植被混凝土生態(tài)修復(fù)技術(shù)在邊坡防護(hù)的應(yīng)用

王飛 WANG Fei

（湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，武漢 430010）

0 引言

隨著社會的進(jìn)步，“四個(gè)交通”、“綠色公路”等建設(shè)新理念相繼提出，生態(tài)工程概念在工程項(xiàng)目全壽命周期中的重視程度越來越高，而邊坡水毀及其引發(fā)的水土流失、邊坡垮塌等作為常見的工程病害，如何進(jìn)行有效的生態(tài)修復(fù)成了工程病害處治中不可或缺的一部分。植被混凝土生態(tài)修復(fù)技術(shù)作為一種新型生態(tài)護(hù)坡工藝，在公路邊坡防護(hù)中的應(yīng)用越來越頻繁。劉黎明[1]等詳細(xì)介紹了植被混凝土生態(tài)修復(fù)技術(shù)的理論依據(jù)與技術(shù)更新歷程；席文明[2]以晉城市西環(huán)高速為例詳細(xì)介紹了植被混凝土的基材配方、技術(shù)指標(biāo)、施工步驟及注意事項(xiàng)；肖衡林[3]等通過多指標(biāo)多因素正交試驗(yàn)研究了各因素和水平對狗牙根生長過程的影響規(guī)律。劉洪輝[4]等以延黃高速為例從造價(jià)和工期兩個(gè)方面詳細(xì)介紹了巖質(zhì)邊坡中植被混凝土防護(hù)方案的優(yōu)勢；申更新[5]等以綏正高速為例從造價(jià)和性價(jià)比兩方面分析了植被混凝土護(hù)坡技術(shù)相比其他防護(hù)形式的優(yōu)越性；王華俊[6]等將高性能生態(tài)修復(fù)纖維技術(shù)與植被混凝土相結(jié)合成功實(shí)現(xiàn)了邊坡綠化，該技術(shù)同時(shí)滿足低強(qiáng)度養(yǎng)護(hù)和抗侵蝕要求。陽個(gè)小[7]等采用Midas-GTS 有限元對巴平高速邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，論證了植被混凝土能提高邊坡穩(wěn)定性。

本文以廣東玉湛高速為例，對植被混凝土生態(tài)修復(fù)技術(shù)的基材配比、物種選擇、工藝流程、防護(hù)效果、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益等進(jìn)行了詳細(xì)介紹，為該技術(shù)在公路邊坡防護(hù)及生態(tài)修復(fù)方面的進(jìn)一步推廣使用提供了借鑒。

1 工程概況

玉湛高速項(xiàng)目位于大陸南端雷州半島之上的湛江，起于廉江和寮鎮(zhèn)塘肚村（粵桂兩省交界處），先后經(jīng)過塘蓬鎮(zhèn)、石嶺鎮(zhèn)、新民鎮(zhèn)等，終于東海島文參。介于湛江氣候具有雨季長、降雨量大、短時(shí)強(qiáng)降雨頻繁發(fā)生的特點(diǎn)，而傳統(tǒng)防護(hù)形式如骨架圬工防護(hù)、掛網(wǎng)客土噴播、三維網(wǎng)植草等不同程度的存在施工周期長或者植被未完全生長形成綠色護(hù)坡前無法有效防護(hù)等弊端。項(xiàng)目建設(shè)期間，不少已經(jīng)施工防護(hù)完成的坡面，仍出現(xiàn)了邊坡水毀、防護(hù)返工的問題。因此，本項(xiàng)目在建設(shè)期引入了植被混凝土生態(tài)修復(fù)技術(shù)，全線使用植被混凝土護(hù)坡的段落總長度約2.3km，邊坡穩(wěn)定性增強(qiáng)，綠化效果顯著。項(xiàng)目交工驗(yàn)收時(shí)，該技術(shù)受到了省交通廳領(lǐng)導(dǎo)及參建各方的一致好評。

2 植被混凝土生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用

植被混凝土生態(tài)修復(fù)技術(shù)依據(jù)項(xiàng)目所在地的氣候條件，通過試驗(yàn)獲取混凝土基材、植物種子配比等參數(shù)，并按照一定的施工工序，實(shí)現(xiàn)對坡體的淺層加固和復(fù)綠處理，在邊坡表層建立起一個(gè)具備自生生長能力的功能系統(tǒng)，快速形成具備良好抗沖刷和抗?jié)B性能的坡面，減少水土流失、降低邊坡水毀風(fēng)險(xiǎn)，確保公路景觀與當(dāng)?shù)丨h(huán)境相融合。

2.1 基材配比

常見的植被混凝土基材主要包括種植土、水泥、有機(jī)肥、添加劑、纖維、保水劑等，根據(jù)其配比的差異，植被混凝土基材的穩(wěn)定性、初期強(qiáng)度及收縮恢復(fù)性也不盡相同[8～11]。本項(xiàng)目充分借鑒國內(nèi)植被混凝土技術(shù)的研究成果，結(jié)合湛江的氣候特點(diǎn)，摻配不同基材比例的植被混凝土進(jìn)行對比試驗(yàn)研究，最終確定植被混凝土基材配比如表1 所示。

