高速鐵路路基邊坡纖維團粒噴播生態防護技術

張英龍

（雄安高速鐵路有限公司，河北保定 071800）

鐵路綠色通道建設是全國綠色通道建設的重要組成部分，具體包括新建、既有鐵路兩側的綠化、美化和路基邊坡的綠色（植物）防護工程［1-2］。鐵路路基邊坡生態防護是鐵路綠色通道建設的核心和重點。根據《國家中長期鐵路網規劃》，到2025年鐵路總里程達到17.5 萬km 左右，其中高速鐵路約3.8 萬km。鐵路路基邊坡生態防護有巨大市場需求。

2013年中國鐵路總公司發布鐵總建設［2013］9號《鐵路工程綠色通道建設指南》，總結了鐵路路基邊坡常用生態防護技術，用以處理不同坡度不同地質條件的邊坡，主要包括種植灌草或噴播植草（灌木）、栽植灌木、植生袋植草（灌木）、植生帶植草（灌木）、客土植生、噴混植生，見表1。近年來，以材料學、植物學、土壤學、巖土工程等學科理論為指導，在傳統生態護坡技術的基礎上對采用更環保材料或更先進技術的新型生態防護技術進行了探索，如連鎮鐵路路堤邊坡采用三維柔性生態護坡技術［3］，京沈客運專線生態防護試驗段應用了土工格室固土綠化技術［4］、植生袋防護技術，京張高速鐵路生態防護試驗段采用錨固植生袋技術［5］及土工格室固土綠化技術。

本文針對鐵路綠化工程高安全、高要求、少維護等特點，提出纖維團粒噴播技術。通過使用性能優越的基質材料，使坡面土壤團粒化，形成與自然表土相類似或更優的多孔穩定土壤結構，精選植物種子并進行科學處理，保證植物成活率，最終達到坡面防護目的。該技術具有施工高效快捷、成本低、養護維修量小等優點［6］，較植生袋生態防護技術有更廣的適用性，可以很好地與拱形骨架、框架梁護坡等圬工防護配合使用。

表1 鐵路路基邊坡生態防護技術

1 纖維團粒噴播技術作用機理及特點

纖維團粒噴播技術是借助噴播機械將預先加入并攪拌均勻的植物纖維、壤土、泥炭土、肥料、保水劑、黏合劑或團粒劑、植物種子、水等混合物經噴播槍口噴附到鐵路路基坡面，在噴播的瞬間發生團粒化反應（圖1），制成纖維纏繞土粒且具有空隙結構的噴播體，并強烈黏附在路基邊坡上。當灌木、草本混合種子萌發成苗、長成植被后，通過植物根系連接土壤和路基

圖1 團粒化結構

從而達到植物護坡的功能。該技術適用于坡度緩于1∶1.25的路基邊坡，土石混合或石質坡面須覆土。

1.1 基質材料

基質材料組成是纖維團粒噴播技術的核心內容之一，既需要為植物的生長提供必要的物質基礎，也要為植物的生長提供穩定的條件。纖維團粒噴播技術基質材料通常由植物纖維、壤土、泥炭土、肥料、黏合劑或團粒劑、保水劑等組成。基質材料的組成成分及作用見表2。

表2 基質材料的組成成分及作用

1.2 抗沖性能

噴播基質的抗沖性和抗剪性是保證噴播生態防護技術成功的關鍵。基質抗沖性是指基質抵抗徑流的機械破壞和推動下移的能力，表征基質抗侵蝕能力的強弱。基質抗剪性反映了基質剪切變形破壞的難易程度。根據相關文獻中的試驗研究［7-8］，噴播基質的早期抗沖指數一般為0.91。隨著植被的生長，基質的抗沖性逐漸增強，優于土壤的抗沖性。基質的抗剪強度早期為50 kPa 左右，后期逐漸增強，明顯優于土壤的抗剪強度。因此，該技術基質的抗沖性和抗剪性良好，可保證邊坡的穩定性。

1.3 纖維團粒噴播技術優勢

1）施工高效，機械化播種、施肥、覆蓋、保溫、保濕一次性完成，一臺機器（2～3 人）每天可以完成500 ～1 000 m2。

2）生態環保，施工過程中坡面無化工產品殘留，輔助材料對環境無污染。

3）快速出苗，形成覆蓋層，施工早期即可達到保持水土、防止坡面雨水侵蝕的效果。

4）減少養護，植被具備可持續發展性，后期養護工作量小。

5）高適應性，適宜坡度不陡于1∶1.25 的坡面，可以與框架梁、拱形骨架配合使用。

2 現場試驗

2.1 工程概況

京雄城際鐵路連接北京與雄安新區，全線設黃村站、新機場站、固安東站、霸州北站、雄安站5 座車站。纖維團粒噴播技術（圖2）應用于京雄城際鐵路路基邊坡生態防護試驗段固安東站站前三標DK53+815.00—DK54+040.10 左側邊坡，總長225.1 m，路堤邊坡坡率1∶1.75，最大高度約5.0 m。試驗段屬于暖溫帶半干旱半濕潤大陸性氣候，干寒同期，雨熱同季，四季分明，光照充足，溫差較大。多年平均氣溫11.5 ℃，最熱月為7 月，平均氣溫為25.8 ℃；最冷月為1 月，平均氣溫為-5.2 ℃，氣溫年較差31 ℃。年降水量548.6 mm，無霜期188 d。

