喷混植生防护技术在边坡

防护中的应用

摘要

长期以来，在北方地区公路路路基边坡防护一般采用坡面浆砌片石，喷播植草，种植紫穗槐，爬藤植物为主及与土工合成材料防护为辅的防护形式。以达到确保路基边坡稳定，又达到边坡绿化。现今建设“以人为本”的绿色通道工程成为时代所需。浆砌片石护坡虽能使路基边坡稳定，但无法达到绿化效果，喷播植草、种植紫穗槐等，一般用于土质路基边坡防护中，以达到绿化的效果。对于石质路堑边坡，目前尚没有更好的绿色防护形式。喷混植生技术运用在石质路堑边坡防护中，绿化效果独特，此项技术在北方公路路堑边坡绿色防护中较为少见。

喷混植生技术是将种植土、有机质（蘑菇肥、木屑、谷壳等）、复合肥、接合剂、保水剂、固土剂、PH调节剂等与植物种子按一定比例配合成混合植生基材，用喷射机械将混合均匀的基材喷射于坡面上，并覆盖无纺布，经3个月洒水养护，达到仅靠自然降水能正常生长发育，根系伸入到石质裂隙中，植被露出率达到80%以上，以达到石质路堑边坡绿化的目的，使石质路堑边坡变成真正意义上的“绿色通道”

关键词 路基边坡；边坡病害；植物防护；喷混植生

Abstract

Long-term since, in northern area highway road embankment slope protection general use MianJiang slope, spray seeding stones crushed grass planting amorpha, climb a cane, mainly geosynthetic materials and auxiliary protective protective form. To ensure embankment slope stability, and achieve slope greening. Current construction of \"people-oriented\" green channel engineering as needed. Plasma build by laying bricks or stones crushed revetment could make embankment slope stability, but cannot achieve afforestation effect, spray seeding (grass planting, etc, the general method for subgrade soil slope protection, in order to achieve the effect of green. For stone cutting slope, no better green protective form. Zizanioides born by using stone cutting slope protection, the afforested effect, this technology in the unique world.firstly green protection in highway are rare.

Technology is born zizanioides, organic soil will grow fat, wood, (mushroom hull, etc.), compound fertilizer, the mixture of aquasorb and solid earth, etc, PH regulator with the plant seeds in a certain proportion with mixed implant material with jet machinery, born of base material mixture evenly spray will be covered in slope surface and non-woven, after 3 months, only by sprinkling conserve natural rainfall can normal growth and development, the root to the rocky fissure, vegetation shows rate reached over 80%, in order to achieve the appraise of slope greening rocky, make stone cutting slope into a real sense of \"green channel\"

Enterprise

Keywords: embankment slope, slope protection, zizanioides, plant disease

引言

随着科学技术的突飞猛进，人类获得了巨大的开发和利用大自然的能力。人类在赖以生存的家园上大兴土木 ，开山辟地，筑路架桥，修房建厂。这些工程为人类提供了必要的生存条件，但同时也破坏了大自然原有的生态平衡。公路、铁路、水利、电力、矿山等工程建设过程中经常要大量挖方、填方，形成了大量的裸露边坡。裸露边坡会带来一系列环境问题，如水土流失、滑坡、泥石流、局部小气候的恶化及生物链的破坏等。采取工程措施，对边坡进行工程防护与人工绿化是减少工程病害、保护环境和走可持续发展的需要。因此，如何将工程建设与环境保护相结合，成为工程建设者必须考虑和解决的问题。

对边坡浅层和深层滑动破坏进行防护目前主要采用的是工程措施，如设置桩、挡墙、锚杆或锚索、灌浆等。但采用这些处置措施，往往使边坡普遍较高，同时也存在边坡裸露、生态重建效果较差等问题。

近年来，结合大量基础设施的建设，对边坡植物恢复技术开展了较多的研究。如边坡的植被防护，已研究提出了有机材喷播、挂网喷播、植被混凝土等防护与 绿化方法；对植物的种植也提出了基本要求；对草、乔木、灌木等植物的合理配置、生态群落的合理布置、生态防护与边坡支护结构物的关系等也展开了一些有益的探索。

一 国内现状

随着我国公路等级和人们生活水平的提高，路基边坡防护日渐引起公路部门的重视。在我国多年的道路工程实践中，积累了不少防护与加固技术的经验。水是公路边坡上土壤侵蚀的主体，公路部门对水流的力学研究都是以明渠均匀流为研究对象，可否利用工程经济学研究某路段采用集中排水或分散排水，可否用混凝土预制块或网格代替费工费时的浆