表1 每10m3 種植土中其他基材配比

該基材配比的植被混凝土具備良好的抗沖刷（能抵御100mm/h 雨水的沖刷）和抗?jié)B性能，能夠在坡面形成具有一定強(qiáng)度的防護(hù)層（0.3MPa～0.45MPa）。在非極限自然環(huán)境中（極限自然環(huán)境主要指低溫凍脹、高水位長時(shí)間浸泡等），植被混凝土施工后不會產(chǎn)生剝落、開裂現(xiàn)象和結(jié)構(gòu)突變，早期滲水系數(shù)非常小，自然降雨產(chǎn)生的坡面漫流水基本上不能滲透到植被混凝土結(jié)構(gòu)層以下。

2.2 物種配比

綜合考慮湛江氣候條件、植物生長狀況及周邊已建成通車的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目共選取了8 種草、灌木物種，分別為狗牙根、寬葉草、大花金雞菊、黃花決明、刺槐、木豆、銀合歡和紫穗槐。物種配比根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件調(diào)整，巖石風(fēng)化較強(qiáng)的路段可多采用些草木種子，巖石風(fēng)化較弱的路段可多采用些灌木種子，最終確定植被混凝土物種面層配比如表2 所示。

表2 植被混凝土物種面層配比（g·m-2）

該物種配比的植被混凝土能較好的適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂?，成型后的植被混凝土景觀綠化效果很好，實(shí)現(xiàn)了公路與環(huán)境協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)構(gòu)思。

2.3 工藝流程

植被混凝土護(hù)坡包括的工序?yàn)椋浩旅媲謇怼鷾y量放線→掛網(wǎng)錨固→土壤加工→植被混凝土拌合→噴射植被混凝土→坡面養(yǎng)護(hù)[12]。

①坡面清理：在施工前期需將坡面危石、浮渣及大粒徑填料進(jìn)行處理，同時(shí)對坡面進(jìn)行微地貌整形，以便利于施工安全、植物的生長及養(yǎng)護(hù)。

②測量放線：邊坡整形完畢后對邊坡高程、坡度及平整度進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)收。

③掛網(wǎng)錨固：掛網(wǎng)采用14#（2mm）鍍鋅勾花鐵絲網(wǎng)、網(wǎng)孔尺寸為6cm×6cm，網(wǎng)間搭接20cm，網(wǎng)掛至坡頂以上1m 處。

抗滑錨桿采用Φ16 螺紋鋼筋，錨桿長0.6m～1m。按緩坡間距2m×4m、陡坡間距2m×2m 錨固，第一排錨桿安裝在坡頂平臺上，坡面凹凸起伏大的地貌點(diǎn)需增加錨桿，錨桿外露10cm，防止植被混凝土整體（或大塊）從坡面滑落。

限位錨釘采用Φ8 光圓鋼筋，長0.25m，間距0.5m×0.5m 錨固，錨釘外露0.1m。距坡面4cm～6cm 處與錨釘綁扎，綁扎后將錨釘向上彎折。嚴(yán)格控制鐵絲網(wǎng)到坡面的間距，確保植被混凝土施工后鐵絲網(wǎng)包過濾達(dá)到90%。

④土壤加工：優(yōu)先選用種植土或沙壤土，含砂率≤20%，含水率≤15%，用強(qiáng)制性篩土機(jī)粉碎后過篩備用，篩網(wǎng)尺寸不超過20mm×20mm?，F(xiàn)場儲備的原料土和過篩后的土料應(yīng)及時(shí)覆蓋，有條件的情況下設(shè)置儲料棚，避免露天存放。

⑤植被混凝土拌合：使用滾筒式攪拌機(jī)進(jìn)行物料拌和，依次按照既定配比加入土料、有機(jī)物料、活化添加劑、有機(jī)料、復(fù)合肥、植物種子等，攪拌3～5 分鐘。待攪拌均勻后用裝載機(jī)運(yùn)至混凝土噴漿機(jī)內(nèi)。

各類物料、添加劑的配置應(yīng)使用定量容器（如鐵桶），誤差不能超過0.5kg。植物種子需至少提前配制好一個(gè)工班的用量，確定了每罐的分配量之后用量筒添加。

植被混凝土基層與面層配比不一，為了避免混淆和施工失誤，每0.5 工班先拌和好足夠數(shù)量的面層物料，單獨(dú)存放，然后再進(jìn)行基層物料的拌和。

⑥噴射植被混凝土：為提高組合設(shè)備的功效，應(yīng)合理安排攪拌機(jī)、空壓機(jī)、干噴機(jī)及噴射點(diǎn)之間的距離。

噴射前，先用土壤修復(fù)沖刷較為嚴(yán)重的坡面坑洼處，然后進(jìn)行潤濕坡面，再進(jìn)行噴射。噴射厚度平均為0.1m，其中基層0.08m，面層0.02m，植物種子位于面層中。注意噴頭應(yīng)盡量與坡面垂直，且與坡面距離≤2m。

