厚层基材喷射法在昌泰高速公路石质边坡

厚层基材喷射法在昌泰高速公路石质边坡绿化中的应用

李 虹（江西省高等级公路管理局质监站 南昌 330046）

摘 要：岩石边坡绿化是一门新兴的边缘学科，涉及面广。厚层基材喷射绿化法在江西高速公路运用尚属首次，本文结合昌泰高速公路边坡的防护绿化，介绍该种方法的技术组成、护坡原理和施工工艺。关键词：道路工程；石质边坡；基材喷射；防护绿化；应用

0 前言随着人们对环境保护意识的提高，特别是近年来，我国高度认识到生态环境的破坏、日趋严重和频繁的自然灾害带来的灾难。洪涝、旱灾、土地沙漠化、风尘暴、温度效应、水质变化等一切来源于植被减少、森林的破坏，尤其是高速公路的建设对生态系统的破坏有工程规模大、影响不可逆、持续时间长、影响范围大等特点，且由于廊道效应、接近效应、城镇化效益、小气候效应等造成生态环境的影响和破坏，引起了高速公路建设者们的高度重视。其中边坡绿化在整个高速公路生态保护中起着重要的作用。边坡绿化方法主要有钢筋水泥框架法、客土植生带法、纤维绿化法、生态多孔混凝土绿化法、厚层基材喷射法等；其中客土植生带法、纤维绿化法、生态多孔混凝土绿化法、基材喷射法可用于石质边坡的绿化。 厚层基材喷射绿化法是边坡绿化的一种重要方法。该方法最初由日本提出，国内最早运用在四川成南高速公路中，在江西尚属首次。该技术由植被生长技术、植被维持技术和植被组合技术三部分组成。它可结合锚杆（或锚索）、防护网（土工网、铁丝网、纤维网，在高陡边坡结合砼或轻钢格子梁、钢绳）、混合植被对岩石边坡进行防护绿化，形成与周围生态环境相协调的永久性生态护坡工程，快速恢复边坡的生态景观。江西赣粤高速公路昌泰段k132+435～k132+800段的边坡由于工期紧，边坡开挖完成后防护工程尚未施工，垂直挑抬片石材料施工难度大。为方便施工同时也为推广运用生态护坡新技术，经业主同意该边坡变更采用厚层基材喷射防护绿化技术。该路段边坡最大高差41.8m，坡面总面积12420m2；表层0-3米为残坡积硬可塑低液限粘土，下为砂岩、含砾砂岩产状267° <35°，岩层走向与路线交角30°,属小角度相交，在边坡左侧形成顺层坡。边坡设计坡比第一级为1:0.75,第二级为1:1,第三级为1:1.25，第四级为1:1。本地区属中亚热带低山丘陵季风气候，冷热差异大，雨量充沛，但是丰而不衡。年平均气温17.6～18.3℃,年最低气温-11.7～-5.2℃，年最高气温40.2～40.9℃，年平均降雨量1458～1577毫米。1 设计方案原设计防护类型为A型和D型浆砌片石骨架护坡。A型为人字型骨架，主要适用于稳定的石质边坡，骨架内必须先挂土工网，再在网上回填土，最后喷草籽绿化。D型为叠式拱骨架，主要应用于软石边坡。变更设计方案有以下三种：1、采用铁丝网结合锚杆、植生袋及喷射含草种的有机基材的方法。2、采用高强土工网结合锚杆、喷射有机基材及铺植生带的的防护绿化技术。3、利用椰纤维植被护坡技术进行防护绿化。参建各方结合该段边坡的实际情况，综合考虑施工难度和施工成本，最终选定了第三种变更设计方案。第三种方案与前两种方案比较存在以下几个优势：（1）方案三的施工成本较低，并且使用的基材配方在东南沿海一带应用较成功，在江西地区配比不必进行大的调整。（2）施工工艺较简单，能有效的保证工期。（3）方案一二中采用的粘和济为水泥，而方案三中所采用的粘合剂是一种可降解的线性功能性高分子聚合物。分子量超过1500万，生物稳定性较强，可任意比溶于水，分解物对植物和土壤无害。是通过溶解后利用胶质分子上所带的负电吸附土壤颗粒形成团粒结构来起粘合作用。这样可消除采用水泥碱性对植物生长的影响。下面简单介绍下利用椰纤维植被护坡技术的绿化结构组成、护坡原理以及施工工艺。1.1基材喷播绿化结构组成1.1.1锚杆 锚杆采用φ18的螺纹钢，长锚杆和短锚杆呈梅花型布置，长锚杆长1.5m，短锚杆长0.8m，间距1m。1.1.2防护网 防护网采用14#号镀锌铁丝网，制成双扭形式，网洞8cm×8cm，用镀锌绑丝或砼垫块固定铁丝网。1.1.3有机基材 有机基材主要成份是：活性黏性种植土、椰粉砖、玻璃纤维、粘合剂和保水剂。基材喷射厚度10cm，基材中的粘性红土、椰粉砖、营养土的比例为8:1:1(体积比)。每方基材中外加材料含量：玻璃纤维0.9kg，稻草纤维10kg，粘合剂150g，复合肥10kg。1.1.4椰纤维网 在喷完基材后铺一层椰纤维网。椰纤维网主要作用是前期稳定基材，同时在一段时间后其自身可以分解成为有机物，为植被提供养分。1.1.5草 草的培育采用液压喷播草种，草种选用高羊茅、狗牙根和百喜草，每平方米种子用量30g，配比5:3:2。同时在坡顶处应适当增加种子用量，在坡脚处加入部分灌木种子，以形成立体绿化。1.1.6排水设施 平台内侧与上级坡面做成“V”字型排水沟，10cm砂浆抹面；在坡面适当位置设急流槽。上述中的材料配比为本坡面的设计配比,具体施工应根据实际情况进行调整。1.2护坡原理1.2.1基材和岩石坡面的结合原理 （1）、基材中的玻璃纤维在基材喷射到坡面时，其中纤维的一头绞在坡面铁丝网上，另一头粘在基材中；而黏土则粘在岩石和铁丝网及椰纤维网上。（2）、表层椰纤维网能有效的防止暴雨冲刷，保证基材和种子不被冲

