噴混植生防護技術在高速公路邊坡防護中的應用
發布時間：2010-01-14 共2頁
隨著我國對環保問題的日益重視，針對高速公路巖石挖方邊坡的防護已由傳統的圬工防護向生態防護發展。在廣東西部沿海高速公路珠海段（以下簡稱珠海段）的巖石挖方邊坡防護的施工實踐中，采用了噴混植生防護技術作為復綠手段，在巖石邊坡上建造出一個灌草結合、科學合理的植物生態系統，既起到良好的邊坡防護作用，又恢復了自然植被，防止坡面的侵蝕和風化，防止水土流失，改善公路行車環境，從而充分體現公路的自然環境景觀，在綠化的同時起到美化的作用，達到了“車在路上駛，人在畫中行”的意境。
高速公路石質挖方邊坡缺乏植物生長所必須的水、肥等條件，生態限制因素較多，同時又由于珠海段高速公路地處南方亞熱帶地區，干濕季節明顯，在雨季暴雨集中，雨水沖刷和水土流失十分嚴重，在旱季地下水位低，給邊坡植物的管護造成很大的困難。要在石質挖方邊坡上建立一個適合植物生長而又經得起雨水沖刷的基質層，給植物一個長期穩定的生長環境，我們在多年研究試驗和工程實踐的基礎上，優選出多種適應惡劣環境的草、灌良種，利用噴混植生建植層技術和錨桿固網技術，使噴混植生建植層緊固于石坡表面，通過成孔物質的合理配置，使種植基質中的固、液、氣三相物質處于平衡狀態，創造草類與灌木生存的良好環境。
1 噴混植生防護技術的原理
巖石邊坡缺乏植物生長的必要條件——土壤和水分，如果在坡面上直接回填種植基質，因巖石邊坡大多又陡又急，回填物往往很難固定，若巖石光滑則固定更加困難，還會因降雨、流水等外因而遭到沖刷流失。由此分析，巖石邊坡實現綠化必須同時具備二個基本條件：一是坡面上必須有植物能賴以持續生長的種植基質，二是種植基質能永久固定在坡面上。
噴混植生防護技術是以工程力學、土壤學和生物學理論為依據，利用客土摻混粘結劑和錨桿加固鐵絲網技術，運用特制噴混機械將土壤、肥料、有機物質、保水材料、粘結材料、植物種子等混合干料加水后噴射到錨固有鍍鋅鐵絲網的巖面上，形成10 cm厚度左右的具有連續空隙的硬化體，在巖石坡面上營造一個既能讓植物生長發育而種植基質又不被沖刷的永久性的多孔穩定結構，種子可以在空隙中生根、發芽、生長。一定程度的硬化又可防止雨水沖刷，而混合物中的保水材料、營養成份適合植物種子的生根發育。為巖石綠化提供植物生長的基質從道理上是越厚越好，但考慮成本和施工難度我們一般設計成10 cm左右，為保持基質的保水要求，我們特意在基質中加入了大劑量的保水劑，保水劑是遇水可以反復吸收膨脹500～1 000倍的一種化學材料，無毒無害，在干旱時，保水劑中的水分又可以緩釋給植物的根系。當種植基層中的保水劑全部吸水膨脹后，可以供應草坪在持續干旱時30～60 d的生長需要。種植基層的肥料和有機質可以滿足植物在初期生長的營養需要。通過一段時間的養護，前期以草本植物為主對巖石坡面實現快速綠化、恢復植被，后期以灌木、喬木和藤本植物為主逐漸交替生長，形成一個與當地環境、氣候相適應的草、灌、喬、藤結合的目標植物群落，從而達到恢復植被、改善景觀、保護環境的目的。
噴混植生防護技術是集巖石工程力學、生物學、土壤學、肥料學、園藝學、環境生態學等學科于一體的綜合環保技術，其核心是通過成孔物質的合理配置，在巖石坡面上營造一個既能讓植物生長發育，而種植基質又不被沖刷的多孔穩定結構，使建植層固、液、氣三相物質基本平衡。
2 噴混植生的材料
2.1種植基材的選擇種植基材的組成材料主要有土壤、有機質、肥料、保水劑、粘合劑、改良劑等。
（1）土壤土壤可因地選材，選擇就近可以采集的粘土、黃土或砂土。但往往砂土、黃土、粘土的肥力不足，一般可用其他肥土以1：1配合使用，土要干凈無雜質、無雜草，保持干燥，并過篩去掉大的粗的顆粒以便于噴播使用。