砌片石，可否用植被防护或综合防护替代全圬工防护等等。由于工程的千差万别，上述问题在规范中仅定性地作了限制，很少给出具体比选方法进行量化计算分析，由此设计出的结果可能一方面是工程达到了防护效果却造成了大量工程资金的浪费，另一方面是防护不当或方案错误导致防护失败，造成巨大资金重复投入，形成不良的社会影响。

在国内植物防护方面，随着人们环保意识的增强和生活质量的提高，在适宜植物生长的土质边坡、服务区、立交区，根据土壤、气候特点栽种花草树木，既可防风护坡，恢复因建路而破坏的生态平衡，美化环境、吸收尾气、诱导视线，还可防止暴雨对路基边坡的击溅冲刷。防护效果，但水对边坡侵蚀冲刷的量化研究仍鲜为报道，理论上缺乏必要的支持。同时由于各处工程项目的地理气候差异性，以及公路植物防护与园林专业的交叉相容，导致了防护物种和设计方案的千差万别，所以将水对土质边坡的侵蚀冲刷研究定量化，确定护坡方法的选择原则，划分不同地区用于公路防护的植物类型及特性，从而确定最佳综合防护设计方案已势在必行。

二 边坡防护的类型与用途

1 边坡防护的类型

在天然地表上开挖或填筑路基，必然会改变原地面底层结构的受力状态，原来处于未定状态的坡面，可能由于开挖而引起不平衡；新填的路堤，可能由于水流的冲刷和渗入而强度下降，产生沉陷、松散。公路建设中，防护工程对保证道路使用品值、提高投资效益均具有重要的意义。

路基边坡防护一般有三大类型：坡面防护、支挡防护和冲刷防护。

2 用途

2.1坡面防护

主要是保护路基边坡表面受雨水冲刷，减缓温差及湿度变化的影响，防止和延缓岩土表面的风化、破碎和剥蚀，从而保护路基边坡的稳定性，同时还兼顾改善环境景观、保护生态的平衡作用。坡面防护设施，不承受外力作用，必须要求坡面岩土整体牢固。

2.2.支当防护

支当防护（如挡土墙，土钉等）能够承受压力，用来支撑支撑天然边坡或人工土边坡以保证土体稳定。路基在遇到下列情况时可考虑支当防护：①路基位于陡坡地段上或岩石风化的路堑边缘地段；②为避免大量挖方及降低边坡高度的路堑地段；③可能产生塌方、滑坡的不良地质路段；④水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿海路基地段；⑤为保护生态环境或其他特殊要求的地段。

2.3冲刷防护

在沿河滨海路堤、河滩路堤及水泽区路堤，也包括桥头引导以及路基旁边的防护堤岸，应考虑冲刷防护。此类堤岸常年或季节性浸水，受水流冲刷拍击和淘洗，造成路基浸湿、坡脚掏空，或水位骤降时路基内细颗粒填料流失，致使路基失稳，边坡坍塌。冲刷防护重点针对水流的破坏的作用而设，是防水治害和加固堤岸双重功效。

三 喷混植生防护技术的原理

岩石边坡缺乏植物生长的必要条件一土壤和水分。如果在坡面上直接回填种植基质，

因岩石边坡大多又陡又急，回填物往往很难固定，若岩石光滑则固定更加困难，还会因降雨、流水等外因而遭到冲刷流失。

由此分析，岩石边坡实现绿化必须同时具备二个基本条件：一是坡面上必须有植物能赖以持续生长的种植基质，二是种植基质能永久固定在坡面上。喷混植生防护技术是以工程力学、土壤学和生物学理论为依据。

利用客土掺混粘结剂和锚托加固铁丝网技术，运用特制喷混机械将土壤、肥料、有机物质、保水材料、粘结材料、植物种子等混合干料加水后喷射到锚固有镀锌铁丝网的岩面上，形成10 cm厚度左右的具有连续空隙的硬化体，在岩石坡面上营造一个既能让植物生长发育而种植基质又不被冲刷的永久性的多孔稳定结构，种子可以在空隙中生根、发芽、生长。一定程度的硬化又可防止雨水冲刷，而混合物中的深水材料、营养成份适合植物种子的生根发育。为岩右绿化提供植物生长的基质从道理上是越厚越好，但考虑成本和施工难度我们一般设计成lO cm左右。为保持基质的保水要求，我们特意在基质中加入了大剂量的保水剂。保水剂是遇水可以反复吸收膨胀500～1 000倍的一种化学材料，无毒无害，在干旱时，保水剂中的水分又可以缓释给植物的根系。当种植基层中的保水剂全部吸水膨胀后，可以供应草坪在持续干旱时30～60 d的生长需要。种植基层的肥料和有机质可以满足植物在初期生长的营养需要。通过一段时间的养护，前期以草本植物为主对岩石坡面实现快速绿化、恢复植被，后期以灌木、乔木和藤本植物为主逐渐交替生长，形成一个与当地环境、气候相适应的草、灌、乔、藤结合的目标植物群落，从而达到恢复植被、改善景观、保护环境的目的。

