國省干線巖質(zhì)高陡邊坡三聯(lián)生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用★

黃朱盛，王穩(wěn)生，許 康

(北京市政路橋股份有限公司工程總承包一部，北京 100067)

0 引言

近年來，國省干線公路提級改造越來越多，很難實現(xiàn)公路建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的協(xié)同發(fā)展，公路地形復(fù)雜、地質(zhì)破碎、生態(tài)敏感，尤其裸露的巖質(zhì)高陡邊坡防護(hù)及次生災(zāi)害是突出問題，大多主要采用錨索或錨桿框格梁、拱形骨架、主動或被動防護(hù)網(wǎng)、抗滑樁等進(jìn)行防護(hù)，因巖質(zhì)邊坡綠化覆蓋技術(shù)難度大和成本高，基本不做綠化或混凝土防護(hù)輔以簡單綠化。

隨著貴州公路網(wǎng)體系快速發(fā)展，國省干線提級改造產(chǎn)生的高填深挖邊坡工程大量出現(xiàn)，在美麗中國建設(shè)新形勢下，邊坡防護(hù)應(yīng)逐漸形成為兼有生態(tài)功能、景觀功能、文化功能的綜合性邊坡防護(hù)[1]，因此，貴州省提出了暢安舒美路網(wǎng)建設(shè)根本目的就是“提升路網(wǎng)生態(tài)品質(zhì)，服務(wù)貴州經(jīng)濟發(fā)展”。巖石高陡邊坡綠化一直是困擾每個設(shè)計工作者的一個難題，貴州省黔東南地區(qū)某國省干線公路提級改造項目路線多處于灰?guī)r地段，邊坡開挖造成很多暴露的巖石邊坡，對原有生態(tài)景觀產(chǎn)生較大破壞。交通運輸部2016年度科技成果推廣專有技術(shù)“綠色公路建設(shè)邊坡三聯(lián)生態(tài)防護(hù)技術(shù)”面向全國不同生態(tài)區(qū)、不同邊坡條件，有較好的應(yīng)用示范作用，因此，結(jié)合貴州省黔東南地區(qū)某國省干線公路提級改造項目打造“綠色公路”中遇到的深挖高陡灰?guī)r質(zhì)八級邊坡生態(tài)植物防護(hù)難題，本文對該技術(shù)具體應(yīng)用進(jìn)行大膽探索。

1 三聯(lián)生態(tài)修復(fù)技術(shù)

生態(tài)護(hù)坡是綜合工程力學(xué)、土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)和植物學(xué)等學(xué)科的基本知識對斜坡或邊坡進(jìn)行支護(hù)，形成由植物或工程和植物組成的綜合護(hù)坡系統(tǒng)的護(hù)坡技術(shù)[2]。三聯(lián)生態(tài)防護(hù)技術(shù)是針對生態(tài)護(hù)坡和修復(fù)的技術(shù)難點，形成的一項集安全防護(hù)與生態(tài)修復(fù)為一體的坡面生態(tài)防護(hù)技術(shù)[3]，由物理防護(hù)、抗蝕防護(hù)和植被生態(tài)修復(fù)防護(hù)三重措施聯(lián)合(三聯(lián))防護(hù)邊坡，是采用掛網(wǎng)、噴射植生層進(jìn)行防護(hù)的一種新型技術(shù)。第一聯(lián)物理防護(hù)是固網(wǎng)錨桿加鍍鋅機編金屬網(wǎng)組成，第二聯(lián)抗蝕防護(hù)是采用專有生物抗蝕材料合理配比后構(gòu)成，第三聯(lián)植被生態(tài)防護(hù)是通過生境系統(tǒng)構(gòu)建、植物群落系統(tǒng)構(gòu)建和物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)建，形成的自維持、自循環(huán)的完整植被生態(tài)系統(tǒng)。

該技術(shù)具有適用性廣、景觀性好、穩(wěn)定性強的特點[4]，在我國西北、西南等地區(qū)的公路、鐵路、礦山及受損山體的植被修復(fù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，取得了集工程、生態(tài)、社會和經(jīng)濟為一體的顯著效應(yīng)。該技術(shù)從根本上解決了植被生態(tài)修復(fù)以往存在的“一年綠、兩年荒、三年死光光”的困境，做到一次建成，免人工養(yǎng)護(hù)，像森林和草原生態(tài)系統(tǒng)一樣，對坡面進(jìn)行永久防護(hù)。