（2）有機質有機質的使用主要是增加土的肥力和保證土壤的通氣性，常用的有泥炭土、腐葉土、堆肥、鋸木屑、谷殼、經充分發酵的家畜肥料等。
（3）肥料主要用化學肥料和有機肥，化學肥料多采用緩釋復合肥，有機肥主要有雞糞、家畜糞，但都必須經過充分的發酵，以免植物生長發育過程產生過多的病害。
（4）保水劑保水劑是一種無毒無害的功能性高分子化合物，遇水可吸水膨脹成百上千倍，這些水分不易被一般的物理方法排出，而植物根系卻能吸收貯藏于保水劑中的水分。保水劑可將偶然降雨迅速地吸收而嘭脹成凝膠狀將水分貯藏起來，干旱時便慢慢地釋放給根系。一般采用吸水重復性好而使用壽命長的丙烯酰胺一丙烯酸鹽共聚類的較大顆粒產品。
（5）粘合劑、土壤改良劑為避免風雨等自然因素對種植基材造成的侵蝕、沖刷，必須在種植基層中加入相當數量的粘合劑，以促使基質與巖石粘結和增強基質本身的抗侵蝕沖涮能力。粘合劑常用化學粘合劑和普通硅酸鹽木泥：水泥呈堿性，一般來說對灌草種子的生根和發茅是有害的，噴混基質pH值可直接或間接影響植物的生長發育，其影響主要表現在土壤養分的有效性、土壤微生物活性、植物根系生長和抗性大小以及植物群落的構成等幾個方面，為此加入輔助粘結劑如紅粘土、過磷酸鈣）和緩沖劑，利用它們本身的酸堿性、緩沖性和紅粘土的高量活性鋁水解產生酸度進行FH值調節，使噴混基料的pH值由強堿性（pH植8.0~8.5）降低到中性（pH值6.8～7.2），適合植物主長。
2.2植物種子的選擇和配方護坡植物的選擇應考慮以下因素：適應栽培區的氣候。能抵抗不良環境，不易退化；根系發達，生長迅速，短期內能覆蓋；多年生，與土壤固結能力強；分蘗多，莖葉繁茂。草本植物具有生長速度快，覆蓋率高的優點；而灌木具有生長周期長，根系發達的優點。草本植物護坡在初期因有較高的覆蓋率，能減緩雨水對坡面造成的面蝕及溝蝕。然而單純草本護坡，養護成本較高，難于維持四季常綠的景觀效果，且生態群落單一，層次結構簡單，對于惡劣氣候抵抗能力差，容易引起大面積退化，不適合邊坡主物防護的可持續發展。灌木護坡，植株充分發育后，冠幅擴張，能達到有效的坡面覆蓋，根系深入坡面土層或巖石縫隙中，起到生物錨桿的作用，且甩豆科灌木護坡，其根瘤菌具有固氮作用，能逐步增加坡面土壤肥力，從而逐步改善坡面土壤結構，有利于其他植物的生長。但單純的灌木護坡存在綠化初期植被覆蓋率較低、植物層次單一等問題。灌草結合的護坡形式，充分利用草本植物速生、覆蓋率高及灌木植株較高、冠幅大、根系深的優點，形成灌草結合的混合植物護坡結構，發揮植物間的互補依存關系，逐漸改善坡面微環境，實現植物護坡的可持續發展。
根據上述要求，我們選擇的草本植物有百喜草、狗牙根、糖蜜草等，灌木有木豆、山毛豆、銀合歡等，藤本植物有大翼豆、葛藤，喬木有桉樹、松樹等。
由于灌木相對草本植物發芽率低且生長較慢，草本植物生長迅速會對灌木的生長形成競爭，一般草本植物生長旺盛的地方灌木生長稀少且矮小。灌草在相互依存的同時存在明顯的制約關系，所以我們對于不同地質條件和不同邊坡狀況的巖石坡面，采用不同的植物配方。軟質巖坡面如強風化和全風化巖石坡面，草本植物相對易于生長，采用百喜草、狗牙根、糖蜜草等草本種子為30 g／2.，木豆、山毛豆、銀合歡等灌木種子為20 g／m2.而硬質巖坡面如微風化和未風化花崗巖坡面，則只能以灌木為主，采用百喜草、狗牙根、糖蜜草等草本種子為20 g／m2，木豆、山毛豆、銀合歡等灌木種子為40 g／m2. 2.3輔助材料（1）金屬網采用鋼絲直徑2.0 mm，網孔為6 cm×6 cm的鍍鋅金屬網。
（2）錨桿掛鍍鋅網的錨桿采用直徑16 mm的鋼筋，主錨桿長150 Cm，輔錨桿長80 Cm.
