高陡巖石邊坡客土噴播技術試驗研究

田大作 陳 志 宋文杰

（湖南省水利水電科學研究所 長沙市 410007）

伴隨城市建設和交通網絡的迅速發展，全國各地形成了許多的裸露邊坡。這些裸露的邊坡，不僅造成了水土流失，導致邊坡塌方，同時還極大地破壞了城市和交通路段的生態環境。傳統的邊坡防護措施（如噴錨、漿砌片石骨架、水泥骨架、擋土墻等），雖然能有效地確保邊坡穩定，但要耗費大量的人力、物力，并且與周邊的風景協調性差，滿足不了現代城市景觀和人們追求舒適居住環境的要求。新興的厚層基材生態護坡技術，是將適合植物生長的基礎土壤與腐殖質、水泥、水添加劑等，按一定比例混合，經過機械充分攪拌均勻后，利用噴播機噴射到坡面上，形成適宜植物生長的土壤層，種子在其上發芽、生長成坪后，可以對邊坡起到有效的保護作用，從而達到快速修復生態系統和護坡的目的。

巖質邊坡生態修復技術的應用在發達國家已有很長的歷史。近年來，綠化網護坡、厚層基料噴射、植被型混凝土等已成為日本最為廣泛的生態護坡技術；20世紀50年代以來，先是歐、美國家，繼而東南亞國家和地區的液壓噴播技術也蓬勃興起。國內對巖質邊坡的植被保護研究仍處于初期探索階段，陳振盛及黃尊景對臺灣泥巖邊坡采用播種、植苗及植生帶等防護方法進行研究；劉世奇等在借鑒日本同類技術的基礎上，進行了以土壤為主要材料、硅酸鹽水泥為粘結材料的噴混植生試驗，并在內昆、株六等鐵路及惠河高速公路進行了現場試驗，取得一些研究成果；陳戈在西南線A-4標段提出采用厚層基材噴播綠化技術綠化隧道洞口，收到很好的技術、經濟和社會效益；張俊云和周德培提出坡面植物的合理選型設計是厚層基材噴射植被護坡技術的關鍵。

本文按文獻[1]確定的種植基材最優配合比，配制出具有一定流動性和粘結強度的種植基材，采用客土噴播機將其噴射并附著于高陡巖質邊坡上，通過觀察種植基材中植物的生長情況，評價客土噴播技術的生態修復效果和影響因素，為高陡巖質邊坡生態修復技術的進一步推廣奠定良好基礎。

1 試驗原材料及設備

1.1 主要原材料及功能

（1）土壤。種植基材的骨架和植物根系的生長空間，采用種植土，風干后用2.5mm的篩子過篩。

（2）水。使基材具有一定的流動度，采用自來水。

（3）水泥。種植基材主要粘結劑材料，采用42.5 R普通硅酸鹽水泥。

（4）腐殖土混合物。改善種子生長初期的生長環境，提高種植基材的孔隙率，提高發芽率，采用泥炭。

（5）增稠劑。使土壤形成粒團結構，采用PAM。

（6）纖維素。增加種植基的穩定性，包括提高抗裂、抗沖刷性，采用羧甲基纖維素鈉。

（7）保水劑。提高基材的保水性能，采用蛭石。

（8）pH緩沖劑。改善種植基的堿性環境，以適應植物的生長，采用硫酸亞鐵。

（9）鍍鋅鐵絲網。提高種植基材對坡面的附著能力和種植基材的結構穩定性，起固土的作用。

1.2 主要試驗設備

客土噴播機。

2 試驗內容

2.1 生態種植基材配合比設計

種植基是由固體、液體和氣體三相物質組成的具有一定強度的多孔人工材料。固體物質包括粗細不同的土壤礦物質顆粒、膠結材料、肥料和有機質以及其他混合物，土壤是植物生長的基體，肥料和有機質是植物生長必需的養分，而膠結材料使土壤顆粒相互連結起來，形成一定的粘結強度和抗沖刷能力。在種植基材固體物質之間，是形狀和太小都不相同的空隙，空隙由成孔材料產生，空隙中充滿水分和空氣。

本試驗在文獻[1]生態種植基材配比基礎上，綜合考慮種植基材水泥含量對植物生長的影響及水泥含量對種植基材粘結強度和抗沖刷能力的影響，為進一步縮小水泥含量的上限值，以水泥含量為變量，進行了兩組對比試驗，具體配合比參數見表1。

表1 種植基材參數配比

試驗種植植物的主要類型有：

（1）耐旱灌木：多花木蘭、紫穗槐、小葉女貞；

（2）草本植物：狗牙根、高羊茅。

具體種植密度如表2。

表2 種植密度設計方案 g/m2

2.2 現場施工工藝

（1）坡面整理。本試驗采用預制板模擬巖石邊坡，坡度為70°。實驗前，清除作業面雜物及松動塊體，預制板間縫隙采用粘土填實，以利于客土噴播施工。

（2）勾花網鋪設。采用高鍍鋅棱形鐵絲網（絲徑2mm），網孔規格為6 cm×6 cm。掛網施工時采用自上而下放卷，相鄰兩卷鐵絲網分別用綁扎鐵絲連接固定，兩網交接處至少要求有10 cm的重疊。網與坡面保持一定間隙，并均勻一致，掛網凹向坡面處采用塊石填筑，并用草繩纏繞在網上，以增加附著力，使客土厚度得到保證。掛網可以使客土基質在巖石表面形成一個持久的整體板塊。

