太旧高速边坡生态修复SPF技术运用研究

武建军，刘秀珍

（1.山西交控集团 太旧高速公路分公司，山西太原 030006；2.山西省交通环境保护中心站（有限公司），山西太原 030032）

0 引言

高速公路项目的建设对于区域经济的稳定发展、交通质量的提升以及经济文化交流等方面都发挥着重要的作用[1]。影响高速公路正常运营的因素很多，高速公路边坡的稳定性就是其一，它不仅对在高速公路上行驶车辆的安全方面产生威胁，也在逐渐破坏高速公路周边的生态环境。

岩石边坡通常不具备植被赖以生长的土壤条件和养分条件，并且坡度都较大，雨水极易冲刷坡面，岩石边坡的生态防护成为高速公路建设中的研究热点和施工难点。高速公路边坡修复方法很多[2-5]，本文以太旧高速公路边坡防护与生态修复治理工程为依托，选择位于西环高速旧街枢纽阳泉、旧街匝道的边坡为修复对象，采用SPF 高性能生态基质喷播技术，在岩质坡面上营造一个能让植物生长发育的种植基质而又不被雨水冲刷的多孔稳定结构层，达到生态修复边坡的目的，同时为山西境内其他类似的高速公路边坡修复提供参考。

1 研究区域介绍

太旧高速公路横贯太行山腹地，途径复杂多样的山地、丘陵，属于温带大陆性季风气候，是山西省的第一条高速公路，对振兴山西经济具有重要意义。本文以太旧高速公路边坡防护与生态修复治理工程项目为依托，选取位于阳泉绕城高速旧街枢纽阳泉—旧街匝道外大段路堑为生态修复边坡。该边坡整体为强风化岩石沙土坡面，雨季受水流冲刷、旱季受强风沙侵蚀，导致土层逐渐风化缺乏营养，植被难以自然恢复。该工程需治理的坡面面积大约为4 200 m2，坡度65°左右，垂直高度为45 m，分为3个平台：第一平台长100 m，高15 m；第二平台长90 m，高15 m；第三平台长90 m，高15 m。坡面下部建设有15 m 高的混凝土挡墙。

2 研究方法与过程

2.1 研究方法

目前，国内边坡修复技术方法很多，如湿法喷播技术、客土喷播防护技术等，根据坡度、岩土物质组成、高度等因素，该项目采用SPF 高性能生态基质喷播技术，在此技术的基础上，还包括专家咨询、资料收集、室内试验、现场调查等。

2.2 室内试验

为了进一步了解SPF 高性能生态基质喷播技术在山西高速砂质边坡上应用的可行性，在2021年6月1日到7月20日期间，历经50 d 的室内试验，该试验分两部分：一是平面玻璃；二是垂直玻璃——窗户。测试在木质纤维上植被的生长状况及这种基质的黏合性能。

a）木质纤维厚度1 cm，按配比拌有保水剂、黏合剂、化肥等，物种包括早熟禾、波斯菊、胡枝子和黄刺玫4 种。

b）垂直地面的玻璃窗户上拍了一块约15 cm×15 cm的木质纤维，厚度1 cm。

2.3 SPF 高性能生态基质喷播技术

边坡采用SPF 高性能生态基质喷播技术进行综合治理，是利用空气压缩动力装置将预先配置并搅拌均匀的高性能生态基质材料、绿化种子按设计要求喷射到挂网后的坡面上实现快速强制绿化的一种边坡绿化技术。

SPF 高性能生态基质喷播技术要求喷播厚度不低于10 cm，分为基质层和表层，其中基质层厚度约为8 cm，表层厚度约为2 cm，表层配入种子。喷播顺序为自上而下、多次覆盖，分层喷播有利于提高出苗率、成苗率，缩短见绿与覆盖时间，确保永久效果。

其中木纤维起到类似植物根茎的网络加筋作用，从而形成有一定厚度的具有耐雨水、风侵蚀，牢固透气，与自然表土相类似或更优的多孔稳定土壤结构，起到夹裹种子、涵养水分的作用。调和水量由试喷决定，应该控制在喷射到岩面上的基质稠度达到既能黏结在岩面上又不产生流淌为度。

