植被混凝土生態(tài)修復技術(shù)在邊坡防護的應(yīng)用

王飛 WANG Fei

（湖北省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，武漢 430010）

0 引言

隨著社會的進步，“四個交通”、“綠色公路”等建設(shè)新理念相繼提出，生態(tài)工程概念在工程項目全壽命周期中的重視程度越來越高，而邊坡水毀及其引發(fā)的水土流失、邊坡垮塌等作為常見的工程病害，如何進行有效的生態(tài)修復成了工程病害處治中不可或缺的一部分。植被混凝土生態(tài)修復技術(shù)作為一種新型生態(tài)護坡工藝，在公路邊坡防護中的應(yīng)用越來越頻繁。劉黎明[1]等詳細介紹了植被混凝土生態(tài)修復技術(shù)的理論依據(jù)與技術(shù)更新歷程；席文明[2]以晉城市西環(huán)高速為例詳細介紹了植被混凝土的基材配方、技術(shù)指標、施工步驟及注意事項；肖衡林[3]等通過多指標多因素正交試驗研究了各因素和水平對狗牙根生長過程的影響規(guī)律。劉洪輝[4]等以延黃高速為例從造價和工期兩個方面詳細介紹了巖質(zhì)邊坡中植被混凝土防護方案的優(yōu)勢；申更新[5]等以綏正高速為例從造價和性價比兩方面分析了植被混凝土護坡技術(shù)相比其他防護形式的優(yōu)越性；王華俊[6]等將高性能生態(tài)修復纖維技術(shù)與植被混凝土相結(jié)合成功實現(xiàn)了邊坡綠化，該技術(shù)同時滿足低強度養(yǎng)護和抗侵蝕要求。陽個小[7]等采用Midas-GTS 有限元對巴平高速邊坡進行穩(wěn)定性分析，論證了植被混凝土能提高邊坡穩(wěn)定性。

本文以廣東玉湛高速為例，對植被混凝土生態(tài)修復技術(shù)的基材配比、物種選擇、工藝流程、防護效果、生態(tài)和經(jīng)濟效益等進行了詳細介紹，為該技術(shù)在公路邊坡防護及生態(tài)修復方面的進一步推廣使用提供了借鑒。

1 工程概況

玉湛高速項目位于大陸南端雷州半島之上的湛江，起于廉江和寮鎮(zhèn)塘肚村（粵桂兩省交界處），先后經(jīng)過塘蓬鎮(zhèn)、石嶺鎮(zhèn)、新民鎮(zhèn)等，終于東海島文參。介于湛江氣候具有雨季長、降雨量大、短時強降雨頻繁發(fā)生的特點，而傳統(tǒng)防護形式如骨架圬工防護、掛網(wǎng)客土噴播、三維網(wǎng)植草等不同程度的存在施工周期長或者植被未完全生長形成綠色護坡前無法有效防護等弊端。項目建設(shè)期間，不少已經(jīng)施工防護完成的坡面，仍出現(xiàn)了邊坡水毀、防護返工的問題。因此，本項目在建設(shè)期引入了植被混凝土生態(tài)修復技術(shù)，全線使用植被混凝土護坡的段落總長度約2.3km，邊坡穩(wěn)定性增強，綠化效果顯著。項目交工驗收時，該技術(shù)受到了省交通廳領(lǐng)導及參建各方的一致好評。

2 植被混凝土生態(tài)修復技術(shù)應(yīng)用

植被混凝土生態(tài)修復技術(shù)依據(jù)項目所在地的氣候條件，通過試驗獲取混凝土基材、植物種子配比等參數(shù)，并按照一定的施工工序，實現(xiàn)對坡體的淺層加固和復綠處理，在邊坡表層建立起一個具備自生生長能力的功能系統(tǒng)，快速形成具備良好抗沖刷和抗?jié)B性能的坡面，減少水土流失、降低邊坡水毀風險，確保公路景觀與當?shù)丨h(huán)境相融合。

2.1 基材配比

常見的植被混凝土基材主要包括種植土、水泥、有機肥、添加劑、纖維、保水劑等，根據(jù)其配比的差異，植被混凝土基材的穩(wěn)定性、初期強度及收縮恢復性也不盡相同[8～11]。本項目充分借鑒國內(nèi)植被混凝土技術(shù)的研究成果，結(jié)合湛江的氣候特點，摻配不同基材比例的植被混凝土進行對比試驗研究，最終確定植被混凝土基材配比如表1 所示。

