高陡岩石边坡客土喷播技术试验研究

2012-12-06田大作宋文杰

湖南水利水电 2012年6期

田大作陈志宋文杰

（湖南省水利水电科学研究所长沙市 410007）

伴随城市建设和交通网络的迅速发展，全国各地形成了许多的裸露边坡。这些裸露的边坡，不仅造成了水土流失，导致边坡塌方，同时还极大地破坏了城市和交通路段的生态环境。传统的边坡防护措施（如喷锚、浆砌片石骨架、水泥骨架、挡土墙等），虽然能有效地确保边坡稳定，但要耗费大量的人力、物力，并且与周边的风景协调性差，满足不了现代城市景观和人们追求舒适居住环境的要求。新兴的厚层基材生态护坡技术，是将适合植物生长的基础土壤与腐殖质、水泥、水添加剂等，按一定比例混合，经过机械充分搅拌均匀后，利用喷播机喷射到坡面上，形成适宜植物生长的土壤层，种子在其上发芽、生长成坪后，可以对边坡起到有效的保护作用，从而达到快速修复生态系统和护坡的目的。

岩质边坡生态修复技术的应用在发达国家已有很长的历史。近年来，绿化网护坡、厚层基料喷射、植被型混凝土等已成为日本最为广泛的生态护坡技术；20世纪50年代以来，先是欧、美国家，继而东南亚国家和地区的液压喷播技术也蓬勃兴起。国内对岩质边坡的植被保护研究仍处于初期探索阶段，陈振盛及黄尊景对台湾泥岩边坡采用播种、植苗及植生带等防护方法进行研究；刘世奇等在借鉴日本同类技术的基础上，进行了以土壤为主要材料、硅酸盐水泥为粘结材料的喷混植生试验，并在内昆、株六等铁路及惠河高速公路进行了现场试验，取得一些研究成果；陈戈在西南线A-4标段提出采用厚层基材喷播绿化技术绿化隧道洞口，收到很好的技术、经济和社会效益；张俊云和周德培提出坡面植物的合理选型设计是厚层基材喷射植被护坡技术的关键。

本文按文献[1]确定的种植基材最优配合比，配制出具有一定流动性和粘结强度的种植基材，采用客土喷播机将其喷射并附着于高陡岩质边坡上，通过观察种植基材中植物的生长情况，评价客土喷播技术的生态修复效果和影响因素，为高陡岩质边坡生态修复技术的进一步推广奠定良好基础。

1 试验原材料及设备

1.1 主要原材料及功能

（1）土壤。种植基材的骨架和植物根系的生长空间，采用种植土，风干后用2.5mm的筛子过筛。

（2）水。使基材具有一定的流动度，采用自来水。

（3）水泥。种植基材主要粘结剂材料，采用42.5 R普通硅酸盐水泥。

（4）腐殖土混合物。改善种子生长初期的生长环境，提高种植基材的孔隙率，提高发芽率，采用泥炭。

（5）增稠剂。使土壤形成粒团结构，采用PAM。

（6）纤维素。增加种植基的稳定性，包括提高抗裂、抗冲刷性，采用羧甲基纤维素钠。

（7）保水剂。提高基材的保水性能，采用蛭石。

（8）pH缓冲剂。改善种植基的碱性环境，以适应植物的生长，采用硫酸亚铁。

（9）镀锌铁丝网。提高种植基材对坡面的附着能力和种植基材的结构稳定性，起固土的作用。

1.2 主要试验设备

客土喷播机。

2 试验内容

2.1 生态种植基材配合比设计

种植基是由固体、液体和气体三相物质组成的具有一定强度的多孔人工材料。固体物质包括粗细不同的土壤矿物质颗粒、胶结材料、肥料和有机质以及其他混合物，土壤是植物生长的基体，肥料和有机质是植物生长必需的养分，而胶结材料使土壤颗粒相互连结起来，形成一定的粘结强度和抗冲刷能力。在种植基材固体物质之间，是形状和太小都不相同的空隙，空隙由成孔材料产生，空隙中充满水分和空气。

本试验在文献[1]生态种植基材配比基础上，综合考虑种植基材水泥含量对植物生长的影响及水泥含量对种植基材粘结强度和抗冲刷能力的影响，为进一步缩小水泥含量的上限值，以水泥含量为变量，进行了两组对比试验，具体配合比参数见表1。