土工格栅是一种主要的土工合成材料，与其他土工合成材料相比，它具有独特的性能与功效。常用作加筋土结构的筋材或复合材料的筋材等。土工格栅适用于各种公路、铁路、机场的路基增强路面增强。适用于大型停车场和码头货场等永久性承载的地基增强。适用铁路、公路的边坡防护。适用的涵洞增强。适用于单向拉伸土工格栅增强后的土坡的二次增强，进一步增强土坡，防止水土流失。矿山、坑道加固。

刷。根据在一般土质边坡的测试，原来土质边坡能抵挡1.0米/秒的水流速度，而加一层椰纤维网后能抵挡的水流速度是3.0米/秒。（3）当铁丝网和椰纤维网在基材中锈蚀后，它的连接筋的作用消失，但草本植物的根系网已将坡面上草、基材和岩石紧紧相连。1.2.2有机基材 （1）、有机基材具有很强的抗旱性，并且有很强的粘性，从而保证与岩石坡面可以结合良好，对坡面进行防护。（2）、基材的强度,基质的内聚力保证基质的自身的整体稳定性与铁丝网结合共同形成一层牢固的防护层。(3)、基材良好的保水、吸水能力，能为植被提供前期生长所需的养分。1.2.3锚杆和铁丝网 长锚杆对坡面有加固作用，保证坡面稳定；短锚杆可认为只起挂网作用。铁丝网提供了一个网状结构，对基材的整体稳定性和植被浅根加筋作用的发挥起了重要作用。1.2.4植被防护 (1)、植被的力学效应：植物的深根锚固作用和浅根的加筋作用。(2)、植被的水文效应：降低坡体孔隙水压力，降雨截流，削弱溅蚀，控制土颗粒流失。1.2. 5椰粉砖 椰粉砖起保水，减少基材的单位重量，增大基材的内摩擦角，从而减少坡面基材的下滑力，使绿化基材稳定在岩面上。同时防止基材板结，有利于植物生长，在基材中是一种疏松剂。它也是一种有机质，降解后能缓慢提供肥料。2 施工工艺下面结合本边坡简要介绍椰纤维植物护坡技术的施工方案和施工要点。2.1坡面清理 主要是清理片石、碎石、污淤泥和杂物，用红粘土对一些孔洞进行补洞，敲除掉一些凸出的岩石，刷清坡面。若坡面有渗水严重应先进行处理，防止基材长期泡水。2.2锚杆施工 由于长锚杆兼有固定边坡和挂网的双重作用，因此在布置长锚杆时应根据坡面的具体情况，在预先不能清除的危石处及节理裂隙较发育处应当加密长锚杆的数量，而在坡面平整、岩体稳定处可用短锚杆代替长锚杆，间距可适当调整。2.3挂铁丝网 固网时两网连接以平衡连接为宜，不必重叠，用绑丝扎牢，同时使铁丝网距坡面5～7cm。2.4基材喷射 2.4.1土料过筛 混合基材中粘性红土应进行过筛，筛网直径为1.5cm，把土壤中杂物和石块筛去，大块土打碎过筛。含水量不宜过大，一般应小于20%，如含水量大应进行晾晒，具体视喷射机要求为宜。2.4.2土和物料的混合 先将椰粉砖提前1～2天用水浸泡膨胀后待用。土和物料的配比应根据土的粘性，坡面情况和采光情况等综合考虑进行调整。混合料的拌和可利用人工或机械混拌合。如土壤较干，可加入适量水，拌合后标准为用手抓混合料能成团，松开掉地能散开为度，物料随拌随喷，不宜放置太久。2.4.3高压喷基材 将混合好的基材，用干喷机喷射到岩石上，厚度平均10cm，在铁丝网外喷射基质厚度保持在2cm～3cm，不可超过5cm。喷头距岩面距离应有1.5米左右垂直喷射。喷射时水压要适当，同时要根据喷出的混合料的情况适当调动水阀控制水量。基材的施工质量应通过基材的厚度、基材的收缩裂缝、基材的流失情况、基材的粒化度、基材的酸碱度、基材的剥离状况进行综合评价。2.5液压喷播草种2.5.1草种选择 草种根据本地区的气候特点和植被情况选取适合本地区生长的优质草种。