客土噴播的護坡機理及基材和施工等控制要點

方軍輝，朱德濱，程 承，劉永鵬

(西南林業大學 土木學院，昆明 650224)

對于大量裸露的巖石邊坡，傳統的修建構造物、錨固和噴射混凝土等工程防護方式雖然能達到護坡的目的，但是與周圍環境極不協調，而單一的綠化防護既缺少植物生長的土壤基礎，又忽略了邊坡防護效果。因此，為確保裸露的巖石邊坡美觀性、安全穩定性需進行邊坡生態防護。客土噴播是邊坡生態防護的新技術，是一種將植物生長的基礎——土壤與有機材、粘結劑、保水劑、肥料、酸堿調節劑和種子等按照比例混合，經機械攪拌均勻后，利用客土噴薄機播灑在因施工等原因破壞了原有植被的巖石坡面上形成植物生長的土壤層，種子發芽、生長成坪后，對邊坡起到綠化和防護作用。許多學者對其進行了大量的研究，取得了一些實際的成果，但還有很多問題沒有統一和完善的解決。通過對客土噴薄護坡的機理、基材的要求、施工工藝和施工注意事項的總結和分析，以引起對一些問題的深入研究，實現其理論和技術的成熟。客土噴薄的研究涉及巖土學、工程力學、土壤學、生物學、肥料學、園藝學和生態學等學科，本研究主要對客土噴薄的相關方面進行一定的解釋說明。

1 客土噴播護坡的機理

客土噴播護坡機理與工程防護、植物護坡不盡相同。工程防護主要通過砂漿抹面、勾縫或噴涂以及石砌護坡或護面墻等方式對不穩定的巖質或土質邊坡進行加固穩定的一種防護形式。植被防護通過植草、鋪草皮和植喬灌木等方式，主要是為美化路容，協調周圍環境，并利用植被涵水固土、淺根的加筋作用和深根的錨桿作用，在一定程度上提高對比較平緩的穩定土質坡面的穩定性和抗沖刷能力[1]。顯然，客土噴播不同于與周圍環境極不協調的工程防護，也不同于平緩土質邊坡上單一的植被防護，但它不是二者的疊加。它針對的是不適于植物生長的穩定的石質邊坡、硬土邊坡以及特殊土邊坡，其實質是人為地創建“土壤”，為植物的定居、生長創造基礎條件，來實現裸露邊坡的綠化。它也具有一定的防護效果，但是一種柔性的、淺表層的護坡，其護坡機理除通過工程上的錨桿與掛網緊密相連使淺表層邊坡和植生基材穩定外，還表現為以下兩點：邊坡上形成的植物群落通過降水截留、植物葉系的攔截等作用減小雨水對坡面的沖擊和濺蝕作用，同時減緩了雨水的流速，從而直接地降低了對坡面的沖刷作用；噴播的基材將巖石邊坡與外界隔離，有效地減緩和抑制了自然因素作用下的巖體風化和脫落現象。

2 客土噴播基材及其要求

客土噴播基材最基本的組成物質有土壤、有機質、肥料、保水劑、粘結劑、水和植物種子，通常根據需要還會添加改良劑、pH調節劑等。基材混合物材料的一般要求如下，并對基材的配比和噴播厚度進行了解釋說明。

2.1 原材料的一般要求

(1)土壤。土壤是植物生長的基礎材料，為使坡體植物能健康持續生長提供養分和儲存養分。在實際工程中通常就近選擇當地具有團粒結構、含水量適當、pH值為6～7、有機質和礦物質營養元素齊全的壤土類土壤。土壤中可添加一些纖維，能夠起到加固土壤，提高噴播層穩定的作用，并減少發芽前混合基材的龜裂現象和雨水沖刷形成的土壤侵蝕。

