石質高陡邊坡柔性生態防護技術

何 飛，耿 林，管 勇，王 青，郝勝優

[1.青島地質工程勘察院(青島地質勘查開發局)，山東 青島 266071；2.自然資源部濱海城市地下空間地質安全重點實驗室，山東 青島 266101]

我國是多山國家，山區鐵路的路基工程高填深挖地段較多，挖方高邊坡部分出露為強風化—弱風化基巖，陡坡高填方地段由于要控制路基的不均勻沉降和避免侵占自然溝谷，因此一般采用水穩定性好的風化巖塊填料填筑。高陡石質挖方邊坡通常采用厚層基材客土植生進行綠化，因其基材厚度較薄，故存在植被生長不均勻、成活率低、易退化、長期景觀效果差等缺點；而高陡石質填方邊坡目前主要采用漿砌片石或鋼筋混凝土護面[1]，其剛性防護影響周邊生態景觀，與國家推進綠色通道建設的要求不相符。為此，經過不斷研究改進，采用針對石質高陡邊坡的柔性生態防護技術，來提升邊坡整體的穩定性和生態綠化景觀質量，取得了較好的效果。

1 技術工藝原理分析

石質高陡邊坡柔性生態防護技術采用“錨桿(錨索)、框架梁、土工格柵加筋加固結構+三角內摩擦緊鎖結構+柔性生態材料”，構成了復合穩定的綠色生態邊坡防護系統，框架梁或土工格柵加筋對穩定巖質邊坡起主要作用，使邊坡加固與水土保持及坡面綠化一次完成，是集邊坡穩定加固、水土保持、美化環境等眾多優點為一體的邊坡防護新技術[2]。

2 技術優點

(1)邊坡結構穩定。框架梁、錨桿(錨索)對挖方邊坡巖體的錨固及分層鋪設的土工格柵加筋對土體側向位移的限制作用，使邊坡加固結構與坡體連接形成一個整體，且加固結構與坡體的變形協調，確保了石質邊坡的穩定。

(2)對邊坡的適應性好。由填充植生土的生態袋堆碼而成的生態邊坡，因其袋體具有柔性而對邊坡形狀和剛性加固結構有很好的適應性。

(3)綠化持續時間長、效果好。柔性生態邊坡采用厚度不小于30 cm，摻加中粗砂、肥料、保水劑等增強整體透水性、保水性的生態袋堆碼而成，其供植被生長的土壤厚實，水分、營養成分形成具有自循環的良性體系，便于管理，減少了后期維護費用，綠化效果好，生態環保效益高。

(4)施工簡便、耐久性好。柔性生態材料單體質量輕，僅需要小型人工夯實設備，不需要大型施工機械配合，施工簡單輕便，易于掌握；生態袋采用以聚丙烯為原材料的雙面熨燙針刺無紡布制作而成，抗紫外線，耐久性好。

3 施工工藝流程及技術要點分析

施工工藝流程為：施工準備→路塹邊坡修整，錨桿(錨索)和鋼筋混凝土框架梁施工→底部基礎層施工→植生土拌制及生態袋填裝→鋪設生態袋→植物的選擇和種植→植被養護。具體技術要點如下。

3.1 施工準備

在進行錨桿(錨索)、框架梁、土工格柵加筋聯合柔性生態材料邊坡防護等各項分部工程施工前，應編制完成施工圖設計，做好施工設備、人員、材料等相關準備工作。

3.2 路塹邊坡修整，錨桿(錨索)和鋼筋混凝土框架梁施工

巖質路塹坡面按照設計要求預先進行錨桿鉆孔施工，再安裝錨桿(錨索)(見圖1)。鉆孔與水平面夾角為15°～20°，錨孔孔徑不小于42 mm，鉆孔后在每一孔位處鑿口徑20 cm、深15 cm的凹坑，然后將錨桿從中部彎折成等長的兩根并列放置于鉆孔內，彎折端呈環形外露于凹坑中，再采用φ16 mm鋼絲繩進行錨固，鋼絲繩中間呈“人”字形從錨桿外露彎折端內穿過，兩端彎曲成環形套住錨桿外露彎折端，連接處用2個U形卡扣上牢(見圖2)。錨孔注漿材料為M30砂漿，錨桿末端凹坑采用C25細石混凝土封閉。然后刻槽開挖，澆筑鋼筋混凝土框架梁。為確保支撐繩張拉后盡可能緊貼地表，安裝縱橫向支撐繩(橫向φ16 mm鋼絲繩，縱向φ12 mm鋼絲繩)時采用緊線器或手拉葫蘆張拉，拉緊后兩端與錨桿外露套環固定連接。采用D0/08/300/4 m×4 m型鋼絲繩網(長4 m、寬4 m)從上向下鋪設并縫合，用φ8 mm鋼絲繩作為縫合繩，配合U形卡扣與套環進行固定連接。采用S0/2.2/50/2.25/10.02型鋼絲格柵網(長10.02 m、寬2.25 m)從上向下鋪掛，格柵網間重疊寬度≥2.5 cm，兩張格柵網間的縫合及格柵網與支撐繩間用φ8 mm鋼絲繩進行扎結(見圖3)。高空作業時必須采用安全繩、安全帶等措施，加強對作業人員和坡面作業機具的保護。

