沖刷。②補種。本工程結(jié)束于春夏交接之際，在噴播結(jié)束后一個月，應檢查植被生長情況。對生長不理想或死亡、損壞嚴重的部位，應在養(yǎng)護期適時補種和補噴同規(guī)格同品種的植物，確保植被覆蓋率大于90%。此外，若因病蟲害導致植被生長不理想，則應在補種時噴適量的甲基托布津或多菌靈。③追肥。在幼苗長出一段時間后，應適當進行追肥作業(yè)。追肥一般采用速效氮肥，或緩釋復混肥、緩釋氮肥。追肥一般選在春秋時節(jié)，追肥的數(shù)量應取決于草種類型、土壤的質(zhì)地、季節(jié)和植被的長勢。追肥時主要采用葉面噴施或撒施，在噴肥時應注意液體濃度。施肥后應立即澆水，以防止燒苗。

4 治理效果

青海省S102西寧繞城環(huán)線平安經(jīng)互助至大通段公路某合同段，路塹邊坡面積約8萬平方米。利用客土噴播技術，僅四個月就完成該工程路塹邊坡的綠化施工。在工程竣工后第一年，邊坡綠化率就達到70%，沒有出現(xiàn)水土流失現(xiàn)象，邊坡穩(wěn)定性較好。在工程竣工后第三年，邊坡坡面整體覆蓋植被，達到預期設計效果（圖2）。通過客土噴播植草有效保護邊坡表面免受雨水沖刷，延緩土體表面的進一步破碎和滑塌，進而保護了路塹邊坡的整體穩(wěn)定性。通過植被恢復，消除了邊坡水土流失問題，營造路域內(nèi)優(yōu)美的自然環(huán)境，人工構造物與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)，踐行了生態(tài)文明建設方針。

圖2 植被成坪后的邊坡實景

為了明確客土噴播三維網(wǎng)植草技術的成本優(yōu)勢，選取常用的坡面支護方式（窗孔式護面墻護坡+窗孔內(nèi)客土噴播綠化）進行對比。根據(jù)工藝的單價以及本項目涉及面積，計算了綠化恢復施工總造價，具體比較結(jié)果見表2。

表2 不同施工方案造價對比

從表2中不難看出，客土噴播三維網(wǎng)植草綠化施工造價約為窗孔式護面墻護坡+窗孔內(nèi)客土噴播綠化造價的一半，按照試驗段路塹邊坡面積約8萬平方米計算，可節(jié)約近700萬的施工成本。不僅如此，客土噴播三維網(wǎng)植草綠化技術具有施工速度快，施工機具簡單，勞動強度低等優(yōu)點，而且減少了混凝土使用量，在一定程度上減少了碳排放量，屬于綠色生態(tài)恢復模式。因此，客土噴播三維植草技術給凍土區(qū)邊坡綠化恢復提供了一條新的路徑。

5 結(jié)論

①客土噴播技術可以用于凍土區(qū)公路邊坡植被恢復。實踐表明客土噴播技術是一種可以兼顧邊坡穩(wěn)定和植被恢復功能于一體的生態(tài)防護措施。利用該技術使裸露邊坡重披綠裝，并融入周邊自然環(huán)境。

②客土噴播技術具有施工工藝簡單、操作方便、機械化程度高等特點，若能控制好施工中的關鍵點，則能大幅降低施工成本，且能達到植被恢復的效果，切實踐行了習近平生態(tài)文明思想。