(2)有機質。有機質是為植物生長提供養分和根系生長空間的基礎材料，應選擇輕質、持水、透氣、纖維含量多和富含有機質的材料。常用的有機質是泥炭，但其為一種有限資源，目前，已實驗研究證明了利用秸稈和谷殼等作為有機質的可行性，利用其配置的基材混合物具有良好的護坡效果[2]。

(3)肥料。肥料提供植物生長所需養分，植物生長除需要氮、磷、鉀等主要養分外，還需其它的各種微量元素。為使植物能夠正常生長應采用生態有機肥和長效有機肥。有機肥應優先選擇漚制的農家肥，其在微生物的分解下，肥效長，并具有豐富微量元素；復合肥和緩效肥料能夠提供不同時期所需的營養成分氮、磷、鉀[3]。

(4)粘結劑。粘結劑的使用，一方面可使基材緊密相連；另一方面，提高基材與坡面的黏結力，從而增加抗侵蝕、沖刷能力。國內外選用的粘結劑有乳化瀝青、高分子聚合物和化合物等[4]。在實際工程中，從經濟方面考慮，常使用普通硅酸鹽水泥，但應控制好其對混合物酸堿性的影響。

(5)保水劑。保水劑的使用，一方面是土層水分豐裕時吸收并儲存相當于自身重量數十倍至數百倍的水分；另一方面，土層中水分缺少時，可將水分緩慢釋放，供植物利用。根據實踐經驗，應選擇可吸水倍率稍低，但吸水重復性好且使用壽命較長的無毒無害的高分子聚合物保水劑。

(6)土壤改良劑。改良劑的使用，主要是為了增強基質的長期有效性，使植物在基材上健康生長。常用的土壤改良劑有團粒劑和pH調節劑。團粒劑應選用使用濃度低、膠結力強、形成團粒結構速度快且持續時間長的人工合成的高分子聚合物；主要的pH調節劑有硫磺、綠礬、廢硫酸、磷酸鈣、石膏、硅酸鈣等，通過添加pH調節劑，使基材pH值控制在適合植物生長的6.5～7.5范圍內[5]。

(7)水。水的使用，一方面使基材組合為一個整體；另一方面為植物種子生長發芽提供水分。應就近吸取使用無污染、無油、不含酸、堿、鹽等有害成分的水。水的用量也要控制好，應使土壤能捏成團而落下能散開[6]。

(8)植物種子。植物種子是客土噴播基材的一個重要主體，它的選擇受到邊坡類型、邊坡坡度、地域氣候和周圍環境特點等因素的影響。當邊坡類型為弱風化巖時應以草本植物為主，適當加入一定的灌木植物；中風化巖時，則以灌木為主，草本為輔；強風化巖時，則以灌木為主，并注意灌、草相結合的組合結構；石夾土時，則以灌木為主，喬、灌、草相結合的組合結構；土夾石時，則以灌木為主，喬木為輔，喬、灌、草相結合的組合結構[7]。對于邊坡坡度，邊坡較緩，小于45°時，應以喬灌結合為主，草本植物為輔；邊坡較陡，大于50°時，則以草為先鋒植物，而后演變為以灌草本植物為主，喬本植物為輔的組合結構[8]?？紤]到當地的氣候和周圍實際環境特點，以上草、灌、喬本植物種子的選配應走本地化道路，以地帶性植物、鄉土植物為基調，適當引進適于本地生長條件的野生植物和外地物種；也應考慮淺根植物和深根植物的結合、豆科植物與非豆科植物的結合、冷季型植物和暖季型植物相結合。這樣才能使植物體系更加適應當地氣候和周圍環境，建設一個具有生物多樣性的、穩定的、生命力強的立體生態群落，達到四季常綠的生態景觀效果[9]。通過對植物種的選擇和植物群落組合設計的研究，目前，客土噴播所使用的主要植物種類與常用品種見表1。