高速公路石質挖方邊坡缺乏植物生長所必須的水、肥等條件，生態限制因素較多，同時又由于珠海段高速公路地處南方亞熱帶地區，干濕季節明顯，在雨季暴雨集中，雨水沖刷和水土流失十分嚴重，在旱季地下水位低，給邊坡植物的管護造成很大的困難。要在石質挖方邊坡上建立一個適合植物生長而又經得起雨水沖刷的基質層，給植物一個長期穩定的生長環境，我們在多年研究試驗和工程實踐的基礎上，優選出多種適應惡劣環境的草、灌良種，利用噴混植生建植層技術和錨桿固網技術，使噴混植生建植層緊固于石坡表面，通過成孔物質的合理配置，使種植基質中的固、液、氣三相物質處于平衡狀態，創造草類與灌木生存的良好環境。
1 噴混植生防護技術的原理
巖石邊坡缺乏植物生長的必要條件——土壤和水分，如果在坡面上直接回填種植基質，因巖石邊坡大多又陡又急，回填物往往很難固定，若巖石光滑則固定更加困難，還會因降雨、流水等外因而遭到沖刷流失。由此分析，巖石邊坡實現綠化必須同時具備二個基本條件：一是坡面上必須有植物能賴以持續生長的種植基質，二是種植基質能永久固定在坡面上。
噴混植生防護技術是以工程力學、土壤學和生物學理論為依據，利用客土摻混粘結劑和錨桿加固鐵絲網技術，運用特制噴混機械將土壤、肥料、有機物質、保水材料、粘結材料、植物種子等混合干料加水后噴射到錨固有鍍鋅鐵絲網的巖面上，形成10 cm厚度左右的具有連續空隙的硬化體，在巖石坡面上營造一個既能讓植物生長發育而種植基質又不被沖刷的永久性的多孔穩定結構，種子可以在空隙中生根、發芽、生長。一定程度的硬化又可防止雨水沖刷，而混合物中的保水材料、營養成份適合植物種子的生根發育。為巖石綠化提供植物生長的基質從道理上是越厚越好，但考慮成本和施工難度我們一般設計成10 cm左右，為保持基質的保水要求，我們特意在基質中加入了大劑量的保水劑，保水劑是遇水可以反復吸收膨脹500～1 000倍的一種化學材料，無毒無害，在干旱時，保水劑中的水分又可以緩釋給植物的根系。當種植基層中的保水劑全部吸水膨脹后，可以供應草坪在持續干旱時30～60 d的生長需要。種植基層的肥料和有機質可以滿足植物在初期生長的營養需要。通過一段時間的養護，前期以草本植物為主對巖石坡面實現快速綠化、恢復植被，后期以灌木、喬木和藤本植物為主逐漸交替生長，形成一個與當地環境、氣候相適應的草、灌、喬、藤結合的目標植物群落，從而達到恢復植被、改善景觀、保護環境的目的。
噴混植生防護技術是集巖石工程力學、生物學、土壤學、肥料學、園藝學、環境生態學等學科于一體的綜合環保技術，其核心是通過成孔物質的合理配置，在巖石坡面上營造一個既能讓植物生長發育，而種植基質又不被沖刷的多孔穩定結構，使建植層固、液、氣三相物質基本平衡。
2 噴混植生的材料
2.1種植基材的選擇種植基材的組成材料主要有土壤、有機質、肥料、保水劑、粘合劑、改良劑等。
（1）土壤土壤可因地選材，選擇就近可以采集的粘土、黃土或砂土。但往往砂土、黃土、粘土的肥力不足，一般可用其他肥土以1：1配合使用，土要干凈無雜質、無雜草，保持干燥，并過篩去掉大的粗的顆粒以便于噴播使用。
（2）有機質有機質的使用主要是增加土的肥力和保證土壤的通氣性，常用的有泥炭土、腐葉土、堆肥、鋸木屑、谷殼、經充分發酵的家畜肥料等。
（3）肥料主要用化學肥料和有機肥，化學肥料多采用緩釋復合肥，有機肥主要有雞糞、家畜糞，但都必須經過充分的發酵，以免植物生長發育過程產生過多的病害。