喷混植生防护技术是集岩石工程力学、生物学、土壤学、肥料学、园艺学、环境生态学等学科于一体的综合环保技术，其核心是通过成孔物质的合理配置，在岩石坡面上营造一个既能让植物生长发育，而种植基质又不被冲刷的多孔稳定结构，使建植层固、液、气

三相物质基本平衡。

四 喷混植生的材料

1 种植基材的选择

种植基材的组成材料主要有土壤、有机质、肥料、保水荆、粘合剂、改良剂等。

(1)土壤。土壤可因地选材，选择就近可以采集的粘土、黄土或砂土。但往往砂土、黄土、粘土的肥力不足，一般可用其他肥土以1：1配合使用，土要干净无杂质、无杂草，保持干燥，并过筛去掉大的粗的颗粒以便于喷播使用

(2)有机质。有机质的使用主要是增加土的肥力和保证土壤的通气性，常用的有泥炭土、腐叶土、堆肥，锯木屑下谷壳、经充分发酵的家畜肥料等。

(3)肥料。主要用化学肥料和有机肥，化学肥料多采用缓释复合肥，有机肥主要有鸡粪、家畜粪，但都必

须经过充分的发酵，以免植物生长发育过程产生过多的病害。

(4)保水剂。保水剂是一种无毒无害的功能性高分子化合物，遇水可吸水膨胀成百上千倍，这些水分不易被一般的物理方法排出，而植物根系却能吸收贮藏于保水剂中的水分。保水剂可将偶然降雨迅速地吸收而膨胀成凝胶状将水分贮藏起来，干旱时便慢慢地释放给根系。一般采用吸水重复性好而使用寿命长的丙烯酞胺一丙烯酸盐共聚类的较大颗粒产品。

(5)粘合剂、土壤改良剂。为避免风雨等自然因素对种植基材造成的侵蚀、冲刷，必须

在种植基层中加入相当数量的粘合荆，以促使基质与岩石粘结和增强基质本身的抗侵蚀冲刷能力、粘合剂常用化学粘合剂和普通硅酸盐水泥。水泥呈碱性，一般来说对灌草种子的生根和发芽是有害的。喷混基质pH值可直接或间接影响植物的生长发育，其影响主要表现在土壤养分的有效性、土壤微生物活性、植物根系生长租抗性大小以及植物群落的构成等几个方面，为此加入辅助粘结荆(如红粘土、过磷酸钙)和缓冲剂，利用它们本身的酸碱性、缓冲性和红粘土的高量活性铝水解产生酸度进行pH值调节，使喷混基料的pH值由强碱性(PH值

8．0～8．5)降低到中性(pH值6．8～7．2)，适合植物生长。

2 植物种子选择和配方

护坡植物的选择应考虑以下因素：适应栽培区的气候，能抵抗不良环境，不易退化}根系发达，生长迅速，短期内能覆盖；多年生，与土壤固结能力强；分蘖多，茎叶繁茂。草本植物具有生长速度快，覆盖率高的优点，而灌木具有生长周期长，根系发达的优点。草本植物护坡在初期因有较高的覆盖率，能减缓雨水对坡面造成的面蚀及沟蚀。然而单纯草本护坡，养护成本较高，难于维持四季常绿的景观效果，且生态群落单一，层次结构简单，对于恶劣气候抵偏能力差，容易引起大面积退化，不适合边坡生物防护的可持续发展。灌木护坡，植株充分发育后，冠幅扩张，能达到有效的坡面覆盖，根系深入坡面土层或岩石缝隙中起到生物锚杆的作用，且用豆科灌木护坡，其根瘤菌具有固氮作用，能逐步增加坡面土壤肥力，从而逐步改善坡面土壤结构，有利于他植物的生长。但单纯的灌木护坡存在绿化初期植被覆盖率较低、植物层次单一等问题．灌草结合的护坡形式，充分利用草本植物速生、覆盖率高及灌木植株较高、冠幅大、根系深的优点，形成灌草结合的混合植物护坡结构，发挥植物间的互补依存关系，逐渐改善坡面微环境，实现植物护坡的可持续发展。根据上述要求，我们选择的草本植物有百喜草、狗芽根、宽叶雀稗等，灌木有海桐、

