本文對噴混植生技術在高速公路巖石邊坡生態恢復中的研究和應用進行了較全面的綜合,主要涉及到噴混植生技術的概念、研究應用進展及研究現狀,最后,對巖石邊坡生態系統中噴混植生綜合研究及示范推廣進行了討論。
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年實現了高速公路零的突破,截止到2002年底,全國高速公路里程達到了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環境為代價的一項現代化建設工程,每年形成的邊坡面積達2-3億m2,其中,石質邊坡的面積約為1000-1500萬m2;這些石質邊坡大多分布在我國南方各省,僅廣東省每年就有100萬m2以上的石質邊坡急待治理。裸露石質邊坡缺土、缺水、缺肥等植物的生存條件,因此,石質邊坡的生態恢復已成為當前的一大技術難點。
1、巖石邊坡生態恢復技術及國內外研究進展
1.1 噴混植生技術及其特點
噴混植生技術是當前工程創傷的巖石邊坡生態修復的最新模式,是巖石邊坡工程防護與生態綠化并重的新技術,能使植物在短時間內快速生長覆蓋。該技術利用錨桿加固鐵絲網技術,運用特制噴混機械將土壤、有機核心料、粘結劑、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].
噴混植生技術的主要特點大致有:
1)適合地質條件惡劣的巖石坡面
噴混植生技術采用鍍鋅鐵絲網和鋼桿錨固,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
粘結劑的膠結作用是噴混基質與巖面粘結,并使噴混基質硬化,從而避免雨水等對種植基質造成沖刷侵蝕。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一步的增強。
3)保障植被快速成型及生態穩定性
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。石質邊坡上噴混植生后,60天能全面覆蓋,1年灌草立體生態成型。護坡植物的生態穩定性方面的作用有: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護坡技術
公路邊坡生態護坡技術的應用在發達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用生態護坡技術。日本的邊坡綠化起步較早,他們的生態護坡幾乎與公路建設同步發展,迄今已有半個多世紀的歷史。近年來,綠化網護坡、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護坡技術。厚層基料噴射護坡技術是日本于1976年首先開發出來的,主要用于軟弱巖石邊坡的生態防護。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國內巖石邊坡生態治理的研究應用
巖石邊坡綠化是一門新興邊緣學科,它涉及到巖石工程力學、地質學、生物學、土壤學、肥料學、園藝學、草業學、林學、環境生態學等。巖石邊坡的生態治理研究剛起步,尚處于理論研究與應用技術的摸索階段。
石質邊坡傳統的綠化及治理方法大致包括強制性的綠化恢復方法及單一的工程技術。傳統的石質邊坡綠化恢復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(如護面墻、漿砌塊石、干切片石、噴射砼、菱形網格護坡、六角空心磚護坡等)對高速公路的石質邊坡進行防護,但是,由于施工復雜、造價昂貴以及影響公路兩旁環境生態的景觀,這些技術已逐漸被淘汰。
基于巖石邊坡生態治理的市場前景及日本業已成熟應用的石質邊坡防護技術,近年來,我國也開始了類似于客土噴播技術的研究和應用,并取得了一定的進展。在2000年,已有巖石坡面噴混快速綠化新技術的報道[4,5].在此之后,巖石邊坡生態治理的技術研究及應用又有某些報道,盡管這些技術的原理和方法相近,但采用的名稱有所不同,如噴混植生技術、有機基材噴植、水泥生態種植基、植被混凝土護坡綠化技術等。
1.4深圳市萬信達環境綠化建設公司噴混植生技術的應用
深圳市萬信達環境綠化建設有限公司自1997年成立以來,一直致力于南方高速公路邊坡生態防護技術研發、工程設計和工程施工。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800km,累計綠化面積750萬m2,其中,90%工程為創優工程,深得業主的好評。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示范,灌草植被長勢良好,植被覆蓋率達90-95%以上。到目前為止,承接噴混植生工程量30多萬m2,總工程產值達3000多萬元。經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象,各項性能指標穩定。