植生水泥土生境構筑技術標準初建

劉黎明，申 劍，周明濤，宋巖松，許文年，許立科

(1.三峽庫區地質災害教育部重點實驗室，三峽大學，湖北 宜昌 443002；2.湖北潤智生態科技有限公司，湖北 宜昌 443002；3.華電西藏能源有限公司，西藏 拉薩 850000)

目前，國內用于邊坡生態恢復的技術較多，大致可分為噴混類、加固填土類、槽穴構筑類和鋪掛類[1]，多數技術僅有生態恢復功能而邊坡防護功能不夠強，且存在可持續性差、適應性弱等缺陷[2-3]。植被混凝土生態護坡技術和植生水泥土生境構筑技術有機結合了邊坡防護和生態修復雙重功能，可產生優異的經濟效益和生態效益，已得到了較為廣泛的應用[4-5]。本文總結了植生水泥土生境構筑技術在設計、施工中所應執行的關鍵技術標準。

1 邊坡生態修復技術發展歷程

邊坡生態修復技術也被稱為植被護坡技術、生態修復技術、坡面生態修復工程，指利用活體植物材料與非生命植物材料及土木工程技術相結合，從而減輕受損邊坡不穩定性的技術[6]。歐美國家對于邊坡生態修復技術研究的歷史起源較早，最早在20世紀30年代就首先推創引進這種生物護坡方法，同時期美國也借鑒歐洲的經驗對植被護坡技術進行了研究[7]。20世紀50年代美國Finn公司率先開發出草種噴播機，體現了草種噴播技術在邊坡防護領域的優勢，隨后英國發明了利用乳化瀝青作為粘結劑的液壓噴播技術，至此邊坡生態修復技術飛速發展[8]。

邊坡生態修復技術的大規模技術應用體現在日本。1958本京都大學農學部在瀝青乳化技術的基礎上研究開發了噴射綠化技術(瀝青乳劑覆蓋膜養生綠化技術)，該技術在名古屋至神戶高速段路塹邊坡得以應用并取得了良好的成效。1973年日本研發出了能應用于巖石邊坡的纖維土綠化方法，成為日后厚層基材技術的雛形[9]。隨著時間的發展，日本對噴射技術不斷改進與創新，開發出了諸如高次團粒綠化技術[10]、連續纖維綠化技術[11]、土壤菌永久綠化法[12]等，形成了一套成熟的邊坡生態修復技術系統，為日本如今對構建穩定邊坡生態修復技術體系奠定了良好基礎。

我國邊坡生態修復技術的雛形初見于17世紀利用植物栽培穩固黃河河岸的工程，最初邊坡修復多用播撒草種、鋪草皮等簡易方法。1989年國內首次從香港引進噴播機用于華南地區液壓噴播試驗，開始了機械化的以植草為新型技術的坡面植被重建手段[13]。1996年國內首次通過客土噴播的方式對高速公路進行邊坡生態修復，之后幾年國內開發出了各種的土工材料產品，如土工格柵、三維網格、蜂巢格網等，與噴播技術結合并應用于鐵路、公路、水利等領域。20世紀90年代末期國內針對巖質邊坡的生態修復開始進行較為廣泛的研究與應用，并逐漸形成了多樣化體系，諸如客土噴播技術[14]、混噴植生技術[15]、厚層基材噴射護坡技術[16]、植生基材噴射技術[17]、植被混凝土生態護坡技術[18]等。其中植被混凝土生態護坡技術和其衍生技術——植生水泥土生境構筑技術的研發有效解決了高陡巖質邊坡的生態修復問題，并成功應用[7]，實現以在修復受損創面自然生態環境的同時具備顯著的淺層防護作用，具有良好的工程、生態和景觀效應。

2 植生水泥土生境構筑技術介紹

植生水泥土生境構筑技術是指根據邊坡立體條件，在坡面預處理后，采用專用噴播設備將植生水泥土基材噴附于坡面，以實現坡面防護和生態恢復雙重功效的生態護坡技術。其中，植生水泥土基材由土壤、水泥、潤智生態改良劑、有機肥、生境基材有機料、纖維等固相材料與水按比例均質混合而成，具備抗沖刷性強、保水性佳、肥力持續耐久，且適宜植物生長繁育等優良特點。

