1 概述

　　1.1任务与技术应用依据

　　1.1.1任务依据。

　　在云南省S35永金高速公路永仁至大姚段公路边坡绿化建设过程中，项目公司坚持“只有恢复绿水青山，才能使绿水青山变成金山银山”的环保新理念 ，从积极打造美丽公路品牌目的出发，与其他科技成果的转化应用一样，于2022年1月 ，决定对土建三分部K15+849-K16+531左幅路堑坡面，采用创新技术实施喷射(灌注)水泥土浆及钻孔植播专项工程施工专项工程施工。专项施工坡面总面积约10000平方米(以实际发生工程量为准)。专项施工完成以后，将对成功经验在相近边坡中进一步推广应用。

　　1.1.2创新技术应用依据。

　　创新技术应用依据为专利发明人根据自己数十年的公路路基边坡生态防护理论及实践经验，研发、提炼出的4项专利技术成果：一是“一种路堑边坡植生造孔装置”(专利号：ZL 2016 2 0475921.8 );二是“一种坡面加固及植被修复结构”(专利号：ZL 2016 2 1359133.9 );三是“一种浅层坡面加固锚杆钻孔装置”(专利号：ZL 2019 2 0534740.1);四是“一种路堑坡面造孔植播方法”(专利申请号：202011165644.8)。四项实用新型专利证书彩印图片详见附件。

　　1.1.3技术规范应用依据。

　　《公路路基设计规范》，《市政工程施工计算实用手册》。

　　1.2 项目区域自然条件、主要工程地质特征

　　1.2.1项目区域自然条件

　　据文献统计数据知，楚雄市位于中亚热带季风气候区，受季风气候影响，气温日差大，年差小的气候特点。年平均温度 18.3℃，历史最高气温 42℃，历史最低气温-8.4℃;年平均日照 2450h;年降雨量 816mm，多集中在 5～10 月份。

　　1.2.2不良工程地质特征。

　　坡面表层岩土具有红层风化岩土不良工程地质特征。楚雄地区的大气影响深度 5m，急剧深度 2.20m。红层风化岩土主要不良工程地质特征为：刚开挖出来时强度很高，在空气中暴露一段时间后，极易风化崩解为土状，强度指标下降很快，对边坡冲刷稳定性极为不利。因此在边坡工程施工中涉及到风化岩和残积土时，应及时采取封闭防护措施，并做好防冲刷排水措施。

　　2 拟实施项目边坡设计方案简介、边坡稳定性评价、实施主要目的

　　2.1拟实施项目边坡原设计方案简介

　　1.边坡坡率为1:1.1～1:2，每台垂直高度8～10m，设置宽度2～3.0m碎落平台。

　　2.于坡面横向平台上设置排水沟，纵向设置急流槽。

　　2.2本项目设计前提

　　本项目总体边坡率较缓.坡面已合理布设纵横排水与圬工防护设施，因此，本设计以原设计边坡整体稳定为前提，目前部分整修成形坡面实景图如下：

 

 

　　2.3 项目实施的主要目的。本项实施的主要目的是通过进一步工程实践解决高速公路部分路堤、路堑坡面浆砌片石拱形护坡防护工程实际应用中存在的如下常见工程问题如下：

　　1.浆砌片石拱形护坡材料消耗量较大、人工施工成本较高。

　　2.坡面岩土水温稳定性差，坡体干缩变形、坍塌破坏大。

　　3.人工构造物——浆砌片石拱形护坡本身对公路沿线自然生态具有永久性的协调性差的明显不良生态景观效果。

　　4.常见病害：(1)生态环保质量风险大。如下实景图所示：

 

 

