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中图分类号: TB
文献标识码: A
文章编号: 16723198(2013)06017901
高边坡设计是在外业调查结合勘探的基础上,以保障坡体总体稳定与安全为原则,对高边坡防护加固工程进行预设计,实现经济合理安全可靠的目标。
1 坡形坡率设计原则
坡形坡率设计的总体原则为:在设计坡体路段的斜坡地形地貌、地层岩性、风化破碎程度、坡体结构特征、以及坡体地下水与其场区地质构造的作用和影响等环境背景条件的基础上,通过合理的坡形坡率设计维持路堑边坡的稳定与安全,受到地形地质等条件限制而不能维持路堑边坡的稳定时,设计采用必要的支挡或加固工程措施达到设计目的和工程要求。遇到滑坡等不良地质路段设计采用滑坡治理等工程要求进行综合的路堑边坡工程防护加固设计。
(1)台阶高及平台宽:边坡一般为台阶式,台阶间高度一般不超过10米 ,地质条件较好且经过验算安全的可延长至12m 左右;台阶间的平台宽度通常为2m,根据地形及地质情况经过设计验算安全系数达不到要求的采用5-10米的宽平台,且最终验算安全系数满足要求。
(2)边坡坡率:微风化岩石一般采用1∶0.25或者1∶0.3的边坡率,中风化岩石大致采用1∶0.50的边坡率,碎块状强风化岩石多采用1∶0.75的边坡率,砂土状强风化多采用1∶1的边坡率,粘土及其它残积土采用不陡于1:1的边坡率。其中,对于软质岩层采用相对较缓的坡率,对于硬质岩层采用相对较陡的坡率,对于极软岩或易滑岩组可以结合自然边坡形态和土石方平衡原则进一步放缓边坡坡率或加设宽平台,对于自然斜坡地形较陡的 “扒山皮”刷方可以在保障单级边坡安全的前提下放陡坡率结合锚索锚杆等进行强加固设计。
2 边坡防护设计原则
为防止边坡在施工及运营过程中发生坡体变形破坏,对边坡主要采用如下防护方案。
2.1 坡面变形防护
微风化及以上边坡:以近于0.25的坡率设计,适宜绿色防护;
中~微风化边坡:以0.25~0.5的坡率设计,挂网喷砼防护、砌石防护或不防护;
碎块状强~中风化岩体:坡率0.5~0.75,护面墙防护;
全风化~砂土状强风化边坡:0.75~1的边坡率,骨架防护或TBS镀锌网植草灌防护;
坡残积层:坡率1.0~1.25,拱型骨架防护、CF网植草灌防护或喷播植草灌防护;
松散土层:坡率1.25~1.5,网格骨架或喷播植草灌防护。
防护措施均采用绿色防护,尽量采用本土化草种,并做到草灌结合。
2.2 浅层变形防护
对中~微风化岩体采用系统锚杆防护;
对土层及强风化岩体采用锚杆框架梁防护。
2.3 块体变形防护
采用锚杆预应力为250-350kN的预应力锚杆框架梁防护。
2.4 深部变形防护
采用450-750kN预应力锚索框架梁及墩垫防护为主。
2.5 坡脚应力集中防护
中图分类号:U416 文章编号:1009-2374(2016)04-0108-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2016.04.054
在全国经济迅速发展的背景下,贵州省的经济发展也不甘落后,取得了可喜的成绩,为了进一步促进经济的发展,建立完善的公路网已经是大势所趋。不过,该省的相当大一部分地区的地形都是崎岖不平的,这给高速公路的建设带来一系列的困难。虽然建设路基高边坡可以有效解决这一问题,但是如果在勘察设计和施工中处理的过程中稍有不慎,就有可能造成山体滑坡等严重的地质灾害,这在一定程度上会使得原本就复杂而又脆弱的地质条件遭到严峻的挑战,破坏生态环境。综合上述情况,在整个公路网建设的过程中对高边坡点的特有勘察和设计工作的要求就非常高了,同时也要加强对施工过程的管理。
1 高边坡防护的勘察与设计要求
国家在公路建设方面的法律条令指出:土质挖方边坡的高度不能少于20米,岩质挖方边坡的高度不能低于30米。在对不良地质以及特殊岩土地段进行挖方边坡时,要做出局部细致的勘察和设计。这些规定鲜明地揭示了路堑高陡坡所具有的性质是特殊的。
1.1 高边坡防护工程的勘察
高边坡实施工程的地质以及水文条件是对高边坡防护措施做出正确选择的重要因素,所以首先应该采用有效的方法对高边坡做较为权威的地质勘察,比如钻探以及物探相结合的方法,用以确定边坡附近的地质环境条件;其次对防护施工图进行设计,这样提供给边坡防护设计的数据才是可靠的。第一,要清楚施工地的地形地貌特征。在做这一工作时,我们可以采用测量的方法,使得对其能够有整体的把控,并且要清楚坡向以及路线之间的联系;第二,勘察岩土的特征。目的是要弄清岩土的类型、形成原因以及风化的程度等,在这个过程中可以采用钻探与物探等方法;第三,对主要结构面的勘察。主要是利用调查以及勘探的方法对施工地质进行岩土结构面的勘察,岩土结构面之间的组合关系、力学属性等是主要的研究内容;第四,先进行资料收集,了解相关理论知识,再实地进行钻孔水位操作,理论结合实际,最终得到精确的施工的气象、水文地质条件等所需参数;第五,查清楚不良地质的哪些固有属性会对边坡产生影响,调查内容包括范围以及性质等;第六,对岩土体的物理力学性能进行确定,这是要通过不断的试验才能下定论的;第七,查清坡顶临近建筑的符合能力以及稳定状态等。
1.2 高边坡防护工程的动态设计
在对施工图进行设计时,会对边坡的开挖、防护做出专门的设计,设计的来源是调查的结果。不过这种调查的范围有限,不能逐个点进行排查,因此只能用局部来代替整体,这样由于实际的地形变化又是难以控制的,所以理论和实际之间会存在一定的误差。因此,在施工的阶段要加强对调查结果的可靠性以及防护设计的精确性的分析验证。此时,施工开挖过程实际上是对之前勘察结果的一种补充。再结合实际,将这些信息传达到设计人员,如果在设计过程中需要通过勘察来确定一些信息,那就要及时进行实地勘察,然后对防护方案进行适当调整,以上所述即为动态设计的理念。所谓动态设计,首先是筛选信息施工以及施工勘察所得到的记录结果,然后对地质结构以及设计方案进行科学的分析以及验证。在这个过程中如果发现原来的设计条件变化比较大,就要及时对原先的设计进行修改进而使得设计得以完善。所以,在施工过程中,地质勘查工程师以及设计工程师要确认边坡开挖的实际的地质情况,审核设计所适用的条件的正确性,监理工程师在这一项工作也是不可或缺的。进一步讲,在施工过程中,监理单位要让勘查单位以及设计单位明白这样一个概念:对施工的监督以及管理的配合是非常重要的。
2 高边坡的施工技术的探究
实际操作中,高边坡的施工大部分都是采用逆作法施工的施工方法。具体来讲,就是按照自上而下的顺序,局部进行开挖与防护,这样能够使得开挖与防护同时进行。逆作法施工存在明显的优势,它的开挖幅度小,有效减弱对边坡稳定性的影响,并且它的边坡形变不大,这对附近的建筑也是一种保护;由于它是局部开挖的,因此能够在一定程度上减少边坡的暴露高度以及暴露的时间,做到对坡面的防护及时有效,进而保证它的受力状态处在可以承受的范围内;另外,开挖平台同时也能作为防护平台使用,不需要额外搭建防护的平台以及内部支撑,这样能够省掉大笔的费用。要想使得高边坡防护逆作法取得成功,就必须要将信息化施工、动态设计工作进行落实,此外,管理的强化工作也是必不可少的。
2.1 逆作法施工要点
第一,按照施工设计图放线;第二,依据设计中的边坡的比例以及坡的高度对最高一级的坡进行开挖,然后是对地质情况以及防护设计的参数验证时要根据实际情况进行展开,最后是确认施工安全性并对防护措施以及施工方案进行有效的休整;第三,确定新的方案后,依据新的设计方案进行边坡的开挖;第四,循环操作以上三个步骤,按照从上到下的顺序完成剩余各级边坡的开挖和防护;第五,边坡绿化工作是必不可少的。
2.2 施工监控
在施工期间,做好施工人员的安全保护工作是必不可少的,因此,就要求所建设的防护措施是安全可靠的。一般情况下,会在大型的高边坡施工过程中以及竣工两年内对其采取监控的措施。在施工过程中,除了有相关人员进行日常的安全监督工作,还要对敏感易出现问题的坡体和防护结构等采取额外的监测措施,再结合监测的结果对边坡开挖以及防护结构设计做进一步的完善。监测点的选取应该考虑边坡上稳定性能差、受外界干扰大以及防护结构上受复合力多的部位,这样能够从多方面进行验证,并且相互之间可以进行补充。监测内容主要包括地面的形变以及地表裂缝与地下水位等。为了能够真实地反映边坡的形变以及稳定特征,监理要在施工过程中加强对施工监测的监督以及管理,这样才能给予勘察设计人员真实的信息。
2.3 施工过程
高边坡防护工程与地质环境的联系密切,受多种条件的影响,比如地质、水文、气候环境等。从工程的开始到结束,每一个环节都是紧密联系、相互影响的,不论哪一个环节出现差错都会对其他环节造成严重影响。施工时连接着设计意图和实际产品的重要一环。在这一过程中,一些在勘察阶段隐藏的问题会在开挖过程中凸显出来,也可能会在以后的使用或者维护过程中出现,不容忽视,并且它的每一个程序都会对整个工程的质量产生影响。施工过程的管理模式是:工程实施和施工监控的任务在施工单位的管辖范围内,勘察和设计单位的主要工作是对配合施工单位进行配合,监理单位则是负责对施工过程以及施工的质量进行监督。
3 结语
高边坡防护工程在实际施工过程中会受到水文地质、气候环境以及施工水平等多种因素的影响,而这些问题的解决都需要在施工过程中做好管理工作。高坡防护工程的失败可能是由施工过程中任意的一个小失误引起的。事实证明,高边坡工程的管理工作必须要加强,而且在整个施工过程中都要对此格外重视。此外,还要重视对勘察结果的确认和验证,将动态设计与信息化施工有机结合,最终使得高边坡的防护工作成功实施。
参考文献
[1] 毛耀.浅谈高边坡防护工程的勘察设计与施工[J].贵州工业大学学报(自然科学版),2008,(6).
