新型生態防護技術處理軟巖邊坡的適用性研究

黃振沖 勞褀

由于傳統的掛網噴混和漿砌片石封閉護坡技術的持續性和生態效果達不到公路邊坡的功能需求，文章對處理軟巖邊坡的新型生態防護技術進行模擬實驗分析，研究其在高速公路邊坡防護中的適用性，以期應用于高速公路建設實踐，為提高高速公路安全指數以及環保性能提供有效保障。

新型生態防護技術;軟巖邊坡;高速公路;適用性

U416.1+4A090263

0?引言

經調查，廣西高速公路每年因軟巖邊坡引起的垮塌事故不計其數，發生在建設期的工程變更數量多，在運營期的維護費用高，造成的經濟損失很大。為了提高高速公路軟巖邊坡防護的長期性和生態性效果，本文主要以廣西陽朔至鹿寨高速公路K53+335～K61+400段落共8處軟巖邊坡處治為例，圍繞軟巖邊坡新型生態防護技術進行研究分析，以便為軟巖邊坡工程問題的處治提供參考。

1?軟巖邊坡新型生態防護技術涉及的相關問題

1.1?技術特點

本文所研究的適用于高速公路軟巖邊坡防護的新型生態技術，主要是采用客土噴播技術將聚合物固化劑水泥漿的固化、防水性能與微生物保水劑的保水、改良性能相結合，通過優化材料成分配比，作用于邊坡防護工程，以達到最佳護坡效果。其中，聚合物固化劑水泥漿主要用于軟巖的防水防護，再加入適量微生物保水劑并運用客土噴播技術施工能有效保持水土，為植物生長創造良好的基礎環境。經驗證，當聚合物固化劑水泥漿的聚灰比為1時，其疏水性能、粘結強度、防水性最佳，而微生物保水劑的最佳摻量則為0.5%，在配置材料時可以作為參考。

1.2?技術實施基本原則

在為軟巖地質區域的高速公路邊坡搭建有效的綠色生態防護屏障過程中，有些基本原則是必須要遵循的，主要包括：

（1）以穩定邊坡為根本目標。在綠色生態防護的設計和施工過程中，執行“開挖一級，防護一級，綠化一級”的理念，應以穩定邊坡、保障公路整體使用質量為根本目標，同時兼顧環保效能。

（2）因地制宜地制定計劃方案。應根據邊坡地段的軟巖類型、坡度和坡高等地質特征以及氣候、降水等綠植生長環境來選擇適宜的防護方式，搭配相宜的綠色植物，以確保計劃方案在實施中與實際環境相契合，使綠色防護生態群得以良好生長，充分發揮其固土保水作用。

（3）合理配制種植土。配以適合植物生長的種植土是搭建有效的邊坡生態防護的前提條件。由人工制配而成的種植土主要由固、液、氣三相物質組成，在配制時應反復試驗和調整土壤、肥料等材料組成的固體物質的孔隙覆蓋率，以及孔隙內填充空氣和水分的比例，選擇最適宜植物生長的種植土配比結構。

（4）注重降雨的作用。自然界的降雨自天空落到軟巖邊坡上，受重力作用會對邊坡造成一定的濺蝕，而除部分雨水經由孔隙滲透到地下外，其余都會由高向低流淌，形成地表徑流，對邊坡形成不可忽視的沖刷破壞。沖刷力（F）計算公式為：F=m·g·sinɑ（其中：m為降雨質量;g為重力加速度;ɑ為坡角）。因此在建立軟巖邊坡生態防護系統時必須充分考慮降雨的沖刷作用，確保防護體系有足夠的抗雨水侵蝕能力。

2?適應性模擬實驗

2.1?實驗模型制作

2.1.1?軟巖樣本選擇

本實驗選取某公路邊坡施工現場較為典型的泥巖、頁巖兩類軟巖土樣作為樣本，并對兩種軟巖土樣的性質特點進行了分析：泥巖主要是由泥巴和黏土經固化作用形成的，空隙大、吸水性強，因而抗水軟化和抗崩解性能差;頁巖則是由沉積的黏土受壓力和溫度作用而形成的，組成結構中的黏土和碎屑成分使其具有易風化、遇水易崩解、巖層易分裂的特點。兩種類型的軟巖都不能滿足公路邊坡的強度和質量要求，必須采取邊坡防護措施。

2.1.2?模型設計

設計制作三種坡度分別為1：0.75、1：1和1：1.5，寬、高均為1 m的模型，并分別標記為模型a、b、c，然后將每個模型的坡面平均劃分成相同的兩部分，分別用（1×0.5×0.2） m的籃子將泥巖、頁巖樣本按照統一順序，固定到每個模型劃分好的坡面上（見表1和圖1）。

