高速公路巖石邊坡的快速生態(tài)恢復(fù)技術(shù)
來源：來源于網(wǎng)絡(luò)發(fā)布時間：2010-02-24 15:14:00
本文對噴混植生技術(shù)在高速公路巖石邊坡生態(tài)恢復(fù)中的研究和應(yīng)用進(jìn)行了較全面的綜合，主要涉及到噴混植生技術(shù)的概念、研究應(yīng)用進(jìn)展及研究現(xiàn)狀，最后，對巖石邊坡生態(tài)系統(tǒng)中噴混植生綜合研究及示范推廣進(jìn)行了討論。
德國早在1919年就修建了高速公路的雛形；而美國的高速公路最多，到1983年已建成83956 km的高速公路。我國在1988年實現(xiàn)了高速公路零的突破，截止到2002年底，全國高速公路里程達(dá)到了2.52萬km[1]，僅次于美國居世界第二位。但是，高速公路是以破壞生態(tài)環(huán)境為代價的一項現(xiàn)代化建設(shè)工程，每年形成的邊坡面積達(dá)2-3億m2，其中，石質(zhì)邊坡的面積約為1000-1500萬m2；這些石質(zhì)邊坡大多分布在我國南方各省，僅廣東省每年就有100萬m2以上的石質(zhì)邊坡急待治理。裸露石質(zhì)邊坡缺土、缺水、缺肥等植物的生存條件，因此，石質(zhì)邊坡的生態(tài)恢復(fù)已成為當(dāng)前的一大技術(shù)難點。
1、巖石邊坡生態(tài)恢復(fù)技術(shù)及國內(nèi)外研究進(jìn)展
1.1 噴混植生技術(shù)及其特點
噴混植生技術(shù)是當(dāng)前工程創(chuàng)傷的巖石邊坡生態(tài)修復(fù)的最新模式，是巖石邊坡工程防護(hù)與生態(tài)綠化并重的新技術(shù)，能使植物在短時間內(nèi)快速生長覆蓋。該技術(shù)利用錨桿加固鐵絲網(wǎng)技術(shù)，運用特制噴混機(jī)械將土壤、有機(jī)核心料、粘結(jié)劑、植物種子等混合干料加水后噴射到巖面上，形成近10cm厚度的具有大小孔隙的硬化體 [2，3].
噴混植生技術(shù)的主要特點大致有：
1）適合地質(zhì)條件惡劣的巖石坡面
噴混植生技術(shù)采用鍍鋅鐵絲網(wǎng)和鋼桿錨固，抗拉力強度大，可有效地防止崩塌和碎石掉落，確保山體和道路長治久安。該方法適用于惡劣環(huán)境的巖石邊坡，如礫石層、軟巖、破碎層及較硬的基巖石等。
2）抗侵蝕性和抗水土流失
粘結(jié)劑的膠結(jié)作用是噴混基質(zhì)與巖面粘結(jié)，并使噴混基質(zhì)硬化，從而避免雨水等對種植基質(zhì)造成沖刷侵蝕。不僅噴混基材有很強的抗侵蝕性能，在灌草植被與基材的共同作用下，基材的抗侵蝕性又得到進(jìn)一步的增強。
3）保障植被快速成型及生態(tài)穩(wěn)定性
以客土為主的噴混基層的厚度為10cm，能確保植物安全生長的極限需求。石質(zhì)邊坡上噴混植生后，60天能全面覆蓋，1年灌草立體生態(tài)成型。護(hù)坡植物的生態(tài)穩(wěn)定性方面的作用有：能攔截的雨水沖擊，減少滴濺能量；通過吸收和蒸騰作用降低土體孔隙水壓力；根系深扎交錯能增加土體內(nèi)聚力，提高建植層土體的凝聚強度。
1.2國外巖石邊坡的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)
公路邊坡生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的應(yīng)用在發(fā)達(dá)國家已有很長的歷史，如美國于 1936年在南加利福尼亞州的Angeles Crest公路邊坡治理中就應(yīng)用生態(tài)護(hù)坡技術(shù)。日本的邊坡綠化起步較早，他們的生態(tài)護(hù)坡幾乎與公路建設(shè)同步發(fā)展，迄今已有半個多世紀(jì)的歷史。近年來，綠化網(wǎng)護(hù)坡、厚層基料噴射、植被型混凝土等已成為日本最為廣泛的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)。厚層基料噴射護(hù)坡技術(shù)是日本于1976年首先開發(fā)出來的，主要用于軟弱巖石邊坡的生態(tài)防護(hù)。日本客土噴播厚度為2-3cm，只適合日本國土氣候帶，不適合我國熱帶、亞熱帶地區(qū)植物的水熱需求，草坪往往因伏秋干熱而枯死。日本在植被型混凝土方面做了大量的研究，但其成本過高，不適合我國國情。
