太舊高速邊坡生態修復SPF技術運用研究

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域經濟的穩定發展、交通質量的提升以及經濟文化交流等方面都發揮著重要的作用[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生威脅，也在逐漸破壞高速公路周邊的生態環境。

巖石邊坡通常不具備植被賴以生長的土壤條件和養分條件，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修復治理工程為依托，選擇位于西環高速舊街樞紐陽泉、舊街匝道的邊坡為修復對象，采用SPF 高性能生態基質噴播技術，在巖質坡面上營造一個能讓植物生長發育的種植基質而又不被雨水沖刷的多孔穩定結構層，達到生態修復邊坡的目的，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，對振興山西經濟具有重要意義。本文以太舊高速公路邊坡防護與生態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，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，根據坡度、巖土物質組成、高度等因素，該項目采用SPF 高性能生態基質噴播技術，在此技術的基礎上，還包括專家咨詢、資料收集、室內試驗、現場調查等。

2.2 室內試驗

為了進一步了解SPF 高性能生態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 高性能生態基質噴播技術

邊坡采用SPF 高性能生態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基質材料、綠化種子按設計要求噴射到掛網后的坡面上實現快速強制綠化的一種邊坡綠化技術。

SPF 高性能生態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的多孔穩定土壤結構，起到夾裹種子、涵養水分的作用。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，逐步與周圍環境相融合。厚層基材噴播必須在刷坡、平整、保證邊坡穩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、覆土、噴射含植物種子的混合基材、無紡布∕遮蔭網覆蓋、前期養護等工序實現邊坡復綠。

2.5 種子種類選擇及配比

根據該地區的氣候條件，及治理區邊坡面特點（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 數據分析與討論

3.1 室內試驗

太舊高速公路途經復雜多樣的山地、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分條件，并且坡度都較大，雨水極易沖刷坡面，SPF 高性能生態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修復提供了理論和試驗支撐。

3.2 邊坡修復現狀調查分析

為了檢驗SPF 高性能生態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、固土的直徑等數據。表2 是邊坡修復植被現狀調查物種表。同時也調查了邊坡周圍的植被現狀，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，為后期邊坡生態修復植物物種的進一步優選提供參考。

表2 修復邊坡植被現狀調查表

3.2.1 邊坡修復前后面貌對比

該工程經過緊張地施工，于2022年8月31 號完成工程噴播過程。植物種子經過一個多月的發芽、生長，該邊坡的整體狀況發生根本性的改變，圖2 是邊坡生態修復前后坡面植被現狀的對比，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 邊坡生態修復前后面貌對比

3.2.2 邊坡植被現狀調查分析

3.2.2.1 植被現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，可以看到植被現狀與所選植物種類不完全匹配，發現新物種，如蘿卜苗、油菜花、鐵桿蒿、灰綠藜等；灌木物種發芽率很低，只發現多花木藍，而荊條、紫穗槐、沙棘等物種沒出現在修復后的邊坡上。原因可能是播種的種子純度不夠；鄉土物種適應力強；播種的季節選擇欠佳。

早熟禾、荊條既出現在噴播選取的種子里，又在邊坡周邊出現，說明SPF 技術所選的噴播種子比較適應當地環境條件。但就目前而言，灌木物種發芽率低，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，實現修復長效機制。

3.2.2.2 樣方調查植被高度分析

根據《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 高性能生態基質噴播技術進行生態修復后，植被長勢良好。草本植物占絕對優勢，灌木物種長勢極差，只發現多花木藍，蓋度＜5%，高度也只有10 cm，而配比表中的紫穗槐、荊條、沙棘均沒有發現，正如前面所述，播種季節是秋末，氣候、溫度、土壤的環境條件不利于灌木種子的發育，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、發育、強壯，再加上SPF 技術的網格固定，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環境造成非常大的影響[6]，邊坡修復是高速公路與自然環境相融合的紐帶。本文通過采用SPF 高性能生態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環境快速恢復，達到穩定坡面和防止侵蝕的目的[7]。圖2b 就充分體現了這一人工干預的優勢，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二次退化、植被數量減少、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，適應當地的自然環境條件，說明SPF 技術的運用選擇得當。同時發現鄉土植物鐵桿蒿和灰綠藜，說明新形成的植物群落會受到鄉土植物的干擾，但也為與當地植被融為一體創造條件，減少養護成本，達到自維持狀態。

d）對植物根系的抽樣調查發現，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、發育，加上SPF 技術的網格作用，邊坡的生態修復得以實現。

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 高性能生態基質噴播技術對山西太舊高速公路西環高速舊街樞紐陽泉—舊街匝道進行生態修復，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。