圖2 纖維團粒噴播斷面示意

2.2 試驗方案

施工現場采用草纖維噴播、木纖維噴播+生物菌肥、草纖維噴播+生物菌肥3種試驗方案。木纖維與草纖維相比吸水性能較優，其成本也更高。

2.2.1 材料配比

由于固安地區冬春季天氣寒冷且干旱少雨，植物的返青與生長受到影響。結合路基工程施工進度，選擇秋季播種，植物的越冬生長是需要解決的一大難題。工程中對客土噴播的基質進行優化配置，依據防寒基質改良試驗，分析現場坡面土體的理化性質，制定噴附基質材料的組成及配合比：壤土100 kg，泥炭土8 kg，木纖維5 kg，有機肥5 kg，復合肥30 g，磷肥50 g，復合團粒劑60～80 g。

2.2.2 種子配比

本次工程試驗遵循灌草結合、以灌為主的原則，選擇適宜生長的植物類型［9］，配比見表3。種子須提前經科學處理促使其快速發芽，采用藥劑浸種的方法，在噴播施工前1 d 進行，浸種時間過長會影響種子發育。

表3 植物配比 g·m-2

2.3 試驗過程

京雄城際鐵路路基邊坡纖維團粒噴播技術現場按照平整坡面、坡面覆土、鋪設鐵絲網、噴播基質、保溫、養護管理等工序進行施工。

2.3.1 平整坡面及覆土

清除施工平臺上的石塊、石渣等，修整路基坡面、整平，便于后續步驟的施工，坡面覆蓋20 cm 種植土，耙平，見圖3。

圖3 坡面整平

2.3.2 鋪設鐵絲網

坡面鋪敷鍍鋅鐵絲網并用L型錨釘固定。錨釘進行防銹處理，主錨釘長度0.8 m，φ22 mm 鋼筋；輔錨釘長度0.5 m，φ14 mm 鋼筋。使用電錘打孔，孔深在20～60 cm，錨釘間距1.5 m，使鐵絲網盡量貼近坡面，并用鐵絲把金屬網與錨釘連接好。

2.3.3 噴播基質

在噴播作業前，必須做好團粒化反應試驗，合格后才能進行噴播作業施工。團粒化反應試驗規定坍落度小于等于3 cm。如果試驗坍落度大于3 cm，則判定為不合格，應該重新檢查材料質量、配比數量、投料順序等是否正確，將相關環節進行調整后，重新進行上述試驗，直至合格后才能噴播［10］。將基質材料和植物種子混和后，用液力噴播機（功率23 kW，容量8 m3）噴播到待綠化路基坡面上，噴附基質層厚2 cm，見圖4。

圖4 噴播作業

2.3.4 施工過程保溫措施

施工現場日溫差較大，因此噴播后采用塑料布覆蓋，保溫保濕，有利于種子的萌發。出苗后采用覆蓋草墊的方式進行保溫，保證幼苗在溫度驟降時能夠存活，見圖5。

圖5 保溫措施

2.3.5 養護管理

施工現場設置灌溉系統，根據坡面斜高均勻布置水管，采用噴灌方式，水滴發散，以雨狀降落坡面。夏季地表溫度在30 ℃以上，氣溫在25 ℃以上的中午應禁止澆水，澆水的最好時間應在上午9：00 以前，下午在17：00以后（具體情況視天氣情況確定）。澆水養護見圖6。病蟲害防治應采取對環境無污染的物理防治和環保型農藥防治措施。

圖6 灌溉系統

現場施工1周后邊坡坡面開始出苗，2周后路基邊坡綠化效果良好，出苗高度約8～10 cm，見圖7。

圖7 2周后植物生長效果

3 結語

1）纖維團粒噴播技術利用性能優越的噴播基質形成具有空隙結構的噴播體，強烈黏附在路基邊坡，具有良好的抗沖性能。

2）纖維團粒噴播技術施工過程簡單方便，其中噴播基質的配比及機械噴播施工是關鍵環節。

3）纖維團粒噴播技術具有施工簡便高效、植被生長快、無污染、成本低等特點，技術推廣前景廣闊，是鐵路綠色通道建設的重要技術手段。