[2] 曹洪洲.浅谈高边坡压力分散型预应力锚索防护工程施工技术[J].工程质量,2008,(10).
中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:
为了保证 X高速某段高速公路工程修复技术的顺利实施和修复效果的满意,结合本研究段高速公路的填料的特点,对堆积体边坡加固设计方法进行分析,以此来指导X高速某段公路路基工程的施工,确保X高速段公路的施工质量及通车后运营的长期稳定性。
1工程背景
X高速某段作为交通运输部规划的“五纵七横”国道主干线的一段,该高速公路地质沿线复杂,尤其是本研究段存在大面积的路基压实度不够,是路基修复的主要技术难题。
2边坡加固面临的主要问题
松散堆积体根据其失稳的主导因素、类型、组成物质的不同,相应的针对性的防治措施也不同。X高速段公路松散堆积体面临的主要问题是:
开挖段落多,边坡范围广,
②当地降雨集中,对松散堆积体边坡开挖后的强度影响极大。如何选择适宜的工程措施,针对石忠路松散堆积体失稳的边坡特征提出针对性加固措施,需要进一步研究。
3边坡破坏形态及病害分析
3.1破坏形态分析
通过对国内复杂地区松散堆积体路堑边坡病害的综合以及对 X高速重庆段公路松散堆积体的路堑边坡进行现场调研,破坏形态主要表现于以下几个方面:
①剥落:剥落现象普遍存在于松散堆积体边坡中,主要发生季节为旱季。表现形式是旱季越长,蒸发也相应的越强烈,剥落也越严重。由于剥落物主要于在边坡坡脚或边沟内部堆积,因而容易造成边沟堵塞。
②冲蚀:冲蚀是指路堑边坡坡面的松散土层在地表径流的集中水流冲刷侵蚀作用或降雨作用下,沿坡面形成沟状冲蚀的现象。
③泥流:泥流的形成原因主要为坡面松散土粒与坡脚剥落堆积物在雨季被水流裹带搬运。
④滑坡:滑坡多呈牵引式在雨季出现,呈叠瓦状成群发生,滑坡体呈纵长式。
⑤坍滑:坍塌常发生在雨季,并较降雨稍有滞后。滑面清晰且有擦痕,滑体裂隙密布,多由软弱的夹层或坡脚处滑出,破裂面表现形式为上陡下缓,滑面含水富集,且明显高于滑体。
3.2病害的成因分析
影响松散堆积体路堑边坡产生病害的因素,主要表现在以下几个方面:①岩土特性;②岩土结构;③裂隙;④风化作用。
在以上影响因素中,决定路堑边坡是否会产生变形的因素,即内因,主要表现为松散堆积体的土体结构和土质特性;而在路堑边坡稳定性问题中起着关键性作用的外因主要为裂隙、风化的作用。
4 边坡加固实例
4.1工程概况
2009年6~7月连续降暴雨,滑坡发展更加严重,路基位置的路基再次上拱,后缘裂缝持续下错,边坡出现大范围的变形,滑坡处于整体失稳状态。而且范围有所扩大,K34+370~+440 段出现了大范围的塌方变形,形成高达 46m 的高边坡。
4.2滑坡的稳定性分析
据极限平衡原理,采用条分法分别对自然工况下和暴雨工况下滑坡的稳定性和剩余下滑力进行计算分析。计算结果见表1。
表1 设计路基开挖情况下折线法滑坡稳定性计算结果
图 1 典型边坡处治设计断面图
暴雨工况下滑坡稳定系数 0.94 至 1.06 之间,滑坡稳定程度差,处于不稳定 欠稳定之间。
①治理工程设计
1)设计工况选取
根据滑坡区地理条件及周边环境条件,选取以下两种工况:
工况一:天然状态+自重;工况二(设计工况):暴雨状态+自重
2)各种工况下安全系数的选取
根据《公路路基设计规范》(JTJ D30-2004)规定:高速公路滑坡的安全系数应采用 1.20~1.30;考虑多年暴雨的附加作用影响时,安全系数可适当折减 0.05~0.1。根据上述规定,在天然工况下本次滑坡安全系数取 K=1.20;暴雨工况下本次滑坡安全系数取 K=1.15。
②处治方案设计
如图1所示,综合分析各种情况后,根据该滑坡实际情况,滑坡处治应采用抗滑桩作为主要支挡结构,结合截排水措施和坡面防护措施的综合处治方案。
边坡的预防护措施:设计首先对边坡采用了预防护措施,即坡面喷射混凝土防护,然后根据边坡的坍滑情况采用了挂网和锚杆处治。
挂网喷浆:路段通过地段桩顶清方形成边坡采用挂网喷浆进行处治。锚杆采用 2φ25 锚杆,孔径 90mm,灌注 M35 水泥砂浆,锚杆水平间距3.0m;锚钉采用 1φ25 锚钉,孔径 50mm,灌注 M35 水泥砂浆,坡面喷射 C30砼 10cm。
截排水工程:导致滑坡变形的重要因素为大量地表水对滑体的入渗。在滑坡体后缘,设 60cm×60cm 矩形截水沟,采用 M7.5 浆砌片石砌筑,桩顶平台设平台截水沟,均采用 M7.5 浆砌片石砌筑。
反压土石方表面应开挖临时排水沟,保证施工期间的排水顺畅。抗滑桩工程:在滑坡前缘公路外侧路肩位置布设一排 C30 钢筋混凝土抗滑桩,抗滑桩长轴沿滑坡变形方向布置;根据不同断面情况,分别采用 A 型抗滑桩和 B 型抗滑桩。
A 型抗滑桩截面尺寸 2.4m×3.6m,间距 6.0m,布置于公路内侧边沟外部,
公路内侧滑坡前缘边坡坡脚位置。
B 型抗滑桩截面尺寸 2.0m×3.0m,间距 6.0m,布置于公路内侧边沟外部。
抗滑桩外侧设外挂挡土板,在抗滑桩内预埋钢筋后,采用现浇方式实施。
抗滑桩桩顶预留 4 孔锚索孔,下阶段根据监测资料确定是否增设锚索。
③工程处治效果分析
在边坡预防护施工后,基本防止了施工期间的坡面坍滑和泥流现象,为后续的抗滑桩开挖作业提供了基本保证。利用填方反压,对处于变形期间的边坡稳定性有所提高,并保证了抗滑桩开挖的顺利进行。
5 结束语
针对以上研究,项目组对 X高速某段滑坡加固工程采用了边坡的预防护措施,即首先对边坡采用了预防护措施,坡面喷射混凝土防护。在保证边坡坡面不出现坍滑的情况下,再进行抗滑桩、施工反压等施工,保证了边坡处治后续工程的实施。
参考文献
中图分类号:U417 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2016)09(b)-0025-02
在我国目前所有高速公路的施工过程中,设计师经常会设计出路基两侧坡体上的高边坡防护措施,这样做的好处是不仅让工程的质量得到保证,也加强了高速公路运营之后的舒适性与安全性。此外,由于广泛应用了潜孔钻技术,对无粘接钢绞线进行开发等,还对预应力锚索的结构方面、材料方面及其施工工艺等方面都进行了改进,逐渐地将该措施应用于对于岩体的深层加固。
该文主要结合了新建揭博高速公路高边坡预应力分散型锚索的实际施工总结及其相关经验,在技术层面上进行了概括和总结。
1 工程概况
汕头至湛江高速公路揭西大溪至博罗石坝段项目作为广东省高速公路网规划当中“二横线”的基本组成部分。这个项目主线全长约为164.286 km,且该标段是A3合同段C类第10标段,全长总距离是12.112 km,被称为Ⅰ级高速公路。该工程位于山地和丘陵区的地域有19处,其中,最大挖土深度为67.8 m,大多是石质挖方边,因此山峦重叠,整个地区的地势比较高,所以起伏非常大。深挖路堑总共有19处,其中最大的挖土深度是67.8 m,而且大多是石质挖方边坡。比4级的高边坡大的有24处,大多是锚索格子梁防护。在锚索中采用了φ15.24 mm高强度与低松弛普通钢绞线共同制作,钢绞线强度是1 860 MPa。在该标段174+310~174+580的右侧深挖路堑边坡锚索是6束钢绞线,并将张拉力设计为650 kN,将荷载锁定为715 kN。
2 工艺流程及其质量控制的要点
2.1 工艺流程
锚索制作、锚孔钻孔、注浆(土质层含二次压浆)、锚索安装的工序、锚索张拉的工序及其封锚等多种工序一起组建起了预应力锚索防护施工。在锚索实施大面积的施工之前,需要进行锚索首件的基本试验,也就是一切试验孔定位都必须由设计单位去挑选,专业人员选出具有代表性的孔位作为试验对象,试验后对试验数据进行归纳和总结,并上报监理单位审批。这样做的目的是为后续锚索工程广泛又快速地施工提供技术性的指导和安全性的保障。
2.2 质量控制要点
根据标段内YK174+310~YK174+580的右侧深挖路堑边坡的客观情况,并在这样的基础上,对锚索试验孔施工的具体程序阐述如下。
2.2.1 测量放样