2.4 喷播工艺

平台通过液力喷播进行植被重建。植被类型短期以草本为主，目的是固土和抗冲刷；后期以灌木和野生植物为主，逐步与周围环境相融合。厚层基材喷播必须在刷坡、平整、保证边坡稳定的基础上才能实施；施工时，通过对削坡后形成的坡面进行表面平整、挂网、覆土、喷射含植物种子的混合基材、无纺布∕遮荫网覆盖、前期养护等工序实现边坡复绿。

2.5 种子种类选择及配比

根据该地区的气候条件，及治理区边坡面特点（朝向、高度、坡度、潮湿度、坡面自然生长的植被种类特性），选用的草、灌木种子种类及配比用量见表1。

表1 种子种类及配比用量表

3 数据分析与讨论

3.1 室内试验

太旧高速公路途经复杂多样的山地、丘陵，边坡多以岩石、砂砾为主，而岩石边坡通常不具备植被赖以生长的土壤条件和养分条件，并且坡度都较大，雨水极易冲刷坡面，SPF 高性能生态基质喷播技术能否被应用到此处，目前没有先例。为了达到生态修复边坡的目的，先在室内进行模拟试验，在玻璃板上种植植物，玻璃窗户上验证该技术的黏合性，历经50 d 的试验，观察结果如图1。

图1 室内试验结果展示

图1 是室内模拟岩石边坡在玻璃板上种植植物的生长过程。图1a～图1e 是播种第4 天到第50 天的植物生长状况，可以看到波斯菊、早熟禾从零星发芽到长势茂盛的过程，第33 天的时候，随机抽查一棵早熟禾，测得高度大约17 cm，根系约4 cm（图1d）；试验继续进行到第50 天，盖度达到80%左右，试验基本完成，植物生长状况良好。

图1f是进行基质黏附性试验，在垂直地面的玻璃窗户上贴了一块约15 cm×15 cm 的木质纤维，厚度1 cm，每天适量喷水，历经一月有余，结果显示材料配比的黏合力及黏附性都比较强，这为低于90°的有缝隙的石质边坡的生态修复提供了理论和试验支撑。

3.2 边坡修复现状调查分析

为了检验SPF 高性能生态基质喷播技术在该地段的应用情况，于2022年10月26日对植被的生长状况进行现场调查，3 个平台，共取9 个样方，记录植物种名、高度、盖度、以及根系的长度、固土的直径等数据。表2 是边坡修复植被现状调查物种表。同时也调查了边坡周围的植被现状，有早熟禾、狗尾草、小叶锦鸡儿、臭椿等，大都是一些耐寒、耐旱的物种，为后期边坡生态修复植物物种的进一步优选提供参考。

表2 修复边坡植被现状调查表

3.2.1 边坡修复前后面貌对比

该工程经过紧张地施工，于2022年8月31 号完成工程喷播过程。植物种子经过一个多月的发芽、生长，该边坡的整体状况发生根本性的改变，图2 是边坡生态修复前后坡面植被现状的对比，图2a 是修复前的原貌，可以看出坡面整体沙石化比较严重，不利于植被自然恢复，减弱对坡面的固土固沙作用，同时碎小砂石的跌落会对高速公路上行驶的车辆产生安全威胁；图2b 是采用SPF 技术修复后的坡面，是植被生长45 d 的面貌，可以看出，植被长势良好，达到修复边坡、美化景观的作用。

图2 边坡生态修复前后面貌对比

3.2.2 边坡植被现状调查分析

3.2.2.1 植被现状与所选物种种类对比分析

修复后的边坡目前植被长势良好（图2b），但通过表2 与表1 比较，可以看到植被现状与所选植物种类不完全匹配，发现新物种，如萝卜苗、油菜花、铁杆蒿、灰绿藜等；灌木物种发芽率很低，只发现多花木蓝，而荆条、紫穗槐、沙棘等物种没出现在修复后的边坡上。原因可能是播种的种子纯度不够；乡土物种适应力强；播种的季节选择欠佳。

早熟禾、荆条既出现在喷播选取的种子里，又在边坡周边出现，说明SPF 技术所选的喷播种子比较适应当地环境条件。但就目前而言，灌木物种发芽率低，长势差，要求在今后边坡的管护过程中加大对灌木物种的管理，结合周边植被，可以适当增加物种种类，形成乔-灌-草一体化，强化对边坡修复的效果，实现修复长效机制。

