武建軍，劉秀珍

（1.山西交控集團 太舊高速公路分公司，山西太原 030006；2.山西省交通環(huán)境保護中心站（有限公司），山西太原 030032）

0 引言

高速公路項目的建設對于區(qū)域經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展、交通質量的提升以及經(jīng)濟文化交流等方面都發(fā)揮著重要的作用[1]。影響高速公路正常運營的因素很多，高速公路邊坡的穩(wěn)定性就是其一，它不僅對在高速公路上行駛車輛的安全方面產(chǎn)生威脅，也在逐漸破壞高速公路周邊的生態(tài)環(huán)境。

巖石邊坡通常不具備植被賴以生長的土壤條件和養(yǎng)分條件，并且坡度都較大，雨水極易沖刷坡面，巖石邊坡的生態(tài)防護成為高速公路建設中的研究熱點和施工難點。高速公路邊坡修復方法很多[2-5]，本文以太舊高速公路邊坡防護與生態(tài)修復治理工程為依托，選擇位于西環(huán)高速舊街樞紐陽泉、舊街匝道的邊坡為修復對象，采用SPF 高性能生態(tài)基質噴播技術，在巖質坡面上營造一個能讓植物生長發(fā)育的種植基質而又不被雨水沖刷的多孔穩(wěn)定結構層，達到生態(tài)修復邊坡的目的，同時為山西境內其他類似的高速公路邊坡修復提供參考。

1 研究區(qū)域介紹

太舊高速公路橫貫太行山腹地，途徑復雜多樣的山地、丘陵，屬于溫帶大陸性季風氣候，是山西省的第一條高速公路，對振興山西經(jīng)濟具有重要意義。本文以太舊高速公路邊坡防護與生態(tài)修復治理工程項目為依托，選取位于陽泉繞城高速舊街樞紐陽泉—舊街匝道外大段路塹為生態(tài)修復邊坡。該邊坡整體為強風化巖石沙土坡面，雨季受水流沖刷、旱季受強風沙侵蝕，導致土層逐漸風化缺乏營養(yǎng)，植被難以自然恢復。該工程需治理的坡面面積大約為4 200 m2，坡度65°左右，垂直高度為45 m，分為3個平臺：第一平臺長100 m，高15 m；第二平臺長90 m，高15 m；第三平臺長90 m，高15 m。坡面下部建設有15 m 高的混凝土擋墻。

2 研究方法與過程

2.1 研究方法

目前，國內邊坡修復技術方法很多，如濕法噴播技術、客土噴播防護技術等，根據(jù)坡度、巖土物質組成、高度等因素，該項目采用SPF 高性能生態(tài)基質噴播技術，在此技術的基礎上，還包括專家咨詢、資料收集、室內試驗、現(xiàn)場調查等。

2.2 室內試驗

為了進一步了解SPF 高性能生態(tài)基質噴播技術在山西高速砂質邊坡上應用的可行性，在2021年6月1日到7月20日期間，歷經(jīng)50 d 的室內試驗，該試驗分兩部分：一是平面玻璃；二是垂直玻璃——窗戶。測試在木質纖維上植被的生長狀況及這種基質的黏合性能。

a）木質纖維厚度1 cm，按配比拌有保水劑、黏合劑、化肥等，物種包括早熟禾、波斯菊、胡枝子和黃刺玫4 種。

b）垂直地面的玻璃窗戶上拍了一塊約15 cm×15 cm的木質纖維，厚度1 cm。

2.3 SPF 高性能生態(tài)基質噴播技術

邊坡采用SPF 高性能生態(tài)基質噴播技術進行綜合治理，是利用空氣壓縮動力裝置將預先配置并攪拌均勻的高性能生態(tài)基質材料、綠化種子按設計要求噴射到掛網(wǎng)后的坡面上實現(xiàn)快速強制綠化的一種邊坡綠化技術。

SPF 高性能生態(tài)基質噴播技術要求噴播厚度不低于10 cm，分為基質層和表層，其中基質層厚度約為8 cm，表層厚度約為2 cm，表層配入種子。噴播順序為自上而下、多次覆蓋，分層噴播有利于提高出苗率、成苗率，縮短見綠與覆蓋時間，確保永久效果。

其中木纖維起到類似植物根莖的網(wǎng)絡加筋作用，從而形成有一定厚度的具有耐雨水、風侵蝕，牢固透氣，與自然表土相類似或更優(yōu)的多孔穩(wěn)定土壤結構，起到夾裹種子、涵養(yǎng)水分的作用。調和水量由試噴決定，應該控制在噴射到巖面上的基質稠度達到既能黏結在巖面上又不產(chǎn)生流淌為度。

2.4 噴播工藝

平臺通過液力噴播進行植被重建。植被類型短期以草本為主，目的是固土和抗沖刷；后期以灌木和野生植物為主，逐步與周圍環(huán)境相融合。厚層基材噴播必須在刷坡、平整、保證邊坡穩(wěn)定的基礎上才能實施；施工時，通過對削坡后形成的坡面進行表面平整、掛網(wǎng)、覆土、噴射含植物種子的混合基材、無紡布∕遮蔭網(wǎng)覆蓋、前期養(yǎng)護等工序實現(xiàn)邊坡復綠。

