高速公路岩石边坡生态恢复技术

高速公路岩石边坡的快速生态恢复技术

作者：生态研究中心转贴自：公路环发点击数：391

德国早在1919年就修建了高速公路的雏形；而美国的高速公路最多，到1983年已建成83956km的高速公路。我国在1988年实现了高速公路零的突破，截止到2002年底，全国高速公路里程达到了2.52万km，仅次于美国居世界第二位。但是，高速公路是以破坏生态环境为代价的一项现代化建设工程，每年形成的边坡面积达2-3亿m2，其中，石质边坡的面积约为1000-1500万m2；这些石质边坡大多分布在我国南方各省，仅广东省每年就有100万m2以上的石质边坡急待治理。裸露石质边坡缺土、缺水、缺肥等植物的生存条件，因此，石质边坡的生态恢复已成为当前的一大技术难点。

1、岩石边坡生态恢复技术及国内外研究进展

1.1喷混植生技术及其特点

喷混植生技术是当前工程创伤的岩石边坡生态修复的最新模式，是岩石边坡工程防护与生态绿化并重的新技术，能使植物在短时间内快速生长覆盖。该技术利用锚杆加固铁丝网技术，运用特制喷混机械将土壤、有机核心料、粘结剂、植物种子等混合干料加水后喷射到岩面上，形成近10cm厚度的具有大小孔隙的硬化体。

喷混植生技术的主要特点大致有：

1）适合地质条件恶劣的岩石坡面

喷混植生技术采用镀锌铁丝网和钢杆锚固，抗拉力强度大，可有效地防止崩塌和碎石掉落，确保山体和道路长治久安。该方法适用于恶劣环境的岩石边坡，如砾石层、软岩、破碎层及较硬的基岩石等。

2）抗侵蚀性和抗水土流失

粘结剂的胶结作用是喷混基质与岩面粘结，并使喷混基质硬化，从而避免雨水等对种植基质造成冲刷侵蚀。不仅喷混基材有很强的抗侵蚀性能，在灌草植被与基材的共同作用下，基材的抗侵蚀性又得到进一步的增强。

3）保障植被快速成型及生态稳定性

以客土为主的喷混基层的厚度为10cm，能确保植物安全生长的极限需求。石质边坡上喷混植生后，60天能全面覆盖，1年灌草立体生态成型。护坡植物的生态稳定性方面的作用有：能拦截的雨水冲击，减少滴溅能量；通过吸收和蒸腾作用降低土体孔隙水压力；根系深扎交错能增加土体内聚力，提高建植层土体的凝聚强度。

1.2国外岩石边坡的生态护坡技术

公路边坡生态护坡技术的应用在发达国家已有很长的历史，如美国于1936年在南加

利福尼亚州的Angeles Crest公路边坡治理中就应用生态护坡技术。日本的边坡绿化起步较早，他们的生态护坡几乎与公路建设同步发展，迄今已有半个多世纪的历史。近年来，绿化网护坡、厚层基料喷射、植被型混凝土等已成为日本最为广泛的生态护坡技术。厚层基料喷射护坡技术是日本于1976年首先开发出来的，主要用于软弱岩石边坡的生态防护。日本客土喷播厚度为2-3cm，只适合日本国土气候带，不适合我国热带、亚热带地

区植物的水热需求，草坪往往因伏秋干热而枯死。日本在植被型混凝土方面做了大量的研究，但其成本过高，不适合我国国情。

1.3国内岩石边坡生态治理的研究应用

岩石边坡绿化是一门新兴边缘学科，它涉及到岩石工程力学、地质学、生物学、土壤学、肥料学、园艺学、草业学、林学、环境生态学等。岩石边坡的生态治理研究刚起步，尚处于理论研究与应用技术的摸索阶段。

近年来，我国也开始了类似于客土喷播技术的研究和应用，并取得了一定的进展。在2000年，已有岩石坡面喷混快速绿化新技术的报道。在此之后，岩石边坡生态治理的技术研究及应用又有某些报道，尽管这些技术的原理和方法相近，但采用的名称有所不同，如喷混植生技术、有机基材喷植、水泥生态种植基、植被混凝土护坡绿化技术等。