與植被混凝土生態護坡技術相同的是由于基材中水泥組分的添加，植生水泥土具有一定的強度，強度可達0.3 MPa左右，具有很好的淺層護坡功效。不同點在于：①適應范圍不同，植生水泥土生境構筑技術主要應用于緩坡(坡率≤1∶1)和陡坡(1∶1<坡率≤1∶0.5)，而植被混凝土生態護坡技術主要應用于極陡坡(1∶0.5<坡率≤1∶0.3)和特陡坡(坡率>1∶0.3)；②生境基材配方不同，相對植被混凝土生態護坡技術，植生水泥土生境構筑技術基材中增施了潤智生態改良劑和纖維，從而具有改善生境基材理化性質、增強生境基材生物特性、豐富生境基材微生物量、活化生境基材土壤、固持生境基材養分、調整生境基材結構以及增強生境基材凍融特性等功能；③基材加筋模式不同，植生水泥土生境構筑技術使用植生棒、植生穴、植生孔并聯合掛網加筋基材，而植被混凝土生態護坡技術一般僅采用掛網加筋基材；④噴播工藝不同，植生水泥土生境構筑技術采用濕噴工藝，而植被混凝土生態護坡技術采用的是干噴工藝[19]。

與植被混凝土生態護坡技術相比，植生水泥土生境構筑技術的基材團粒結構更適合植物生長繁育，養分可持續性更強，其施工效率可提高3倍以上。對于坡率不大于1∶0.5的邊坡防護與生態恢復，其優勢突出。

3 植生水泥土生境構筑關鍵技術

3.1 坡面要求

植生水泥土生境構筑邊坡應進行整體穩定分析，不穩定邊坡應結合生境構筑進行邊坡加固設計，本文設計要點主要討論沒有深層穩定問題的邊坡，這類邊坡坡面設計主要包括坡面預處理和截排水系統設計。

1)坡面預處理。根據地表出露物質(土壤基質、巖石基質、混凝土或漿砌塊料基質)的不同將邊坡分為土質邊坡、巖質邊坡、硬化邊坡和土石混合邊坡。清理坡面開口線以上原始邊坡的接觸面，寬度為1.5 m左右；清除坡面松石、浮土、浮根等松散物，確保邊坡無下墜落物的安全隱患；如有倒坡尚需進行適當修整，對坡面溝壑部位進行填平。土石混合邊坡應采用土壤充填、灑水沉降等方式消除松散塊料間空隙，并確保坡體穩定。坡率大于1∶1、平整光滑或節理裂隙不發育的巖質邊坡，應在坡面設置植生穴，植生穴間距宜100 cm×100 cm、深度宜20～30 cm、穴口面積宜不小于400 cm2。硬化邊坡應在坡面預留植生孔，植生孔深度應貫穿混凝土層，間距宜100 cm×100 cm，孔口面積宜不小于300 cm2，植生孔應預留在混凝土層內的鋼筋網間，其開口與上坡面的夾角應為銳角。

2)截排水。應根據地形地質條件，在坡面、坡周因地制宜地設置包括坡頂截水溝、馬道排水溝、坡腳排水溝、坡面滲水管等結構的截排水系統。對于坡率大于1∶1的邊坡，應增設坡頂生態集水區，用于補充坡面植被生態用水需求。坡頂生態集水區的設置應符合現行行業標準《水電工程陡邊坡植被混凝土生態修復技術規范》NB/T 35082的有關規定。

3.2 加筋系統

坡率1∶1.25～1∶0.5的坡面應設置加筋系統，其由植生棒、錨固件與掛網組成。

3.2.1 植生棒

植生水泥土生境構筑技術中植生棒的使用能夠達到以下效果：①阻滑增強基材的穩定性，②支撐掛網提高加筋的效果，③防止基材飛濺損失，④構造景觀造型，⑤儲釋水分養分，⑥定植灌木，⑦連接各植生穴(孔)增強基材與坡體水汽連通效果。

植生棒直徑應為60～80 mm，且拉伸力不應小于15.0 kN/m、抗老化性不應小于3 a。植生棒內植生水泥土充填飽滿度不應低于95%，沿坡面橫向布設，間距宜為1.0～1.5 m。植生棒與錨固件和掛網固定穩妥。

3.2.2 錨固件

土質邊坡錨固件可用木質錨樁，其直徑5～6 cm，其他坡面錨固件應選用熱軋帶肋鋼筋，坡率1∶0.75～1∶0.5的邊坡其直徑不應小于16 mm，坡率1∶1.25～1∶0.75的邊坡其直徑不應小于14 mm，且應進行除銹、防腐處理。

錨固件間距：坡周不應大于0.5 m，坡率1∶0.75～1∶0.5的邊坡坡內不應大于1.0 m，坡率1∶1.25～1∶0.75的邊坡坡內不應大于1.5 m。為防止噴播過程中“飛網”，錨固件中間宜采用U型釘固網。