2.5 種子種類選擇及配比

根據(jù)該地區(qū)的氣候條件，及治理區(qū)邊坡面特點（朝向、高度、坡度、潮濕度、坡面自然生長的植被種類特性），選用的草、灌木種子種類及配比用量見表1。

表1 種子種類及配比用量表

3 數(shù)據(jù)分析與討論

3.1 室內試驗

太舊高速公路途經(jīng)復雜多樣的山地、丘陵，邊坡多以巖石、砂礫為主，而巖石邊坡通常不具備植被賴以生長的土壤條件和養(yǎng)分條件，并且坡度都較大，雨水極易沖刷坡面，SPF 高性能生態(tài)基質噴播技術能否被應用到此處，目前沒有先例。為了達到生態(tài)修復邊坡的目的，先在室內進行模擬試驗，在玻璃板上種植植物，玻璃窗戶上驗證該技術的黏合性，歷經(jīng)50 d 的試驗，觀察結果如圖1。

圖1 室內試驗結果展示

圖1 是室內模擬巖石邊坡在玻璃板上種植植物的生長過程。圖1a～圖1e 是播種第4 天到第50 天的植物生長狀況，可以看到波斯菊、早熟禾從零星發(fā)芽到長勢茂盛的過程，第33 天的時候，隨機抽查一棵早熟禾，測得高度大約17 cm，根系約4 cm（圖1d）；試驗繼續(xù)進行到第50 天，蓋度達到80%左右，試驗基本完成，植物生長狀況良好。

圖1f是進行基質黏附性試驗，在垂直地面的玻璃窗戶上貼了一塊約15 cm×15 cm 的木質纖維，厚度1 cm，每天適量噴水，歷經(jīng)一月有余，結果顯示材料配比的黏合力及黏附性都比較強，這為低于90°的有縫隙的石質邊坡的生態(tài)修復提供了理論和試驗支撐。

3.2 邊坡修復現(xiàn)狀調查分析

為了檢驗SPF 高性能生態(tài)基質噴播技術在該地段的應用情況，于2022年10月26日對植被的生長狀況進行現(xiàn)場調查，3 個平臺，共取9 個樣方，記錄植物種名、高度、蓋度、以及根系的長度、固土的直徑等數(shù)據(jù)。表2 是邊坡修復植被現(xiàn)狀調查物種表。同時也調查了邊坡周圍的植被現(xiàn)狀，有早熟禾、狗尾草、小葉錦雞兒、臭椿等，大都是一些耐寒、耐旱的物種，為后期邊坡生態(tài)修復植物物種的進一步優(yōu)選提供參考。

表2 修復邊坡植被現(xiàn)狀調查表

3.2.1 邊坡修復前后面貌對比

該工程經(jīng)過緊張地施工，于2022年8月31 號完成工程噴播過程。植物種子經(jīng)過一個多月的發(fā)芽、生長，該邊坡的整體狀況發(fā)生根本性的改變，圖2 是邊坡生態(tài)修復前后坡面植被現(xiàn)狀的對比，圖2a 是修復前的原貌，可以看出坡面整體沙石化比較嚴重，不利于植被自然恢復，減弱對坡面的固土固沙作用，同時碎小砂石的跌落會對高速公路上行駛的車輛產(chǎn)生安全威脅；圖2b 是采用SPF 技術修復后的坡面，是植被生長45 d 的面貌，可以看出，植被長勢良好，達到修復邊坡、美化景觀的作用。

圖2 邊坡生態(tài)修復前后面貌對比

3.2.2 邊坡植被現(xiàn)狀調查分析

3.2.2.1 植被現(xiàn)狀與所選物種種類對比分析

修復后的邊坡目前植被長勢良好（圖2b），但通過表2 與表1 比較，可以看到植被現(xiàn)狀與所選植物種類不完全匹配，發(fā)現(xiàn)新物種，如蘿卜苗、油菜花、鐵桿蒿、灰綠藜等；灌木物種發(fā)芽率很低，只發(fā)現(xiàn)多花木藍，而荊條、紫穗槐、沙棘等物種沒出現(xiàn)在修復后的邊坡上。原因可能是播種的種子純度不夠；鄉(xiāng)土物種適應力強；播種的季節(jié)選擇欠佳。

早熟禾、荊條既出現(xiàn)在噴播選取的種子里，又在邊坡周邊出現(xiàn)，說明SPF 技術所選的噴播種子比較適應當?shù)丨h(huán)境條件。但就目前而言，灌木物種發(fā)芽率低，長勢差，要求在今后邊坡的管護過程中加大對灌木物種的管理，結合周邊植被，可以適當增加物種種類，形成喬-灌-草一體化，強化對邊坡修復的效果，實現(xiàn)修復長效機制。