（3）種子處理。灌木種子、草種應浸泡催芽，以促進其萌發，噴播前用80℃熱水（含浸種劑）浸種（1～2）h。

（4）植基材混合配制。將種植基材各組分嚴格按設計配合比配制并經人工或機械充分攪拌。工作量較大，需提前將材料準備好，同時要求材料充分干燥，防止雨水淋濕，保證基材噴固時能正常使用。

（5）種植基材噴固。基材噴固前，先將坡面濕潤，利用噴播機將充分拌勻的基材噴固于巖石邊坡上，避免仰噴。基材噴固分2層進行，第一層先噴射約 7 cm 厚，待基材穩定后（約 10min～15min），再噴射第二層3 cm厚基層，種子置于第二層基材中。由于基質水分喪失會造成基質厚度不夠，一般要求噴播厚度為設計厚度的125%。噴固時，要求噴槍口距坡面約2m左右，加注的水量以保持基材流不散為宜。

（6）覆蓋無紡布。在基材噴播施工完成后，迅速將20 g/m2無紡布從坡頂往下鋪設覆蓋，往下鋪設時盡量緊貼土層，鋪設時可采用竹釘固定，個別不平的地方可多加固。鋪設后能有效防止雨水對坡面及種子的沖涮，防止表層水土流失，同時又可起到保水保濕的作用，促進植物生長。

（7）養護及管理。噴播后應保持土壤濕潤，7天左右草本植物開始發芽，15～20天后灌木開始萌發，2個月后開始覆蓋坡面。由于草的生長速度很快，前期必須進行精細養護，及時清除過多的草，為灌木生長提供有利條件。噴播完成后1～2個月，應全面檢查植草生長情況，對生長明顯不均勻的位置予以補播，在灌木發芽率低的部位，也可開挖洞穴，補種當地野生灌木。

植物種子從出芽至幼苗期間，必須澆水養護，保持土壤濕潤。從開始堅持每天早晨澆一次水（炎熱夏季早晚各澆水一次），澆水時應將水滴霧化（有條件的地方可以安裝霧化噴頭），隨后隨植物的生長可逐漸減少澆水次數，并根據降水情況調整。在草坪草逐漸生長過程中，對其適時施肥和防治病蟲害，施肥堅持“多次少量”的原則。

3 試驗結果及分析

3.1 噴固效果

噴播過程中，基材噴射連續、均勻，未發生噴管堵塞，種植基材能較好地附著在邊坡上，坡面較平整，種植基材平均附著厚度約10 cm，種植基未出現大范圍的滑落和開裂，這表明在該配比下生態種植基材具有良好的流動性和粘結強度，能應用于高陡巖質邊坡的生態修復。噴固效果見圖1。

圖1 噴固效果

3.2 水泥含量對種植植物生長的影響

為確定水泥含量的上限值，本試驗進行了兩組試驗對比，試驗結果表明水泥含量對植物的生長影響明顯，具體見圖2（左邊為方案一，右邊為方案二），水泥含量低，植物長勢好，護坡效果好；當水泥重量∶土壤重量=0.100∶1.000時，植物長勢良好，當水泥重量∶土壤重量=0.122∶1.000時，植物成株率低。

圖2 水泥含量對植物長勢影響圖

3.3 生態護坡效果

噴播完成后1個月，部分種子正常發芽，幼苗發育良好，葉片飽滿呈鮮綠色；6個月時，植被生長茂盛，植株高度達到（10～20）cm（圖 3），在試驗的 5種植物中，高羊茅覆蓋效果最佳，且根系鉆入土層深，可作為高陡巖石邊坡生態修復的先鋒建植，狗牙根發芽率高，是高陡巖石邊坡生態修復的優選植物，多花木蘭長勢較好，且該植物自播能力強，亦可作為高陡巖石邊坡生態修復的優選植物，紫穗槐和小葉女貞成株率低。

圖3 綠化效果圖

4 結 論

（1）按本試驗方案一配制的生態種植基材具有良好的流動性和粘結強度，能應用于高陡巖質邊坡的生態修復工程，且具有較好的生態修復效果。

（2）生態種植基材配比中，水泥含量對植物的生長影響明顯，水泥含量低，植物長勢好；當水泥重量∶土壤重量=1∶10時，當水泥重量∶土壤重量=0.122∶1.000 時，植物成株率低。

（3）高羊茅、狗牙根、多花木蘭可作為高陡巖質邊坡生態修復的優選植物。

1 劉思源.高陡巖質邊坡生態種植基配比的試驗研究[J].湖南水利水電，2011,6：36-39.

2 陳振盛.泥巖邊坡植生技術研究[J].水土保持研究,1995,2（3）：68-75.

3 劉世奇.植被護坡技術及綜合防護體系研究[D].武漢：中國科學院研究生院（武漢巖土力學研究所），2004.

4 吳長文,章夢濤,付奇峰.斜坡噴播綠化技術的研究[J].中國水土保持，2000（4）：24-26.

5 夏海江,杜堯東,孟維忠.聚丙烯酰胺防治坡地土壤侵蝕的室內模擬試[J].水土保持學報，2000，14（3）：14-17.

6 張馥桂.生物工程在海岸防護、促淤應用的簡介[J].海洋工程，1994，12（2）：93-94.