公路高路塹邊坡綠化智慧噴灌養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究

摘" 要：柯橋至諸暨高速公路是國(guó)家高速公路網(wǎng)G9903杭州都市區(qū)環(huán)線高速公路的重要組成部分，漓渚互通設(shè)計(jì)11級(jí)、面積7萬m2高邊坡，通過研究現(xiàn)狀分析，掌握高路塹邊坡綠化的特殊原理，引入智慧噴灌理念，通過建立實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)基地，利用雨量傳感器和控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡綠植智能化、定時(shí)定量的灌溉；同時(shí)根據(jù)不同作物施肥特點(diǎn)，把水分、養(yǎng)分定時(shí)定量，按比例通過噴灌系統(tǒng)提供給植物，對(duì)植物進(jìn)行精準(zhǔn)水肥灌溉，達(dá)到科學(xué)節(jié)水、智能灌溉目的。

關(guān)鍵詞：路塹高邊坡；綠植防護(hù)；智能噴灌；雨水傳感器；水肥調(diào)控；科學(xué)節(jié)水

中圖分類號(hào)：U416.1" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）09-0188-04

Abstract： The Keqiao-Zhuji Expressway is an important part of the national highway network G9903 Hangzhou Metropolitan Area Ring Expressway. Lizhu Interchange is designed to have an 11-level high slope with an area of 70 000 m2. Through research and analysis of the current situation， we have mastered the special principle of greening high cutting slopes， introduced the concept of smart sprinkler irrigation， and realized intelligent， regular and quantitative irrigation of green plants on slopes by establishing a real-time monitoring base and using rainfall sensors and controllers; meanwhile， according to the fertilization characteristics of different crops， water and nutrients are regularly quantified and provided to plants through sprinkler irrigation systems in proportion to provide precise water and fertilizer irrigation on plants to achieve scientific water conservation and intelligent irrigation.

Keywords： high cutting slope; green plant protection; intelligent sprinkler irrigation; rainwater sensor; water and fertilizer regulation; scientific water conservation

綠植對(duì)地表具有減緩徑流、根系蓄水、調(diào)節(jié)土壤濕度和抑制雨水沖蝕等生態(tài)護(hù)坡功能；對(duì)于淺層散生的植物根系，對(duì)根周土體起加筋作用；對(duì)于深層主直植物根系，對(duì)根周土體起錨固作用。植物根系發(fā)達(dá)，須狀根系與周圍土體形成了根土復(fù)合體，能有效增強(qiáng)邊坡土體的抗剪能力。由于該超高路塹邊坡處于低山丘陵區(qū)，高速公路將山體開劈成一條狹長(zhǎng)通道，互通區(qū)風(fēng)大雨急，高邊坡土壤難以留存、綠植不宜生長(zhǎng)，必須采取確保綠植生長(zhǎng)的措施，進(jìn)而提高邊坡結(jié)構(gòu)整體安全。研發(fā)適用于超高路塹水土保持、綠植生長(zhǎng)的噴灌養(yǎng)護(hù)工藝，將取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1" 工程概況

柯諸高速公路第TJ01標(biāo)起點(diǎn)樁號(hào)K0+000，終點(diǎn)樁號(hào)K7+200，主線長(zhǎng)7.2 km，漓渚互通起訖樁號(hào)MLK0+887.334～MLK2+635，長(zhǎng)1.748 km，路基標(biāo)準(zhǔn)寬度33.5 m；總挖方5 618 185 m3，其中高邊坡開挖長(zhǎng)度（含匝道）2 265 m、挖方452萬m3最大開挖11級(jí)、高112.8 m，漓渚互通起點(diǎn)距離運(yùn)營(yíng)的蘇（州）臺(tái)（州）高速公路不足1 km，行車經(jīng)過蘇臺(tái)高速時(shí)漓渚互通開挖裸露的路塹邊坡將會(huì)顯得異常突兀。柯諸高速以“綠色、精品、智慧”為建設(shè)總目標(biāo)，力爭(zhēng)打造全國(guó)高速公路品質(zhì)工程標(biāo)桿，因此高路塹開挖與綠植防護(hù)上升為重要工作。針對(duì)邊坡施工綠植防護(hù)問題，柯諸公司與浙江交工聯(lián)合高校共同研發(fā)了“公路超高路塹邊坡綠化智慧噴灌養(yǎng)護(hù)技術(shù)”為主旨的高邊坡施工管理體系，邊坡開挖嚴(yán)格遵循自上而下、逐級(jí)防護(hù)、光面爆破等規(guī)定，邊坡防護(hù)采用履帶式鉆孔錨固機(jī)機(jī)械化精準(zhǔn)快速作業(yè)，綠植養(yǎng)護(hù)采用智能噴灌肥水一體節(jié)能工藝。良好踐行綠色安全施工理念，提高工效，保證質(zhì)量，提升智慧化管理水平。該技術(shù)適用于公路路塹邊坡綠化養(yǎng)護(hù)作業(yè)，具有良好推廣價(jià)值。