表1 客土噴播使用的主要植物類別與品種

2.2 基材配比要求

基材的配比一方面影響土層的開裂和剝離，另一方面影響植物種子的發芽、生長和成坪?？屯羾姴ジ髦饕牡膿搅渴峭ㄟ^試驗來確定的[10]，對其配比的總要求如下：

(1)基材本身應無害，對周圍環境應無污染。

(2)基材拌合后應當適度疏松，但為了施工方便應具有一定的流動性。

(3)基材應具有良好的粘結穩定性，不至因自身重力、風吹和雨水沖刷等作用下而脫離坡面。

(4)基材混合物的pH值必須控制在植物種子發芽和生長所需的6.5～7.5范圍內。

2.3 基材的噴播厚度

客土噴播的厚度受到邊坡類型、邊坡坡度和降水等因素的影響。邊坡類型影響下的噴播厚度要求如下：巖性越強，客土噴播厚度就越厚；巖性越弱，噴播厚度就越薄。一般來說，弱風化巖的噴播厚度應達到10～12 cm；中風化巖的噴播厚度應達到8～10 cm；強風化巖的噴播厚度應達到6～8 cm；石夾土邊坡的客土噴播厚度應為3～6 cm；土夾石的邊坡為改善土壤肥力，其噴播厚度應為3 cm左右[7]。邊坡坡度影響下的噴播厚度要求如下：

坡度較緩時，客土噴播厚度較??；坡度較陡時，其客土噴播厚度較大。一般來說，邊坡坡度小于35°時，平均客土噴播厚度為3～5.5 cm；坡度為35°～45°時，噴播厚度應為5.5～8.5 cm；坡度為45°～55°時，平均噴播厚度應為7.5～11.0 cm；當坡度大于55°時，平均噴播厚度應為8.5～12.5 cm[11]。降水作用主要對噴播前期的影響較大，對坡體基材侵蝕、沖刷，造成種子和養分的流失、幼苗的損壞。因此，對年降雨量較大、雨季較長、雨季暴雨強度大的地區應適當增加客土噴播厚度1～2 cm；同時，應盡量避免在雨季施工，以減小降水對基材的破壞。

3 客土噴播施工工藝

3.1 施工工藝流程

施工工期流程如圖1所示。

圖1 客土噴播施工工藝流程

3.2 施工操作要點

(1)施工準備。為確保施工按期進行，施工人員、機械設備、客土噴播材料、水、電等需先準備就緒。為保證施工安全進行，需安置好安全預防措施，如搭設鋼管腳手架、系安全帶和施工場地兩頭設施工標志等。

(2)邊坡坡面處理。客土噴播針對的是穩定邊坡，因此對不穩定邊坡需進行現場勘察并采取相應的工程防護措施，確保其深層穩定后再進行設計施工。同時，客土噴播需要掛網，這就要求坡面不能太凸凹，但也不能太光滑，否者，單靠掛網的摩擦力不足以使基材在邊坡上粘結成型，因而要適當地對邊坡加糙處理。再者，坡面徑流和涌水等對坡面的毀壞相當嚴重，必須設置坡面排水設施，將其引至坡底[12]。

(3)測量放線。根據設計要求，用水平儀及卷尺將縱橫間距放出，確定主錨桿鉆孔的位置，再在相鄰的主錨桿間中點位置插補次錨桿，主次錨桿以不同形式進行標注，依次用梅花狀布置形式對整個工作面逐一放點。

(4)錨桿的固定。錨桿需在錨孔中灌漿固定，因此主次錨桿鉆孔深度和孔徑應為設計尺寸的1.1倍。再者，為較好固定插入鉆孔的錨桿，宜選用灰砂比為1∶1～1∶1.2、水灰比為0.45～0.50的水泥砂漿或純水泥漿，水泥宜用32.5R普通硅酸鹽水泥[13]；防止錨桿銹蝕剝離漿體，需將制定好的錨桿作防銹處理后才能注漿。另外，鉆孔灌滿落實后錨桿伸出坡面長度應不大于9 cm，以防止錨桿凸出。