3.2.2.2 樣方調查植被高度分析

根據(jù)《中國植被》植物群落分類法，調查的9 個樣方屬于同一個群落類型：波斯菊+紫花苜蓿群落（Asso.CosmosbipinnatusCav.+MedicagosativaL.），總蓋度為85%。其中優(yōu)勢種是波斯菊和紫花苜蓿，蓋度分別為45%和35%，平均高度分別為46.7 cm 和18.3 cm（見表3）；伴隨物種有披堿草、早熟禾、多花木藍，蓋度分別為20%、25%和5%，平均高度分別為31.3 cm、25 cm和10 cm。鄉(xiāng)土物種鐵桿蒿和灰綠藜蓋度都小于5%，平均高度分別是6.5 cm 和17.8 cm。

表3 邊坡樣方植被高度調查表 單位：cm

從圖2 和表3 可以看出，邊坡通過SPF 高性能生態(tài)基質噴播技術進行生態(tài)修復后，植被長勢良好。草本植物占絕對優(yōu)勢，灌木物種長勢極差，只發(fā)現(xiàn)多花木藍，蓋度＜5%，高度也只有10 cm，而配比表中的紫穗槐、荊條、沙棘均沒有發(fā)現(xiàn)，正如前面所述，播種季節(jié)是秋末，氣候、溫度、土壤的環(huán)境條件不利于灌木種子的發(fā)育，進一步提出今后的邊坡管護應加大對灌木物種的培育、管理。

3.2.2.3 樣方調查植被根系長度分析

圖3 是現(xiàn)場對波斯菊、紫花苜蓿的根系長度進行測量的展示，可以看出，植物根系長勢旺盛，能夠較好地把土壤黏結在植物周圍，固土效果比較明顯。用同樣的方法，又對披堿草、早熟禾、蘿卜苗和油菜花的根系進行測量，結果如表4。

圖3 樣方植被根系現(xiàn)場測量

表4 邊坡樣方植被根系長度調查表 單位：cm

從表4 中可以看出波斯菊、紫花苜蓿、披堿草的根系平均長度都超過10 cm，超過了SPF 技術噴播的厚度，說明該技術選取的基質層和表層土壤適宜所選植物的生長條件，初步達到對邊坡的固土固沙作用。隨著植物根系的分蘗、發(fā)育、強壯，再加上SPF 技術的網(wǎng)格固定，后期對邊坡的修復效果會更加明顯。

3.3 結論與建議

高速公路建設與運行容易對沿線生態(tài)環(huán)境造成非常大的影響[6]，邊坡修復是高速公路與自然環(huán)境相融合的紐帶。本文通過采用SPF 高性能生態(tài)基質噴播技術修復邊坡，修復后的邊坡有以下幾個特點：

a）對巖石邊坡的生態(tài)修復，進行了植物和非生命材料相結合的人為干預工程方式,促使被破壞的邊坡生態(tài)環(huán)境快速恢復，達到穩(wěn)定坡面和防止侵蝕的目的[7]。圖2b 就充分體現(xiàn)了這一人工干預的優(yōu)勢，修復后的邊坡植被長勢良好，初步達到固土防沙的作用。

b）該項目邊坡修復選用草灌相結合的植物搭配模式，遵循安全長效、因地制宜、喬灌草相結合等原則，盡量減少被恢復的邊坡出現(xiàn)二次退化、植被數(shù)量減少、覆蓋度下降等問題。

c）所選植物波斯菊、紫花苜蓿等長勢良好，適應當?shù)氐淖匀画h(huán)境條件，說明SPF 技術的運用選擇得當。同時發(fā)現(xiàn)鄉(xiāng)土植物鐵桿蒿和灰綠藜，說明新形成的植物群落會受到鄉(xiāng)土植物的干擾，但也為與當?shù)刂脖蝗跒橐惑w創(chuàng)造條件，減少養(yǎng)護成本，達到自維持狀態(tài)。

d）對植物根系的抽樣調查發(fā)現(xiàn)，根系長度超過SPF 噴播技術的厚度，固土效果明顯。隨著植物的生長、發(fā)育，加上SPF 技術的網(wǎng)格作用，邊坡的生態(tài)修復得以實現(xiàn)。

e）邊坡修復后灌木物種極少，參考邊坡周邊植被，在后期的邊坡養(yǎng)護、管理過程中，除補種沙棘、荊條、紫穗槐外，還可適當增加灌木種類如小葉錦雞兒以及喬木物種如旱柳和榆樹，逐步提高群落的物種多樣性，以便實現(xiàn)邊坡修復長效機制。

4 結語

高速公路邊坡修復將會是一項長期而艱巨的工程，因地制宜選擇合適的生態(tài)修復技術勢在必行。本文在五十余天的室內試驗基礎上，提出采用SPF 高性能生態(tài)基質噴播技術對山西太舊高速公路西環(huán)高速舊街樞紐陽泉—舊街匝道進行生態(tài)修復，效果明顯，該技術在山西省是首例，也為山西境內其他類似地質條件的邊坡修復起到示范作用。