3.2.2.2 样方调查植被高度分析

根据《中国植被》植物群落分类法，调查的9 个样方属于同一个群落类型：波斯菊+紫花苜蓿群落（Asso.CosmosbipinnatusCav.+MedicagosativaL.），总盖度为85%。其中优势种是波斯菊和紫花苜蓿，盖度分别为45%和35%，平均高度分别为46.7 cm 和18.3 cm（见表3）；伴随物种有披碱草、早熟禾、多花木蓝，盖度分别为20%、25%和5%，平均高度分别为31.3 cm、25 cm和10 cm。乡土物种铁杆蒿和灰绿藜盖度都小于5%，平均高度分别是6.5 cm 和17.8 cm。

表3 边坡样方植被高度调查表 单位：cm

从图2 和表3 可以看出，边坡通过SPF 高性能生态基质喷播技术进行生态修复后，植被长势良好。草本植物占绝对优势，灌木物种长势极差，只发现多花木蓝，盖度＜5%，高度也只有10 cm，而配比表中的紫穗槐、荆条、沙棘均没有发现，正如前面所述，播种季节是秋末，气候、温度、土壤的环境条件不利于灌木种子的发育，进一步提出今后的边坡管护应加大对灌木物种的培育、管理。

3.2.2.3 样方调查植被根系长度分析

图3 是现场对波斯菊、紫花苜蓿的根系长度进行测量的展示，可以看出，植物根系长势旺盛，能够较好地把土壤黏结在植物周围，固土效果比较明显。用同样的方法，又对披碱草、早熟禾、萝卜苗和油菜花的根系进行测量，结果如表4。

图3 样方植被根系现场测量

表4 边坡样方植被根系长度调查表 单位：cm

从表4 中可以看出波斯菊、紫花苜蓿、披碱草的根系平均长度都超过10 cm，超过了SPF 技术喷播的厚度，说明该技术选取的基质层和表层土壤适宜所选植物的生长条件，初步达到对边坡的固土固沙作用。随着植物根系的分蘖、发育、强壮，再加上SPF 技术的网格固定，后期对边坡的修复效果会更加明显。

3.3 结论与建议

高速公路建设与运行容易对沿线生态环境造成非常大的影响[6]，边坡修复是高速公路与自然环境相融合的纽带。本文通过采用SPF 高性能生态基质喷播技术修复边坡，修复后的边坡有以下几个特点：

a）对岩石边坡的生态修复，进行了植物和非生命材料相结合的人为干预工程方式,促使被破坏的边坡生态环境快速恢复，达到稳定坡面和防止侵蚀的目的[7]。图2b 就充分体现了这一人工干预的优势，修复后的边坡植被长势良好，初步达到固土防沙的作用。

b）该项目边坡修复选用草灌相结合的植物搭配模式，遵循安全长效、因地制宜、乔灌草相结合等原则，尽量减少被恢复的边坡出现二次退化、植被数量减少、覆盖度下降等问题。

c）所选植物波斯菊、紫花苜蓿等长势良好，适应当地的自然环境条件，说明SPF 技术的运用选择得当。同时发现乡土植物铁杆蒿和灰绿藜，说明新形成的植物群落会受到乡土植物的干扰，但也为与当地植被融为一体创造条件，减少养护成本，达到自维持状态。

d）对植物根系的抽样调查发现，根系长度超过SPF 喷播技术的厚度，固土效果明显。随着植物的生长、发育，加上SPF 技术的网格作用，边坡的生态修复得以实现。

e）边坡修复后灌木物种极少，参考边坡周边植被，在后期的边坡养护、管理过程中，除补种沙棘、荆条、紫穗槐外，还可适当增加灌木种类如小叶锦鸡儿以及乔木物种如旱柳和榆树，逐步提高群落的物种多样性，以便实现边坡修复长效机制。

4 结语

高速公路边坡修复将会是一项长期而艰巨的工程，因地制宜选择合适的生态修复技术势在必行。本文在五十余天的室内试验基础上，提出采用SPF 高性能生态基质喷播技术对山西太旧高速公路西环高速旧街枢纽阳泉—旧街匝道进行生态修复，效果明显，该技术在山西省是首例，也为山西境内其他类似地质条件的边坡修复起到示范作用。