（4）保水劑保水劑是一種無毒無害的功能性高分子化合物，遇水可吸水膨脹成百上千倍，這些水分不易被一般的物理方法排出，而植物根系卻能吸收貯藏于保水劑中的水分。保水劑可將偶然降雨迅速地吸收而嘭脹成凝膠狀將水分貯藏起來，干旱時便慢慢地釋放給根系。一般采用吸水重復性好而使用壽命長的丙烯酰胺一丙烯酸鹽共聚類的較大顆粒產品。
（5）粘合劑、土壤改良劑為避免風雨等自然因素對種植基材造成的侵蝕、沖刷，必須在種植基層中加入相當數量的粘合劑，以促使基質與巖石粘結和增強基質本身的抗侵蝕沖涮能力。粘合劑常用化學粘合劑和普通硅酸鹽木泥：水泥呈堿性，一般來說對灌草種子的生根和發茅是有害的，噴混基質pH值可直接或間接影響植物的生長發育，其影響主要表現在土壤養分的有效性、土壤微生物活性、植物根系生長和抗性大小以及植物群落的構成等幾個方面，為此加入輔助粘結劑如紅粘土、過磷酸鈣）和緩沖劑，利用它們本身的酸堿性、緩沖性和紅粘土的高量活性鋁水解產生酸度進行FH值調節，使噴混基料的pH值由強堿性（pH植8.0~8.5）降低到中性（pH值6.8～7.2），適合植物主長。
2.2植物種子的選擇和配方護坡植物的選擇應考慮以下因素：適應栽培區的氣候。能抵抗不良環境，不易退化；根系發達，生長迅速，短期內能覆蓋；多年生，與土壤固結能力強；分蘗多，莖葉繁茂。草本植物具有生長速度快，覆蓋率高的優點；而灌木具有生長周期長，根系發達的優點。草本植物護坡在初期因有較高的覆蓋率，能減緩雨水對坡面造成的面蝕及溝蝕。然而單純草本護坡，養護成本較高，難于維持四季常綠的景觀效果，且生態群落單一，層次結構簡單，對于惡劣氣候抵抗能力差，容易引起大面積退化，不適合邊坡主物防護的可持續發展。灌木護坡，植株充分發育后，冠幅擴張，能達到有效的坡面覆蓋，根系深入坡面土層或巖石縫隙中，起到生物錨桿的作用，且甩豆科灌木護坡，其根瘤菌具有固氮作用，能逐步增加坡面土壤肥力，從而逐步改善坡面土壤結構，有利于其他植物的生長。但單純的灌木護坡存在綠化初期植被覆蓋率較低、植物層次單一等問題。灌草結合的護坡形式，充分利用草本植物速生、覆蓋率高及灌木植株較高、冠幅大、根系深的優點，形成灌草結合的混合植物護坡結構，發揮植物間的互補依存關系，逐漸改善坡面微環境，實現植物護坡的可持續發展。
根據上述要求，我們選擇的草本植物有百喜草、狗牙根、糖蜜草等，灌木有木豆、山毛豆、銀合歡等，藤本植物有大翼豆、葛藤，喬木有桉樹、松樹等。
由于灌木相對草本植物發芽率低且生長較慢，草本植物生長迅速會對灌木的生長形成競爭，一般草本植物生長旺盛的地方灌木生長稀少且矮小。灌草在相互依存的同時存在明顯的制約關系，所以我們對于不同地質條件和不同邊坡狀況的巖石坡面，采用不同的植物配方。軟質巖坡面如強風化和全風化巖石坡面，草本植物相對易于生長，采用百喜草、狗牙根、糖蜜草等草本種子為30 g／2.，木豆、山毛豆、銀合歡等灌木種子為20 g／m2.而硬質巖坡面如微風化和未風化花崗巖坡面，則只能以灌木為主，采用百喜草、狗牙根、糖蜜草等草本種子為20 g／m2，木豆、山毛豆、銀合歡等灌木種子為40 g／m2. 2.3輔助材料（1）金屬網采用鋼絲直徑2.0 mm，網孔為6 cm×6 cm的鍍鋅金屬網。
（2）錨桿掛鍍鋅網的錨桿采用直徑16 mm的鋼筋，主錨桿長150 Cm，輔錨桿長80 Cm.