本边坡考虑掺入了不同的、能在不同季节泛青且根系发达、叶茎低矮的混合草种—高羊茅、狗牙根和百喜草。草种的用量可用下式计算考虑：平方米播种量=平方米的设计株数/[发芽率×（1-坡度损失率）×克粒数]。2.5.2挂椰纤维网 在基材喷播施工完后，将椰维网从坡顶往下铺设，铺设时尽量紧贴基材，铺设时可用U型钉以50cm间距予以固定，个别不平的地方可多加固，对接部分应用铁丝折紧。2.5.3喷播 利用喷播机将混合含有草籽、粘合剂、肥料、保水剂、绿色颜料、纤维素以及松软的适量有机物和水等配制而成的粘性浆体喷射到边坡上。由于喷下的草籽有明显的颜色，所以不会遗漏、不重复。本边坡每平方米用纸浆100g，保水剂25g，混合草种30～40g，粘合剂5g。挂椰纤维网和草种喷播两种工序可以颠倒。挂完椰纤维网后要进行坡顶和平台的浆砌片石施工，将坡顶和平台部分的铁丝网和椰纤维网压住。2.6覆盖无纺布 在椰纤维网外加盖一层无纺布（每平方米15g）。无纺布能起保湿、保温及防止种子被冲刷的作用，无纺布覆盖时应用U型钉固定，注意不留接缝。无纺布覆盖后应注意观察种子发芽和生长情况，待草种功能叶生长稳定后，要及时撤除无纺布。2.7养护管理 养护50天，以喷灌水为主，经常保持土壤湿润，促进种子发芽和快速生长覆盖。3 工程防护与绿化效果3.1绿化效果 喷射施工完毕后6天，混合植物种子中冷季型草种优先发芽，随继其他草种陆续发芽，由于采用了混合植物种子的合理搭配，植物在抗旱和抗病虫方面表现出良好的性能，50天后绿草成坪，完全覆盖岩石坡面，此后基本不必人工养护，可以自然生长。3.2防护效果 待边坡前期养护完毕后，植物根系已经将基材和岩面紧紧相连，能抵抗暴雨冲刷，通车半年多来，该段边坡未发现任何病害。4 经济效益和社会效益分析 从表1可以看出，在防护功能同等条件下，厚层基材喷射法与其它防护措施比较具有造价较低、养护费用少等优点；同时其相对于其它防护类型的社会效益：如涵养水源，改善气候，吸毒滞尘等更是无法估量。 经济效益比较 表1编号 措 施 综合单价 主要适用范围1 浆砌片石A型护坡 200元/m3 稳定石质边坡2 浆砌片石护面墙，厚约0.5～1.5m 250元/m3 土、石质边坡3 浆砌片石护坡，厚约0.3m 250元/m3 土质边坡，封闭作用4 挂网喷混凝土，厚约0.08m 130元/m2 石质边坡，封闭作用5 预应力锚索，长约20m 450元/m 无放坡条件，岩石破碎6 混喷植草，厚约0.06～0.1m 80～100元/m2 较软石质边坡7 厚层基材喷射，厚约0.1m 140元/m2 较硬石质边坡8 三维植被网植草 23～28元/m3 填土、填砂路堤9 液压种子喷播 5～10元/m3 填土路堤5 结语5.1该段边坡在施工完毕后得到了参建各方的一致认可，收到了预期的效果，为推广生态护坡技术在江西高速公路中的应用起着重要作用。5.2厚层基材喷射绿化技术同时适用于混凝土边坡，为已建高速公路混凝土边坡拓宽了绿化手段。5.3基材喷射绿化尚无部颁定额和施工规范，建议有关部门进行补充。5.4基材防护绿化技术成功的关键是基材的配方，因此其配方有待进一步研发，以便更有利于植物的长期生长。

参考文献[1]中国岩土锚固工程协会.岩土锚固新技术.[2]舒翔等.生态工程在高速公路岩石边坡防护工程中的运用.公路.2001,(7).[3]许文年等.工程边坡绿化技术初探.三峡大学学报.2001,(6).[4]金岚.环境生态学