高速铁路路基边坡纤维团粒喷播生态防护技术

2020-06-20张英龙

铁道建筑 2020年5期

张英龙

（雄安高速铁路有限公司，河北保定 071800）

铁路绿色通道建设是全国绿色通道建设的重要组成部分，具体包括新建、既有铁路两侧的绿化、美化和路基边坡的绿色（植物）防护工程［1-2］。铁路路基边坡生态防护是铁路绿色通道建设的核心和重点。根据《国家中长期铁路网规划》，到2025年铁路总里程达到17.5 万km 左右，其中高速铁路约3.8 万km。铁路路基边坡生态防护有巨大市场需求。

2013年中国铁路总公司发布铁总建设［2013］9号《铁路工程绿色通道建设指南》，总结了铁路路基边坡常用生态防护技术，用以处理不同坡度不同地质条件的边坡，主要包括种植灌草或喷播植草（灌木）、栽植灌木、植生袋植草（灌木）、植生带植草（灌木）、客土植生、喷混植生，见表1。近年来，以材料学、植物学、土壤学、岩土工程等学科理论为指导，在传统生态护坡技术的基础上对采用更环保材料或更先进技术的新型生态防护技术进行了探索，如连镇铁路路堤边坡采用三维柔性生态护坡技术［3］，京沈客运专线生态防护试验段应用了土工格室固土绿化技术［4］、植生袋防护技术，京张高速铁路生态防护试验段采用锚固植生袋技术［5］及土工格室固土绿化技术。

本文针对铁路绿化工程高安全、高要求、少维护等特点，提出纤维团粒喷播技术。通过使用性能优越的基质材料，使坡面土壤团粒化，形成与自然表土相类似或更优的多孔稳定土壤结构，精选植物种子并进行科学处理，保证植物成活率，最终达到坡面防护目的。该技术具有施工高效快捷、成本低、养护维修量小等优点［6］，较植生袋生态防护技术有更广的适用性，可以很好地与拱形骨架、框架梁护坡等圬工防护配合使用。

表1 铁路路基边坡生态防护技术

1 纤维团粒喷播技术作用机理及特点

纤维团粒喷播技术是借助喷播机械将预先加入并搅拌均匀的植物纤维、壤土、泥炭土、肥料、保水剂、黏合剂或团粒剂、植物种子、水等混合物经喷播枪口喷附到铁路路基坡面，在喷播的瞬间发生团粒化反应（图1），制成纤维缠绕土粒且具有空隙结构的喷播体，并强烈黏附在路基边坡上。当灌木、草本混合种子萌发成苗、长成植被后，通过植物根系连接土壤和路基

图1 团粒化结构

从而达到植物护坡的功能。该技术适用于坡度缓于1∶1.25的路基边坡，土石混合或石质坡面须覆土。

1.1 基质材料

基质材料组成是纤维团粒喷播技术的核心内容之一，既需要为植物的生长提供必要的物质基础，也要为植物的生长提供稳定的条件。纤维团粒喷播技术基质材料通常由植物纤维、壤土、泥炭土、肥料、黏合剂或团粒剂、保水剂等组成。基质材料的组成成分及作用见表2。

表2 基质材料的组成成分及作用

1.2 抗冲性能

喷播基质的抗冲性和抗剪性是保证喷播生态防护技术成功的关键。基质抗冲性是指基质抵抗径流的机械破坏和推动下移的能力，表征基质抗侵蚀能力的强弱。基质抗剪性反映了基质剪切变形破坏的难易程度。根据相关文献中的试验研究［7-8］，喷播基质的早期抗冲指数一般为0.91。随着植被的生长，基质的抗冲性逐渐增强，优于土壤的抗冲性。基质的抗剪强度早期为50 kPa 左右，后期逐渐增强，明显优于土壤的抗剪强度。因此，该技术基质的抗冲性和抗剪性良好，可保证边坡的稳定性。