表1 每10m3 種植土中其他基材配比

該基材配比的植被混凝土具備良好的抗沖刷（能抵御100mm/h 雨水的沖刷）和抗?jié)B性能，能夠在坡面形成具有一定強度的防護層（0.3MPa～0.45MPa）。在非極限自然環(huán)境中（極限自然環(huán)境主要指低溫凍脹、高水位長時間浸泡等），植被混凝土施工后不會產(chǎn)生剝落、開裂現(xiàn)象和結(jié)構(gòu)突變，早期滲水系數(shù)非常小，自然降雨產(chǎn)生的坡面漫流水基本上不能滲透到植被混凝土結(jié)構(gòu)層以下。

2.2 物種配比

綜合考慮湛江氣候條件、植物生長狀況及周邊已建成通車的項目經(jīng)驗，本項目共選取了8 種草、灌木物種，分別為狗牙根、寬葉草、大花金雞菊、黃花決明、刺槐、木豆、銀合歡和紫穗槐。物種配比根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件調(diào)整，巖石風化較強的路段可多采用些草木種子，巖石風化較弱的路段可多采用些灌木種子，最終確定植被混凝土物種面層配比如表2 所示。

表2 植被混凝土物種面層配比（g·m-2）

該物種配比的植被混凝土能較好的適應(yīng)當?shù)貧夂颍尚秃蟮闹脖换炷辆坝^綠化效果很好，實現(xiàn)了公路與環(huán)境協(xié)調(diào)的設(shè)計構(gòu)思。

2.3 工藝流程

植被混凝土護坡包括的工序為：坡面清理→測量放線→掛網(wǎng)錨固→土壤加工→植被混凝土拌合→噴射植被混凝土→坡面養(yǎng)護[12]。

①坡面清理：在施工前期需將坡面危石、浮渣及大粒徑填料進行處理，同時對坡面進行微地貌整形，以便利于施工安全、植物的生長及養(yǎng)護。

②測量放線：邊坡整形完畢后對邊坡高程、坡度及平整度進行復核驗收。

③掛網(wǎng)錨固：掛網(wǎng)采用14#（2mm）鍍鋅勾花鐵絲網(wǎng)、網(wǎng)孔尺寸為6cm×6cm，網(wǎng)間搭接20cm，網(wǎng)掛至坡頂以上1m 處。

抗滑錨桿采用Φ16 螺紋鋼筋，錨桿長0.6m～1m。按緩坡間距2m×4m、陡坡間距2m×2m 錨固，第一排錨桿安裝在坡頂平臺上，坡面凹凸起伏大的地貌點需增加錨桿，錨桿外露10cm，防止植被混凝土整體（或大塊）從坡面滑落。

限位錨釘采用Φ8 光圓鋼筋，長0.25m，間距0.5m×0.5m 錨固，錨釘外露0.1m。距坡面4cm～6cm 處與錨釘綁扎，綁扎后將錨釘向上彎折。嚴格控制鐵絲網(wǎng)到坡面的間距，確保植被混凝土施工后鐵絲網(wǎng)包過濾達到90%。

④土壤加工：優(yōu)先選用種植土或沙壤土，含砂率≤20%，含水率≤15%，用強制性篩土機粉碎后過篩備用，篩網(wǎng)尺寸不超過20mm×20mm。現(xiàn)場儲備的原料土和過篩后的土料應(yīng)及時覆蓋，有條件的情況下設(shè)置儲料棚，避免露天存放。

⑤植被混凝土拌合：使用滾筒式攪拌機進行物料拌和，依次按照既定配比加入土料、有機物料、活化添加劑、有機料、復合肥、植物種子等，攪拌3～5 分鐘。待攪拌均勻后用裝載機運至混凝土噴漿機內(nèi)。

各類物料、添加劑的配置應(yīng)使用定量容器（如鐵桶），誤差不能超過0.5kg。植物種子需至少提前配制好一個工班的用量，確定了每罐的分配量之后用量筒添加。

植被混凝土基層與面層配比不一，為了避免混淆和施工失誤，每0.5 工班先拌和好足夠數(shù)量的面層物料，單獨存放，然后再進行基層物料的拌和。

⑥噴射植被混凝土：為提高組合設(shè)備的功效，應(yīng)合理安排攪拌機、空壓機、干噴機及噴射點之間的距離。

噴射前，先用土壤修復沖刷較為嚴重的坡面坑洼處，然后進行潤濕坡面，再進行噴射。噴射厚度平均為0.1m，其中基層0.08m，面層0.02m，植物種子位于面層中。注意噴頭應(yīng)盡量與坡面垂直，且與坡面距離≤2m。

