客土噴播植草技術在凍土區公路邊坡中的應用

鮑德章BAO De-zhang；明鋒MING Feng

（①青海省湟源公路工程建設有限公司，西寧810000；②中國科學院西北生態環境資源研究院凍土工程國家重點實驗室，蘭州730000）

0 引言

隨著國民經濟的快速發展以及一帶一路戰略的實施，越來越多的基礎設施在凍土區開工建設[1]。在公路工程修建過程中，因地形及線路設計的限制，將不可避免的出現路塹邊坡開挖的情況。路塹開挖打破了區域原有的地應力平衡，在氣候及人為因素影響下，極易引發滑坡、坍塌等次生災害，引發行車事故并破壞路基等設施[2]。此外，路塹邊坡開挖使得大量巖土體裸露在地表，不僅導致場區水土流失嚴重，而且引起局部生態環境惡化。黨的十八大以來，生態文明建設被放在首要地位，旨在建設美麗中國。因此，如何實現邊坡生態恢復是踐行生態文明建設的關鍵。

近年來，隨著人們環境保護意識的提高，工程建設對生態環境的破壞，引起了工程建設者們的高度重視，尤其是公路路塹邊坡的穩定和綠化問題在整個公路生態保護中起著至關重要的作用[3]。為貫徹生態文明建設方針，學術界和工程界采用自主創新或引進國外先進技術措施，推出一系列綠色護坡技術。這些技術大體按其功能可分為兩類：一類是以恢復表面植被為任務的生態恢復技術，其中以噴播技術和土工材料綠化技術為代表；另一類則是兼顧坡面穩定和植被恢復的邊坡綜合防護技術，主要有生態磚植草防護技術和格構式護坡綠化技術等。從施工效果來看，由于客土噴播技術能在裸露坡面上產生土壤，為植被生長提供環境，使得該技術已廣泛應用于公路及礦山邊坡的綠化施工[6]。李永強等以廢棄礦山整治工程為例，對邊坡客土噴播施工工藝進行了闡述，并與其它施工技術進行了對比，明確了客土噴播工藝的優勢[6]。張敏將客土噴播技術應用于山區高速公路中邊坡坡面綠化，對施工工藝及方法的細節進行了描述，并對施工工藝進行了改進[7]。彭禧柱等總結了客土噴播技術在邊坡植被恢復中的優缺點，對未來邊坡的綠化恢復技術指明了創新方向[8]。葉建軍等分別采用水平籬笆攔土、濕式客土噴播以及三維網客土綠化3種工法進行生態護坡施工，通過觀察1年內試驗段上植物密度、蓋度及水土保持效果等指標，明確了水平籬笆攔土工法的優勢[9]。

青藏高原地區降雨較少、蒸發量大、年平均氣溫較低且晝夜溫差較大，適合植被生長的周期較短，屬于典型的生態脆弱區。然而，凍土工程的施工更是直接破壞了施工區域周邊的生態環境。工程實踐證明，在青藏高原地區惡劣的氣候條件下，凍土區脆弱的生態在破壞后很難進行恢復[10]，因施工破壞的植被自然恢復的幾率幾乎為零。因此，需要采用人工干預的方法對施工創面的生態條件進行恢復。目前，在公路邊坡生態修復采用的技術主要有：拱形骨架搭配坡面覆蓋表土綠化工法、濕式客土噴播、三維網客土綠化法等3種工法。鑒于客土噴播技術非凍土區得到了廣泛應用，也取得了很好的綠化恢復效果。然而，該技術能否應用于凍土區惡劣的環境，還是未知數。鑒于此，本文以青海省S102西寧繞城環線某標段的施工為例，探討客土噴播技術的應用效果。

1 工程概況

青海省S102西寧繞城環線平安經互助至大通段公路，位于青海省西寧市及海東市境內，是以西寧為中心的東部城市群的主干道路，經互助縣五十鎮、丹麻鎮、威遠鎮、五峰鎮，大通縣長寧鎮，至終點景陽鎮。該區域隸屬于青藏高原東部，屬于高原大陸性氣候。試驗段屬于越嶺線，大量土方開挖造成原地貌及植被嚴重破壞。氣候冬寒夏涼，年平均氣溫在零度以下，最低氣溫可達-15℃，負溫出現時間可達4個月，凍深約1.80m。地下水主要來自大氣降水，徑流速度較低。區域內年降雨量在300~500mm，且降雨主要分布在6~8月，占全年降雨量的70~75%。試驗段邊坡土質主要為砂礫石土，部分地段覆蓋淺層黃土。

試驗段最初采用漿砌石框架防護技術來加強坡面穩定性，但收效甚微。一方面在負溫驅動力的作用下，土體內部水分將向地表遷移，將會產生一定的凍脹及凍脹力，這勢必會破壞漿砌片石的整體性。由于邊坡表層含水率較高，在春融期間，邊坡表層經常出現淺層滑坡。在多次凍融后，將造成漿砌片石的脫落，失去護坡的作用。另一方面，漿砌石框架防護技術需要在坡面進行拉溝預埋鋼筋，由此導致坡面整體性遭到破壞。加之受到凍脹的影響，混凝土框架整體被破壞，導致邊坡防護功能失效。為解決該路段邊坡穩定性問題及凍災害問題，在分析氣象資料和土壤成分的基礎上，決定采取客土噴播植草方法對路塹邊坡進行綠化。