1.3 纤维团粒喷播技术优势

1）施工高效，机械化播种、施肥、覆盖、保温、保湿一次性完成，一台机器（2～3 人）每天可以完成500 ～1 000 m2。

2）生态环保，施工过程中坡面无化工产品残留，辅助材料对环境无污染。

3）快速出苗，形成覆盖层，施工早期即可达到保持水土、防止坡面雨水侵蚀的效果。

4）减少养护，植被具备可持续发展性，后期养护工作量小。

5）高适应性，适宜坡度不陡于1∶1.25 的坡面，可以与框架梁、拱形骨架配合使用。

2 现场试验

2.1 工程概况

京雄城际铁路连接北京与雄安新区，全线设黄村站、新机场站、固安东站、霸州北站、雄安站5 座车站。纤维团粒喷播技术（图2）应用于京雄城际铁路路基边坡生态防护试验段固安东站站前三标DK53+815.00—DK54+040.10 左侧边坡，总长225.1 m，路堤边坡坡率1∶1.75，最大高度约5.0 m。试验段属于暖温带半干旱半湿润大陆性气候，干寒同期，雨热同季，四季分明，光照充足，温差较大。多年平均气温11.5 ℃，最热月为7 月，平均气温为25.8 ℃；最冷月为1 月，平均气温为-5.2 ℃，气温年较差31 ℃。年降水量548.6 mm，无霜期188 d。

图2 纤维团粒喷播断面示意

2.2 试验方案

施工现场采用草纤维喷播、木纤维喷播+生物菌肥、草纤维喷播+生物菌肥3种试验方案。木纤维与草纤维相比吸水性能较优，其成本也更高。

2.2.1 材料配比

由于固安地区冬春季天气寒冷且干旱少雨，植物的返青与生长受到影响。结合路基工程施工进度，选择秋季播种，植物的越冬生长是需要解决的一大难题。工程中对客土喷播的基质进行优化配置，依据防寒基质改良试验，分析现场坡面土体的理化性质，制定喷附基质材料的组成及配合比：壤土100 kg，泥炭土8 kg，木纤维5 kg，有机肥5 kg，复合肥30 g，磷肥50 g，复合团粒剂60～80 g。

2.2.2 种子配比

本次工程试验遵循灌草结合、以灌为主的原则，选择适宜生长的植物类型［9］，配比见表3。种子须提前经科学处理促使其快速发芽，采用药剂浸种的方法，在喷播施工前1 d 进行，浸种时间过长会影响种子发育。

表3 植物配比 g·m-2

2.3 试验过程

京雄城际铁路路基边坡纤维团粒喷播技术现场按照平整坡面、坡面覆土、铺设铁丝网、喷播基质、保温、养护管理等工序进行施工。

2.3.1 平整坡面及覆土

清除施工平台上的石块、石渣等，修整路基坡面、整平，便于后续步骤的施工，坡面覆盖20 cm 种植土，耙平，见图3。

图3 坡面整平

2.3.2 铺设铁丝网

坡面铺敷镀锌铁丝网并用L型锚钉固定。锚钉进行防锈处理，主锚钉长度0.8 m，φ22 mm 钢筋；辅锚钉长度0.5 m，φ14 mm 钢筋。使用电锤打孔，孔深在20～60 cm，锚钉间距1.5 m，使铁丝网尽量贴近坡面，并用铁丝把金属网与锚钉连接好。

2.3.3 喷播基质

在喷播作业前，必须做好团粒化反应试验，合格后才能进行喷播作业施工。团粒化反应试验规定坍落度小于等于3 cm。如果试验坍落度大于3 cm，则判定为不合格，应该重新检查材料质量、配比数量、投料顺序等是否正确，将相关环节进行调整后，重新进行上述试验，直至合格后才能喷播［10］。将基质材料和植物种子混和后，用液力喷播机（功率23 kW，容量8 m³）喷播到待绿化路基坡面上，喷附基质层厚2 cm，见图4。

图4 喷播作业

2.3.4 施工过程保温措施

施工现场日温差较大，因此喷播后采用塑料布覆盖，保温保湿，有利于种子的萌发。出苗后采用覆盖草垫的方式进行保温，保证幼苗在温度骤降时能够存活，见图5。

图5 保温措施

2.3.5 养护管理

施工现场设置灌溉系统，根据坡面斜高均匀布置水管，采用喷灌方式，水滴发散，以雨状降落坡面。夏季地表温度在30 ℃以上，气温在25 ℃以上的中午应禁止浇水，浇水的最好时间应在上午9：00 以前，下午在17：00以后（具体情况视天气情况确定）。浇水养护见图6。病虫害防治应采取对环境无污染的物理防治和环保型农药防治措施。