　　(2)易产生二次环境污染。坡面岩土在每年暴雨反复冲刷下，将产生冲刷破坏;坡面水土流失到景观区以后，不仅对观景区产生严重环境污染，而且将产生较大的清整、管养成本。

　　3 喷射水泥土冲刷结构实施方案简介

　　3.1 喷射水泥土浆加固结构适用范围、作用原理及其优势特点

　　3.1.1适用范围

　　适用于整体稳定且无软弱夹层，但坡面表层岩土裂隙发育具有弱膨胀性，需要采取防冲刷、防渗透、防风化、防剥落、防碎落、防干缩变形的边坡。边坡坡率要求缓于1：1。

　　3.1.2坡面加固作用原理

　　1.初期加固作用。将一定配合比的水泥、粘土或砂性土与水搅拌为水泥土浆喷射(灌注)于边坡表层土体内，由于边坡坡率较缓加之坡面表层岩土裂隙较发育，所以能够充分保证相当部分水泥土浆细颗粒渗透入厚度约5～15cm的坡面表层空隙(裂隙)内，而伴随水泥土浆的凝结作用，将快速形成一层厚度约10～15cm的具有较好防冲刷、防渗透、防风化、防剥落、防碎落、防干缩变形功能的浅层坡面加固结构层。本项目已于2021年12月选择代表性坡面完成人工模拟实验。实验效果实景图如下图所示。

 

 

　　2.中期加固作用。当坡面加固结构层基本强度形成后，再在坡面上实施钻孔植播植被修复方案。约半年至一年内，坡面即可产生较好的植物生态景观。此时，坡面深根系植物、浅根系植物与坡面浅层岩土已开始发生组合式加固作用。代表性喷射水泥混凝土隧道仰坡约一年内钻孔植播植物生长效果实景图如下：

 

 

　　3.永久持续性加固作用。约3年后，植物根系能与浅层加固工程结构、边坡岩土融为一体，形成永久持续性、整体稳定的、没有人工圬工痕迹的综合防护体系。代表性工程案例如下：

　　2018年11月交工验收的武易高速代表性圬工防护坡面钻孔植播植被修复约3年期植物生长效果如下图：

 

 

　　2003年通车(至目前已18年)的世界著名泥石流发育区嵩待高速龙潭立交至东川二级公路路堑边坡(边坡率1：0.5~1：0.75)约10万平方米锚杆挂网喷射混凝土与人工挖孔种植植物综合防护效果代表性实景图如下：

 

 

　　1.喷射水泥砂浆结构，由于其主要组成材料为硬质砂砾，在喷射过程中仅有少部分微细颗粒能够渗入坡面表层空隙(裂隙)内，而大部分硬质颗粒则滞留坡面表层形成客土结构层，大大降低了该结构与边坡表层岩土间的结合力，因而容易产生脱壳、剥离等病害。

　　2.喷射(灌注)水泥土浆的主要组成材料为微细土粒，在喷射(灌注)过程中，大部分浆状颗粒容易渗入坡面表层岩土空隙(裂隙)内并与坡面表层岩土形成相容性组合结构，能有效提高边坡表层岩土间的粘结力，因而具有较好的防冲刷、防渗透、防风化、防剥落、防碎落以及水稳定性功能。

　　3.喷射(灌注)水泥土浆结构上没有严格的材料强度要求，主要材料可以就近取用，也不必设置泄水孔和伸缩缝，因而工艺更简单，造价更低。

　　4.采用新材料、新工艺、新设备以人工配合机械施工工艺为主，工艺简单、工期较短。

　　5.在喷射水泥土坡面上采用专利技术钻孔植播植被修复，植生孔深度进入坡面湿润层以后，植生孔相当于坡面上的一个湿度调剂孔，其保水、保土、保肥性能良好，草灌、花卉生长快、质量高。能够较快产生没有人工构造物痕迹、对公路沿线自然生态具有永久性的“一面边坡，一面花园”的良好生态景观效果。

　　3.2 设计要点、主要工程数量、施工要点与主要施工工序

　　3.2.1喷射水泥土浆设计要点

　　1.喷射水泥土浆结构设计

　　(1)理论设计喷射(灌注)结构厚度5cm。

　　(2)实际产生的功能结构为：喷射(灌注)水泥土浆粘结结构+喷射(灌注)水泥土浆保护层结构+植物根系加固结构三种组合结构。

　　①喷射(灌注)水泥土浆粘结结构。由于边坡率较缓，在喷射(灌注)过程中其中约3cm厚微细颗粒将渗透入坡面表土空隙内形成水泥土浆粘结、封闭结构层。从粘结、封闭功能上讲，该结构层厚度按工程类比分析约为5～15cm。

