岩石边坡植生基质生态防护工程技术的研究与应用

岩石边坡植生基质生态防护工程技术的研究与应用
（作者：申新山发表于中国水土保持杂志）
[ 关键词] 高速公路; 岩石边坡; 生态防护; 绿化; 植生基质
[ 摘要] 在已有岩石边坡生态防护工程技术的大量实践、研究的基础上, 总结了岩石边坡植生基质生态防护工程技术
（PMS 技术）的特点、基本原理, 同时结合北京五环高速公路红山口岩石坡面应用PMS技术的实例，介绍了PMS技术的
具体应用效果。

[中图分类号] S157. 9 [ 文献标识码] B [文章编号] 1000 - 0941（2003） 10 - 0026 - 03
公路两侧的岩石边坡的生态防护历来就是公路建设的一大难点。

它
要求保证路段的安全顺畅, 同时要求与路域形成和谐自然的生态景观达到低养护管理水平下的持久防护效果。

岩石边坡植生基质生态防护工程技术作为一项高新技术为公路沿线的岩石边坡绿化找到了新的突破口和切入点。

1 岩石边坡生态防护国内外研究现状岩石边坡植生基质生态防护工程技术的研究、探索经历了由难到易的发展过程, 在国外, 土质边坡、土石混合边坡的生态恢复技术已经趋于成熟。

目前, 日本在该领域处于世界领先, 于20 世纪70 年代开发出了适宜岩石边坡植物防护的波形纤维土绿化方法, 此后, 又开发了多种针对岩石边坡的喷射绿化施工技术，可应用于坡度小于1 : 015的软岩、硬岩边坡及酸性、强酸性土质
边坡。

虽然日本的岩石边坡生态防
护技术很先进,但并不能直接应用于国内。

从技术方面来说, 日本气候温暖湿润,各地年降水量都超过 1 200 mm , 其护坡设计的年降水量下限为1 200 mm ,我国仅有华中、华南、华东的南部地区可直接采用该技术。

从经济方面来说,其成本高达400 元/ m2 , 难以在国内推广。

北京承诺环境生态工程科技有限公司与中国林业科学研究院、北京林业大学、清华大学合作于1997 年开始研究适合于我国北方地区的岩石边坡生态防护工程技术 ---------- 植生基质喷射技术（简称PMS技）。

PMS技术同国内外同类技术相比，在植生基质材料、生态防护工程设计、施工以及生态恢复植物数据库等方面都有所创新, 并已成功地应用于我国北方地区（年降水量500 mm以上,连续干旱90 d以上）岩石边坡。

2 PMS技术特点
PMS技术是利用活性植物材料即植生基质（PGM）,结合土工合成网等工程材料, 在岩石坡面构建一个具有自生长能力的功能系统, 利用植生基质按设计厚度喷射到岩石坡面上, 通过植物的生长活动和其他辅助工程措施进行边坡加固的一门高新技术。

PMS技术涉及岩土工程学、植物学、土壤学、肥料学、微生物学、高分子化学、生态工程学、园林景观艺术学等学科, 是一项多学科、交叉性很强的综合性工程技术。

实践表明,PMS 技术主要有以下特点:
（1）结构简单，护坡迅速,专业化施工。

应用PMS技术主要有三道工序即打锚杆（锚钉）、挂土工合成网、喷植生基质, 各项工序的施工应由
专业技术人员现场操作和指导。

(2) 植生基质抗旱耐寒性强, 且拥有独特的养分缓释供应体系。

植生基质中含有高效保水剂、黏合剂、土壤改良剂、生物菌肥、缓释剂、植壤土等多种有效成分,可有效地抗旱和御寒, 长期提供植物正常生长所需的养分。

(3) 技术含量高, 生态效果显著, 自然协调。

传统的绿化工程往往是在环境条件比较好的情况下, 通过人工栽植或播种等方式而实现的。

对于植物生境比较恶劣的岩石边坡, 传统的护坡工程往往牺牲了环境美观的要求, 将混凝土直接喷附于坡体表面以达到护坡的目的, 而对其绿化一般采用在混凝土表面上进行单纯的草坪绿化, 这不但要求很高的养护费用, 而且绿化植被生长年限受限制, 无法达到长久绿化的效果。

PMS技术重点在于“恢复”，对所施工的岩石坡面工程，要求保障坡面稳定, 同时考虑周围的环境, 形成与周围生态环境相协调的低养护水平的永久性生态护坡工程。

在具体操作过程中遵循植被的生态演替原理, 通过人工作用促使其快速形成协调的生态景观。

(4) 成本低,管理粗放，维护简便。

PMS技术成本不足国内外同类技术成本的一半, 且施工后养护较粗放, 只需作适当的浇水管理。

(5) 植物种子选择有一定的要求。

选择适合生长的混合植物种子, 以形成草本植物群落(先锋植被)-草、灌混生植物群落(进化植被)- 草、灌、乔多样性混生群落(稳定的护坡植被) 的合理生态演变过程而达到良好的护坡效果。

PMS技术在植物种子选择方面还需依据不同的施工条件(地域、气候、岩质、坡度、坡向等) 选择恰当的植物种子组合配方,使
其先期侵入快，后期又能稳定，同时能在植物的生长过程中逐步演替，最终达到生态园林化的护坡效果。

