不同坡率下纖維結構團粒噴播技術的適用性研究與應用

呂宋 魏少偉 姚建平 曹淵東 劉瑞 董恩江

（1.中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081；2.北京鐵科特種工程技術有限公司，北京 100081）

鐵路路基邊坡生態防護是邊坡防護和綠化工程的有機結合，對減少鐵路沿線水土流失、改善生態環境等具有重要意義［1］。路基邊坡生態防護體現了新時代鐵路綠色發展的新要求，有利于打造鐵路高標準高質量綠色生態廊道。

目前我國鐵路路基邊坡生態防護技術主要有噴播或栽植灌草、植生帶或網墊植草（灌木）、植生袋或生態袋植草（灌木）、客土植生、噴混植生等。近年來，隨著材料學、植物學、土壤學、巖土工程等學科的發展，在傳統生態護坡技術的基礎上開發出新型生態防護技術。如2018 年連鎮鐵路采用三維柔性生態護坡技術，京張高速鐵路以生態袋固土技術為基礎，采用錨拉式綠色防護技術，2019 年京雄城際鐵路采用土工格室固土綠化技術等。

客土噴播技術施工高效、成本較低，在鐵路、公路等邊坡生態防護中具有一定優勢。國內外關于客土噴播技術的研究主要集中在基質組成及配比上。文獻［2］介紹了日本的高次團粒SF（Soil Floc）綠化技術及其在我國西部地區的應用；文獻［3-4］提出APM（Animal Protein Material）基材，形成APM 生態固坡技術并應用于蒙華鐵路；文獻［5-6］研究保水劑含量及土壤菌對噴播基質物理性能的影響，提出基質配比的建議?；|配比是客土噴播技術的核心之一，可保證基質與坡面的黏附效果，提高噴播基質的穩定性。但基質配比對坡面穩定性的改善作用有限，在邊坡坡度較大時仍須采用其他措施來保證噴播基質的厚度及穩定性。

本文針對鐵路路基邊坡生態防護綠化成活率要求高、后期養護困難、不能對線路運營產生影響等特點，基于傳統客土噴播技術，提出了纖維結構團粒噴播新技術。針對不同坡率邊坡特點提出與纖維結構團粒噴播技術相適應的輔助措施，并在工程中應用，驗證該技術的生態防護效果。

1 纖維結構團粒噴播技術簡介

纖維結構團粒噴播技術將科學配比的營養基材（植物纖維、壤土、有機質、生物活化劑、基材纖粒劑、助纖劑）、植物種子和水通過先進噴播設備攪拌并噴射至坡面，通過植物纖維的加筋作用及土壤的團粒化在坡面迅速形成抗沖刷性能好的基質層；同時依托有機質、生物活化劑等營養物質促進多種植物生長發育，最終利用植被根系的力學加固作用和地上植物的水文效應達到固土護坡和改善環境的目的?；|中各類材料組成及用量見表1?；|配比需依據當地氣候、坡形坡率、坡面巖性、綠化需求等合理確定。

纖維結構團粒噴播技術在抗沖刷能力、施工效率、出苗時間、植被生長效果等方面均有優勢?；|中增加纖粒劑、木（草）纖維、助纖劑等增加了基質的抗剪強度，有利于抵抗雨水沖刷；機械化播種、施肥一次性完成，施工高效；出苗時間短，一般一周左右出苗4～5 cm，可快速修復生態環境；植被配比多樣、抗逆性強，植被發育良好，群落穩定。

表1 基質組成及作用

2 不同坡率下的纖維結構團粒噴播技術

按邊坡坡率i的不同，分別制定了相應的纖維結構團粒噴播技術。

1）i≤1∶1.5

坡度35°是植被能夠自然恢復的界限角度［7］。i≤1∶1.5 時坡度低于35°，坡面基質材料一般可實現自穩，無需采取附加措施。施工時可直接進行纖維結構團粒噴播，基質中植物纖維、纖粒劑等含量也可適當降低。

2）1∶1.5 ＜i≤1∶1.0

1∶1.5 ＜i≤1∶1.0 時坡面需采取掛網措施，保證坡面土體的穩定，同時可增強基質與坡面的附著力。巖質邊坡坡面覆土厚度一般不少于8 cm。

掛網可選擇鐵絲網或椰纖維網。在保證坡面穩定的前提下優先選擇椰纖維網。椰纖維網是椰子殼通過機械粉碎后利用其纖維編制成一定規格的網，具有一定的吸水性和保水性、良好的抗沖刷性能（抵抗坡面3.0 m/s 的徑流）、較大的抗拉強度（單線拉力≥200 N）。邊坡植物群落恢復穩定（5 年）后椰纖維網可完全降解［8］。鐵絲網或椰纖維網可使用錨釘固定，也可使用竹釘等固定（圖1）。采用椰纖維網、竹釘等材料使纖維結構團粒噴播施工更加生態環保。