　　②喷射(灌注)水泥土浆保护层结构。在喷射(灌注)过程中，水泥土浆约2cm厚较粗颗粒将滞留坡面表土形成水泥土浆保护层结构。该结构层厚度按工程类比分析约为2cm。

　　③植物根系加固结构。钻孔植播植物在生长过程中，其深浅根系交互缠结，对浅层坡面岩土将产生加固功能与水稳定性调节功能，按工程类比分析，该功能结构层厚度约为30～100cm。

　　2.材料要求

　　(1)水泥。采用325号普通硅酸盐水泥。

　　(2)混合料。就近采购粘土或砂性土使用。

　　(3)水灰比通过现场喷射实验确定，参考配合比，粘土：水泥：水=1：0.25~0.45：0.25~0.45。因水泥土主要作用为坡面防冲刷与封闭作用，所以不必测定其强度。

　　3.2.2主要材料参考用量

　　1.每1cm厚度用量如下表：

　　每1cm厚每100m2(1m3)混合料用量(kg)一览表

项目	粘土或砂性土	水泥	水	备注
数量	1300	455	475

　　2.5cm厚每100m2水泥土喷射层参考材料用量如下：

　　5cm厚加固层每100m2(5m3)混合料用量(kg)一览表

项目	粘土或砂性土	水泥	水	备注
数量	6500	2275	2375

　　3.5cm厚10000m2水泥土喷射层参考材料用量。

　　5cm厚加固层每10000m2(500m3)混合料用量(t)一览表

项目	粘土或砂性土	水泥	水	备注
数量	650	227.5	237.5

　　4.主要工程数量汇总。

　　施工项目主要工程数量汇总如下表：

　　主要工程数量汇总一览表

序号	施工项目	单位	数量	备注
1	清整坡面	m2	10000
2	粘土或砂性土	t	650
3	水泥	t	227.5
4	水	t	237.5
5	喷射5cm厚水泥土	m2	10000

　　5.材料市场价及远运运距

　　(1)粘土或砂性土，每吨市场价30元(包含运费)。

　　(2)水泥。每立方市场价485元(包含运费)。

　　(3)水。运距10公里。

　　3.2.3喷射施工要点

　　喷射施工要点与常规喷射混凝土相同，可以采用客土喷浆机参照如下要求进行。

　　1.要通过试验把握好水泥土喷射时间。要求喷枪口距喷面1m左右，加水量应保持水泥土不流不散。

　　2.作业准备。喷射作业准备:

　　(1)施工前按选定的喷射机具、经过验证的施工工艺、配合比，并先进行试喷、调整回弹量、修正材料配合比及施工操作程序以后方可大面积施工。

　　(2)在喷射前对喷射面进行检查，并做好以下准备工作：安设工作平台，用高压风水枪冲洗、湿润喷面，对遇水易潮解的泥化岩层采用压力风清扫岩面，埋设控制喷射水泥土厚度的标志，作业区应具有良好的通风和充足的照明设施。

　　(3)喷射作业前，对施工机械设备，风、水管路和电线等进行检查和调试。

　　3.施工注意事项。作业前先用水灰比为1:2的净水泥浆润滑喷射机的料斗及输料管路;作业开始时先送风，后开机，再给料，并检查和调整风与水的压力，一般控制为：风压0.9Mpa，水压0.4Mpa;混凝土进入喷射机料斗后，在起动主机的同时，调整喷射机的喷射速度并根据绿化水泥土和砂浆设计配合比控制速凝剂添加量;喷浆作业分段、分片按自下而上的顺序依次进行，注意控制喷枪与受喷面的距离和角度，喷嘴与受喷面距离为0.6～1.0m，喷嘴与受喷面的垂线夹角控制在10～15º。