緩坡噴射在完成一定面積后，再集中噴面層，噴射前需用高壓水槍潤濕基層。如遇到高陡邊坡噴植，需使用升降平臺，升降平臺利用5kW 以上卷揚(yáng)機(jī)牽引，專人負(fù)責(zé)操作，平臺上作業(yè)的噴槍手須另行佩戴安全繩。

圖1 植被混凝土生態(tài)修復(fù)剖面圖

⑦坡面養(yǎng)護(hù)：坡面整體坡度＜70°時(shí)采用無紡布覆蓋進(jìn)行保濕、防曬；坡面整體坡度≥70°時(shí)，無紡布對水分阻隔效應(yīng)明顯，采用遮陽網(wǎng)進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)；低溫季節(jié)用草毯覆蓋；凹凸起伏過大的坡面，適合采用遮陽網(wǎng)或草毯進(jìn)行覆蓋。在覆蓋完畢之后，視保水情況定期用灑水車進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，具備條件且大面積防護(hù)的坡面，可考慮設(shè)置噴灌系統(tǒng)，及時(shí)補(bǔ)充幼苗生長所需水分和養(yǎng)分。

一般來說，在噴播完成后養(yǎng)護(hù)一周內(nèi)坡面即可有草種發(fā)芽。理想狀態(tài)下，隨著草種的生長，無紡布在60d～90d 內(nèi)會自動風(fēng)化脫落，最終完成坡面生態(tài)修復(fù)。如果遇到坡面植被生長狀況不良的情況，可視植被生長情況適當(dāng)掀開無紡布進(jìn)行追肥處理，確保植被生長狀態(tài)良好。

2.4 邊坡防護(hù)效果

本項(xiàng)目采用植被混凝土防護(hù)的邊坡主要集中在2019年6 月～7 月施工，根據(jù)現(xiàn)場巡查情況可得，噴播完成后30d～40d 內(nèi)坡面植被以草木為主，覆蓋率達(dá)75%，次年灌木逐漸生長。施工近2 年后，坡面植被基本實(shí)現(xiàn)了免養(yǎng)護(hù)，綠化效果非常顯著，K20+562～K20+909 下邊坡和K22+730～K22+817 上邊坡防護(hù)前后實(shí)景如圖2～圖3 所示。

圖2 K20+562～K20+909 段防護(hù)前后實(shí)景圖

圖3 K22+730～K22+817 段防護(hù)前后實(shí)景圖

3 植被混凝土生態(tài)修復(fù)技術(shù)綜合效益評價(jià)

3.1 生態(tài)效益評價(jià)

利用植被混凝土對坡面土石裸露、水土流失較嚴(yán)重的邊坡進(jìn)行生態(tài)修復(fù)處理，通過對邊坡進(jìn)行淺層加固，坡面抗沖刷、抗?jié)B性能顯著提高，坡體穩(wěn)定性有所增強(qiáng)；坡面的綠化程度明顯改善，邊坡植被壽命和生長質(zhì)量提高，灰塵和二氧化碳的吸收能力增強(qiáng)，噪音減弱，路面溫度降低，較好的實(shí)現(xiàn)了公路景觀與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的融合。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)

植被混凝土基材中用量最大的是種植土，而邊坡修復(fù)工程可實(shí)現(xiàn)邊坡整修土或本地土的再利用，可大大降低工程造價(jià)；植被混凝土施工速度快，施工功效可達(dá)到200m2/d，與傳統(tǒng)骨架圬工防護(hù)相比，速度能夠提高50%，且采取機(jī)械化噴播作業(yè)，減少了人工投入；植被混凝土成本預(yù)計(jì)90元/m2，略高于傳統(tǒng)的骨架圬工防護(hù)、掛網(wǎng)客土噴播等，但是它能快速形成防護(hù)面，有效減少和防止邊坡水毀和沖刷，降低修復(fù)和返工風(fēng)險(xiǎn)，尤其是對抗沖刷及時(shí)性要求高的路基邊坡，經(jīng)濟(jì)效益更為顯著。

4 結(jié)論及建議

植被混凝土生態(tài)修復(fù)技術(shù)作為一種新型護(hù)坡技術(shù)，近幾年在公路邊坡的防護(hù)和水毀修復(fù)等方面得到了廣泛應(yīng)用?；暮臀锓N配比可根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件試驗(yàn)調(diào)整，現(xiàn)場施工周期較短、成本較低，成型后坡面景觀綠化效果突出，綜合效益顯著，可以為其他在建或擬建公路項(xiàng)目的邊坡防護(hù)提供借鑒。

考慮到植被混凝土基材的混合攪拌會減小水泥顆粒間的連接，降低成型后植被混凝土防護(hù)層的強(qiáng)度，可以通過調(diào)整基材摻配順序、優(yōu)化改良基材混合方式，以保證水泥顆粒間的有效連接，實(shí)現(xiàn)在保證原有強(qiáng)度的同時(shí)降低水泥、改良劑的用量。而水泥摻量的減少對應(yīng)著改良劑的減少，達(dá)到進(jìn)一步節(jié)約物料、降低成本、提高工效、提升修復(fù)效果的目的。