圖1 椰纖維網及竹釘在坡面的布置

3）1∶1.0 ＜i≤1∶0.75

1∶1.0 ＜i≤1∶0.75 時為保證噴播基質的穩定，除采取掛網措施外，還需在坡面增設木擋板。木擋板長度1～2 m，寬度應大于基質層設計厚度（因坡度較陡，基質層厚度一般不超過10 cm），采用錨釘把木擋板橫向固定于邊坡坡面。對于巖質邊坡，為保證后期植物根系生長發育，坡面可布設根系生長孔，孔深約1.0 m，每平方米設置6～10 個。生長孔內塞入基質材料，為后期灌木植物根系生長提供養分。木擋板及根系生長孔布置如圖2所示。

圖2 木擋板及根系生長孔布置（單位：cm）

4）i ＞1∶0.75

i ＞1∶0.75 時坡面除掛網錨固外還應設置木擋板或生態棒，巖質邊坡增設根系生長孔。生態棒為長條形的生態袋，直徑10 cm，長度3～5 m，袋內填充稻殼、雞牛糞等有機肥。生態棒首尾連接，沿水平方向布置在邊坡坡面形成生態棒組，相鄰生態棒組平行設置。生態棒的布設在噴播完工前期可防止基質層下滑，強降雨時可吸收貯藏足夠水分，后期袋內營養及水分緩慢釋放供植物生長。生態棒布置如圖3所示。

圖3 生態棒布置

3 施工工序及要點

以邊坡坡率為1∶0.75的工程為例，闡述采用纖維結構團粒噴播技術時施工工序（圖4）和施工要點。

坡面土體硬度越高，植物生長發育越差，需根據土體硬度改善邊坡植物生長條件。當邊坡巖土體硬度指數（山中式硬度計）在35 mm 以上時不利于植被根系生長發育［8］，坡面須覆土。覆土厚度應在8 cm以上。

圖4 采用纖維結構團粒噴播技術時施工工序

木擋板采用L 形錨釘固定，錨釘嵌入坡面后外露10 cm 左右，將木擋板平搭在錨釘上，并用L 形端頭卡住木擋板，局部無裂縫光滑巖面加密木擋板。若布置生態棒，生態棒布置方法與木擋板類似，使用直徑2 mm 鐵絲將生態棒固定于錨釘及鐵絲網上。根系生長孔采用電鉆或風鉆鉆孔，孔內填充保水劑、有機肥等基質材料。

坡面鍍鋅鐵絲網或椰纖維網網孔尺寸一般為5 cm × 5 cm 或6 cm × 6 cm，網間搭接長度不小于10 cm。使用L形錨釘固定，錨釘間距1.0～1.5 m。錨釘規格及長度根據坡面具體條件確定。

基質噴播前，可采用清水浸泡、化學藥劑浸泡、機械處理等方式進行種子預處理，達到快速出苗的目的。通常在噴播前將喬（灌）木種子用溫水浸泡1 d，草種常溫浸泡1～2 h 即可?；|選擇及配比應嚴格按照設計要求，基質配比一方面影響基質的抗沖刷性能，另一方面影響植物的生長效果?；|配比需根據氣候、邊坡土體、坡度、坡向等確定，保證噴播基質的pH、密度、營養成分等滿足規范［9］要求。

4 工程應用

4.1 京雄城際鐵路邊坡生態防護工程

京雄城際鐵路固安東站路堤邊坡生態防護采用纖維結構團粒噴播生態防護技術。該路堤邊坡位于DK53+815.00—DK54+040.10左側，坡面總長225.1 m，坡率為1∶1.5，最大坡高約5.0 m，生態防護面積約1 500 m2。

2019年10月進行反季節噴播施工，施工期間最低氣溫10 ℃。設計方案如圖5 所示。坡面覆蓋20 cm種植土，鋪設60 mm× 60 mm 的鍍鋅鐵絲網并用錨桿錨固以保證坡面穩定。植物配置為檸條（3 g/m2）、紫穗槐（5 g/m2）、胡枝子（4 g/m2）、高羊茅（5 g/m2）、早熟禾（3 g/m2）、苜蓿（5 g/m2）、波斯菊（1 g/m2）、金雞菊（2 g/m2）、二月蘭（2 g/m2）。噴播基質厚2 cm。