　　4.坡面防护工程的周边与未防护坡面衔接适当宽度禁边范围内应严格喷射水泥土封闭。

　　3.2.4主要施工内容与工艺流程

　　1.施工准备与清整坡面、布设拌合站、材料配备、材料拌和运送、喷射水

　　泥土、初期养护、缺陷责任期管养。

　　2.工艺流程。工艺流程如下图：

 

 

　　4 钻孔植播施工

　　4.1主要施工工艺流程、相关技术特点

　　1.主要施工工艺流程。施工准备、钻植生孔、基质材料准备、基质材料拌和、基质材料泵送填注、移植灌木苗(点播花草、灌木种子)、初期养护、缺陷责任期管养。

　　2.相关技术特点。

　　(1)两项专利钻头。可以轻便快捷地将植物生长孔(简称‘植生孔’)底部加深至坡面常态湿润土层;不仅节省原材料，而且有利于植生孔与基质料产生植物快速生长的必要条件。

　　(2)基质料配方科学合理、经济适用、变废为宝。

　　(3)施工方法创新特点突出，有利于规模化、标准化施工。

　　(4)在高路堑边坡坡面上，同样可以实施花园式植被修复方案。

　　4.2设计、施工要点及植物种植方案

　　4.2.1大植生孔结构设计、尺寸、布设方案

　　1.结构设计。将植生孔内部分为上下部分别进行设计。各部主要功能为：

　　(1)上部主要功能：在寒、热季节起保温作用;在雨季起通过坡面径流收集水肥作用，从而保证植生孔内植物具有持续生长性能。

　　(2)下部主要功能：通过吸收地下水气、热量以调节、平衡植生孔内水温状态，充分保证孔内植物正常生长。

　　2.尺寸。

　　(1)上部植生孔：底部直径约20cm，顶部直径约30cm，深度约40cm。

　　(2)下部植生孔：直径约5~8cm，深度约30cm，接近坡面常态湿润层内即可。

　　3.布设方案。选择有利于植物永久性生长位置布设植生孔。植生孔布设方案应根据所种植植物2年内能够达到植生袋绿化规定的遮蔽率确定。

　　(1)小于85%含石量坡面，要求以种植每孔遮蔽率大于2平方米的灌木、藤本混植为主。植生孔按约平均1.4~2平方米布设1个。

　　(2)大于85%含石量坡面，要求以种植2年内每孔遮蔽率大于5平方米的蔓

　　藤为主。按平均2~3.5平方米布设1个植生孔，并适当点播灌木种子。

　　4.植生孔施工。

　　(1)在适合植物永久性生长位置，采用电镐造上部植生孔。

　　(2)在上部植生孔底部采用专利钻头将植生孔钻至要求深度即可。

　　(3)施工时间。一年四季施工不受限。

　　4.2.2小植生孔作用、尺寸、布设方案等

　　1.作用。其主要作用是在缺陷责任期内弥补上述大植生孔局部坡面遮蔽率不足的缺陷。

　　2.植生孔尺寸。平均直径8~10cm，深度大于20cm。

　　3.植生孔布设方案。选择有利于弥补大植生孔植物遮蔽率不足位置布设植生孔，预计每平方米布设1个植生孔。

　　4.种植植物类型：点播低矮灌木、花卉、草本种子。

　　5.小植生孔施工。

　　(1)施工时间。管养初期或缺陷责任期内春夏季节。

　　(2)选定钻孔位置，采用专利钻头将植生孔钻至要求深度即可。

　　4.3 钻孔植播施工要点

　　1.基质材料准备。

　　(1)将订购的机制有机肥与生物颗粒集中于临时搅拌场存放;

