新型生態(tài)防護(hù)技術(shù)處理軟巖邊坡的適用性研究

黃振沖 勞褀

由于傳統(tǒng)的掛網(wǎng)噴混和漿砌片石封閉護(hù)坡技術(shù)的持續(xù)性和生態(tài)效果達(dá)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(tài)防護(hù)技術(shù)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)分析，研究其在高速公路邊坡防護(hù)中的適用性，以期應(yīng)用于高速公路建設(shè)實(shí)踐，為提高高速公路安全指數(shù)以及環(huán)保性能提供有效保障。

新型生態(tài)防護(hù)技術(shù);軟巖邊坡;高速公路;適用性

U416.1+4A090263

0?引言

經(jīng)調(diào)查，廣西高速公路每年因軟巖邊坡引起的垮塌事故不計(jì)其數(shù)，發(fā)生在建設(shè)期的工程變更數(shù)量多，在運(yùn)營期的維護(hù)費(fèi)用高，造成的經(jīng)濟(jì)損失很大。為了提高高速公路軟巖邊坡防護(hù)的長期性和生態(tài)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(tài)防護(hù)技術(shù)進(jìn)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(tài)防護(hù)技術(shù)涉及的相關(guān)問題

1.1?技術(shù)特點(diǎn)

本文所研究的適用于高速公路軟巖邊坡防護(hù)的新型生態(tài)技術(shù)，主要是采用客土噴播技術(shù)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(jié)合，通過優(yōu)化材料成分配比，作用于邊坡防護(hù)工程，以達(dá)到最佳護(hù)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(hù)，再加入適量微生物保水劑并運(yùn)用客土噴播技術(shù)施工能有效保持水土，為植物生長創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)環(huán)境。經(jīng)驗(yàn)證，當(dāng)聚合物固化劑水泥漿的聚灰比為1時，其疏水性能、粘結(jié)強(qiáng)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(shù)實(shí)施基本原則

在為軟巖地質(zhì)區(qū)域的高速公路邊坡搭建有效的綠色生態(tài)防護(hù)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(wěn)定邊坡為根本目標(biāo)。在綠色生態(tài)防護(hù)的設(shè)計(jì)和施工過程中，執(zhí)行“開挖一級，防護(hù)一級，綠化一級”的理念，應(yīng)以穩(wěn)定邊坡、保障公路整體使用質(zhì)量為根本目標(biāo)，同時兼顧環(huán)保效能。

（2）因地制宜地制定計(jì)劃方案。應(yīng)根據(jù)邊坡地段的軟巖類型、坡度和坡高等地質(zhì)特征以及氣候、降水等綠植生長環(huán)境來選擇適宜的防護(hù)方式，搭配相宜的綠色植物，以確保計(jì)劃方案在實(shí)施中與實(shí)際環(huán)境相契合，使綠色防護(hù)生態(tài)群得以良好生長，充分發(fā)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(tài)防護(hù)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(zhì)組成，在配制時應(yīng)反復(fù)試驗(yàn)和調(diào)整土壤、肥料等材料組成的固體物質(zhì)的孔隙覆蓋率，以及孔隙內(nèi)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(jié)構(gòu)。

（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(jīng)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(jì)算公式為：F=m·g·sinɑ（其中：m為降雨質(zhì)量;g為重力加速度;ɑ為坡角）。因此在建立軟巖邊坡生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)時必須充分考慮降雨的沖刷作用，確保防護(hù)體系有足夠的抗雨水侵蝕能力。

2?適應(yīng)性模擬實(shí)驗(yàn)

2.1?實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谱?/p>

2.1.1?軟巖樣本選擇

本實(shí)驗(yàn)選取某公路邊坡施工現(xiàn)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(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行了分析：泥巖主要是由泥巴和黏土經(jīng)固化作用形成的，空隙大、吸水性強(qiáng)，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(jié)構(gòu)中的黏土和碎屑成分使其具有易風(fēng)化、遇水易崩解、巖層易分裂的特點(diǎn)。兩種類型的軟巖都不能滿足公路邊坡的強(qiáng)度和質(zhì)量要求，必須采取邊坡防護(hù)措施。

2.1.2?模型設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)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(biāo)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(tǒng)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(hù)坡施工