合欢女贞、山植、杜鹃等，藤本植物有爬山虎、常青藤、葛藤、素馨等，乔木有榕树、柏树、广玉兰等。由于灌木相对草本植物发芽率低且生长较慢，草本植物生长迅速会对灌木的生长形成竞争，一般草本植物生长旺盛的地方灌木生长稀少且矮小。灌草在相互依存的同时存在明显的制约关系，所以我仰对于不同地质条件和不同边坡状况的岩石坡面，采用不同的植物配方。软质岩坡面如强风化和全风化岩石坡面，草本植物相对易于生长，采用百喜草、狗牙根、宽叶雀稗等草本种子为25 g／m2，海桐、合欢女贞、山楂、杜鹃等灌木种子为18 g／m^2。而硬质岩坡面如微风化和未风化花岗岩坡面，则只能以灌木为主，采用百喜草、狗牙根、宽叶雀稗等草本种子为2O g／m^2 ，海桐、合欢女贞、山楂、杜鹃等灌木种子为2O g／m^2

3 辅助材料

(1)金属网。采用钢丝直径2．0 m ，网孔为6cmX6cm的镀锌金属网。

(2)锚杆。挂镀锌网的锚杆采用直径16 m 的钢筋，主锚杆长150 cm，辅锚杆长80 cm。初期养护需加盖无纺布，30— 45 d后待草苗长到一定高度时揭布}后期养护时若天气长期持续干早则应适当予以浇水养护，并根据需要施肥和杀虫。

五 施工工艺

⑴ 清理边坡

将容易滑落、影响边坡稳定的岩石处理掉，使坡面尽可能平整以利于喷混植生施工，同时增强坡面绿化效果。

⑵打设锚杆

交错成菱形打设主锚杆和辅锚杆。锚杆间距横向为l m，纵向为2 m ，锚杆数量为2O根／100 ms。锚杆用水泥砂浆加固。

⑶挂网施工

挂网施工时采用自上而下放卷，相邻两卷镀锌铁丝网分别用绑扎铁丝连接固定，两网交接处要求有15cn的重叠。

⑷配制种植基材

将粘土打碎过筛，将粘土、有机质、肥料、保水剂、粘合剂、改良剂充分拌和，搅拌均匀。

⑤喷射基材

采用专用喷混植生喷射机，将混合料均匀喷射至坡面，自上而下分两次实施喷播，第1层喷播厚5 an，待稳定后(30 m．in左右)再喷播第二层至设计厚度。在喷射第2层时，在种植基材中加入相应配方的植物种子。

⑥养护管理

初期养护需加盖无纺布，30一45d后待草苗长到一定高度时揭布，后期养护时若天气长期持续于早则应适当予以浇水养护，并根据需要施肥和杀虫。

六 与常规的防护技术有什么区别

对边坡浅层和深层滑动破坏进行防护目前主要采用的是工程措施，如设置桩、挡墙、锚杆或锚索、灌浆等。但采用这些处置措施，往往使边坡普遍较高，同时也存在边坡裸露、生态重建效果较差等问题。

采用喷混植生法的岩石边坡各边坡的绿色植被覆盖率达到95 以上，灌木丛生、生机勃勃，形成了稳定的草灌结合的植物群落。在完成喷混植生施工的岩石边坡，经历了连续的暴雨冲刷，各边坡喷混基底无一垮塌，植物没有冲刷的痕迹。这表明在草坪植被与基材的共同作用下，基材的抗侵蚀性大大增强，并且随着植物的进一步生长，草坪植物的根系会纵横交错，一个稳定的草灌结合的植物群落最终形成，从而达到长期护坡的目的。

七 边坡综合防护设计原则与注意事项

(1)“综合设计、就地取材、以防为主、确保施工”是边坡综合防护设计的基本原则；

(2)路基防护应按照设计、施工与养护相结合的原则，深入调查研究，根据当地气候环境、工程地质和材料等情况，因地制宜，就地取材，选用适当的工程类型或采取综合措施，以保证路基的稳固。不要轻易取消或减少必要的防护工程措施，而给养护遗留繁重的工作量；

(3)路基防护措施是根据沿线不同土质岩性、水文地质条件、坡度、高度和当地材料、气候等因地制宜选择，应密切结合路面排水作综合考虑；

(4)护坡方法应优先考虑采用植物防护，当土质不宜植物生长及难以保证边坡稳定时，要考虑经济性、施工及效果，采用圬工防护或相应的辅助设施；

(5)在防护方案设计时，应参照上述设计原则，初步选出护坡方法。在施工阶段，要对每个边坡的排水、土质等调查，根据调查结果变更原设计；

(6)在不良的气候和水文条件下，对粉砂、细砂与易于风化的岩石边坡，以及黄土和黄土类边坡，均宜在土石方施工完成后及时防护。路堑边坡应根据边坡岩层组成及坡面弱点分布情况考虑全面防护或局部防护；