　　(2)土壤需求量较少，其中大部分数量可以取用植生孔钻孔沙土代替。

　　2.基质材料拌和。基质材料按配方比例置于搅拌池以后，即可采用人工、机械灵活协调配合方法，在选定拌合站现浇混凝土容器内配置小型潜水搅拌机进行拌和。

　　3.基质材料泵送与填注。基质材料泵送与填注采用人工灵活协调配合无堵塞移动式潜水排污泵灵活协调配合按分级、同步泵送方式完成。

　　4.初期适当浇水及追肥养护。

　　(1)适当浇水。将配有水龙头开关的软质水袋置于边坡顶部或边坡平台适当位置，再用高扬程小型水泵将水泵入软质水袋以后，使用软质水管即可完成浇水工作。

　　(2)追肥养护。将复合肥溶解于水以后，按上述适当浇水方法即可完成此项工序。

　　4.4植物种植方案

　　1.植物品种选择。

　　(1)移栽灌木、藤本幼苗植物品种选择如下表。

种植方式	植物品种	种植要求	备注
不同品种于不同植生孔交叉混植	双荚决明、三角梅、迎春花、银合欢、白背枫、肿丙菊、五爪金龙、葛藤、大翼豆、油麻藤。	按植物多样性、乡土性原则，在各坡面植生孔间选择不同品种交叉植播；要求成活率达到95%以上，每个植生孔遮蔽面积达2平方米以上。	双荚决明、三角梅、迎春花主要种植平台、坡脚。

　　2.点播植物种子选择如下表。

种植方式	植物品种	种植要求	备注
不同品种于不同植生孔交叉混植	多花木兰、苦刺花、银合欢、、百日草、肿丙菊、乡土草本。	按植物多样性、乡土性原则，在各坡面植生孔间选择不同品种交叉植播；要求成活率达到95%以上，每个植生孔遮蔽面积达0.5~1.5平方米以上。

　　4.5 植物种植方案

　　1.大植生孔：每孔移栽灌木丛幼苗3株(保证成活1~2株)，并点播植物种子3克。

　　2.小植生孔：点播植物种子3克。

　　4.6种植阶段性效果要求

　　1.各阶段钻孔植播植物50天成活期结束，植物幼苗成活率达95%以上。

　　2.至2022年8月，各阶段钻孔植播植物进入开放式自然生长期。

　　3.缺陷责任期结束，坡面种植植物达植生袋植播要求的立体遮蔽率，不仅形成良好的生态循环效果，而且具有良好的花园式植被生态景观。

　　4.7主要工程数量

　　4.7.1上部植生孔

　　1.基本尺寸：平均直径约25cm，填注基质料深度约40cm。

　　2.造孔数量：约每1.7平方米坡面钻1个孔，共钻：10000÷1.7=5882(孔)。

　　3.造孔总长度：5882×0.4m=2353 m。

　　4.注浆(泥浆状基质料)体积：2353×(3.1416×0.1252)=116m3，考虑石质坡面电镐凿孔10%超孔率为：116×1.1=127.6m3。

　　5.配制泥浆状基质料：考虑10%损耗率为：127.6m3×1.1=140.35m3。

　　6.移栽幼苗与点播灌木种子：

　　(1)移栽幼苗，共计：5882×3=17646株，考虑5%损耗率为：17646×1.05=18528株。

　　(2)点播灌木种子，共计：5882×0.003kg≈18kg。

　　二、下部植生孔

　　1.基本尺寸：平均直径约7cm，平均深度约30cm。

　　2.造孔数量：数量与上部植生孔相同共钻：5882孔。

　　3.造孔总长度：5882×0.3m=1765 m。

　　4.注浆(泥浆状基质料)体积：1765×(3.1416×0.0352)×0.3=6.8m3。

　　5.配制基质料：考虑10%损耗率为：6.8m3×1.1=7.5m3。

　　4.7.2小植生孔工程数量

　　1.基本尺寸：平均直径约9cm，平均深度约30cm。

　　2.造孔数量：约每1平方米坡面钻1个孔，共钻：10000孔。

　　3.造孔总长度：10000×0.3m=3000 m。

　　4.注浆(泥浆状基质料)体积：3000×(3.1416×0.0452)≈19m3。

　　5.配制基质料：考虑10%损耗率为：19m3×1.1=21m3。

　　6.点播灌木种子，共计：10000×0.003kg=30kg。

　　4.7.3 用水数量

　　本项目施工期间用水、材料远运平均运距6km。其用水数量如下：

　　1.钻孔施工期间用水数量，

　　(1)水钻钻植生孔数量：5882+10000=15882(孔)