根据设计者所提供的边坡立面图去实施放样。因为边坡开挖出现误差是常有的因素,所以,在实际的放样过程中,如果要使得框架梁线型显得美观大方,就应该要考虑到坡面超与欠挖这些因素对于锚孔位置的实际摆放所产生的影响。等到放样过程结束后,就必须要用钢筋头瞄准位置,钉在坡面锚孔的地方,并对其进行挂线检查。其中,孔位误差要求是:高程误差控制在±10 cm的范围内;坡面纵横向控制在±5 cm的范围内。
2.2.2 锚孔钻造
在锚索的施工工程中,其中最为关键性工序就是锚孔钻造。如果要保证钻孔量,并在运行中提高运行的效率,在一般情况下都会使用潜孔钻机来进行。在选择钻机时,可使用地质资料与孔深的数据作为参考去进行合理搭配。
值得注意的是,在钻进的过程中,要根据钻机所吹出的粉尘与其钻进的速度等各个因素来确定孔内实际的地质情况,还要对此及时记录下来作为以后参考的资料,此外,还要考虑孔内地层情况,分析其能否符合设计者最初的设想。同时,在钻井工作中,还必须要按照设计的长度设计好所需要的钻杆的具体摆放位置,使其更加整齐和规范,保证钻杆用完,孔深到位。若考虑到证钻孔要达到的指定深度,则锚孔深度必须做出调整,实际深度要比设计的深度稍微大些,但一般不需要超过50 cm。
以下是两种特殊情况下的处理方式。
(1)渗水处理:当正在钻井或者在钻孔工程已经完全结束之后,如果吹孔时没有粉尘,而只是出现灰黄色团粒或一些小石粒,就说明孔内有水,能注入清水吹孔,必须等到吹出清水之后才能完结。有时候孔内渗水量突然增多或者出现积水时,在这样的条件下,钻机施工时可以吹出碎石粒与泥浆,因此岩粉不会裹住孔壁,这样就只需利用冲击器进行工作。但是,如果渗水量太大就会导致冲击器被淹没,如果出现这样的情况,就应马上拔出冲击器,等待时机进行接下来的压力灌浆处理工作。
(2)塌孔处理:当钻孔穿过了地质破碎带时,就会出现塌孔的现象。塌孔的发生往往伴随着这样的情况出现――从孔内所吹出黄色岩粉中夹杂了许多石块。在这时,应该要拔出钻头并进行灌浆固壁,浆液能掺入少量水玻璃,在24 h之后就可以重新进行钻孔工作。
2.2.3 锚筋制作
当还没有进行锚索加工时,必须进行准备工作,即在现场用φ42钢管作为支撑区搭建工作平台。值得注意的是,钢绞线下料的长度是要严格按照单元千斤顶长度、单元锚索长度、单元工具锚、单元工作锚及单元张拉操作余量的总和,普遍取值在1.2~1.5 m之间。在钢绞线截取的时候采用机械切割而不是焊割。精准地量出自由段长度与锚固段长度,在这样的基础上分别安装承载体。
在安装的过程中,必须要做的是剥离钢绞线表面上的塑料套管,并对钢绞线表面层的防腐油脂进行一次全方位清洗,接下来使用挤压机连接起挤压套与钢绞线。
因为压力分散型锚索具有不同长度的单元锚索,并且它们的张拉伸长量也各有不同,因此必须要对各个单元用标记的方式进行区分,建议使用三重编号的处理编号,这样做的好处是防止在施工中由于锚索拖动将标记破坏或磨损。
2.2.4 锚索安装
这项工程是在锚索安装进行之前,再用高压风重新对孔底进行一次彻底的清孔,清洗之后安装与该孔号相对应的锚筋。要注意的是,在下索时应该要按照设计倾角及其方位进行平顺推进,防止出现抖动和扭曲情况。
2.2.5 注浆
注浆的过程是通过BW-150型注浆机来实施的,压力一般是2 MPa,其浆液所采用的是纯水泥浆,应用孔底返浆法注浆,所以当孔口出现溢浆而且持续的时间不低于2 min之后就可以停止注浆。而且要注意在水泥浆固结收缩之后一定要及时对其补浆,待注浆完成以后,再把锚索稳稳地固定在锚孔的中心处。
2.2.6 框架梁施工
框架梁施工的施工程序依次是:测量放线工作―格梁开挖工作―支立模板工作―绑扎钢筋工作―安装锚索口波纹管工作―安装螺旋筋及其孔口钢筋网工作―安装锚具(锚垫板)工作―现浇混凝土工作―混凝土养生工作。
2.2.7 锚索张拉
(1)首先是针对张拉设备的标定与选定。接下来根据锚索张拉设计吨位的具体情况去选取油泵与千斤顶这两个工具,且在张拉之前需要对油泵与千斤顶进行最终标定。
(2)张拉荷载与伸长量计算过程。
①张拉荷载计算。
必须根据设计者的指示,锚索设计荷载主要是通过采用平均法来进行分配,这也意味着每个单元锚索身上所承担的荷载等于设计荷载的1/n(n指的是单元锚索数量),在这种情况下,是不计孔道摩阻和其他因素的。
②伸长量计算。
根据虎克定律l=pli/ea,去算出每个单元锚索的最终伸长量。可以把压力分散型锚索的锚固段看做为零,对于它的自由段就可以分单元并按照其实际长度进行计算。
(3)张拉时间控制。
第一,在整个张拉工作进行的时候,每当荷载向上增加一级,必须要稳定5~10 min并记录好位移读数,但是,最后的一级张拉荷载的时间必须维持10 min左右。
第二,在每一级加荷等级观测的时间龋如果锚头位移量小于1.0 mm时,马上施加下一级荷载,否则就会延长观测的时间,接下来等到锚头位移增到2 h的时间而位置小于2.0 mm的时候就马上施加下一级荷载。
第三,在每级加荷等级观测的时间中,测读锚头位移的次数不能够小于3次的标准。
(4)张拉破坏控制标准。
此处要注意的是,在锚索张拉的过程中,如果出现以下几种情况就可视作破坏并停止加载。
第一,锚头位移没有收敛时候,锚固体从岩土中拔了出来或者锚索就从锚固体中拔了出来。
第二,当锚头的总位移量超过了之前设计者所允许的位移值。
第三,后一级荷载的位移量远远大于前一级荷载所产生位移量的两倍。
第四,当锚索材料出现折断的时候。
2.2.8 封孔灌浆及封锚
在预应力张拉变成了规定的设计值就要马上做好标记,接下来观测3 d,如果没有出现异常情况,就可以进行对波纹管的有压循环封孔灌浆工作。待灌浆完成后,用手提砂轮机作为工具切去多余的钢绞线,但是要预留5 cm左右,发挥其支模浇筑封锚混凝土的作用。
2.3 对于高边坡滑坡监测及其预应力锚索的应力监测
一般情况下,对于路堑高边坡的施工监测主要采用的是地表位移监测。有时也采用深孔位移监测,使用坡面变形数据作为参考来修正设计与指导施工的根据。值得注意的是,在运营期间,所有的监测周期是明确规定的,即坡体开挖到建成运营之后并且时间必须高于一年。
但是考虑到有些稳定性较差的边坡,在锚索的时候要采用液态防腐外锚头,此外,在后期要进行预应力监测,并根据预应力的损失情况接着实施二次张拉工作。
2.4 注意事项
(1)由于边坡变形与滑坡病害一般会受到地下水的影响,所以为了保证边坡的稳定安全,一般要求施工要在雨季来临之前完成。
(2)考虑到实施主动防护的边坡的具体情况原则上要注意防护一级的同时施工也是一级,此外,要自上而下对其进行加固施工。
(3)如果出现了复杂的边坡防护加固工程,必须要因地制宜地结合测量的地层信息与实施中的坡体结构条件,这样有利于安全可靠运行。
3 结语
各大山岭重丘地区上所修建的高速公路数量正在与日俱增,压力分散型锚索的应用也将会有一个更为广阔的发展空间,原因在于它不会轻易受到地质条件和地形条件的限制,能够有效加固岩层较为破损的边坡且其施工快捷、随机补强、柔性可调、主动防护,将会迅速得到推广与应用。
参考文献
中图分类号:U445.4文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
1工程概况
某高速公路合同段起讫里程K29+860~K36+300,路线全长6.44km。按双向四车道高速公路标准建设,设计车速为80km/h,设计荷载采用公路-I级。本合同段主要工程项目为隧道工程、桥涵工程、路基挖填、防排水工程及防护工程等。其中,路基工程含路基挖土、石方1423478m3,挖淤泥13.9万m3,光面爆破3506.7m3,控制爆破石方30 476m3,路基填方67万m3以上;针对本高速公路的边坡问题,对其采取预应力锚索设计以达到公路边坡的防护作用。针对该高速公路ZK31+500~ZK31+638段左侧边坡,边坡设计最高为5级,各级边坡设计坡率及防护加固工程措施为:第一级1∶0.75~1∶1.25,预应力锚索框架、非预应力锚杆框架等防护;第二级1∶0.75~1∶1.25,预应力锚索框架与镀锌网植草灌或客土喷播植草灌交错,交错间距8.0m;第三级1∶1.0~1∶1.25,预应力锚索框架与客土喷播植草灌交错,交错间距8.0m;第四级1∶1.0~1∶1.25,客土喷播植草灌;第五级1∶1.25,客土喷播植草灌。