2" 技術(shù)特點(diǎn)

2.1" 施工速度快

本技術(shù)采用智能化邊坡綠植養(yǎng)護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了邊坡綠植養(yǎng)護(hù)施工過程中對(duì)土體溫濕度和肥水需求的精準(zhǔn)控制，做到了邊坡綠植養(yǎng)護(hù)施工監(jiān)控可視化、數(shù)據(jù)采集動(dòng)態(tài)化、歷史數(shù)據(jù)可查化，避免了邊坡土體干枯或過濕返工，提高施工效率，縮短工期。

2.2" 施工質(zhì)量高

本技術(shù)創(chuàng)新了高速公路邊坡綠化養(yǎng)護(hù)工藝，引入智慧噴灌理念，通過建立實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)基地，利用雨量傳感器和控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡綠植智能化、定時(shí)定量的灌溉；同時(shí)根據(jù)不同作物施肥特點(diǎn)，把水分、養(yǎng)分定時(shí)定量，按比例通過噴灌系統(tǒng)提供給植物，對(duì)植物進(jìn)行精準(zhǔn)水肥灌溉，保證了邊坡綠化質(zhì)量，避免植物生長(zhǎng)不佳導(dǎo)致綠化病害。

2.3" 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著

本技術(shù)利用既有水源、供電線路、養(yǎng)護(hù)管路，配置智慧控制系統(tǒng)和噴灌裝置，對(duì)邊坡綠植進(jìn)行全過程、全覆蓋、全智能養(yǎng)護(hù)，減少現(xiàn)場(chǎng)灑水養(yǎng)護(hù)人員，節(jié)約成本；同時(shí)智能化管理避免返工，有利于環(huán)境保護(hù)。

3" 技術(shù)原理

構(gòu)建邊坡綠化養(yǎng)護(hù)智慧噴灌系統(tǒng)，首先分級(jí)計(jì)算水泵所需最小揚(yáng)程，統(tǒng)計(jì)各級(jí)邊坡噴灌面積、支管長(zhǎng)度、噴頭數(shù)量，結(jié)合噴頭設(shè)計(jì)水量，統(tǒng)計(jì)相應(yīng)邊坡噴灌養(yǎng)護(hù)的需水量，據(jù)此確定水泵及主管功率、壓力、流量和管徑等參數(shù)。

其次，經(jīng)試驗(yàn)確定管路與噴頭（圖1）安裝位置、高度、角度、間距，保障對(duì)防護(hù)坡面全覆蓋，不留死角；同時(shí)，試驗(yàn)確定噴頭噴出最佳水壓與水量，既能全覆蓋養(yǎng)護(hù)坡面，也能避免出水偏大沖刷坡面，弱化養(yǎng)護(hù)效果。

最后，安裝智慧化裝置，實(shí)現(xiàn)邊坡智能噴灌。智慧化裝置主要由氣象站（圖2）、控制器、解碼器、電磁閥和水肥一體機(jī)等組成，氣象站主要由雨量傳感器、溫濕度傳感器、風(fēng)速傳感器等組成，氣象站設(shè)置于坡頂及邊坡寬平臺(tái)；控制器與雨量傳感器連接，當(dāng)達(dá)到設(shè)定灌溉指標(biāo)時(shí)控制器發(fā)出電信號(hào)至解碼器，解碼器接受并轉(zhuǎn)換該信號(hào)控制電磁閥的啟閉，達(dá)到整個(gè)灌溉系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行。

4" 工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1" 工藝流程

施工工藝流程：噴灌方案設(shè)計(jì)→水泵選型與安裝→水管選型與鋪設(shè)→水肥一體機(jī)安裝→噴頭安裝→氣象站安裝→控制器安裝→電磁閥解碼器安裝→噴灌養(yǎng)護(hù)。

4.2" 操作施工要點(diǎn)

4.2.1" 噴灌方案設(shè)計(jì)

確定漓渚互通及D匝道11級(jí)路塹邊坡區(qū)域作為智慧噴灌養(yǎng)護(hù)范圍，水源取自距坡面線約60 m的塔溪水庫(kù)，水管沿各邊坡平臺(tái)敷設(shè)，主管橫向間距約10 m，采用水壓旋轉(zhuǎn)噴頭噴灌，支管縱向間距為5 m。