　　(2)植生孔水钻用水，按毎孔10kg计算：重量小计:

　　5882×10÷1000=58.8(t);

　　2.种植期间用水数量。

　　1.种植孔数量：5882(孔)。

　　2.浇定根水用量，按毎孔3kg计算，重量小计:

　　5882×3÷1000=17.6(t);

　　4.7.4缺陷责任期工作量

　　1.补栽幼苗。按工程类比，预计植物幼苗成活率为95%左右;所以，补栽幼苗数量为：18528株×5%=926株。

　　2.管养期用水量。大植生孔共5882孔，按共浇7次，毎孔浇水5kg，重量小计:5882×5×7÷1000=295.9(t);

　　3.重点管养期施肥量。按共施2次，毎孔施复合肥0.1kg，复合肥用量：5882×2×0.1=1176.4(kg)。

　　4.8 钻孔植播主要工程数量汇总

　　钻孔植播主要工程数量汇总如下表：

　　主要工程数量汇总一览表

序号	施工项目	单位	数量	备注
1	施工安全措施	m2	10000
2	Ø20cm钻孔	m	2353	大孔上部
3	Ø7.5钻孔	m	1765	大孔下部
4	Ø9钻孔	m	3000	小孔
5	泥浆状基质料	m3	168.9	加工制作
6	泵送、灌注泥浆状基质料	m3	168.9
7	移栽灌木、蔓藤幼苗	100株	194.54
8	点播灌木种子	穴	15882
9	采购灌木种子	kg	48
10	管养用水	t	372.3
11	管养用复合肥	kg	1176.4

　　5 其他相关措施

　　1.施工期限控制。要求2022年3月底前完成坡面浅层加固与钻孔植播种植工作，到6月份雨季达到之前，坡面植物遮蔽率达80%以上，初步实现植物对坡面浅层岩土的根系加固与湿度调节作用。

　　2.严格控制钻进植生孔用水量(实际每4平方米下部植生孔精细化处理用水量不超过3kg)，避免过量施工用水引发坡面土体产生变形破坏。

　　3.植物生长孔(简称‘植生孔’)对浅层坡面岩土的水稳定性保证措施：

　　(1)植生孔精细化处理效果。利用水钻功能采用专利钻头实施植生孔精细化处理过程中，所产生的微细泥浆作用：一是对植生孔孔壁中的水分产生防漏作用;二是产生泥浆状基质料与植生孔孔壁岩土间的相容性毛细孔。

　　(2)泥浆状基质料的水稳定性保证作用。泥浆状基质料的主要原料由生物颗粒与粘土组成。基质料按专利技术配方搅拌成产品后具有较强的粘结、微渗透力，但不可能让浅层坡面岩土产生湿度突变作用。

　　(3)当植生孔内植物种植完成并浇完定根水，泥浆状基质料中的微细颗粒将在植生孔表面形成约2cm厚的沉淀层，该沉淀层凝固后对基质料内湿度稳定起恒定作用(秋冬季恒定作用为1月左右时间)，因此，浅层坡面岩土水稳定性可以得到保证。二分部部分坡面于今年9月份已种植2个月(未浇过1次水)植生孔内基质料外观状况如下实景图示：

 

 

 

　　4.关于喷射(灌注)水泥土浆坡面是否设置泄水孔与伸缩缝。基于上述钻孔植播技术对喷射(灌注)水泥土浆坡面水稳定性的保证作用，所以，可以减少设置泄水孔与伸缩缝的工序。

　　编写：公路工程正高级工程师、专利权人 刘创明

　　2022.1.

　　附件：四项实用新型专利证书彩印图片。

　　1.专利1图片：

 

 

　　2.专利2图片：

 

 

　　3.专利3图片：

 

 

　　4.发明专利申请初步审查合格通知书图片。