2 工程概況

貴州省黔東南地區(qū)某國省干線公路提級改造項目近2 km路線途經(jīng)景區(qū)山體，形成大量的深挖高陡灰?guī)r質(zhì)邊坡，工程痕跡重、生態(tài)損傷嚴(yán)重、視覺景觀效果差[5]，沿線地質(zhì)情況比較破碎、不穩(wěn)定，以及考慮邊坡特別高需統(tǒng)籌資金，原邊坡設(shè)計并未做好“綠色公路”的配套設(shè)計。K19+860.000～K20+020.000左側(cè)邊坡原設(shè)計為坡面采用6索、錨索長20 m的錨索框架和框格內(nèi)噴射混凝土，坡腳設(shè)3 m高漿砌片石路塹墻，共八級，坡高60余米，第Ⅰ級邊坡、第Ⅱ級～第Ⅲ級邊坡、第Ⅳ級～第Ⅶ級、第Ⅷ級邊坡坡比分別為1∶0.5，1∶0.75,1∶1,1∶1.25，并在邊坡體開挖線外設(shè)截水溝將地表水引流至路基排水系統(tǒng)進(jìn)行排泄。

K19+860.000～K20+020.000左側(cè)邊坡開挖后為灰?guī)r質(zhì)高邊坡，因邊坡坡面、坡體巖體破碎-較完整、風(fēng)化較為嚴(yán)重，局部坡面已產(chǎn)生坍塌。

2.1 地形地貌

貴州省黔東南地區(qū)某國省干線公路提級改造項目新建路線走廊帶位于云貴高原向湖南西部地區(qū)過渡的斜坡地帶，沿線海拔較低(最低處位于路線終點郞寨一帶，高程為272 m；最高處位于路線中點永從大坡，高程為755 m)，沿線地貌類型主要為以構(gòu)造剝蝕、切割作用形成的中低山山間凹地，山地、溝谷斜坡及沖洪積地貌。

2.2 氣候條件

項目區(qū)屬中亞熱帶冬季潮濕,夏季半濕潤型氣候區(qū)，根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計：年平均氣溫15.6 ℃，最冷月1月平均最低為-4.5 ℃,最熱月7月最高25.8 ℃，極端氣溫-9.3 ℃～36.5 ℃,最高氣溫不小于30 ℃日數(shù)59.3 d,日最低氣溫不大于0 ℃日數(shù)27.4 d；年平均降雨量為1 321.9 mm，主要集中在4月～8月，年均降雨日數(shù)189.1 d,日降雨量不小于50 mm天數(shù)2.7 d,最大一日降雨量達(dá)102.0 mm；年均平均風(fēng)速1.9 m/s，年均相對濕度83%；年無霜期260 d～320 d，全線皆可常年組織施工。

3 三聯(lián)生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用探索

貴州省黔東南國省干線公路提級改造過程中，路線不可避免造成沿線大量山體破壞，開挖邊坡破壞了原有綠植，形成了很多暴露未覆綠的巖石邊坡，目前我們設(shè)計單位習(xí)慣采用的巖質(zhì)邊坡綠植防護(hù)基本形式基本采用圬工砌體防護(hù)和綠植工程結(jié)合模式，比如錨索(桿)框架和框架內(nèi)植生袋碼砌綠化、主動防護(hù)網(wǎng)和坡腳挖坑點種、菱形框架砌體護(hù)坡和植生袋碼砌綠化、掛網(wǎng)客土噴播綠化等，綠化工程實際效果不盡如人意。主要原因在于巖質(zhì)高陡邊坡覆土效果差、簡單綠化的植被覆蓋率低，尤其1 a后植被綠化效果更差，不能真正做到修復(fù)自然植被生態(tài)[6]。