4.2.2" 水泵選型與安裝

塔溪水庫(kù)距7級(jí)坡平臺(tái)（寬度5 m）高差約50 m，水泵進(jìn)水壓力不小于0.5 MPa，功率不小于20 kW，選用型號(hào)YE2-180、功率22 kW三相異步電動(dòng)機(jī)，泵房安裝于7級(jí)邊坡外側(cè)，安裝開機(jī)后放置于塔溪水庫(kù)的水泵能夠順利完成取水。

4.2.3" 水管選型與鋪設(shè)

11級(jí)大挖方區(qū)域初步劃分3個(gè)區(qū)域，上面區(qū)7～11級(jí)邊坡、平臺(tái)（含主線與D匝道）總長(zhǎng)1 190 m；中間區(qū)4～6級(jí)邊坡、平臺(tái)（含主線與D匝道）總長(zhǎng)1 378 m；下面區(qū)2～3級(jí)邊坡、平臺(tái)（含主線與D匝道）總長(zhǎng)1 142 m，旋轉(zhuǎn)噴頭間距5 m/只，區(qū)域最大安裝噴頭量1 378/5=276（只），噴水量3 kg/min（含滴漏），需水量276×3/1 000=0.828 m3/min，供3個(gè)平臺(tái)，平均0.828/3=0.28 m3/min。主管（圖3）采用FE給水管DE75型供水量1.32 m3/min大于0.828 m3/min滿足要求；支管（圖4）采用FE給水管DE50型供水量0.6 m3/min大于0.28 m3/min滿足要求；噴頭持續(xù)噴灌30 min，用水90 kg/只，平均噴灌90 kg/5×10 m2=1.8 kg/m2，滿足綠化養(yǎng)護(hù)需求。

4.2.4" 水肥一體機(jī)安裝

邊坡為超高路塹且位于峽谷帶，風(fēng)大雨急，邊坡噴播土養(yǎng)分易流失，造成邊坡綠植生長(zhǎng)不良，安裝水肥一體機(jī)（圖5），根據(jù)不同作物需肥特點(diǎn)，把水分與養(yǎng)分，定時(shí)定量按比例直接提供給植物，提高植物覆蓋率。

4.2.5" 噴頭安裝

采用水壓式旋轉(zhuǎn)噴頭，噴頭橫向（平臺(tái)）間距為10 m、縱向間距5 m，因此有效射程為10 m，邊坡綠植逐步長(zhǎng)高，旋轉(zhuǎn)噴頭應(yīng)可調(diào)節(jié)高度（圖6），確保邊坡面噴灌全覆蓋。噴頭設(shè)計(jì)時(shí)靈活研發(fā)角度（圖7）與高度具有可調(diào)性，能最大限度適應(yīng)綠植生長(zhǎng)變化。

4.2.6" 氣象站安裝

氣象站（圖8）由雨量傳感器、風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器、光合有效傳感器和光照度傳感器等組成，雨量傳感器安裝在空曠地點(diǎn)，避免受除降雨之外的因素影響；氣象站實(shí)時(shí)分析提供空氣溫濕度、土壤溫濕度、風(fēng)速風(fēng)向、光合作用和光照度等信息，控制器經(jīng)過分析提供邊坡水肥需求報(bào)告，然后實(shí)時(shí)智能噴灌。

4.2.7" 控制器安裝

控制器（圖9）安裝于水泵附近，與雨量傳感器（氣象站）連接，雨量傳感器與控制器間距宜不超過60 m。智能灌溉系統(tǒng)由控制器發(fā)出電信號(hào)至解碼器，解碼器接受并轉(zhuǎn)換該信號(hào)控制電磁閥的啟閉，達(dá)到整個(gè)灌溉系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行。

4.2.8" 電磁閥解碼器安裝

控制器接出的雙絞線連接到各電磁閥處，與解碼器（圖10）連接，再由解碼器與電磁閥連接，直埋信號(hào)線和電磁閥、解碼器連接處均需采用防水膠布和絕緣膠布雙層保護(hù)。

4.2.9" 噴灌養(yǎng)護(hù)

利用雨量傳感器和控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)邊坡綠植智能化、定時(shí)定量的灌溉；同時(shí)根據(jù)不同作物施肥特點(diǎn)，把水分、養(yǎng)分定時(shí)定量，按比例通過噴灌系統(tǒng)提供給植物，旋轉(zhuǎn)噴頭（圖11）對(duì)植物進(jìn)行精準(zhǔn)水肥灌溉，達(dá)到科學(xué)節(jié)水、智能灌溉目的。