1.3國內(nèi)巖石邊坡生態(tài)治理的研究應(yīng)用
巖石邊坡綠化是一門新興邊緣學(xué)科，它涉及到巖石工程力學(xué)、地質(zhì)學(xué)、生物學(xué)、土壤學(xué)、肥料學(xué)、園藝學(xué)、草業(yè)學(xué)、林學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)等。巖石邊坡的生態(tài)治理研究剛起步，尚處于理論研究與應(yīng)用技術(shù)的摸索階段。
石質(zhì)邊坡傳統(tǒng)的綠化及治理方法大致包括強制性的綠化恢復(fù)方法及單一的工程技術(shù)。傳統(tǒng)的石質(zhì)邊坡綠化恢復(fù)方法通常是在坡腳栽種攀緣植物（如爬山虎）、坡頂栽種垂吊植物（如葛藤、常春藤）等，但這種上攀下懸方式綠化工程植被覆蓋的速度較慢、水土保持效果較差，植物達(dá)到完全覆蓋往往需2-3年時間。以前通常采用單一的工程技術(shù)（如護(hù)面墻、漿砌塊石、干切片石、噴射砼、菱形網(wǎng)格護(hù)坡、六角空心磚護(hù)坡等）對高速公路的石質(zhì)邊坡進(jìn)行防護(hù)，但是，由于施工復(fù)雜、造價昂貴以及影響公路兩旁環(huán)境生態(tài)的景觀，這些技術(shù)已逐漸被淘汰。
基于巖石邊坡生態(tài)治理的市場前景及日本業(yè)已成熟應(yīng)用的石質(zhì)邊坡防護(hù)技術(shù)，近年來，我國也開始了類似于客土噴播技術(shù)的研究和應(yīng)用，并取得了一定的進(jìn)展。在2000年，已有巖石坡面噴混快速綠化新技術(shù)的報道[4，5].在此之后，巖石邊坡生態(tài)治理的技術(shù)研究及應(yīng)用又有某些報道，盡管這些技術(shù)的原理和方法相近，但采用的名稱有所不同，如噴混植生技術(shù)、有機(jī)基材噴植、水泥生態(tài)種植基、植被混凝土護(hù)坡綠化技術(shù)等。
1.4深圳市萬信達(dá)環(huán)境綠化建設(shè)公司噴混植生技術(shù)的應(yīng)用
深圳市萬信達(dá)環(huán)境綠化建設(shè)有限公司自1997年成立以來，一直致力于南方高速公路邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)研發(fā)、工程設(shè)計和工程施工。近年來，先后在四川、云南、重慶、福建、廣東、海南、浙江、湖南、湖北等十一個省市承建了高速公路及園林綠化工程65項，總公路綠化里程達(dá)800km，累計綠化面積750萬m2，其中，90%工程為創(chuàng)優(yōu)工程，深得業(yè)主的好評。2001年，公司在福建省漳龍三期和福寧路、云南昆石等高速公路做出了大面積的噴混植生技術(shù)示范，灌草植被長勢良好，植被覆蓋率達(dá)90-95%以上。到目前為止，承接噴混植生工程量30多萬m2，總工程產(chǎn)值達(dá)3000多萬元。經(jīng)過南方各地強暴雨的多次沖刷，10個項目的噴混基底無跨塌現(xiàn)象，各項性能指標(biāo)穩(wěn)定。
2、噴混植生關(guān)鍵技術(shù)的研究
近年來，深圳市萬信達(dá)環(huán)境綠化建設(shè)有限公司的混植生技術(shù)研發(fā)大致包括粘結(jié)劑選型及與有機(jī)物料的最佳配比、施工工藝改造技術(shù)的研究、灌草種配置及混播技術(shù)、建植層生態(tài)材料基本性質(zhì)的研究、基料的強度指標(biāo)及防雨水沖刷等幾個方面。
2.1低堿性粘結(jié)劑及與有機(jī)物料的最佳配比