(5)掛網、扎網施工。待固定錨桿的砂漿干硬化后，可掛網施工。根據不同的邊坡類型，適當選擇掛網的材料，土質邊坡可選用塑料三維網，巖質邊坡宜選用鍍鋅鐵絲網。為掛網施工方便，以期整個坡面完全牢固的覆蓋，應自上而下放卷鋪設，相鄰兩網分別采用綁扎鐵絲連接固定，交接處至少有10 cm的重疊，同時將掛網與錨桿綁扎牢固[14]。

(6)噴播方式的選用和基材混合拌制。客土噴播按噴射方式可分為液壓式客土噴播、干式客土噴播和濕式客土噴播[15-16]。液壓式和濕式客土噴播的優點是噴射無粉塵污染、較均勻、效率較高，但攪拌較困難，且輸送距離短，一般不超過30 m；干式客土噴播法的優點是噴射距離較大，缺點是效率低、噴射不均勻和粉塵污染較大。因此，應根據實際需要選擇噴播方式，然后按照基材的配比，將材料在專用的機械設備料斗內拌勻后，進行下一道工序。

(7)客土噴播。為使基材混合料能較好的黏貼在坡面上，噴播前需將坡面噴灑濕潤。噴播過程可分為三步：首先，噴射不含種子的基材，噴厚約為基材實際噴播厚度(由于水分喪失會造成基質厚度不夠，基材實際噴播厚度約為設計值的1.25倍)的7/10。其次，待底基層穩定后，噴射含有種子的基材，其噴播厚度約為基材實際噴播厚度的1/10。最后，噴射表層覆蓋土，以保證種子不被沖刷、裸露曬傷等，其噴播厚度約為實際噴播厚度的1/5。

(8)覆蓋無紡布。為預防成型后的坡面不被雨水沖刷，達到保濕、保溫的效果，噴播完成后，即可覆蓋無紡布。以防其壓迫植物萌芽，宜用12-14g/m2的輕質無紡布進行覆蓋，不致其被風吹走，需用竹簽或錨索等固定。

(9)養護管理。種子發芽前，以保持土壤濕潤，每天早晨用霧化水滴噴灑一次。出苗后，為促進根系快速生長，可減少澆水次數。噴播完成一個月后，應全面檢查植物生長情況，對生長不均勻的位置進行補種；待苗長到一定高度時揭掉無紡布。在植物逐漸生長過程中，對其適時適量的施肥、澆水和病蟲害防治，以促早日形成群落結構。

4 存在的問題和建議

(1)自噴射護坡綠化技術傳至我國以來，一直存在專業用語混亂，定義不清、混淆等問題，譬如，有的學者將植被護坡的機理同客土噴播的機理相混淆；有些研究者的設計和施工工藝要求等相差甚遠，甚至互相矛盾。因此，為加快客土噴播技術發展需要規范用語，并制定相關的設計、施工和驗收規范等。

(2)客土噴播主要側重于其綠化效果，其在邊坡穩定和防護方面有一定的局限性，甚至有時會產生副作用。因此，不能盲目選用客土噴播方式，有時可配合工程防護措施綜合使用，達到綠化和護坡的較好結合。

(3)基材混合物配制時需要當地大量的壤土，形成了新的土體開挖和裸露，破壞了當地的植被和生態環境。因此，建議開發研究使用垃圾土、污泥等廢棄物來配制生長基材，以減小對當地生態環境的破壞。

客土噴播技術在我國仍是一項新技術、新工藝，在理論和實踐方面都還不夠成熟，難免會出現一些問題，但該技術與傳統的邊坡防護技術相比，具有一定的經濟和技術優勢，同時適用范圍廣，相信隨著近些年來不斷深入的研究，客土噴播技術將在邊坡防護和生態恢復中得到更深一步的推廣應用。

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