表1 种植基材参数配比

试验种植植物的主要类型有：

（1）耐旱灌木：多花木兰、紫穗槐、小叶女贞；

（2）草本植物：狗牙根、高羊茅。

具体种植密度如表2。

表2 种植密度设计方案 g/m2

2.2 现场施工工艺

（1）坡面整理。本试验采用预制板模拟岩石边坡，坡度为70°。实验前，清除作业面杂物及松动块体，预制板间缝隙采用粘土填实，以利于客土喷播施工。

（2）勾花网铺设。采用高镀锌棱形铁丝网（丝径2mm），网孔规格为6 cm×6 cm。挂网施工时采用自上而下放卷，相邻两卷铁丝网分别用绑扎铁丝连接固定，两网交接处至少要求有10 cm的重叠。网与坡面保持一定间隙，并均匀一致，挂网凹向坡面处采用块石填筑，并用草绳缠绕在网上，以增加附着力，使客土厚度得到保证。挂网可以使客土基质在岩石表面形成一个持久的整体板块。

（3）种子处理。灌木种子、草种应浸泡催芽，以促进其萌发，喷播前用80℃热水（含浸种剂）浸种（1～2）h。

（4）植基材混合配制。将种植基材各组分严格按设计配合比配制并经人工或机械充分搅拌。工作量较大，需提前将材料准备好，同时要求材料充分干燥，防止雨水淋湿，保证基材喷固时能正常使用。

（5）种植基材喷固。基材喷固前，先将坡面湿润，利用喷播机将充分拌匀的基材喷固于岩石边坡上，避免仰喷。基材喷固分2层进行，第一层先喷射约 7 cm 厚，待基材稳定后（约 10min～15min），再喷射第二层3 cm厚基层，种子置于第二层基材中。由于基质水分丧失会造成基质厚度不够，一般要求喷播厚度为设计厚度的125%。喷固时，要求喷枪口距坡面约2m左右，加注的水量以保持基材流不散为宜。

（6）覆盖无纺布。在基材喷播施工完成后，迅速将20 g/m2无纺布从坡顶往下铺设覆盖，往下铺设时尽量紧贴土层，铺设时可采用竹钉固定，个别不平的地方可多加固。铺设后能有效防止雨水对坡面及种子的冲涮，防止表层水土流失，同时又可起到保水保湿的作用，促进植物生长。

（7）养护及管理。喷播后应保持土壤湿润，7天左右草本植物开始发芽，15～20天后灌木开始萌发，2个月后开始覆盖坡面。由于草的生长速度很快，前期必须进行精细养护，及时清除过多的草，为灌木生长提供有利条件。喷播完成后1～2个月，应全面检查植草生长情况，对生长明显不均匀的位置予以补播，在灌木发芽率低的部位，也可开挖洞穴，补种当地野生灌木。

植物种子从出芽至幼苗期间，必须浇水养护，保持土壤湿润。从开始坚持每天早晨浇一次水（炎热夏季早晚各浇水一次），浇水时应将水滴雾化（有条件的地方可以安装雾化喷头），随后随植物的生长可逐渐减少浇水次数，并根据降水情况调整。在草坪草逐渐生长过程中，对其适时施肥和防治病虫害，施肥坚持“多次少量”的原则。

3 试验结果及分析

3.1 喷固效果

喷播过程中，基材喷射连续、均匀，未发生喷管堵塞，种植基材能较好地附着在边坡上，坡面较平整，种植基材平均附着厚度约10 cm，种植基未出现大范围的滑落和开裂，这表明在该配比下生态种植基材具有良好的流动性和粘结强度，能应用于高陡岩质边坡的生态修复。喷固效果见图1。

图1 喷固效果

3.2 水泥含量对种植植物生长的影响

为确定水泥含量的上限值，本试验进行了两组试验对比，试验结果表明水泥含量对植物的生长影响明显，具体见图2（左边为方案一，右边为方案二），水泥含量低，植物长势好，护坡效果好；当水泥重量∶土壤重量=0.100∶1.000时，植物长势良好，当水泥重量∶土壤重量=0.122∶1.000时，植物成株率低。

图2 水泥含量对植物长势影响图

3.3 生态护坡效果

喷播完成后1个月，部分种子正常发芽，幼苗发育良好，叶片饱满呈鲜绿色；6个月时，植被生长茂盛，植株高度达到（10～20）cm（图 3），在试验的 5种植物中，高羊茅覆盖效果最佳，且根系钻入土层深，可作为高陡岩石边坡生态修复的先锋建植，狗牙根发芽率高，是高陡岩石边坡生态修复的优选植物，多花木兰长势较好，且该植物自播能力强，亦可作为高陡岩石边坡生态修复的优选植物，紫穗槐和小叶女贞成株率低。