目前，在巖石邊坡生態(tài)防護(hù)中常用的粘結(jié)劑是425#硅酸鹽水泥，但是，水泥呈堿性，一般來說對灌草種子的生根和發(fā)芽是有害的。噴混基質(zhì)pH值可直接或間接影響植物的生長發(fā)育，其影響主要表現(xiàn)在土壤養(yǎng)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(gòu)成等幾個方面。
在噴混基料中加入輔助粘結(jié)劑（如紅粘土、過磷酸鈣）和pH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(chǎn)生酸度進(jìn)行pH調(diào)節(jié)，使噴混基料的pH值由強堿性（pH 8.0-8.5）降低到中性（pH 6.8-7.2），適合植物生長。噴混基料的pH值會隨植物生長而有一定的降幅，所以，應(yīng)采用比較成熟的pH值調(diào)節(jié)技術(shù)使噴混基料的pH值調(diào)節(jié)到一個適宜植物生長的范圍。
另一方面，水泥用量的多少既影響建植層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，又影響到建植層的土壤理化性質(zhì)、肥力、微生物環(huán)境等，從而影響到植物生長。所以，應(yīng)當(dāng)根據(jù)巖石邊坡的坡度和基巖狀況，將噴混基料中水泥的含量調(diào)節(jié)到既有一定粘結(jié)強度、又適宜植物生長的范圍內(nèi)。
2.2喬灌草種的配置及分層噴播技術(shù)
公路邊坡的生態(tài)恢復(fù)以往采用多草種混播，由于草種屬淺根性植物，其根系一般只能分布于噴混建植層的表層，對邊坡惡劣環(huán)境的抗逆性弱，生物群落穩(wěn)定性差，往往在3-5年植被就出現(xiàn)退化。在草本群落中加入灌木，形成灌草結(jié)合的穩(wěn)定立體復(fù)合生態(tài)體系，能解決單一草本植物群落易退化的問題。灌木根系發(fā)達(dá)，灌草生態(tài)建植層的根系交織成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，能最大限度地防止水土流失和坡面跨塌�？朔荼煌嘶闹匾胧┦菢�(gòu)建喬灌草立體生態(tài)系統(tǒng)，包括以灌木為主的灌草生態(tài)和以草為主的草灌生態(tài)。灌草種配置的具體措施有：1）以地帶性植被、鄉(xiāng)土植物為基調(diào)，適當(dāng)引進(jìn)適于本地生長條件的野生植物和外地植物；2）考慮淺根植物和深根植物的結(jié)合、豆科植物和非豆科植物的結(jié)合；3）盡可能配置抗逆性強的植物和水肥光熱利用率高的植物。只有這樣，才能建設(shè)一個具有生物多樣性的、穩(wěn)定的立體生態(tài)群落。
噴混植生技術(shù)分為基底和表層實施噴播，基底7-8cm，表層2-3cm；基底種子用量占20-30%，表層種子用量占70-80%.分層噴播有利于提高出苗率、成苗率，縮短見綠與覆蓋時間，降低生產(chǎn)成本和養(yǎng)護(hù)成本。
2.3噴混基料基本性質(zhì)及主要強度指標(biāo)的研究
噴混基料中水泥的含量對護(hù)坡植物的成活、生長均有一定的影響，這涉及到基料基本性質(zhì)和主要強度指標(biāo)。國內(nèi)已有巖石邊坡生態(tài)種植基主要強度指標(biāo)的試驗研究 [6]，主要的測試指標(biāo)有無側(cè)限抗壓強度、抗剪強度（包括黏結(jié)力和內(nèi)摩擦角）等，進(jìn)一步的研究有不同坡度不灌草種組合的防沖刷小區(qū)試驗、以及高陡邊坡適宜基料力學(xué)性質(zhì)的動態(tài)試驗等。另外，涉及到基料的基本性質(zhì)，應(yīng)較全面地了解其物理性狀（如自然容重、含水量、孔隙率和穩(wěn)滲系數(shù)等），以及化學(xué)性質(zhì)（包括養(yǎng)分分析、pH值、CEC等）。
2.4施工工藝改造技術(shù)的研究
目前采用的噴混施工工藝流程包括：清理石質(zhì)坡面、掛鍍鋅鐵絲網(wǎng)、風(fēng)鉆錨孔和錨桿固漿、吊沙包帶、噴射有機(jī)基材混合物、蓋無紡布、養(yǎng)護(hù)管理等[7，8].