(7)对于土路堤的坡面铺砌防护工程，最好待填土沉实或夯实后施工，并根据填料的性质及分层情况决定防护方式。铺砌的坡面应预先整平，坑洼处应填平夯实；

(8)对于不宜采用植物或混凝土网格中空植草的破碎岩路堑边坡，应综合考虑地形关系、基岩风化破碎程度、地震、暴雨、漏水、施工难易及经济性等因素，慎重选择喷浆(混凝土)、护面墙，落石防治等方案；

(9)混凝土网格中空植草护坡的目的，是防止受雨水侵蚀和风化严重的土质产生沟槽，及不适宜植物生长的土质和由于周围环境需要绿化的地方。该护坡方法不能承受土压力且造价高于植物护坡，使用时须充分分析；

(10)对于水流、波浪、风力、降水以及其它因素可能引起起路基破坏的，均应设置防护工程。在冲刷防护设计中，可综合考虑河道整治，使防护工程收到更好的效果；

(11)对于冲刷防护，一般在水流流速不大及水流破坏作用较弱地段，可在沿河路基边

坡设砌石护坡、石笼和混凝土预制板等，以抵抗水流的冲刷和淘刷。需要改变水流或提高坡脚处的粗糙率，以降低流速、减缓冲刷作用时，可修筑坝类构造物。对于冲刷严重地段(急流区、顶冲地区)，可采用加固边坡(砌石护坡)和改变水流情况的综合措施；水下部分可视水流的淘刷情况，采用加固边坡(砌石护坡)和改变水流情况的综合措施；水下部分可视水流的淘刷情况，采用砌石、石笼或混凝土预制板等护底护脚。砌石基础应置于冲刷线以下0.5～1.0m，水上部分采用轻型防护即可；

(12)综合防护应遵循\"实用、经济、美观\"的指导思想，明确\"为行车服务\"的目的，在实用、经济的前提下，力求边坡绿化三季有花。

结束语

通过对公路植物的特性的学习，我认为不同的植物具有不同的基因特性，因而对环境条件表现出不同的适应性，对护坡植物种类的选择应遵循以下原则：

①气候条件

光照、气温、湿度、降水、风等气候条件都影响着边坡植物的生长发育，但是在选择边坡植物时主要应考虑的气候因素气温和降水。最高气温和最低气温决定着植物是否正常生长发育，能否顺利越夏、越冬等；降雨（雪）的时期及雨量也是决定采用植物种类的重要依据。

另外，当边坡坡度较大时，降水落于破表后，由于重力作用，极易沿坡面往下流失，造成坡体土壤缺水干旱，直接影响植物的正常发育，甚至导致植物的死亡，只一点在北方干旱地区的边坡表现得尤为突出。

②土壤条件

土壤成分、肥力、土壤结构、酸碱性、盐碱性、土壤厚度等土壤因素与植物生长发育密切相关，从而决定着边坡植物能否良好生长。其中，在选择植物时比较重要的因素是土壤肥力状况、土壤结构和土壤ph值等。

在施工过程中，因开挖使地表植被完全遭破坏，原有表土与植被之间的平衡关系失调，表土抗蚀能力减弱在雨滴、重力和风蚀作用下水土极易流失，植物种子定植困难。此外，边坡土壤一般没有的生土，养分含量一般很低。同时由于坡度大、土壤渗透性较差等原因，边坡土壤降水截流作用小，造成水土和养分流失，使破面土壤变得贫瘠，立地条件差，不利于植物生长。还有，边坡土壤有机质含量一般很少，结构不良，经过一定时期的沉降作用后，重度增加、孔隙度降低，不利于土壤中水分和空气的有效运移以及肥料的协调转移，从而对护坡植物正常生长不利影响。

③种植目的

边坡植被的主要目的是故土护坡，防止边坡水毁，稳定边坡，以及美化工程景观环境。因此，要求边坡植物根系深，能快速覆盖地表。

参考文献

【1】 郑颖人 陈祖煜 王恭先 凌天清编著 《边坡与滑坡工程治理》人民交通出版社出版2007年

【2】 李 嘉主编 《公路设计百问》人民交通出版社出版 2003

【3】 王玉 任锦雄主编 《公路工程质量通病防治指南》，人民交通出版社出版2002

【4】 温德云主编，《公路施工技术》人民交通出版社出版，2003