2 客土噴播工藝原理

客土噴播植草綠化是將鄉土草木種子、木纖維、保水劑、黏合劑與防止水土流失的土壤穩定劑等摻入配制的客土中（配比見表1），利用攪拌機充分拌勻，然后在干料狀態用空壓機和混凝土噴射機輸送。干料在噴射口前與水混合，并噴射到巖面，逐步形成噴射厚度較大、粘稠度較高、能促進植物長期生長所需的基質材料。通過選擇適宜在當地環境下生長的植物種子，使種子在三維網空隙中生根、發芽、生長。黏合劑和土壤穩定劑能夠在硬化過程中逐漸形成強度，可抵擋雨水沖刷，防止雨水沖刷坡面。同時，也起到了促進邊坡周圍的植被恢復，從而實現永久固坡和美化環境的目的。由于客土噴播在施工時，提供了滿足植被生長的基本條件，所以其植被成活率較高。當客土噴播植草綠化技術使用于土質或強風化巖石挖方邊坡時，其邊坡坡率不陡于1:1.25。適用于微風化、弱風化、全風化巖石挖方邊坡時，其邊坡坡率不陡于1:0.5~1:1。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

客土噴播施工主要涉及坡面處理、鋪設網片、噴播材料準備和后期養護等過程。具體施工流程如圖1所示。

圖1 施工工藝流程

3.2 客土噴播材料選擇

①噴播種子：結合區域環境優選鄉土植物，適合于當地氣候條件、易于生長。噴播前，應試驗其萌芽情況，萌發率均應達到80%以上。此外，在選擇種子時，還應考慮植被建成后的景觀效果應接近自然，能夠融合于周邊山體景觀。

②土壤：應為松散的、具有透水性并含有有機物質的土壤，利于植物生長，不應含有鹽、堿土，且無有害物質以及大于20mm的石塊、棍棒、垃圾等。在施工中首選路基的清表土，其次為棄方土，嚴禁破壞路基范圍之外植被體系。

③復合料：根據植被類型，按國家標準GB15063-2001選擇相應的復合料。

④保水劑：粉末狀，吸水率應大于400g/g，不溶于水。

⑤水：應符合《農田灌溉水質標準》（GB 5084-1992）的要求，且無油、酸、堿、鹽或其它對植物生長有害的物質。

⑥三維植被網：一種具有質地松散、柔韌性好的三維結構網墊。結構內不僅留有90%的空間可充填泥土、沙礫和細石，而且植物根系可以穿過其間孔隙并扎入基土以下30~40cm而生長，使得網墊、草皮、土壤表面連為一體，組成了一層穩固的綠色復合維護層。本項目采用的是聚乙烯材質的三層式植被網，其技術指標應滿足：抗拉強度≥1.4kN/m，克重≥240g/m。

客土基材為植被生長提供必備條件，其由土壤、有機肥、長效肥、保水劑等材料混合而成。客土噴射層厚度決定了植被根系的長度，而客土的肥力則決定了植被的生長質量。因此，客土的配比極為重要。經過試驗，確定了表1的配方用量。根據場區的坡率、地質以及氣候條件，確定草籽用量每1000m2為25~30kg。

表1 土壤配合比（質量百分比）

3.3 操作要點

3.3.1 坡面整理

自上而下清除表面的石塊、垃圾、雜草及有害物質，確保坡面的不平整度小于10cm。坡面若有較大裂縫，應先嵌補牢密，使坡面平順整齊。對于場區內地表低洼處，應在回填前清除坑內積水、雜物等，然后分層回填壓實。為增強草種在坡面的附著力，對光滑巖面要進行粗糙處理，即沿坡面水平方向開挖一定深度的溝槽。在噴播前，應用風和水沖洗需要噴播的坡面。但對于遇水易潮解、泥化的巖層，只能用空壓機出風清掃。

3.3.2 三維植被網施工

清坡施工完成后，按照圖紙進行測量放樣，標出掛網范圍以及主錨桿、次錨桿的鉆孔位置。根據巖破面巖土體強度和坡率確定主、次錨桿的直徑、錨固長度及間距，錨固件采用梅花狀布置方式。錨桿施工完成之后，采用M7.5水泥砂漿封孔，待其可以受力之后方可進行掛網作業。將采用直徑3mm、規格為50mm×50mm的鍍鋅鋼絲網掛在錨桿上。確保用于固定厚層基材噴射的鍍鋅鐵絲網靠近坡面，防止坡面出現局部崩塌。