噴混植生是工程與生物緊密結(jié)合的施工技術(shù)，工藝過程復(fù)雜并影響著工程質(zhì)量。該技術(shù)主要研究不同母巖、不同坡度巖石坡面的最佳施工工藝，錨桿與掛網(wǎng)工藝的改進(jìn)、建植層噴混工藝的優(yōu)化等。研究的必要性在于既能降低生產(chǎn)成本，又能達(dá)到快速生態(tài)治理、長期護(hù)坡的目的。
2.5高陡邊坡噴混植生技術(shù)的實施
高陡邊坡一般在70°以上，植被不能自然恢復(fù)，人工綠化也很困難。但是，我公司業(yè)已完成噴混植生的示范坡面達(dá)85°，部分坡面為90°-110°。對于高陡邊坡（坡比在0.3-0.5之間、坡高30-40m以上）的3級坡或4級以上坡面，能否利用噴混植生技術(shù)進(jìn)行穩(wěn)定安全的治理呢？該問題需要持續(xù)地進(jìn)行研究和示范。
影響邊坡穩(wěn)定性的自然因素有地質(zhì)、地形、氣候和水文條件等，而人為因素有設(shè)計因素、施工因素和養(yǎng)護(hù)管理等。對于高陡邊坡而言，邊坡的自然因素可在治理前進(jìn)行修整，而后采用坡面的加固。原坡面的加固工藝有抗滑樁、抗滑擋墻、壓漿錨柱、格珊梁和排水固結(jié)等[9]，這在高陡邊坡治理中是非常重要的。坡面植物的耐久性需要進(jìn)一步觀測，從理論上看，植物生長的外部條件只需滿足植物生長所需的水、肥、氣、熱、土壤條件即可，對不同地區(qū)，坡面植物能否健康穩(wěn)定生長，還取決于當(dāng)?shù)貧夂虻倪m應(yīng)及不同種間的相互競爭。因此，只要植物種子選擇合理，外部條件均能滿足，若無病蟲害，應(yīng)可建立穩(wěn)定的坡面植物群落。
2.6深圳萬信達(dá)公司噴混植生技術(shù)的應(yīng)用實例
噴混植生的技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用已成為我公司發(fā)展經(jīng)濟(jì)新的增長點�，F(xiàn)在，公司正利用不斷完善的噴混植生技術(shù)對廣惠、昆石、元磨、福寧、寧杭等高速公路巖石邊坡進(jìn)行生態(tài)修復(fù)治理，并作出新的規(guī)模示范。下面列舉2個已完成并經(jīng)受暴雨沖擊后仍保持坡面穩(wěn)定的高速公路、采石場巖石邊坡生態(tài)治理的成功實例：
例一、漳龍三期高速公路巖石邊坡噴混植生
2001年10月-2002年1月，做出了8000m2的巖石邊坡噴混植生技術(shù)示范。2年來灌草植被長勢良好，植被覆蓋率達(dá)到了95%.經(jīng)過年降水高達(dá)1420mm的雨水和多次強暴雨的沖刷，噴混基底無跨塌現(xiàn)象。
例二、深圳市松子坑2#采石場的綜合生態(tài)治理
截止2001年12月，完成了8200m2坡面治理面積，其中90%巖石坡面的坡度在85°以上，局部達(dá)90-110°，基本達(dá)到60天灌草覆蓋，灌草長勢良好。經(jīng)過年降水1900mm的雨水沖刷，其中包括11次大暴雨，噴混基底無一跨塌，經(jīng)受住了暴雨的沖擊。
3、巖石邊坡噴混植技術(shù)生存在的問題及建議
因為噴混植生技術(shù)是一項新興的技術(shù)，其研究和應(yīng)用尚處于起步階段，尤其是近年來的研究較為單一、片面，需要進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)的綜合研究。巖石邊坡生態(tài)系統(tǒng)較為復(fù)雜，包括地理環(huán)境和氣候因素、坡體狀況、基料特性、植被等，而研究的重點應(yīng)集中于以下幾個方面：