3 PMS技术的基本原理
PMS技术依靠基质材料、锚杆或锚钉、复合材料网（土工格栅网）与植被的共同作用对坡面进行防护（见图1）。

图1 PMS技术原理示意图
3. 1 锚杆（或锚钉）及土工格栅网
锚杆（或锚钉）一端固定在岩石中，一端外露（外露的长度由所喷射的PGM厚度决定）。

锚杆（或锚钉）有着两方面的作用，一方面对坡面进行加固,保证坡体的稳定，另一方面为土工网提供了锚定的位点。

土工格栅网可以进一步对坡面进行保护，此外还对PG起着加筋的作用，保证了PGM的整体稳定。

3. 2 植生基质（PGM）
具有一定的抗拉抗张强度和黏度，可以和岩石表面很好地结合，从而对坡面提供了又一层防护。

除此之外，很重要的一点就是PGM还要为植被提供前期生长所需的营养成分，有很好的保水、吸水能力，有保证植
物良好生长的理化结构。

3. 2 植被作用
植被生长是护坡工程能够永久发挥作用的保证。

一方面植物的根系生长对坡面起着深根加筋、浅根加锚的作用, 另一方面其地上部分起着截留雨水的作用, 可减小雨水对坡面的冲刷侵蚀。

因此, 植被的选择和其生长状况决定了整个护坡工程的优劣。

4 PMS技术应用实例
4. 1 工程背景
北京五环高速公路建设中, 开挖红山口处（13 # 标段）山体时使原有坡面植被遭到严重破坏, 岩石大面积裸露。

该处岩体为土质砂岩、泥岩, 属发育较强烈的软岩, 同时风化和破碎较严重, 若不进行护坡绿化处理, 逢雨水冲刷很可能会造成坡面岩石风化、坍塌甚至滑坡, 导致水土流失, 影响高速公路的正常运行, 甚至会造成交通事故、人员伤亡等。

且该岩石坡面正对颐和园的佛香阁, 在固坡的同时必须考虑景观效应,因此采用PMS技术来实现护坡绿化，以迅速形成与周围环境相适宜的植物群落。

本段设计为永久边坡，边坡坡比为1 : 111~ 1 : 0175 ,坡高14〜18 m。

植被发育以乔木、灌木、草本为主，草密、林丛生, 植被多样。

4. 2 绿化植物的选择
此坡段属较陡边坡, 在选择植物群落时, 考虑到草本植物群落在坡比较陡的坡面上其根系生长沿坡面进行, 并不能向坡体纵向生长, 无法对深层的岩土进行锚固, 遇到剧烈的冲刷可能出现边坡失稳, 达不到持久护坡效果, 而对于乔木植物群落中的大型乔木, 土壤、坡度、岩层等因素
决定其在没有先锋植被创造出很好的生境情况下, 很难在坡面上生长良好, 因此这两种类型均不适宜。

通过考察, 发现小灌木、小乔木群落在红山口山体处表现了很强的生命力, 而且本工程段所在区域存在大量本地灌木和小乔木的种子库, 这也为形成与周边相协调的生态环境提供了强有力的保证。

综合考虑以上因素, 选择灌木作为主要的护坡绿化植物。

4. 3 施工工艺流程
(1) 坡面清除危石、碎石,整理平顺，以保证PGM能和坡面结合良好。

(2) 钻孔、安装锚杆。

由于采用了自钻式锚杆, 打孔与安装同时进行, 锚杆外露15 cm。

钻孔时锚杆与坡面垂直，灌浆匀实。

(3) 安装固定土工格栅。

第一层网紧贴坡面铺设, 第二层网铺设在距坡面9 cm 处, 网张拉紧, 网间联系紧密、牢固。

(4) 植生基质按要求调配并拌和均匀。

(5) 分3 次喷射植生基质。

喷射从正面进行, 第一次喷射厚度为5 cm, 第二次7 cm , 第三次 3 cm( 含处理过的混合植物种子) 。

(6) 前期维护。

在种子的萌发期、幼苗的初期生长期, 植物自身的调节能力较弱, 为了保证种子的萌发率和初期幼苗的成活率, 需要适时地浇水或进行其他养护。

具体施工工艺流程见图2
图2 施工工艺流程图
4. 4 施工效果
(1)施工后正值初秋，温度适宜,4 d后混合草种的先锋草种开始发芽,半
个月后绿色已覆盖整个坡面。

(2)施工当年坡面呈翠绿色，其间有少量的花草、灌木，坡面类似于城市草坪。

(3)施工后第二年，由于少量的草本植物被自然淘汰，坡面有些枯草,周边植物开始入侵,野草种子有少量落入坡面，坡面基本呈深绿色。

在3月下旬至4月上旬适当补植了一些灌木和乔木，以增加植物的多样性。

(4)施工后第三年，坡面开始接近于自然状态，乡土植物逐渐入侵，与
外来的植物种相互竞争，坡面形成草、灌、乔的多样性植物群落。

5 结束语
PMS技术是在90年代中期随着公路建设和生物技术的发展，近几年才形成的新兴综合性技术, 现已不仅仅应用于公路领域, 还广泛应用于铁路、水利、水电、市政、矿区、风景区等工程建设边坡的生态防护、植被恢复及地质灾害防护。

相信通过PMS技术在国内的进一步研究和推广, 将解决我国的岩石边坡绿化防护难的问题。

[ 作者简介] 申新山(1977 - ) , 男, 青海互助人, 助理工程师, 学士, 从事边坡生态防护技术市场开发、研究及推广工作。

[ 收稿日期] 2003 - 04 - 07
( 责任编辑徐素霞)。