2.2?模擬護坡施工

在制作好的模型上采用新型生態防護技術進行邊坡防護模擬施工。具體步驟如下：

（1）清理平整坡面、測量放線。仔細平整坡面，確保每個區域的坡面無明顯凹凸，使用測量儀器確定錨釘網格間距為1.0 m×1.0 m。

（2）噴涂固化材料。在所有模型的坡面上噴涂一遍配制好的苯丙乳液固化劑水泥漿，養護7 d后，再噴涂一遍。

（3）錨釘錨固鐵絲網。待第二次噴涂的苯丙乳液固化劑水泥漿完全凝固后，在坡面上用錨釘錨固一層鍍鋅鐵絲網。選用14#鐵絲網，掛網施工時采用自上而下放卷，相鄰兩卷鐵絲網交接處至少要求有10 cm的重疊，用直徑≥2 mm的鐵絲連接固定，并采用混凝土墊塊來調節，使金屬網與坡面的距離保持在5～7 cm。錨釘施工的內容是鉆孔、注漿和插錨釘，選用16 mm螺紋鋼，錨釘插入角度應盡量垂直于坡面，露出坡面的長度全部為10 cm，在5～7 cm處采用鐵絲將其與鐵絲網綁扎固定。施工完畢后注意檢查坡面并將坡面上的漿液等雜物清理干凈。

（4）噴播施工。分步驟對客土和配制好的草種（主要包括高羊茅、黑麥草、狗牙根、百喜草、糖蜜草等進行組合配比）進行噴播。①將混合了營養土、黏土和膠結質的客土均勻地噴涂在各區掛好鍍鋅鐵絲網的坡面上，平均厚度控制在10 cm（噴播分為三層：厚3 cm的含150 g/m2水泥的砂性黏土下基層;厚4 cm的植被混凝土拌合物上基層;厚3 cm的含草種不含混凝土面層），注意要將鐵絲網完全覆蓋。②將草種、肥料、微生物保水劑等材料混合后噴播在模型邊坡表面。③在邊坡表面用土工織物覆蓋，以防止雨水沖刷造成水土流失。在施工過程中，噴植時噴槍口距坡面1 m左右，噴槍與坡面的夾角應盡量垂直，嚴禁仰噴，不允許漏噴，噴植次序從上到下，噴植完畢后表面應光滑平整。

（5）養護。在完成噴播施工后立即進行第一次養護，采用無紡布等進行覆蓋保鋪，強制養護期為噴植結束后60 d。期間根據氣候及天氣情況適時進行澆水、施肥，并視出芽情況進行有效補植，待草覆蓋坡面后，方可進入常規養護。

3?模擬測試及驗證

3.1?降雨沖刷測試

在模擬邊坡上的植物生長發育到90 d時，對各模擬邊坡進行抗沖刷能力測試。試驗步驟如下：

（1）對各模擬邊坡區域澆入足夠的水，確保模擬邊坡完全濕透。

（2）采用人工噴水的方式并分三種強度模擬自然降雨5 min，然后收集各試驗區的降雨沖刷水量各500 ml，并各取其中250 ml，采用燒干的方式檢測含泥量（A）。

（3）分析計算各相關數據包括單位面積沖刷量。單位面積沖刷量C=（2A×總收集沖刷水量）/實驗面積。降雨面積就是各模擬區內綠植的面積，降雨量可用水表和轉子流量計來測得。

（4）對收集到的降雨數據進行分析，降雨強度與單位時間、單位面積沖刷量的關系如圖2所示。

從圖2中可以看出，邊坡坡面在單位時間和單位面積的沖刷量隨著降雨強度的變化而變化，大致與之成正比關系。對不同坡度區域的沖刷情況曲線圖進行對比，可發現在同樣的降雨強度作用下，沖刷量隨著坡度的增加而增加，且不同坡度、不同軟巖類型在同樣降雨條件下的關系曲線走向和起伏基本一致。據此可以得出結論：雖然在同一防護條件下，降雨沖刷量會因坡度的不同有所變化，但新型生態防護技術在不同坡度和不同的軟巖類型條件下，對邊坡的防護強度基本一致，不會有大的變化，因此能較好地適用于不同坡度、不同類型的軟巖邊坡防護工程。

3.2?植物生長觀測

定期對a、b、c三個模型邊坡坡面植物的生長進行觀測，詳細記錄其植株高度、根長等主要參數，形成檔案。某次觀測情況部分記錄如表2所示。

根據表2可知：相同環境條件下各邊坡模擬實驗區植物生長情況基本相同，長勢良好。說明聚合物固化劑層面對植被的生長并未造成影響，且能為植被生長力所穿透，植物根系深入到巖層內部，相當于對軟巖又增加了一層加固防護。

4?結語

通過對模擬軟巖邊坡施以聚合物固化劑與改進的客土噴播技術相結合的新型生態防護技術進行處理，根據降雨沖刷測試及植物生長觀測等實驗結果分析得出以下結論：

（1）軟巖邊坡新型生態防護技術可用于各種不同坡度、不同軟巖類型的邊坡防護，且效果都比較好，因此對不同軟巖地質的高速公路邊坡防護建設具有良好的適用性。

（2）軟巖邊坡新型生態防護技術所含的聚合物固化劑層不會影響植被生長，反而能夠加強植被對邊坡的鎖水和固結作用，在為植物生長創造有利環境的同時提升對邊坡的防護能力。

（3）軟巖邊坡新型生態防護技術是一種集保水、固土、環保三大功能于一體，充分利用聚合物固化劑水泥漿和微生物保水劑的優越性能的綜合性技術，能在有效處理軟巖邊坡問題的同時兼顧環保效益。

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