2 施工技术分析
预应力锚索(杆)施工主要包括施工准备、锚孔钻造、锚筋制安、锚孔注浆、砼结构钢筋制作与安装、混凝土浇灌、锚孔张拉锁定和验收封锚等工作流程。其中有两个主要环节,一是锚孔成孔,二是锚孔注浆,其中锚孔成孔的技术关键是如何防止孔壁坍塌、卡钻;注浆的技术关键是如何将孔底的空气、岩(土)沉渣和地下水体排出孔外,保证注浆饱满密实。在注浆浆体与台座混凝土强度达到设计强度80%以上时,方可进行张拉锁定作业。锚斜托台座的承压面应平整,并与锚筋的轴线方向垂直。锚具安装应与锚垫板和千斤顶密贴对中,千斤顶轴线与锚孔及锚筋体同轴一线,确保承载均匀。
2.1 预应力张拉前后做技术交底工作
施工现场配置具备预应力施工知识和正确操作的项目部施工技术人员,张拉机械操作人员必须经培训合格。施工现场具备确保全体操作人员和设备安全的必要的预防措施。实施张拉时,应使千斤顶的张拉力作用线与预应力筋的轴线重合一致。同时在锚索正式张拉前,应取10%~20%的设计张拉荷载,对其预张拉1~2次,使其各部位接触紧密,钢绞线完全平直。对于压力分散型锚索,因各单元锚索长度不同,张拉应注意严格按设计次序分单元采用差异分步张拉,根据设计荷载和锚筋长度计算确定差异荷载,并根据计算的差异荷载进行分单元张拉。压力分散型锚索各单元差异伸长量和差异荷载增量计算公式(以三单元共六束压力分散型锚索为例)如下:
差异伸长量:
差异荷载增量:
式中:
L1,L2,L3———分别为第一 、二、三单元锚索的长度,且L1>L2>L3;
ΔL1,ΔL2,ΔL3———各单元锚索在给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下的伸长量;
ΔL1-2,ΔL2-3———各单元锚索在给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下的差异伸长量;
σ———给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下钢绞线束应力;
P———给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下单根钢绞线束荷载;
A———单根钢绞线束的截面面积;
E———钢绞线的弹性模量;
ΔP1,ΔP2———分步差异张拉之第一、二步级张拉荷载增量。
锚索的预应力在补足差异荷载后分五级按有关规范或规定施加,即设计荷载的25%、50%、75%、100%和110%。在张拉最后一级荷载时,应持荷稳定10~15min后卸荷锁定。锚索锁定后48h内,若发现明显的预应力损失现象,则应及时进行补偿张拉。
2.2 预应力锚索张拉过程
对预应力筋和锚、夹具的安装检验;张拉设备由有资质的试验单位进行标定,确定油压与张拉力关系公式。通过搭设张拉操作平台,采用钢管支架加木板搭设平台放置千斤顶。安装工作锚板,夹片,并将夹片轻轻敲实,然后安装千斤顶、工具锚、夹片。安装时使千斤顶与锚垫板垂直。张拉时开动油泵,给千斤顶张拉油缸缓慢供油,直至油压设计值。预应力筋的张拉采用以应力控制为主,伸长量为辅。
张拉完成后采取锚固,轻轻松开油泵截止阀,使油压缓慢降至零,则完成了对钢绞线的锚固。油泵向回程油缸供油,活塞慢慢回程到底。卸下工具锚。千斤顶、限位板。张拉最终锁定后将锚具外多余的钢绞线须用机械切割,并应留长5~10cm外露锚索,以防滑落。采用砂轮机切断,严禁使用电弧切割,以免火花烧伤接触处的钢绞线,降低强度。
3施工注意事项
对于高速公路路堑边坡土石方开挖施工,应严格按照具体有关设计要求进行。对于设有锚固工程的边坡工程开挖,严格按照从上至下的开挖施工顺序逐级开挖,待上级边坡锚固工程全部实施并产生加固作用后方可进行下级边坡的土石方开挖作业,逐级开挖,逐级加固,直至全部防护工程结束,确保坡体稳定和结构安全。尤其对于陡坡加固段边坡,除要求严格按“开挖一阶,加固一阶”的原则进行外,其单阶施工工序如下: 开挖上部4m,施打预应力锚索(杆)注浆,至龄期后30#槽钢预张拉开挖下一个4m坡面,同上施工坡面锚索(杆)并预张拉至全阶坡面浇筑框架梁(跳开分片解除,浇筑砼3~7d后预张拉30%~50%)框架梁砼达到强度张拉至设计吨位施工下一阶坡面。
锚索(杆)预张拉方法一般是采用轨枕或槽钢等构件作为坡面反力抑制结构,预张拉宜在锚孔注浆施工完成7d后进行,预张拉力值不超过设计拉力值的30%。框架和地梁砼施工时,应按设计框架或地梁间隔分批解除预张拉,严禁大面积一次性解除。逐片解除,逐片浇灌框架或地梁混凝土,并及时按设计要求进行张拉锁定,必再时在地梁或框架混凝土浇灌完成7d后进行预张拉,预张拉力值不超过设计拉力值的50%。张拉时油泵的使用方法
张拉时,开动油泵,张拉油缸进油后退,张拉钢绞线束;同时调节节流阀,以控制油压高低和张拉速度。在活塞外伸时,工具锚夹片可自行夹紧钢绞线。工作锚中的夹片此时因受限位板的支托,只可被带出一些而不会很多。当活塞行程还余10~20mm时 ,立即停止供油 ,此时可将节流阀回旋 ,同时回转截止阀。由于钢绞线的回缩,活塞将备拉回若干毫米,这时工作锚的夹片被带入而自行夹紧。关闭截止阀,节流阀控制升压,活塞回程,留10~20mm即可停泵,至此完成一次张拉循环。如果钢束较短,可一次达到张拉控制应力σk;如果钢束较长,一次达不到要求,则必须进行二次张拉,每一轮的初始油压为上一轮的最终油压。此时,自动工具锚的夹片已与锚板自行脱离,因此二次张拉前需将工具锚夹片重新推入工具锚板锥孔中,重复以上动作,反复张拉,直到达到设计要求为止。
若有滑丝现象,则采用千斤顶和卸荷座,将卸荷座支撑在锚具上,用千斤顶张拉滑丝钢绞线,直至将滑丝夹片取出,换上新夹片,张拉至设计应力即可。同时针对断丝的处理,应当提高其他钢丝的控制张力作为补偿,但在任何情况下最大超张拉力不得超过0.8Rby(钢绞线)。换束、卸荷、松锚,换束、重新张拉至设计应力值。另外在张拉过程中为防止工具锚退不下来的情况,在安装工具锚时,在锚环内壁涂退锚灵。
4结语
通过对某高速公路某标段地质灾害的调查,对其采取预应力锚索抗滑支挡结构进行治理,详细地总结了预应力锚索的工程施工现场检测及其相应的施工工艺,为同行提供参考。
参考文献
[1] 漆贵荣,罗勇. 预应力锚索钢管桩应急加固治理边坡研究[J]. 公路交通科技(应用技术版). 2009(07)
1.概述
赣南大道是贯穿赣州市经济技术开发区的主要道路,该段深挖路段较多,共有8段挖方段挖方高度超过了20m,最大坡高达38.9m。土质边坡高度大于20米按特殊路基设计施工,根据边坡高度、稳定性、边坡变形机理不同分别采用三维网植草防护、框架锚杆防护、抗滑桩挡土板防护等。防护工程中如遇有溶洞,先清除其充填物,用干砌片石填塞。其中,框架锚杆、抗滑桩的施工是高边坡防护的关键工程,其工艺、施工方法叙述如下:
2.框架锚杆防护施工
2.1 框架格梁施工
框架格梁为现浇C25砼,横梁每15-20米设一道伸缩缝,缝宽2 cm,以沥青麻絮填塞。框架横竖梁自节点位置处向前延伸的长度大于2米时,梁上增设2.0米段锚杆。施工时先整修好的路堑边坡上刻框架槽,现场编制框架钢筋,并浇注框架混凝土,完成框架梁(节点处插入φ8锚筋用于挂网)。框架施工完毕后,对坡度陡于1:1的边坡采用锚杆、锚筋挂铁丝网植草覆盖坡面及框架梁,对坡度为1:1的边坡则采用锚杆、锚筋挂三维植草覆盖坡面及框架梁。
2.2 锚杆施工
锚杆施工前,取三根锚杆进行钻孔、注浆、锁定的试验作业,考核施工工艺和施工设备的适应性。材料:锚筋采用φ8mm(长1.5m),短锚杆采用φ18mm(长2.0m);钻孔φ90mm;压力注浆锚杆彩φ32(长3―20米),钻孔φ110mm。灌浆材料为M30的水泥砂浆。
施工准备:在锚杆施工前,根据设计要求,土层条件和环境条件,合理选择施工设备、器具和工艺方法。平整出保证安全和足够施工的场地。
2.2.1操作工艺
(1) 钻孔
①钻孔前,根据设计要求和土层条件,定出孔位,做出标记。
②作业面场地要平坦、坚实、有排水沟,场地宽度大于4m。钻孔采用无水钻孔方式,采用φ30 mm风钻成孔。