錨固件長度：巖質邊坡、硬化邊坡不應小于0.4 m；土質邊坡、土石混合邊坡應確保掛網與植生水泥土的穩固。錨固件應安裝穩固，呈“梅花”形布置，出露坡面長度應同基層噴植厚度一致，且與上坡面的夾角應小于90°。

3.2.3 掛網

掛網可選用活絡金屬網、柔性塑料網或植物化學纖維網，巖質邊坡、硬化邊坡應避免使用植物化學纖維網。坡率1∶0.75～1∶0.5的坡面掛網網目不宜大于5.0 cm×5.0 cm，坡率1∶1.25～1∶0.75的坡面掛網網目不宜大于7.0 cm×7.0 cm?；罱j金屬網料絲直徑應不小于2.0 mm；柔性塑料網最大拉伸力不應小于6.0 kN/m，且抗老化性不應低于10 a。掛網與坡面間的距離宜為植生水泥土設計厚度的2/3。掛網與錨固件、掛網與植生棒、掛網與掛網之間均應綁扎牢固。

3.3 植生水泥土

植生水泥土由土壤、水泥、潤智生態改良劑、有機肥、生境基材有機料、纖維等和水按需配制而成。

3.3.1 材料要求

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[20]。一般選擇工程所在地附近原有地表(地表下1 m內)砂壤土(采用養分水平高的“熟土”，非坎頂營養水平低的“生土”，若是“生土”，則需“熟化”處理)經粉碎過篩，要求土壤中砂粒質量含量不超過15%，最大粒徑應小于8 mm。

2)水泥。水泥宜選用普通硅酸鹽水泥，強度等級宜采用42.5級。

3)潤智生態改良劑。專利產品，其主要性能指標及要求應符合表1的規定。

表1 潤智生態改良劑主要性能指標及要求

4)有機肥。宜采用成品粉末有機肥，其主要性能指標及要求應符合現行國家標準《有機肥料》NY 525的有關規定。

5)生境基材有機料。取用天然有機料(如秸稈、稻殼、鋸末等)經粉碎、過篩等工序處理后，主要性能指標及要求應符合表2的規定。

表2 生境基材有機料主要性能指標及要求

6)纖維。優先選用植物纖維(如稻草纖維、棕麻纖維等)，也可采用化學纖維，纖維長度2～3 cm。

7)水。工地就近選用河湖水、自來水等，其水質應符合現行國家標準《農田灌溉水質標準》GB 5084的有關規定。

3.3.2 基材配比

植生水泥土分為基層和面層，兩者應分別配制?；鶎优渲茣r，固相拌合料由土壤、水泥、潤智生態改良劑、有機肥、生境基材有機料、纖維組成；面層配制時，增加適量植物種子。

以土壤用量為基準，水泥、潤智生態改良劑、有機肥、生境基材有機料、纖維的用量根據試驗研究結果與工程應用情況，得出配比公式如下：

1)水泥用量宜按式(1)計算：

Mc=0.035KsKrVpsρps

(1)

式中：Mc為水泥質量，kg；Ks為邊坡坡度調整系數，邊坡坡率1∶1～1∶0.5取1.3，邊坡坡率1∶1.75～1∶1取1.0，邊坡坡率小于1∶1.75取0.8；Kr為年均雨量調整系數，年均雨量≥1 200 mm取1.1，年均雨量900～1 200 mm取1.0，年均雨量600～900 mm取0.9，年均雨量小于600 mm取0.8；Vps為土壤體積，m3；ρps為土壤干密度，kg/m3。

2)潤智生態改良劑用量宜按式(2)計算：

Mα=0.7Mc

(2)

式中，Mα為潤智生態改良劑質量，kg。

3)有機肥用量宜按式(3)計算：

Mof=0.015KiVpsρps

(3)

式中：Mof為有機肥質量，kg；Ki為土壤砂粒含量調整系數，砂粒含量40%～55%取1.3，砂粒含量30%～40%取1.0，砂粒含量小于30%取0.7。

4)生境基材有機料用量宜按式(4)計算：

Mom=0.5Mof+0.75Mc

(4)

式中，Mom為生境基材有機料質量，kg。

5)纖維用量宜按式(5)計算：

Mv=0.001 5(Kd+Kr)Vpsρps

(5)

式中：Mv為纖維質量，kg；Kd為年均無霜期調整系數，年均無霜期大于360 d取0.25，年均無霜期300～360 d取0.5，年均無霜期240～300 d取0.75，年均無霜期小于240 d取1.0。