圖5 京雄城際鐵路噴播生態防護技術設計方案

噴播完成后1周左右開始出苗，3周左右坡面基本被綠色覆蓋。2020 年5 月植被生長效果較好，未發生病害，植物生長高度均在20 cm 以上，坡面土體未發生流失現象。2020 年8 月邊坡植被生長茂盛，灌木長勢良好，每平方米4～6 株。不同時期植被生長效果見圖6。

圖6 京雄城際鐵路邊坡植被生長效果

4.2 太焦鐵路邊坡生態防護工程

太焦鐵路晉城東站和高平東站采用纖維結構團粒噴播生態防護技術進行邊坡防護，生態防護面積約4萬m2。

其中晉城東站DK298+950—DK299+210 為一級坡，坡率為1∶1.0，坡高為10.0 m；DK299+300—299+900 為三級坡，各級坡坡率均為1∶1.0，一、二級坡坡高為10.0 m，三級坡坡高為3.0～4.0 m。邊坡坡面采用斜長約14.0 m、寬約5.0 m 的混凝土大框架結構防護，如圖7所示。

圖7 太焦鐵路噴播生態防護技術設計方案（單位：cm）

2020 年4 月—6 月進行纖維結構團粒噴播，壘砌植生袋的坡面安裝柔性主動防護網。未堆砌植生袋的坡面鋪設50 mm×50 mm 的鍍鋅鐵絲網。植物配置為檸條（3 g/m2）、紫穗槐（5 g/m2）、胡枝子（4 g/m2）、高羊茅（5 g/m2）、早熟禾（3 g/m2）、苜蓿（5 g/m2）。噴播基質厚10 cm，分層噴播。

噴播完成2個月內經歷了3場中雨（日降雨量10.0～24.9 mm），2 場大雨（日降雨量25.0～49.9 mm）。大雨后坡面未出現細溝、沖溝等，基質抗沖刷性能好。坡面植被生長效果良好（圖8），覆蓋率達到90%以上，滿足規范［10］要求。

圖8 太焦鐵路邊坡生態防護效果

4.3 蒙屏高速公路邊坡生態防護工程

蒙屏高速公路預應力錨索框架梁邊坡位于K25+580—K25+690，一級坡坡率1∶0.75，坡面斜長10 m；二級坡坡率1∶1.0，坡面斜長10 m。坡面為強風化板巖，骨架內采用纖維結構團粒噴播技術進行綠化，生態防護面積約3 000 m2。邊坡斷面布置如圖9所示。

圖9 邊坡斷面布置（單位：cm）

2020 年10 月進度行噴播施工，設計基質厚度10 cm?？紤]到邊坡坡度較陡不利于基質的附著，采取布置木擋板、設置根系生長孔等輔助措施。根系生長孔孔深1.0 m，每平方米6 個；木擋板尺寸為200 cm（長）×8 cm（寬）×2 cm（厚），縱向間距200 cm。預先在坡上安裝好固定木擋板的錨釘，然后將木擋板平搭在錨釘上（圖10）。局部無裂縫光滑巖面加密布置木擋板，保證了噴播基質的厚度。噴播完成后坡面覆蓋無紡布進行早期養護（圖11），保溫保濕，防止發芽期雨水對坡面的沖刷。

圖10 邊坡木擋板布置

圖11 坡面早期養護

5 結論

1）纖維結構團粒噴播技術是一種施工高效、安全穩定、出苗快速、生態環保的邊坡生態防護技術，已形成針對不同邊坡坡率及巖性的施工技術體系。

2）邊坡坡率i≤1∶1.5 時坡面可直接采用纖維結構團粒噴播技術；1∶1.5 ＜i≤1∶1.0 時坡面需掛鐵絲網或椰纖維網；1∶1.0 ＜i≤1∶0.75 時建議采取木擋板措施；i ＞1∶0.75 時坡面宜設置生態棒。上述邊坡巖性若為硬巖，還需設置根系生長孔。

3）纖維結構團粒噴播技術成功應用于京雄城際鐵路（邊坡坡率為1∶1.5）、太焦鐵路（邊坡坡率為1∶1.0）、蒙屏高速公路（邊坡坡率為1∶1.0和1∶0.75）。不同坡率邊坡均取得良好的生態防護效果，推廣應用前景廣闊。對于i ＞1∶0.75 的邊坡，有待后續建立工點示范應用。