隨著國家積極打造“綠色公路”新形勢，考慮錨索(桿)框架、主動防護(hù)網(wǎng)等綠化效果差的原因，提出在該邊坡大膽探索應(yīng)用2016年以來交通運輸部推廣使用的三聯(lián)生態(tài)修復(fù)技術(shù)，克服該技術(shù)在比較破碎、不穩(wěn)定、特別高邊坡防護(hù)中的局限性，提高物理防護(hù)和抗蝕保護(hù)，提高鄉(xiāng)土根系發(fā)達(dá)植物種植比例，并確保邊坡工程力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定安全可行。綠化工程合并進(jìn)入路基工程，管理上進(jìn)了一步，應(yīng)在總造價控制范圍內(nèi)，動態(tài)優(yōu)化圬工和綠化設(shè)計，提高生態(tài)綠化水平，合理平衡造價，使工程防護(hù)與生態(tài)防護(hù)有效結(jié)合。

K19+860.000～K20+020.000左側(cè)邊坡生態(tài)修復(fù)按如下方案處理：

1)K19+860.000～K20+020段邊坡Ⅰ級～Ⅲ級根據(jù)邊坡地質(zhì)情況采用錨索框架防護(hù)、主動防護(hù)網(wǎng)，第Ⅲ級～第Ⅷ級采用三聯(lián)生態(tài)護(hù)坡，其中Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級坡頂采用植生混凝土平臺進(jìn)行隔水，K19+990.000～K20+020.000段部分第Ⅰ級～第Ⅱ級邊坡坡面坍塌出現(xiàn)臨空面，采用漿砌片石護(hù)面墻進(jìn)行填補防護(hù)。

2)三聯(lián)生態(tài)防護(hù)邊坡的鍍鋅三維網(wǎng)采用絲徑φ1.8 mm、孔眼尺寸5 cm×5 cm，固網(wǎng)主錨桿規(guī)格采用φ14×650 mm，輔錨桿規(guī)格采用φ12×400 mm，主、輔助錨桿按梅花形進(jìn)行布置，并依據(jù)坡面具體情況適當(dāng)加密，形成有效的第一聯(lián)物理防護(hù)。

3)第二聯(lián)是采用國家環(huán)境保護(hù)創(chuàng)面生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)中心專有生物抗蝕產(chǎn)品[7]，因坡高60余米且風(fēng)大，增加基材抗風(fēng)蝕、雨蝕等侵蝕的能力。

4)第三聯(lián)采用“3S-OER”植被生態(tài)修復(fù)技術(shù)，采用構(gòu)建厚度3 cm種子層+3 cm微生物層+7 cm黏結(jié)基質(zhì)層對坡面進(jìn)行針對性建植與生態(tài)防護(hù)，通過修復(fù)物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，使之成為一個自循環(huán)、自維持、免養(yǎng)護(hù)的閉環(huán)自然植被生態(tài)系統(tǒng)，修復(fù)土壤植生層厚度平均13 cm厚，可有效保護(hù)嚴(yán)重風(fēng)化的高陡巖石邊坡開挖面防止風(fēng)化和雨蝕，可飽水泌水，可調(diào)坡面溫濕。該工程重點要處理好過度黏結(jié)基質(zhì)層，應(yīng)黏結(jié)抗?jié)B。

邊坡植生層專用材料用量表如表1所示。

表1 邊坡植生層專用材料用量表

5)植被設(shè)計充分考慮施工氣候及坡面條件，選擇適合本地生長多元多彩的物種，設(shè)計采取適合本地區(qū)的喬、灌、草鄉(xiāng)土物種，進(jìn)行合理組合和配比，修復(fù)后的坡面形成穩(wěn)定-喬灌草結(jié)合-具備物種多樣性的植被系統(tǒng)，具有生態(tài)景觀效果和植被護(hù)坡功能，至少符合喬木+灌木+多年生雙子葉草本、灌木+多年生雙子葉草本等一種類型組合[8]，可點栽一部分具有觀賞價值的植物，如櫻花等。恢復(fù)與重建邊坡植被系統(tǒng)，群落具有較好的植物多樣性和自我營養(yǎng)性，第一年以草本群落為主，第二年草本與灌木混生，第三年以后轉(zhuǎn)為以灌木為主，伴生有若干草本，群落達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，植被覆蓋率達(dá)到或超過當(dāng)?shù)赝攘⒌貤l件下的自然植被覆蓋水平。

4 三聯(lián)生態(tài)修復(fù)技術(shù)施工

針對該邊坡特點，進(jìn)行三聯(lián)生態(tài)修復(fù)技術(shù)施工構(gòu)建第一層基質(zhì)層時，根據(jù)現(xiàn)場施工情況對坡面進(jìn)行找平處理。施工流程如圖1所示。施工前必須做好坡面清理，確保坡面平整和坡體穩(wěn)定，施工中應(yīng)注意以下幾點：