圖1 錨桿安裝示意

圖2 鋼絲繩安裝示意

圖3 鋼絲繩網安裝示意

在路塹石質坡面堆碼生態袋之前，應先處理好邊坡局部超挖、欠挖問題和坡面松動巖石(加以固定或清除)。對深度10 cm以內的局部超挖、欠挖現象可不予處理，適當調整植生袋厚度以保證坡面平整；對深度10 cm以上較大超挖部位，先采用漿砌石填平，再進行生態防護[3]，欠挖部位或尖棱狀物體采用鑿除或鑿平處理。

硬質巖渣路堤邊坡在填筑時，應按照設計要求逐層鋪設分層加筋的土工格柵，坡面包裹體堆碼應平順，并用反包土工格柵分層固定連接扣。

3.3 底部基礎層施工

框架梁內在生態袋底部用黏性土填平三角區，并埋設連接扣，做成向外4%的排水坡，以便固定生態袋和順利排出坡面積水；路堤坡腳在整平夯實地面后，填鋪一層厚度5～20 cm的碎石(直徑2～4 cm)基礎層或者漿砌寬0.5 m、高0.3 m的基礎，使生態袋底面平整。

3.4 植生土拌制及生態袋填裝

在施工現場就地取土拌制植生土，土料要符合植物生長需要，并加入保水劑(約50 g/m3)、肥料(13～20 g/m3復合肥)、中粗砂(摻入40%)等摻和料，以防止植生土板結，增加透水性，然后裝填生態袋，填充量和密實度要均勻[4]。

生態袋封口：采用綁扎帶或手提縫紉機縫線進行封口，封口要牢固，以免生態袋在搬運、碼垛等工序過程中發生袋口松脫、植生土漏灑等。綁扎帶及縫線均由高強度、抗紫外線的材料制作而成。

3.5 鋪設生態袋

3.5.1 底層生態袋安裝施工

鋪設底層生態袋前，在每個生態袋中間的基礎層頂面安放一個連接扣以便固定生態袋，然后鋪設底層生態袋，拉平袋子，使生態袋一個緊貼一個排列[5]。在底層正確安置好后，用黏性土(或碎石)回填生態袋與坡面間的空余部位，夯(壓)實生態袋及回填土以防止底部基礎層與生態袋移動。

3.5.2 中上部生態袋安裝施工

中上部生態袋相互之間用連接扣固定，采用“品”字形放置，連接扣放置于底層兩個生態袋之間且位于上層生態袋中間位置，生態袋內均已添加植生土，通過外力搖動生態袋，確保連接扣完全穿透生態袋，形成穩定牢固的連接。通過小型夯實機具(或人工)夯實來達到生態袋間互鎖緊固，確保連接扣和生態袋間的良好連接[6]。用拍子對生態袋外面進行拍打，使其看起來更平整、美觀。

3.5.3 生態袋安裝要點

相鄰兩層生態袋的安裝順序：①掛線鋪設一層生態袋，用小型夯實機具夯實；②連接扣對應位置處的生態袋上抹適量膠黏劑，放置連接扣使它跨騎兩個生態袋；③在連接扣上再抹適量膠黏劑，安裝第二層生態袋并夯實。用同樣的方式重復上述步驟，建造整個復合穩定的生態邊坡(見圖4)。