4.3" 質(zhì)量控制措施

本技術(shù)嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家及行業(yè)相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)并做到以下幾點(diǎn)：①設(shè)計(jì)邊坡綠化方案必須結(jié)合土壤、氣候等環(huán)境，具體邊坡綠化所用的客土與草種需適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂虻葪l件。②綠化養(yǎng)護(hù)應(yīng)建立在經(jīng)濟(jì)實(shí)用基礎(chǔ)上，合理選擇養(yǎng)護(hù)方式，推廣應(yīng)用機(jī)械化與智能化養(yǎng)護(hù)。③應(yīng)用智能噴灌養(yǎng)護(hù)時(shí)，應(yīng)做好首件試驗(yàn)工作，確定合理的噴灌養(yǎng)護(hù)時(shí)間與噴灌水壓力，避免噴灌流量或水壓過大，造成水土流失。④邊坡智能綠化養(yǎng)護(hù)處于探索階段，建議研究團(tuán)隊(duì)定期巡查邊坡，及時(shí)處理水肥調(diào)節(jié)、草蟲侵害等問題攻關(guān)。

4.4" 安全及環(huán)保措施

4.4.1" 安全措施

路塹邊坡高、坡度陡、平臺(tái)窄、上下頻繁，必須設(shè)置防護(hù)措施，如檢修通道和平臺(tái)護(hù)欄等。高邊坡開挖及綠化時(shí)，坡頂及平臺(tái)設(shè)置位移變形自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)邊坡動(dòng)態(tài)變化，必要時(shí)采取加固措施。

4.4.2" 環(huán)保措施

樹立“不破壞就是最大保護(hù)”理念，把工程融入自然，工程與自然環(huán)境無縫對(duì)接。做好開挖邊線復(fù)綠復(fù)原工作，種植凌霄等作物美化環(huán)境。

5" 應(yīng)用效果檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)

5.1" 高路塹邊坡綠化外觀檢查

漓渚互通11級(jí)高路塹2024年3月開始實(shí)施邊坡TBS綠化防護(hù)，2024年5月安裝智能噴灌系統(tǒng)，2024年6月經(jīng)驗(yàn)收后投入使用，應(yīng)用近1個(gè)月，綠化養(yǎng)護(hù)質(zhì)量明顯提高，如圖12所示。

5.2" 噴播綠化實(shí)測(cè)項(xiàng)目檢測(cè)

根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》第一冊(cè)土建工程中12.5噴播綠化基本要求與實(shí)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)（表1），基材混合物噴射厚度設(shè)計(jì)為100 mm，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。

6" 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)路塹邊坡綠化養(yǎng)護(hù)過程研究發(fā)現(xiàn)：①邊坡開挖一級(jí)防護(hù)一級(jí)，施工延續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，厚層基材噴播時(shí)間應(yīng)避開寒冬和盛夏，避免草種凍死或熱死，降低綠化生長(zhǎng)率。②邊坡必須采用預(yù)留光面層開挖，保障邊坡穩(wěn)定性和平整度，避免邊坡局部塌坍；邊坡光面爆破后要對(duì)邊坡表面進(jìn)行凹凸處理，給厚層基材與草種根系貼合巖面創(chuàng)造條件。

通過實(shí)施邊坡智能噴灌研究發(fā)現(xiàn)：①路塹邊坡高、氣候變化快，氣象站設(shè)置于坡頂，傳送的氣象數(shù)據(jù)與中下坡面會(huì)有差異，為提高氣象數(shù)據(jù)傳送的準(zhǔn)確性，應(yīng)在有代表性中間坡面及下坡面安裝氣象站，分區(qū)域?qū)嵤┲悄車姽?。②厚層基材噴播后結(jié)合實(shí)際氣候試驗(yàn)確定智能噴灌開啟和持續(xù)時(shí)間、噴頭壓力、噴灌半徑等參數(shù)，避免厚層基材及草種流失。

參考文獻(xiàn)：

[1] 公路路基施工技術(shù)規(guī)范：JTG/T 3610—2019[S].2019.

[2] 公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：JTG F80/1—2017[S].2017.

[3] 浙江省高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化管理實(shí)施細(xì)則：第七分冊(cè)綠化工程施工標(biāo)準(zhǔn)化[M].北京：人民交通出版社，2013.

[4] 室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：GB 50013—2018[S].2018.

[5] 噴灌工程技術(shù)規(guī)范：GB/T 50085—2007[S].2007.

[6] 節(jié)水灌溉工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 50363—2018[S].2018.

[7] 埋地硬聚氯乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程：CECS 17—2000[S].2000.