1)三聯(lián)生態(tài)防護(hù)前期比較薄弱，錨索框架防護(hù)先行施工，確保錨網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成的第一聯(lián)物理防護(hù)能夠有效防護(hù)坡面安全穩(wěn)定。坡面鋪網(wǎng)需往外延伸不小于1 m，網(wǎng)子搭接寬度為15 cm,特殊情況也須保證不小于10 cm，且網(wǎng)子搭接頭相互彎鉤相接。

2)本項目土壤以黃壤、松壤為主，施工方進(jìn)場須先找壤土土源，實測水質(zhì)及土源的pH值。先使用網(wǎng)篩篩分土壤備料，要求使用網(wǎng)篩的孔眼尺寸應(yīng)當(dāng)小于三維網(wǎng)網(wǎng)孔。為了讓回填土能夠自然下沉，避免土壤內(nèi)部有“空鼓”出現(xiàn)，因此首次回填完成后，用水澆透[9]。

3)施工時要注意避開雨季及反季節(jié)施工。在完成錨索框架和主動防護(hù)網(wǎng)邊坡防護(hù)后，采用液壓噴附機噴附施工，即按25 g/m2～35 g/m2左右噴播草籽，并將其和促生長的附著劑、肥料、生長素、保濕劑及水按一定比例攪拌成混合液，再均勻噴附于坡面。

4)噴附后應(yīng)盡早覆蓋遮陽網(wǎng)和無紡布，但需要考慮遮陽網(wǎng)邊緣不可阻擋噴附旁落基材，以免造成基材堆積，影響出苗。鋪設(shè)時應(yīng)順著施工地主風(fēng)向，以上風(fēng)向邊幅壓下風(fēng)向邊幅，可減少網(wǎng)被風(fēng)吹起，相搭接幅寬5 cm～10 cm為宜。相搭接處可以釘子釘入坡體固定，或以金屬絲相連接。遮陽網(wǎng)完全覆蓋坡面，噴附面不可有裸露，如有缺損應(yīng)及時補釘。也可考慮使用無紡布加遮陽網(wǎng)替代單一遮陽網(wǎng)，有利于保溫發(fā)芽出苗。

5)按設(shè)計要求施工平臺生態(tài)截水溝、路塹截水溝和坡面排水設(shè)施，確保坡體整體排水設(shè)施完善。

5 邊坡生態(tài)修復(fù)后實施效果

貴州省黔東南州國省干線提級改造項目該邊坡生態(tài)修復(fù)效果顯著，邊坡植被群落形成前，含有黏結(jié)劑的植生基質(zhì)經(jīng)高壓噴附后的漿狀物與保護(hù)網(wǎng)澆筑在一起，在坡面形成具有一定厚度和強度的網(wǎng)材基質(zhì)保護(hù)層，可以抵御降雨的侵蝕，能夠穩(wěn)定坡面。植被群落形成后，不同植物發(fā)達(dá)的根系與鑲嵌在坡面的網(wǎng)材基質(zhì)保護(hù)層結(jié)合，起到生物錨固和加筋的作用，形成立體防護(hù)結(jié)構(gòu)；同時，茂密的植物莖葉遮蓋在網(wǎng)材基質(zhì)保護(hù)層上，形成了對坡面的第二重防護(hù)；可以抵御大雨乃至暴雨的沖刷，防止邊坡水土流失，保證安全穩(wěn)定。貴州省黔東南州國省干線提級改造項目該邊坡生態(tài)修復(fù)施工前、施工后分別如圖2所示。

6 結(jié)語

三聯(lián)生態(tài)修復(fù)技術(shù)一般可取代圬工防護(hù)+簡單植草，總體造價相比便宜20%～40%，后期免維護(hù)費用，全壽命周期更低，邊坡更自然生態(tài)、安全耐久、景觀舒美。貴州省黔東南州嚴(yán)重風(fēng)化巖石高陡邊坡三聯(lián)生態(tài)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用的成功探索，打通了國省干線項目“暢安舒美”建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，進(jìn)一步推進(jìn)了項目施工進(jìn)度，更好的實現(xiàn)了“綠色公路”建設(shè)目標(biāo)。