圖4 生態袋安裝施工

生態袋通過連接扣連接，形成穩定的三角內摩擦緊鎖結構，優化設計的倒鉤棘爪結構將生態袋緊密連接。連接扣上下面棘爪數量的分配和位置的分布，能將集中應力合理分散，在力學上更加科學；連接扣上下采用凹槽設計，加大了連接扣表面與生態袋之間的摩擦力[7]。生態袋水平間距、大小綜合考慮了項目植被根系生長特點，保證植被根系的無障礙生長和穿透，確保不同植被根系交織穿插，與周邊高陡邊坡有機融為一體，是柔性邊坡設置整體結構安全穩固的重要因素。植物根系通過生態袋進入工程基礎土壤中，加強了植生袋與高陡巖質邊坡的緊密連接，增強了整體穩定性，隨著時間推移，整體牢固性加強，進一步實現了建造穩定性永久邊坡的目的，降低了危巖邊坡維修、維護費用。

為確保生態袋之間互鎖牢固，生態袋放置好以后，需沿著生態袋夯實，夯實后保證同一層生態袋位于同一水平線上，由底層向上層逐一進行施工。生態袋擺放自下而上形成坡度大于5%斜坡，以便于平臺排水、快速濾水，減少靜水壓力。

3.6 植物的選擇和種植

生態袋植被的選擇可以根據當地環境條件，選擇根系發達、耐旱、耐寒、適應性強并兼顧景觀綠化的草本、木本等植物品種。噴播混合物含有一定比例的有機纖維、精選優質植物種子、肥料、黏合劑，噴播后覆蓋透氣無紡布，并定期灑水養護。噴播時混合物用量可參考如下：有機纖維，350～450 g/m2；復合肥(N∶P∶K=1∶1∶1)，200 g/m2；黏合劑為石化系列乳劑，8～12 g/m2；草種，25 g/m2。

3.7 植被養護

各種植被種植完后需澆透第一次水，植被后期澆水需根據季節、天氣、土壤、植被品種習性等因素綜合確定。喬灌木澆水量一般為1 L/株，且應在播種后持續澆水1個月左右，在夏季為防止過度蒸騰及保證澆灌效果，每日澆水時間最好在上午10時前或下午4時后進行。

對由于破壞、缺苗等引起的植被缺失應及時補植，以確保整體綠化完整、無裸露部分。補充植被需與原種植植被相同，可以適當密植，補植后加強維護，保證1個月內覆蓋率達到95%以上。

4 施工質量控制措施

①生態袋應安放于安全、潔凈的工地倉庫，不可長期受陽光暴曬；開工前會同甲方人員和監理工程師對產品進行檢查驗收，查驗產品的出廠合格證。②生態袋按照填充標準進行填充，填充用土必須要級配良好，適合并滿足植物生長需要。③坡面堆疊應掛線施工，堆碼嚴格按照設計要求進行；基礎開挖前應做好放線測量工作，放線按照設計要求還需加足工作面尺寸，基礎輪廓線放出后報請現場工程師檢查合格后方可開挖。④堆碼后生態袋要求擺放平整，連接扣要求扣入生態袋內，使生態袋之間緊密連接成一個牢固的整體，扎口帶和線縫結合處靠內擺放或盡量隱蔽，以達到整齊美觀的效果；生態袋堆碼后夯實、整平即可，不要夯得太密實，以適合植物生長且不會沉降過大。⑤填方地段坡頂封頂時，生態袋垂直坡面鋪設，并鋪放防水膜，生態袋嵌入坡面實體不小于20 cm，以封閉坡面，控制地表水下滲；為確保生態袋的使用壽命，生態邊坡堆碼完后要盡快綠化，以避免生態袋長期受陽光暴曬。⑥生態袋柔性防護綠化成活率要高于90%，并注重保肥、保水及病蟲害防治，對植被裸露區域要及時進行補植。

5 安全措施及監測

監測邊坡穩定性：收集高陡石質邊坡設置的坡面變形觀測樁、測斜孔、柔性位移計、壓力盒、應變計、錨索(錨桿)軸力計等測量裝置的監測、分析資料，當邊坡變形或加固結構受力出現異常時，應停止施工。

加強施工坡面檢查：施工過程中，對施工完成坡面進行經常性檢查，防止因袋體充填不密實、堆碼不平順、袋體與邊坡或袋體間連接不牢靠而引起柔性生態袋的沉降位移或順坡面滾落可能產生的袋體傷人事故。

6 結 語

柔性生態邊坡防護技術使用的土、砂、生態袋、連接扣等都是環保材料，對環境沒有污染，植被選擇可多樣化，有利于生態系統的快速恢復并還原成自然狀態。柔性生態邊坡防護技術解決了高陡石質邊坡特別是高陡石質填方邊坡的綠色通道建設難題，大大提高了人工植被的成活率、景觀綠化效果的可持續性及植物的多樣性，具有很好的生態效益。