④钻机就位后,应保持平稳,导杆或立轴与钻杆倾角一致,并在同一轴线上。
⑤成孔后用高压气清孔,将孔内壁及底部残留的废渣清除干净,严禁用水冲洗。
①按设计要求制作锚杆,为使锚杆处于钻孔中心,应在锚杆杆件上安装固定钢筋和定位器固定(定位器采用φ8 mm钢筋弯制,并与主筋焊接)。
②锚杆钢筋要平直,顺直、除油除锈。
③安放锚杆杆体时,防止杆体扭曲、压弯,注浆管宜随锚杆一同放孔内,管端距孔底为50~100mm,杆体放入角度与钻孔倾角保持一致,安好后使杆体始终处于钻孔中心。
④若发现孔壁掉块,应把锚杆取出,将钻孔中岩块清除后再下锚杆,保证锚杆的入孔深度。
(3)、注浆
①注浆材料应根据设计要求采用M30水泥砂浆,浆液应搅拌均匀,过筛,随搅随用,浆液应在初凝前用完,注浆管路应经常保持通畅。
②砂浆泵浆液经压浆管输送至孔底,再由孔底返出孔口时,待孔口冒浆约10~15秒即可停止注浆。采用一次性自孔底注浆方式,注浆压力控制在0.2~0.4Mpa左右。
③浆液凝固后不能充满锚固体时,应进行补浆,注浆量不得小于计算量,其充盈系数为1.1~1.3。
④注浆时,宜边灌注边拔出注浆管,但应注意管口应始终处于浆面以下,注浆时随时活动注浆管,待浆液溢出孔口时全部拔出。
⑤拔套管时,注意钢筋有无被带出的情况,否则应再压进去直至不带出为止,才能再继续拔管。
⑥注浆完毕应将外露的钢筋洗干净,并保护好。
2.2锚杆与钢筋砼格子梁的施工顺序
整修边坡格子梁几何形状测量放样格子梁基槽开挖格子梁节点处钻孔、清孔下锚杆灌浆锚干封锚格子梁钢筋、模板安装格子梁现浇格子梁拆模养生格子梁内挂三维网垫植草。格子梁、锚杆的施工空间顺序按自上到下的顺序展开。
3.抗滑桩处治措施
K7+280-K7+350段高边坡为全风化砂岩,渗水容易软化,因此采用刚性的抗滑桩结构支挡,桩间挂挡土板。抗滑桩截面尺寸为2m×3m,中心距为5m,A型抗滑桩长12m,B型抗滑桩长15m,C型抗滑桩18m。
抗滑桩采用挖孔成孔方式,桩身为C25砼,所有钢筋均采用HRB335钢筋;锁口及护壁采用C20砼;挡土板采用C25砼预制。施工注意事项:
桩孔开挖过程中做好每根桩的强弱风化界面等地质情况的观察记录,若地质情况与设计有较大差异要及时通知业主与设计方,以便动态设计;施工时要搞好井下通风,保证施工的安全。
桩孔开挖避免大规模爆破施工,以避免破坏岩体的完整性和引起大规模掉块。
③抗滑桩跳槽开挖,必须在上批桩砼强度达设计的70%以上方可进行下批桩的施工,相邻桩位不得同时开挖施工;为加快工程进程,可在砼中加入早强剂,以缩短砼的养护时间。
④桩身砼浇注必须连续进行,不得中断;抗滑桩的受拉钢筋必须布于滑坡推力侧,不得随意变换。钢筋接长采用焊接,接头类型及质量要符合规范要求。三根受拉钢筋按“品”字形重叠排列时要将其焊接成束筋。1m范围内接头率要小于25%,且受拉钢筋接长位置应避开滑面附近;超声波检测管固定在箍筋的内侧。
⑤锁口及护壁要保证强度、厚度、及钢筋数量,以防跨塌;每两节护壁间留不大于2.5cm的空隙供灌注用,且立即填满空隙。
⑥挡土板采用预制吊装,板身留吊装孔、锚孔。锚孔位置要准确,锚杆锚头采用四根φ22钢筋焊接,严格保证焊接质量;锚固段采用压力灌浆,挡土板锚孔采用M30水泥砂浆注满封闭;挡土板锚固焊接好后,用M30水泥砂浆封闭锚头及钢垫板。
中图分类号:X734文献标识码: A
引言
随着经济社会的快速发展,社会对于公路防护工程技术的要求也不断提高,既要保证边坡稳定,又要美化环境,所以,合理的边坡防护措施尤为重要。
1 公路边坡防护工程的特点
公路选线时,受到地形的起伏变化,路基边坡会呈现填方、挖方等不同形态的边坡型式,坡面防护类型应根据边坡类型、边坡高度、地质条件、环境条件等因素采取相应的防护措施。公路边坡防护工程不仅起到保护边坡免受雨水冲刷、防止路基产生病害,确保路基长期的整体稳定的作用,同时要兼顾路基的美化和与周边环境的协调。路基边坡防护工程对保证公路的正常运行,提高投资效益有非常重要的意义。
2 公路坡面防护工程类型及其适用条件分析
公路坡面防护工程分类有很多种,本文将根据边坡填挖类型进行分类,介绍几种常用的坡面防护类型。
2.1 填方边坡防护常用的类型和适用条件
填方边坡主要从填土高度,边坡稳定性、冲刷等方面进行分析,确定边坡防护类型。
1)植草防护:植草对边坡能起到绿化和保持水土的作用,能减少雨水对坡面的冲刷,草籽应选容易生长,根系发达的多年生草籽为宜。其适用于低矮填方边坡,雨水冲刷不严重的路段。
2)三维土工网植草:植被网能有效保护坡面不受雨水侵蚀,在播种初期能起到防止冲刷,保持土壤以利草籽发芽,植物成熟后能与土工网共同对边坡起长期防护和绿化作用。其适用于坡率较缓、坡体稳定的土或石路堤,抗雨水冲刷能力比一般植草防护要强。
3)浆砌片石骨架植草:采用浆砌片石砌筑贴于边坡坡面,结合坡顶和坡脚的横梁加固带形成框格体系,增强边坡的整体性能,框格可做成菱形、人字形、拱型等,框格内培土植草,起到绿化和保持水土的作用,能有效减少水流的冲刷。其适用于边坡整体性好,不受水流强烈冲刷的填方边坡。
4)六角砖防护:采用六角砖拼接而成贴于坡面。其适用于边坡整体性好的填方边坡,并常用于桥头路段边坡防护。六角砖有实心六角砖和空心六角砖,实心砖防护效果好,抗冲刷能力强,但景观效果差,适用于有排洪功能的桥头路段,空心砖内可培土植草,有效绿化边坡,适用于桥头不浸水路段。
5)浆砌片石护坡:采用浆砌片石满铺于边坡坡面,增强填方边坡的整体性,减少冲刷。由于该防护类型绿化景观较差,一般用于江河、鱼塘等冲刷较大路段的边坡防护,浆砌片石砌筑高度应在设计水位50cm以上。
2.2 挖方边坡防护常用的类型和适用条件
挖方边坡主要从边坡高度、边坡稳定性、地质类型等方面进行分析,确定边坡防护类型。
1)喷播植草:该防护是利用液态播种原理,将能满足绿化的植物种子经过处理,将其喷撒在坡面,形成绿化层。主要适用于平整湿润的土质边坡,坡率一般不陡于1:1,若实际坡面状况不良,宜培耕植土,再喷撒或喷播。
2)三维土工网植草:防护原理和填方三维土工网防护类似。在挖方边坡上主要适用于坡率较缓、坡体稳定的土层、土夹石及风化岩边坡,坡率一般不陡于1:0.75。
3)厚层基材植草防护:是利用机械将含植物种子的有机种植基材喷射到坡面,一种能将坡面迅速恢复自然植被的生态防护技术,对于浅层失稳的边坡可增加系统锚杆,防止坡面浅层溜塌,该防护类型绿化效果好。主要适用于土质边坡;坡率不陡于1:1的中风化或弱风化岩质边坡;边坡整体稳定,浅层有失稳隐患,坡面较破碎且不完整,植被生长较差的的岩质边坡。适合与锚杆(锚索)框架配合使用。
4)土工格室植草防护:是利用土工格室小方格进行培土的植草防护,为草种的生长发育提供成活的环境,施工速度快,草籽播撒均匀,种子生长较快,绿化效果好。主要适用于坡面较为平整,边坡整体稳定,坡面土体贫瘠,或坡面无耕植土条件,需要培耕植土进行绿化的岩质边坡。适合与锚杆(锚索)框架配合使用。
5)浆砌片石骨架植草:防护原理和填方浆砌片石骨架植草类似。挖方边坡主要适用于坡率不陡于1:0.75的的土质或全风化、强风化岩石边坡。
6)浆砌片石护面墙:为了防止水流冲刷边坡以及防止坡面局部崩塌边坡,常采用浆砌片石护面墙进行防护。主要适用于坡面破碎但整体性好、易受水流冲刷、侵蚀的路段或石料丰富路段,要求岩质挖方边坡坡率不陡于1:0.5。对于土质或软质岩石路堑边坡,护面墙也可做成窗式护面墙,窗孔内采用三维网植草进行绿化。
7)锚杆(锚索)框架植草防护:该防护措施既利用了锚杆(锚索)加固地层强度、改善地层性能的力学特点,又吸收了框格骨架植草防护的外观整齐,框架内可植草绿化的优点,近年来广泛应用于挖方边坡防护中,尤其是深挖路堑防护。主要适用于浅层稳定性差,坡面较破碎但平整的高陡岩质边坡,也适用于须加固的边坡。当挖方边坡坡率陡于1:0.5时,框架内不进行坡面植草绿化。
3 公路防护工程的创新发展
纵观当前公路防护工程的主要类型,都有各自的适用范围和实用性,但是在实际的应用过程中区分并不明显,人为考虑因素较多。在今后的公路防护工程的发展中,主要发展方向有以下几点:
首先,提高防护工程信息化分析程度。在以后的公路防护工程中,公路的信息采集、信息处理、防护措施、防护仿真及其效果等,可通过计算机来完成,达到理想的防护加固及景观效果。从而提高公路防护工程的质量。
其次,公路的防护工程不仅仅是一种工程。由于我国公路建设众多,并且当前我国的环境形势越来越严峻,这就使得公路本身的防护工程已经不仅仅是一项工程那么简单。公路的防护工程应与环境和生态保护结合在一起,设计理念应把环境放第一位,才能够将建设公路过程中对当地生态环境的破坏进行一定的补偿。
最后,公路的防护工程多种类型交互发展。公路的防护工作不能够单纯的局限在不同的路况采取固定的防护类型那么简单。我们在设计公路防护过程中,要结合实际情况,综合的采取多重防护措施,可能会取得更好的效果。比如近几年使用较多的锚杆框格植草防护。
结语
公路的防护工程本身就是公路强度和稳定性的重要保证。我国在建国之后建设了大量的公路,这些公路为我国的社会主义现代化建设来讲,有十分重要的作用。但是,随着当前我国生态环境的不断恶化,公路的建设更应重视环境的保护,这给我们公路从业人员提出了一个严峻的课题。本文结合当前我国公路防护的主要类型和适用条件,对未来的公路防护工程发展方向进行了一定的分析。笔者认为,在今后的发展中,公路防护工程设计以确保路基稳定为前提,一定要做到与周边生态景观的协调,并朝着信息化、综合性的方向进行研究和发展。
参考文献
中图分类号: X734 文献标识码: A
1.前言
我国公路建设迅猛发展,边坡防护也越来越受到重视。边坡是公路建设中最常见的形式,随着公路路基变宽、挖填变大,怎样确保公路安全稳定,延长公路使用寿命,都必须加强边坡防护。公路边坡防护从设计到施工应紧密结合工程实际,灵活有效的防护方式和环境保护并重,在保证边坡安全稳定的前提,加大植被面积,建造生态公路,人文公路。
2.边坡防护技术
2.1边坡防护与加固的类型
边坡防护技术主要从坡面防护和坡体稳定两个方面考虑。坡面防护主要是保护路基边坡表面免受降水、日照、气温、风力等自然力的破坏,从而提高边坡的稳固性。边坡稳定采用的加固措施有护脚墙、抗滑墙、抗滑桩、预应力锚索、压浆锚柱、排水固结等。边坡防护包括植物防护和工程防护。植物防护:植被混凝土、种草、铺草皮、植树等;工程防护:片石护坡和护面墙、网格护坡、喷射砼护坡等。
2.2边坡防护技术的现状
2.2.1浆砌片石护坡
浆砌片石护坡是工程中坡面防护普遍应用的方法,是采用砂浆与毛石料砌筑的砌体结构,主要有片石护坡和片石护面墙两种方式。通过浆砌片石防护坡面,可防止雨水对坡面的冲刷,同时对坡体也具有一定的稳定作用。护面墙是浆砌片石的坡面覆盖层,用于封闭各种软质岩层和较破碎的挖方边坡,多用于易风化和风化严重的软质岩层以及较破碎的岩石地段,以防止继续风化。可以有效地防止边坡冲刷,防止滑动型、流动型及落石型边坡崩塌,最常用于上边坡。护面墙除自重外,不负担其他荷载,亦不承受墙后土压力,因此护面墙所防护的挖方边坡坡度应符合极限稳定边坡的要求。浆砌片石护坡施工工艺简单,但由于其形式单一,与环境协调效果差,在现代公路边坡防护中,其应用有不断减少的趋势。
2.2.2骨架植被防护
骨架护坡和生态防护相结合的防护措施是指浆砌片石在坡面形成框架,在框架里面铺填种植土,再铺草皮、喷播草种和种植灌木等的一种防护措施。与浆砌片石护坡相比较,该方法在能满足坡面防护功能的情况下,还具有节省材料、降低工程造价、对高边坡降低坡体荷载、较好地协调周围环境等优点,因而在边坡防护工程中得到了广泛应用。骨架可以采用拱形、人字形、菱形、矩形等多种形式,骨架形式与尺度应从美学和当地的文化背景方面多加考虑。当要突出骨架时,骨架施工应精细。骨架内的植被防护可结合边坡岩土性质、坡率,采用前述植被防护的各种措施。一般情况下,浆砌片石或混凝土骨架植被防护、多边形混凝土空心块植被防护适合于坡率缓于1∶0.75的土质和全、强风化岩石边坡。
2.2.3挂网喷射混凝土护坡
挂网喷射混凝土护坡也是常用的护坡方法,主要应用在石质边坡且岩石比较破碎的地段。当石质边坡很高、岩质较差、坡面岩石易风化、坡面岩石切割破碎严重、节理发育易受外界影响而产生危害时,或其他防护措施造价较高或难以实施时,为了防止高陡石质边坡坠石砸伤行人或车辆,采用坡面挂网喷射混凝土的方法防护。它是依靠锚杆、钢筋网和喷射混凝同负荷来提高边坡岩体的结构强度和抗变形刚度,以减少岩体侧向变形,增强边坡整体稳定性和耐久性。有些地段岩石较好,可不挂网,直接喷射混凝土进行防护。
2.2.4土工格室植被护坡
土工格室是一种新型的土工合成材料,具有强度高、抗腐蚀、抗老化性能好等特点,其在坡面防护方面具有独特的优势。将其张拉开固定在坡面上,在其格室内填入腐殖土,种上草,不但可起到坡面防护的作用,还可起到恢复生态环境的作用。土工格室边坡绿化防护适合于坡率缓于1∶0.5的各类边坡。这种方法操作简单,施工速度快,工程造价低,尤其在缺少石料或生态环境要求高的地方具有很大优势。
2.2.5喷混植生防护
喷混植生防护是当前边坡生态修复的最新模式,是岩石边坡工程防护与生态绿化并重的新技术,能使植物在短时间内快速生长覆盖。喷混植生技术是在稳定岩质边坡上施工短锚杆、铺挂镀锌铁丝网后,采用专用喷射机,将拌合均匀的种植基材喷射到坡面上,植物依靠“基材”生长发育,形成植物护坡的施工技术,具有防护边坡、恢复植被双重作用。该技术使用的种植基材由种植土、有机核心料、粘结剂、稳定剂、水、植物种子等混合组成,种植基材的良好是成功的关键。粘结剂使喷混基质与岩面粘结,并使喷混基质硬化,从而避免雨水等对种植基质造成冲刷侵蚀。不仅喷混基材有很强的抗侵蚀性能,在灌草植被与基材的共同作用下,基材的抗侵蚀性又得到进一步的增强。另外以客土为主的喷混基层的厚度为10cm,能确保植物安全生长的极限需求,可以保障植被快速成型及生态稳定性。石质边坡上喷混植生后,60d能全面覆盖,1年灌草立体生态成型。该方法适用于坡率缓于1∶0.75稳定土质与风化较为严重的岩石路堑边坡,该技术已广泛应用于各类岩石边坡的生态防护工程。
2.3边坡防护的基本原则
(1)在满足功能和安全的条件下,边坡防护应选择刚性结构与柔性结构、多层防护与生态植被防护相结合的方式。在防护方案选择时,需要考虑实际工程中的边坡岩土性质、环境气候条件、排水条件等多种因素影响,选择合理的防护措施。从安全稳定、节约费用、环境保护、美学观感上综合考虑防护措施的选择与调整,保证安全的前提下优先考虑绿化防护,以取得良好的景观效果。
(2)边坡防护贯彻协调自然的原则,应充分考虑防护措施与沿线景观的协调、防护措施自身的协调,力求避免采用连续的大面积护面墙,使公路与沿线景观达到有机的统一。多种防护措施在同一边坡上采用或相邻边坡群采用不同的防护措施时,应考虑防护措施间的协调。稳定的岩质边坡有时不防护比进行不必要的人为防护更好;自然的边坡坡形、坡面有利于与周围环境相协调;适当保持稳定的孤石能增加公路景观的情趣。边坡防护应树立“尊重自然、恢复自然”的理念,使防护工程于周围环境融为一体。
3.边坡防护技术发展趋向,工程防护逐渐减少
工程防护的防护能力强,但是美化效果差,不利于生态环保。修建较早的公路边坡防护大都不见草木,普遍采用浆砌片石、预制混凝土网格等,虽然相对美观,但人工迹象明显,与自然环境不协调。随着我国公路建设技术的高速发展,对公路沿线景观的要求不断提高,美观、生态和环保越来越受到人们的重视。因此,工程防护的应用在不断减少,除非必要,一般都会尽量避免采用这种单一的方式。生态型植被护坡能保护边坡表面免受雨水冲刷,减缓温差及温度变化的影响,防止延缓软弱岩土表面的风化、破碎、剥蚀演变进程,从而保护边坡的整体稳定性,同事兼顾美化环境、恢复生态环境和协调自然环境的作用。生态边坡防护技术符合可持续发展的理念,其效益是巨大的,必将得到普遍推广应用。
4.结语
边坡防护是公路工程的重要组成部分,采用合理的边坡防护技术,以达到节约费用、美化和保护生态环境的效果。本文对常见的边坡防护技术进行了,并探讨了边坡防护技术今后的发展方向,生态边坡防护技术是今后发展的主流。
参考文献:
[1]黄求顺,张四平,胡岱文.边坡工程[M].重庆:重庆大学出版社,2003.7.