緩坡噴射在完成一定面積后，再集中噴面層，噴射前需用高壓水槍潤濕基層。如遇到高陡邊坡噴植，需使用升降平臺，升降平臺利用5kW 以上卷揚機牽引，專人負責操作，平臺上作業(yè)的噴槍手須另行佩戴安全繩。

圖1 植被混凝土生態(tài)修復剖面圖

⑦坡面養(yǎng)護：坡面整體坡度＜70°時采用無紡布覆蓋進行保濕、防曬；坡面整體坡度≥70°時，無紡布對水分阻隔效應(yīng)明顯，采用遮陽網(wǎng)進行覆蓋養(yǎng)護；低溫季節(jié)用草毯覆蓋；凹凸起伏過大的坡面，適合采用遮陽網(wǎng)或草毯進行覆蓋。在覆蓋完畢之后，視保水情況定期用灑水車進行灑水養(yǎng)護，具備條件且大面積防護的坡面，可考慮設(shè)置噴灌系統(tǒng)，及時補充幼苗生長所需水分和養(yǎng)分。

一般來說，在噴播完成后養(yǎng)護一周內(nèi)坡面即可有草種發(fā)芽。理想狀態(tài)下，隨著草種的生長，無紡布在60d～90d 內(nèi)會自動風化脫落，最終完成坡面生態(tài)修復。如果遇到坡面植被生長狀況不良的情況，可視植被生長情況適當掀開無紡布進行追肥處理，確保植被生長狀態(tài)良好。

2.4 邊坡防護效果

本項目采用植被混凝土防護的邊坡主要集中在2019年6 月～7 月施工，根據(jù)現(xiàn)場巡查情況可得，噴播完成后30d～40d 內(nèi)坡面植被以草木為主，覆蓋率達75%，次年灌木逐漸生長。施工近2 年后，坡面植被基本實現(xiàn)了免養(yǎng)護，綠化效果非常顯著，K20+562～K20+909 下邊坡和K22+730～K22+817 上邊坡防護前后實景如圖2～圖3 所示。

圖2 K20+562～K20+909 段防護前后實景圖

圖3 K22+730～K22+817 段防護前后實景圖

3 植被混凝土生態(tài)修復技術(shù)綜合效益評價

3.1 生態(tài)效益評價

利用植被混凝土對坡面土石裸露、水土流失較嚴重的邊坡進行生態(tài)修復處理，通過對邊坡進行淺層加固，坡面抗沖刷、抗?jié)B性能顯著提高，坡體穩(wěn)定性有所增強；坡面的綠化程度明顯改善，邊坡植被壽命和生長質(zhì)量提高，灰塵和二氧化碳的吸收能力增強，噪音減弱，路面溫度降低，較好的實現(xiàn)了公路景觀與當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的融合。

3.2 經(jīng)濟效益評價

植被混凝土基材中用量最大的是種植土，而邊坡修復工程可實現(xiàn)邊坡整修土或本地土的再利用，可大大降低工程造價；植被混凝土施工速度快，施工功效可達到200m2/d，與傳統(tǒng)骨架圬工防護相比，速度能夠提高50%，且采取機械化噴播作業(yè)，減少了人工投入；植被混凝土成本預計90元/m2，略高于傳統(tǒng)的骨架圬工防護、掛網(wǎng)客土噴播等，但是它能快速形成防護面，有效減少和防止邊坡水毀和沖刷，降低修復和返工風險，尤其是對抗沖刷及時性要求高的路基邊坡，經(jīng)濟效益更為顯著。

4 結(jié)論及建議

植被混凝土生態(tài)修復技術(shù)作為一種新型護坡技術(shù)，近幾年在公路邊坡的防護和水毀修復等方面得到了廣泛應(yīng)用。基材和物種配比可根據(jù)當?shù)貧夂驐l件試驗調(diào)整，現(xiàn)場施工周期較短、成本較低，成型后坡面景觀綠化效果突出，綜合效益顯著，可以為其他在建或擬建公路項目的邊坡防護提供借鑒。

考慮到植被混凝土基材的混合攪拌會減小水泥顆粒間的連接，降低成型后植被混凝土防護層的強度，可以通過調(diào)整基材摻配順序、優(yōu)化改良基材混合方式，以保證水泥顆粒間的有效連接，實現(xiàn)在保證原有強度的同時降低水泥、改良劑的用量。而水泥摻量的減少對應(yīng)著改良劑的減少，達到進一步節(jié)約物料、降低成本、提高工效、提升修復效果的目的。