在制作好的模型上采用新型生態(tài)防護(hù)技術(shù)進(jìn)行邊坡防護(hù)模擬施工。具體步驟如下：

（1）清理平整坡面、測量放線。仔細(xì)平整坡面，確保每個區(qū)域的坡面無明顯凹凸，使用測量儀器確定錨釘網(wǎng)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(yǎng)護(hù)7 d后，再噴涂一遍。

（3）錨釘錨固鐵絲網(wǎng)。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(wǎng)。選用14#鐵絲網(wǎng)，掛網(wǎng)施工時采用自上而下放卷，相鄰兩卷鐵絲網(wǎng)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(diào)節(jié)，使金屬網(wǎng)與坡面的距離保持在5～7 cm。錨釘施工的內(nèi)容是鉆孔、注漿和插錨釘，選用16 mm螺紋鋼，錨釘插入角度應(yīng)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(wǎng)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(jìn)行組合配比）進(jìn)行噴播。①將混合了營養(yǎng)土、黏土和膠結(jié)質(zhì)的客土均勻地噴涂在各區(qū)掛好鍍鋅鐵絲網(wǎng)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(wǎng)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(yīng)盡量垂直，嚴(yán)禁仰噴，不允許漏噴，噴植次序從上到下，噴植完畢后表面應(yīng)光滑平整。

（5）養(yǎng)護(hù)。在完成噴播施工后立即進(jìn)行第一次養(yǎng)護(hù)，采用無紡布等進(jìn)行覆蓋保鋪，強(qiáng)制養(yǎng)護(hù)期為噴植結(jié)束后60 d。期間根據(jù)氣候及天氣情況適時進(jìn)行澆水、施肥，并視出芽情況進(jìn)行有效補(bǔ)植，待草覆蓋坡面后，方可進(jìn)入常規(guī)養(yǎng)護(hù)。

3?模擬測試及驗(yàn)證

3.1?降雨沖刷測試

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

（1）對各模擬邊坡區(qū)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(qiáng)度模擬自然降雨5 min，然后收集各試驗(yàn)區(qū)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(jì)算各相關(guān)數(shù)據(jù)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(shí)驗(yàn)面積。降雨面積就是各模擬區(qū)內(nèi)綠植的面積，降雨量可用水表和轉(zhuǎn)子流量計(jì)來測得。

（4）對收集到的降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，降雨強(qiáng)度與單位時間、單位面積沖刷量的關(guān)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(qiáng)度的變化而變化，大致與之成正比關(guān)系。對不同坡度區(qū)域的沖刷情況曲線圖進(jìn)行對比，可發(fā)現(xiàn)在同樣的降雨強(qiáng)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(guān)系曲線走向和起伏基本一致。據(jù)此可以得出結(jié)論：雖然在同一防護(hù)條件下，降雨沖刷量會因坡度的不同有所變化，但新型生態(tài)防護(hù)技術(shù)在不同坡度和不同的軟巖類型條件下，對邊坡的防護(hù)強(qiáng)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(hù)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(jìn)行觀測，詳細(xì)記錄其植株高度、根長等主要參數(shù)，形成檔案。某次觀測情況部分記錄如表2所示。

根據(jù)表2可知：相同環(huán)境條件下各邊坡模擬實(shí)驗(yàn)區(qū)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(nèi)部，相當(dāng)于對軟巖又增加了一層加固防護(hù)。

4?結(jié)語

通過對模擬軟巖邊坡施以聚合物固化劑與改進(jìn)的客土噴播技術(shù)相結(jié)合的新型生態(tài)防護(hù)技術(shù)進(jìn)行處理，根據(jù)降雨沖刷測試及植物生長觀測等實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出以下結(jié)論：

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

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

（3）軟巖邊坡新型生態(tài)防護(hù)技術(shù)是一種集保水、固土、環(huán)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(yōu)越性能的綜合性技術(shù)，能在有效處理軟巖邊坡問題的同時兼顧環(huán)保效益。

[1]王?玲，李?軒，張?jiān)儆?公路邊坡水土保持草種引種實(shí)驗(yàn)研究[J].湖南林業(yè)科技，2001，28（2）：35-39.

[2]馬生麗，孫?凡，汪亞峰.保水劑對土壤水分蒸發(fā)的影響研究[J].重慶文理學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，31（3）：62-66.

[3]周?琳.高速公路邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)研究[J].公路，2005，3（9）：185-187.

[4]連鎮(zhèn)營，韓國城，孔憲京.強(qiáng)度折減有限元法研究開挖邊坡的穩(wěn)定性[J].巖土工程學(xué)報，2002（23）：407-411.