公路、铁路、水利等工程建设与自然环境密切相关。其工程规模大、项目多、涉及面广,土石填挖工程形成的大量土石边坡,破坏了既有植被,对当地生态环境影响较大,以往通常采用单纯的工程防护,如浆(干)砌片石、喷锚防护等,这些工程措施都导致原有植被破坏、水土流失、滑坡、边坡失稳等一系列生态环境和工程问题。国家已经十分重视工程建设中的生态建设和环境保护,国务院下达了[2000]31号文件“关于进一步推进绿色通道建设的通知”,工程建设中的生态建设、环境保护已提上议程,这对整个工程建设的可持续发展战略的实施起到了推动作用。
2.边坡生态防护现状
近十多年来人们开发出了多种既能起到良好边坡防护作用,又能改善工程环境、体现自然环境美的边坡植物防护新技术,与传统的坡面工程防护措施共同形成了边坡工程植物防护体系。
根据不同的边坡土质条件,采用不同的施工方法和施工工艺可将边坡植物防护技术分为:①人工种草护坡;②平铺草皮护坡;③液压喷播植草护坡;④土工网植草护坡;⑤OH液植草护坡;⑥行栽香根草护坡;⑦蜂巢式网格植草护坡;⑧客土植生植物护坡;⑨喷混植生植物护坡。各类边坡植物防护技术的主要作用及应用条件各不相同。
2.1人工种草护坡
人工种草护坡,是通过人工在边坡坡面简单播撒草种的一种传统边坡植物防护措施。多用于边坡高度不高、坡度较缓且适宜草类生长的土质路堑和路堤边坡防护工程。具有施工简单、造价低兼等特点。但由于草籽播撒不均匀,草籽易被雨水冲走,种草成活率低等原因,往往达不到满意的边坡防护效果,而造成坡面冲沟,表土流失等边坡病害,导致大量的边坡病害整治、修复工程,使得该技术近年应用较少。
2.2平铺草皮护坡
平铺草皮护坡,是通过人工在边坡面铺设天然草皮的一种传统边坡植物防护措施。具有施工简单、工程造价较低等特点。适用于附近草皮来源较易、边坡高度不高且坡度较缓的各种土质及严重风化的岩层和成岩作用差的软岩层边坡防护工程,是设计应用最多的传统坡面植物防护措施之一,但由于施工后期养护管理困难,平铺草皮易被冲走,且成活率低,工程质量往往难以保证,达不到满意的边坡防护效果,而造成坡面冲沟,表土流失、坍滑等边坡病害,导致大量的边坡病害整治、修复工程。近年来,由于草皮来源紧张,使得平铺草皮护坡的作用逐渐受到了限制。
2.3液压喷播植草护坡
液压喷播植草护坡,是国外近十多年新开发的一项边坡植物防护措施,是交草籽、肥料、粘着剂、纸浆、土壤改良剂上、色素等按一定比例在混合箱内配水搅匀,通过机械加压喷射到边坡坡面而完成植草施工的。其特点是:①施工简单、速度快;②施工质量高,草籽喷播均匀发芽快、整齐一致;③防护效果好,正常情况下,喷播一个月后坡面植物覆盖率可达70%以上,二个月后形成防护、绿化功能;④适用性广;⑤工程造价低。目前,国内液压喷播植草护坡在公路、铁路、城市建设等部门边坡防护与绿化工程中使用较多。
2.4土工网植草护坡
土工网植草护坡,是国外近十多年新开发的一项集坡面加固和植物防护于一体的复合型边坡植物防护措施。该技术所用土工网是一种边坡防护新材料,是通过特殊工艺生产的三维立体网,不仅具有加固边坡的功能,在播种初期还起到防止冲刷、保持土壤以利草籽发芽、生长的作用随着植物生长、成熟,坡面逐渐被植物覆盖,这样植物与土工网就共同对边坡起到了长期防护,绿化作用,土工网植草护坡能承受4m/s以上流速的水流冲刷,在一定条件下可替代浆(干)砌片石护坡。目前,国内土工网植草护坡在公路、堤坝边坡防护工程中使用较多,铁路部门相对较少。
2.5OH液植草护坡
该项技术是国外近十多年新开发的一项边坡化学植草防护措施。它是通过专用机械,将新型化工产品HYCEL_OH液用水按一定比例稀释后和草籽一起喷洒于坡面,使之在极短时间内硬化,而将边坡表土固结成弹性固体薄膜,达到植草初期边坡防护目的,3~6个月后其弹性固体薄膜开始逐渐分解,此时草种已发芽、生长成熟,根深叶茂的植物已能独立起到边坡防护、绿化双重效果,具有施工简单、迅速,不需后期养护,边坡防护、绿化效果好等特点。尽管OH液植草护坡具有理想的边坡防护、绿化效果,但由于该技术所用的这种HYCEL_OH液还末能实现国产化,使得其工程造价较高综合造价达40元/m2左右,故目前还无法推广应用。只是在京九铁路等个别工点进行了尝试性试验。
2.6行栽香根草护坡
香根草是近十多年才被人们“重新发现”的一种禾本科植物,具有长势挺立,在3~4月内可长成茂密的活篱笆;根系发达、粗壮,一年内一般可深入地下2~3m;根系抗拉强度大,达75MPa,耐旱、耐涝、耐火、耐贫瘠、抗病虫、适应能力极强等特点。行栽香根草护坡就是在土质边坡上行栽香根草进行边坡防护的一种工程措施,该技术充分利用了香根草的优良特征,具有显著增强边坡稳定性和理想的固土护坡功能,大有取代传统片石护坡之趋势。目前国内应用较少,还有待于在公路、铁路、堤坝、城市建设等边坡防护工程中进一步试验推广。
2.7蜂巢式网格植草护坡
蜂巢式网格植草护坡,是一项类似于干砌片石护坡的边坡防护技术。是在修整好的边坡坡面上拼铺正六边形混凝土框砖形成蜂巢式网格后,在网格内铺填种植土,再在砖框内栽草或种草的一项边坡防护措施。该技术所用框砖可在预制场批量生产,其受力结构合理,拼铺在边坡上能有效地分散坡面雨水径流,减缓水流速度,防止坡面冲刷,保护草皮生长。这种护坡施工简单,外观齐整,造型美观大方,具有边坡防护、绿化双重效果,工程造价适中,略高于浆砌片石骨架护坡,该技术多用于填方边坡的防护。
2.8客土植生植物护坡
客土植生植物护坡,是在边坡坡面上挂网机械喷填(或人工铺设)一定厚度适宜植物生长的土壤或基质(客土)和种子的边坡植物防护措施。该技术的特点是可根据地质和气候条件进行基质和种子配方,从而具有广泛的适应性,多用于普通条件下无法绿化或绿化效果差的边坡。由于客土可以由机械拌和,挂网实施容易,因此施工的机械化程度高,速度快,无论从效率和成本上都比浆砌片石和挂网喷砼防护要优越,而且植被防护效果良好,基本不需要养护即可维持植物的正常生长。该技术在公路边坡防护中已被大量应用,在日本等国家已经被作为边坡绿化的常规方法加以应用。
2.9喷混植生植物护坡
喷混植生植物护坡,是在稳定岩质边坡上施工短锚杆、铺挂镀锌铁丝网后,采用专用喷射机,将拌和均匀的种植基材喷射到坡面上,植物依靠“基材”生长发育,形成植物护坡的施工技术,具有防护边坡、恢复植被双重作用,可以取代传统的喷锚防护、片石护坡等圬工措施。该技术使用的种植基材由种植土、混合草灌种子、有机质、肥料、团粒剂、保水剂、稳定剂、PH缓解剂和水等组成,其种植基材的配方是成功的关键,良好的配方能够达到在陡于1∶0.75的岩质边坡上既具备一定的强度保护坡面和抵抗雨水冲刷,又具有足够的空隙率和肥力以保证植物生长。该技术已广泛应用于铁路、公路、水利等各类岩石边坡绿化防护工程。
3.边坡绿化工程中的难点问题
随着边坡植物防护技术的推广应用,各类边坡植物防护技术已发展成为公路、铁路绿色通道建设中的重要组成部分,但也存在一些难点问题。
3.1边坡植草的退化
在公路、铁路等工程建设中,其边坡绿化防护上投入的资金比例较低,在低投入、低养护或无养护情况下,边坡草坪处于自生自养状态,极易退化、死亡。因为人工种植草种生长较弱、品种单一,随着时间的增长,在养分水分供应较差的边坡上都会呈现不同程度的草坡退化现象,这是一个十分突出和严重的问题,若草被退化得不到解决,不仅造成重复建设、资金浪费,而且起不到边坡绿化防护效果,最终可能会引起水土流失、坡面坍塌等许多不良后果。
3.2喷播时的植物种子配比与最终植物状态