2、喷混植生关键技术的研究

2.1低碱性粘结剂及与有机物料的最佳配比

目前，在岩石边坡生态防护中常用的粘结剂是425#硅酸盐水泥，但是，水泥呈碱性，一般来说对灌草种子的生根和发芽是有害的。喷混基质pH值可直接或间接影响植物的生长发育，其影响主要表现在土壤养分的有效性、土壤微生物活性、植物根系生长和抗性大小以及植物群落的构成等几个方面。在喷混基料中加入辅助粘结剂（如红粘土、过磷酸钙）和pH缓冲剂，利用它们本身的酸碱性、缓冲性和红粘土的高量活性铝水解产生酸度进行pH调节，使喷混基料的pH值由强碱性（pH8.0-8.5）降低到中性（pH6.8-7.2），适合植物生长。喷混基料的pH值会随植物生长而有一定的降幅，所以，应采用比较成熟的pH值调节技术使喷混基料的pH值调节到一个适宜植物生长的范围。

另一方面，水泥用量的多少既影响建植层结构的稳固性，又影响到建植层的土壤理化性质、肥力、微生物环境等，从而影响到植物生长。所以，应当根据岩石边坡的坡度和基岩状况，将喷混基料中水泥的含量调节到既有一定粘结强度、又适宜植物生长的范围内。

2.2乔灌草种的配置及分层喷播技术

公路边坡的生态恢复以往采用多草种混播，由于草种属浅根性植物，其根系一般只能分布于喷混建植层的表层，对边坡恶劣环境的抗逆性弱，生物群落稳定性差，往往在3-5年植被就出现退化。在草本群落中加入灌木，形成灌草结合的稳定立体复合生态体系，能解决单一草本植物群落易退化的问题。灌木根系发达，灌草生态建植层的根系交织成稳定结构，能最大限度地防止水土流失和坡面跨塌。克服草被退化的重要措施是构建乔灌草立体生态系统，包括以灌木为主的灌草生态和以草为主的草灌生态。灌草种配置的具体措施有：1）以地带性植被、乡土植物为基调，适当引进适于本地生长条件的野生植物和外地植物；2）考虑浅根植物和深根植物的结合、豆科植物和非豆科植物的结合；3）尽可能配置抗逆性强的植物和水肥光热利用率高的植物。只有这样，才能建设一个具有生物多样性的、稳定的立体生态群落。

喷混植生技术分为基底和表层实施喷播，基底7-8cm，表层2-3cm；基底种子用量占20-30%，表层种子用量占70-80%。分层喷播有利于提高出苗率、成苗率，缩短见绿与覆盖时间，降低生产成本和养护成本。

2.3喷混基料基本性质及主要强度指标的研究

喷混基料中水泥的含量对护坡植物的成活、生长均有一定的影响，这涉及到基料基本性质和主要强度指标。国内已有岩石边坡生态种植基主要强度指标的试验研究[6]，主要的测试指标有无侧限抗压强度、抗剪强度（包括黏结力和内摩擦角）等，进一步的研究有不同坡度不灌草种组合的防冲刷小区试验、以及高陡边坡适宜基料力学性质的动态试验等。另外，涉及到基料的基本性质，应较全面地了解其物理性状（如自然容重、含水量、孔隙率和稳渗系数等），以及化学性质（包括养分分析、pH值、CEC等）。

2.4施工工艺改造技术的研究

目前采用的喷混施工工艺流程包括：清理石质坡面、挂镀锌铁丝网、风钻锚孔和锚杆固浆、吊沙包带、喷射有机基材混合物、盖无纺布、养护管理等。

喷混植生是工程与生物紧密结合的施工技术，工艺过程复杂并影响着工程质量。该技术主要研究不同母岩、不同坡度岩石坡面的最佳施工工艺，锚杆与挂网工艺的改进、建植层喷混工艺的优化等。研究的必要性在于既能降低生产成本，又能达到快速生态治理、长期护坡的目的。

2.5高陡边坡喷混植生技术的实施

高陡边坡一般在70°以上，植被不能自然恢复，人工绿化也很困难。但是，我公司业已完成喷混植生的示范坡面达85°，部分坡面为90°-110°。对于高陡边坡（坡比在0.3-0.5之间、坡高30-40m以上）的3级坡或4级以上坡面，能否利用喷混植生技术进行稳定安