三維植被網的施工應自上而下進行。三維植被網的頂部應埋入坡頂以下15cm，邊坡兩端邊緣卷邊10cm，植被網的底部需埋入邊溝邊緣以下15cm。上下兩張網搭接時，下部的植被網應置于底層。網間搭接寬度應大于10cm，并間隔20~300cm用鐵絲綁扎牢固。工人在進行三維植被網施工時，需將錨固鋼筋外露端從中間位置回折，以便將植被網固定，三維植被網施工后確保緊貼坡面。在完成三維植被網操作之后，應檢查是否出現外漏錨桿、鋼筋頭，而且要保證植被網緊鄰坡面。

3.3.3 濕潤坡面

完成三維植被網掛網之后，在噴播前應對坡面灑水1～2次，并保持坡面充分濕潤。滲透深度不得小于15cm，等到土壤表面無明顯水漬后，就可以準備實施噴播作業。

3.3.4 客土噴播施工

起動空壓機和水泵，調整空氣壓力達到0.3MPa，然后起動攪拌機將混合料卸入噴射機的料斗。將噴射混合材料攪拌均勻，最后起動噴射機。噴播前對噴播作業區進行分段、分片，然后自上而下進行客土噴播作業。根據噴射機的壓力和坡面的地質情況，選擇合理的噴射角度和噴射距離，應盡量避免仰噴，保證客土能夠粘在坡面上不離不散。最終噴射厚度應控制在8~12cm，可在巖石坡面段適當的增加噴層厚度。草灌種籽與土壤一起拌和，使種籽均勻分布于整個噴播層。嚴禁首先噴播客土，然后表層噴播草灌種籽的做法，因為該方式會降低草灌種籽的成活率。

3.3.5 養護管理

①灑水養護。為保證草籽發芽，順利度過育苗期，合理養護是必備條件。在面層噴播后及時覆蓋無紡土工布，不僅可以減少太陽的直射，降低水分的蒸發速度，而且還可以防止下雨時在坡面形成匯流，沖刷坡面。此外，應根據天氣情況及時對坡面進行噴水養護，保證草種出苗前及小苗生長階段始終保持坡面濕潤。噴水養護時應用噴濕機進行霧化灑水，嚴禁用水龍頭直接噴灑，防止水量過大造成客土和草種地沖刷。②補種。本工程結束于春夏交接之際，在噴播結束后一個月，應檢查植被生長情況。對生長不理想或死亡、損壞嚴重的部位，應在養護期適時補種和補噴同規格同品種的植物，確保植被覆蓋率大于90%。此外，若因病蟲害導致植被生長不理想，則應在補種時噴適量的甲基托布津或多菌靈。③追肥。在幼苗長出一段時間后，應適當進行追肥作業。追肥一般采用速效氮肥，或緩釋復混肥、緩釋氮肥。追肥一般選在春秋時節，追肥的數量應取決于草種類型、土壤的質地、季節和植被的長勢。追肥時主要采用葉面噴施或撒施，在噴肥時應注意液體濃度。施肥后應立即澆水，以防止燒苗。

4 治理效果

青海省S102西寧繞城環線平安經互助至大通段公路某合同段，路塹邊坡面積約8萬平方米。利用客土噴播技術，僅四個月就完成該工程路塹邊坡的綠化施工。在工程竣工后第一年，邊坡綠化率就達到70%，沒有出現水土流失現象，邊坡穩定性較好。在工程竣工后第三年，邊坡坡面整體覆蓋植被，達到預期設計效果（圖2）。通過客土噴播植草有效保護邊坡表面免受雨水沖刷，延緩土體表面的進一步破碎和滑塌，進而保護了路塹邊坡的整體穩定性。通過植被恢復，消除了邊坡水土流失問題，營造路域內優美的自然環境，人工構造物與自然環境相協調，踐行了生態文明建設方針。

圖2 植被成坪后的邊坡實景

為了明確客土噴播三維網植草技術的成本優勢，選取常用的坡面支護方式（窗孔式護面墻護坡+窗孔內客土噴播綠化）進行對比。根據工藝的單價以及本項目涉及面積，計算了綠化恢復施工總造價，具體比較結果見表2。

表2 不同施工方案造價對比

從表2中不難看出，客土噴播三維網植草綠化施工造價約為窗孔式護面墻護坡+窗孔內客土噴播綠化造價的一半，按照試驗段路塹邊坡面積約8萬平方米計算，可節約近700萬的施工成本。不僅如此，客土噴播三維網植草綠化技術具有施工速度快，施工機具簡單，勞動強度低等優點，而且減少了混凝土使用量，在一定程度上減少了碳排放量，屬于綠色生態恢復模式。因此，客土噴播三維植草技術給凍土區邊坡綠化恢復提供了一條新的路徑。

5 結論

①客土噴播技術可以用于凍土區公路邊坡植被恢復。實踐表明客土噴播技術是一種可以兼顧邊坡穩定和植被恢復功能于一體的生態防護措施。利用該技術使裸露邊坡重披綠裝，并融入周邊自然環境。

②客土噴播技術具有施工工藝簡單、操作方便、機械化程度高等特點，若能控制好施工中的關鍵點，則能大幅降低施工成本，且能達到植被恢復的效果，切實踐行了習近平生態文明思想。