3.3.3 噴植厚度

植生水泥土基層和面層分開噴植，綜合考慮邊坡類型、坡率、工程所在地年均雨量等因素，基層噴植厚度見表3，面層噴植厚度應控制在15～20 mm。

表3 基層噴植厚度

4 施工工藝流程

4.1 工藝流程圖

植生水泥土生境構筑施工工藝流程如圖1。

圖1 工藝流程圖

4.2 技術要點

1)施工準備。施工前應組織設計技術交底，熟悉設計文件，理解關鍵技術要點，根據設計文件并結合現場情況編制施工組織設計。

2)坡面預處理。按設計要求對坡面進行預處理，特別是倒坡(負坡)和溝壑部位要進行修整和填平，保證坡面平順，利于掛網。

3)截排水系統施工。坡面有明顯滲水部位要做好坡面泄水孔，保證坡體排水順暢。根據設計要求并結合現場情況，預留坡頂生態集水區，開挖修筑坡頂截水溝。馬道及坡腳排水溝應結合種植槽修筑。

4)加筋系統設置。根據設計文件要求設置加筋系統，有景觀設計的還需結合景觀設計進行布局。加筋系統施工時，應先安裝錨固件與植生棒，再鋪設掛網。①測量放樣。根據錨固件和植生棒的間距以及噴植厚度做好測量放樣。放樣應標出錨固件和植生棒的位置，噴植厚度標尺刻度線。②錨固件安裝。在錨固件放樣定位點鉆孔(設計可以直接打入錨固件的無須鉆孔)，然后打入錨固件，松散坡體需在鉆孔中灌漿，保證錨固件的穩固。③植生棒制作安裝。植生棒填充料應振搗密實再綁扎封口。在放樣位置橫向安放并與錨固件綁扎固定。植生棒端部不在錨固件位置的待掛網安放后應與掛網綁扎固定。④掛網。錨固件和植生棒安裝結束后即可掛網。為方便施工，掛網宜自上而下鋪放，上部上翻至坡頂線以上不小于50 cm，網網搭接不小于10 cm并用鐵絲綁扎，同時掛網應與錨固件綁扎牢固。掛網與坡面間的距離應滿足設計要求，不滿足要求的須加設墊塊。

5)灌溉系統布設。宜采用固定式噴灌或滴灌的形式，根據現場實際情況，若不能采用固定式噴灌或滴灌，也可采取灑水車養護等其他方式，但必須保證噴灑覆蓋率≥95%，且霧化度適中。

6)植生水泥土拌制。根據設計配比，先在攪拌罐里投放適量水，再投放水泥攪拌形成水泥漿，然后投入土壤、有機肥、生境基材有機料、纖維、潤智生態改良劑，邊投放邊攪拌，并根據需求補加水，用水量應保證植生水泥土噴植在坡面不散落不流淌。全部材料投放完畢，應繼續拌制10～15 min。拌制面層植生水泥土還應投放植物種子。

7)植物物種選配。根據設計配置要求準備植物種子，每次采購的種子在使用前應做發芽率試驗，并根據試驗結果調整種子用量。根據植物種子的特性，在拌制施工前宜進行浸泡等預處理。

8)植生水泥土噴植。植生水泥土噴植應采用專用噴播設備，先噴植基層，再噴植面層。噴植前應先灑水浸潤坡體不小于48 h，自然風干無明顯水珠時，再實施植生水泥土噴植。噴植基層后，面層噴植時基層應保持濕潤。植生水泥土拌制完畢應在6 h內噴植。噴植應均勻，重點關注坡面的凹凸及死角部位，防止漏噴。風速大于10.8 m/s或自然降雨時不宜噴植施工。

9)覆蓋。面層噴植結束后應立即覆蓋14 g/m2的無紡布或260 g/m2的草簾，營造混合植綠物種快速發芽的環境。無紡布或草簾應同坡面接觸緊密，并采用一次性筷子或木棍固定，防止風吹。

10)養護管理。養護管理主要包括灑水、病蟲害防治和局部修復等措施。整個幼苗生長期不允許出現缺水現象；發現病蟲害，及時防治防止蔓延；由于施工、養護等其他原因造成的局部斑禿現象，及時修復。養護管理分為苗期養護與生長期養護兩個階段。苗期養護為施工結束后的第0～60 d，生長期養護一般為坡面噴射施工結束后的第61～365 d。

5 結 語

植生水泥土生境構筑有效地替代了部分圬工防護，實現了邊坡防護與生態修復的有機結合，已在水電、交通、市政等工程項目中大面積推廣應用，取得了很好的效果，相應技術標準和規范國家能源局已正式立項，目前正由三峽大學潤智生態科技研究院和湖北潤智生態科技有限公司組織編制。