1噴混基料的優(yōu)化體系
噴混基料的優(yōu)化體系主要包括粘結(jié)劑的選型、及有機(jī)核心料的生產(chǎn)。從基料的配制來看，粘結(jié)劑的選型依舊不可忽略，除水泥外，也有人用有機(jī)粘結(jié)材料和研究運用高分子材料。有機(jī)核心料作為噴混材料的主體，其組成的優(yōu)化將始終是個研發(fā)課題。目前，深圳市萬信達(dá)環(huán)境綠化建設(shè)有限公司已成功了研究生產(chǎn)出應(yīng)用于石質(zhì)邊坡生態(tài)防護(hù)的統(tǒng)一核心料。
2 巖石邊坡植被生態(tài)的水肥綜合調(diào)控體系
目前，在巖石邊坡上防止干旱的措施有：增加噴混厚度、在基料中添加成孔材料和保水劑、選擇耐干旱植物等。但是，由于石質(zhì)邊坡的坡度較大，水土流失很嚴(yán)重，這樣，噴混建植層的保水供水功能就受到限制，從而影響到水分的有效調(diào)節(jié)與良性的養(yǎng)分供給。在南方持續(xù)干熱的天氣，當(dāng)噴水較難保證時，常常會出現(xiàn)植被枯黃或死亡現(xiàn)象。由此可見，巖石邊坡植被生態(tài)中的水肥綜合調(diào)控技術(shù)的研究是勢在必行的。
由于使用了大量的有機(jī)物料作為長效肥，在坡面形成穩(wěn)定健康的植物群落之前不會出現(xiàn)養(yǎng)分耗盡的現(xiàn)象。但是，建植層厚度有限，水肥循環(huán)的空間非常有限，再加上水土流失的影響，很容易引起因水分和養(yǎng)分供應(yīng)不足的生態(tài)失調(diào)現(xiàn)象。
3護(hù)坡植物的組合優(yōu)化
人工種植草被在低養(yǎng)護(hù)或無養(yǎng)護(hù)情況下，極易退化、死亡，其原因在于：①人工種植草種生長力較弱，品種單一；②高速公路邊坡的水分和養(yǎng)分等供應(yīng)較差。廣東開（平）佛（山）高速公路、云南玉（溪）元（江）高速公路邊坡植草都呈現(xiàn)不同程度的草坡退化，這已成為一個十分突出的問題。
外來種入侵對土著種的影響主要表現(xiàn)在與土著種的競爭、化感作用及遺傳侵蝕等三個方面[10].有一種現(xiàn)象一直沒有得到足夠的注意，就是外來植物在新的環(huán)境中表現(xiàn)出更大的活力，植株也比原產(chǎn)地分布區(qū)中長得更高，產(chǎn)生更多的種子�；凶饔脧V泛存在于高等植物之間，它在優(yōu)勢種形成、群落演替、植被恢復(fù)等方面有著重要作用。外來種常常形成單一優(yōu)勢種，在生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)優(yōu)勢，其中化感作用是一個很重要的因素。入侵種與土著種之間的雜交和基因滲入能給土著種帶來破壞性的后果，有時甚至導(dǎo)致土著種的滅絕。當(dāng)入侵種與土著種之間發(fā)生雜交時，土著群落就可能變得對入侵更敏感而易于受到進(jìn)一步的入侵。由此可見，雜交也是生物入侵成功的原因之一。
護(hù)坡植物的選擇應(yīng)考慮以下因素[11]：適應(yīng)栽培區(qū)的氣候，能抵抗不良環(huán)境；根系發(fā)達(dá)，生長迅速，短期內(nèi)能覆蓋；有多年生的習(xí)性，與土壤固結(jié)能力強；分蘗多，莖葉繁茂。較重要的研究有：1）與草坪退化相關(guān)的有土著植物的調(diào)研和分析，從而找到不同氣候帶石質(zhì)邊坡灌草種的最佳組合；2）進(jìn)行護(hù)坡植被的分子遺傳育種研究，在以土著植被群落為主體的情況下，引進(jìn)抗逆性強的植物基因，從而推動護(hù)坡植被的多樣化。