在较短的时间内把开挖的边坡恢复到自然状态,施工者将面临:①植物种子的配比如何确定;②如何考虑当地自生优势群落的结构特点进行种子配比;③如何确定喷播时的植物配比与最终形成的植物群落之间的动态关系。只有对这些问题作详尽的调查研究分析,才能正确指导施工,否则边坡的植物生长将无法实现人工强制绿化向原始植物群落的顺利演替。
3.3干旱对土体很薄的坡面植物构成威胁
开挖后的岩石边坡,岩石层厚、整体性好,坡体高陡,对边坡进行植物绿化后,随着时间的增长,秋冬季干旱、夏伏季炎热,土体养分逐渐流失,土壤肥力降低,如何解决边坡呈现的无土、缺水、缺肥的状态及边坡植被面临的干、热威胁,这将直接影响到边坡最终的绿化效果和生态效益。
4.边坡绿化工程可持续发展的着眼点
可持续发展,是指在人类与自然和谐的前提下,不断提高人类的生活质量和环境承载能力,满足当代人的需求又不损害对子孙后代的需求;满足一个区域或一个国家的需求面又不损害其他区域或国家的需求。根据可持续发展内涵的要求,边坡绿化工程中应着眼于与自然环境(生态系统)的协调性和环保生态功能,结合目前国内边坡绿化防护工程现状及问题,提出以下对策与建议。
4.1注重边坡生态防护的设计与资金投入
在公路、铁路设计与建设中,人们常将设计重点和大量资金放在它的工程功能及安全功能上,而生态功能的设计与投资力度不足,生态防护工程往往采取低价中标的方式,这种低投入、低质量的恶性循环,使边坡生态环境发展不够好,抗灾能力不强等。应建立和加大公路、铁路边坡建设、养护和生态环境保护的专项资金,在设计上要深入细化,根据不同气候条件、不同环境、不同区域结合具体情况单独设计,注重落实边坡的生态环境保护方案。
4.2边坡植草退化的防治技术
防治边坡草被退化的重要措施就是乔灌草相结合,尽量模拟出当地的植物群落结构,走向本地化。实际上国外已经开始流行以乔灌木为主的绿化方式。天然植被一般都是草木混生的,在较高的贫瘠土质或石质边坡上,采用草灌结合的客土喷播或喷混植生技术施工,可以将草种和灌木树种进行混播,早期以草坪防护为主,后期以灌木防护为主,构建乔灌草立体防护生态体系,达到恢复自然植被的目的。植物种子的选择及配置应走本地化的道路,以地带性植被、乡土植物为基调,适当引进适于本地生长条件的野生植物和外地植物。同时也应考虑浅根植物和深根植物的结合、豆科植物与非豆科植物的结合,还要尽可能配置抗逆性强的植物和水、肥、光、热利用率高的植物,这样才能使植物更能适应当地气候与自然植被融为一体,建设一个具有生物多样性的稳定的、生命力强的立体生态群落。
4.3积极引进开发边坡生态防护新技术
边坡绿化工程中的难点问题,是对边坡生态防护可持续发展和环境科学技术的挑战,边坡生态防护技术涉及到工程力学、生物学、土壤学、肥料学、园艺学、环境生态学等学科,必须不断在这些理论领域有所突破,积极引进开发新材料、新工艺及配套施工机械设备,充分吸收新的科研成果、先进技术和工程施工经验,注重国际和行业间的技术交流与合作。总之,提高边坡生态防护技术的科技含量,是边坡绿化防护工程成败的重要环节。
目前在边坡绿化防护工程中,液压喷播、客土喷播、喷混植生是具有典型生态防护施工技术;在边坡绿化养护工程中,滴灌、渗灌、注水根灌、插管根灌、膜孔灌等是具有节约水资源、提高成活率、促进草灌木植物生长的灌溉技术;在土壤肥力方面,ABT生根粉、菌根菌、农菌及各种微生物肥料的应用,具有促进植物生根、生长和发育,提高植物的生理机能和抗逆性。在这些新技术的应用过程中,还有许多问题和工艺需要探讨、改进,使其成本更低、操作更为简单、效果更好。随着边坡生态防护各项科研技术的不断深入,其各项新技术新工艺的应用将日趋完善和成熟。
5.结论
①在边坡植物绿化防护施工措施中,根据目前的国情、机械化施工程度、适用性、经济性和质量效果比较,液压喷播、客土喷播、喷混植生是具有典型生态防护施工技术,符合边坡绿化工程可持续发展的理念,值得普遍推广应用。
公路、铁路、水利等工程建设与自然环境密切相关。其工程规模大、项目多、涉及面广,土石填挖工程形成的大量土石裸露边坡,破坏了既有植被,对当地生态环境影响较大,以往通常采用单纯的工程防护,如浆(干)砌片石、喷锚防护等,这些工程措施都导致原有植被破坏、水土流失、滑坡、边坡失稳等一系列生态环境和工程问题。国家已经十分重视工程建设中的生态建设和环境保护,国务院下达了[2000]31号文件“关于进一步推进绿色通道建设的通知”,工程建设中的生态建设、环境保护已提上议程,这对整个工程建设的可持续发展战略的实施起到了推动作用。
2.边坡生态防护现状
近十多年来人们开发出了多种既能起到良好边坡防护作用,又能改善工程环境、体现自然环境美的边坡植物防护新技术,与传统的坡面工程防护措施共同形成了边坡工程植物防护体系。
根据不同的边坡土质条件,采用不同的施工方法和施工工艺可将边坡植物防护技术分为:①人工种草护坡;②平铺草皮护坡;③液压喷播植草护坡;④土工网植草护坡;⑤OH液植草护坡;⑥行栽香根草护坡;⑦蜂巢式网格植草护坡;⑧客土植生植物护坡;⑨喷混植生植物护坡。各类边坡植物防护技术的主要作用及应用条件各不相同。
2.1人工种草护坡
人工种草护坡,是通过人工在边坡坡面简单播撒草种的一种传统边坡植物防护措施。多用于边坡高度不高、坡度较缓且适宜草类生长的土质路堑和路堤边坡防护工程。具有施工简单、造价低兼等特点。但由于草籽播撒不均匀,草籽易被雨水冲走,种草成活率低等原因,往往达不到满足的边坡防护效果,而造成坡面冲沟,表土流失等边坡病害,导致大量的边坡病害整治、修复工程,使得该技术近年应用较少。
2.2平铺草皮护坡
平铺草皮护坡,是通过人工在边坡面铺设天然草皮的一种传统边坡植物防护措施。具有施工简单、工程造价较低等特点。适用于四周草皮来源较易、边坡高度不高且坡度较缓的各种土质及严重风化的岩层和成岩作用差的软岩层边坡防护工程,是设计应用最多的传统坡面植物防护措施之一,但由于施工后期养护治理困难,平铺草皮易被冲走,且成活率低,工程质量往往难以保证,达不到满足的边坡防护效果,而造成坡面冲沟,表土流失、坍滑等边坡病害,导致大量的边坡病害整治、修复工程。近年来,由于草皮来源紧张,使得平铺草皮护坡的作用逐渐受到了限制。
2.3液压喷播植草护坡
液压喷播植草护坡,是国外近十多年新开发的一项边坡植物防护措施,是交草籽、肥料、粘着剂、纸浆、土壤改良剂上、色素等按一定比例在混合箱内配水搅匀,通过机械加压喷射到边坡坡面而完成植草施工的。其特点是:①施工简单、速度快;②施工质量高,草籽喷播均匀发芽快、整洁一致;③防护效果好,正常情况下,喷播一个月后坡面植物覆盖率可达70%以上,二个月后形成防护、绿化功能;④适用性广;⑤工程造价低。目前,国内液压喷播植草护坡在公路、铁路、城市建设等部门边坡防护与绿化工程中使用较多。
2.4土工网植草护坡
土工网植草护坡,是国外近十多年新开发的一项集坡面加固和植物防护于一体的复合型边坡植物防护措施。该技术所用土工网是一种边坡防护新材料,是通过非凡工艺生产的三维立体网,不仅具有加固边坡的功能,在播种初期还起到防止冲刷、保持土壤以利草籽发芽、生长的作用随着植物生长、成熟,坡面逐渐被植物覆盖,这样植物与土工网就共同对边坡起到了长期防护,绿化作用,土工网植草护坡能承受4m/s以上流速的水流冲刷,在一定条件下可替代浆(干)砌片石护坡。目前,国内土工网植草护坡在公路、堤坝边坡防护工程中使用较多,铁路部门相对较少。
2.5 OH液植草护坡
该项技术是国外近十多年新开发的一项边坡化学植草防护措施。它是通过专用机械,将新型化工产品HYCEL_OH液用水按一定比例稀释后和草籽一起喷洒于坡面,使之在极短时间内硬化,而将边坡表土固结成弹性固体薄膜,达到植草初期边坡防护目的,3~6个月后其弹性固体薄膜开始逐渐分解,此时草种已发芽、生长成熟,根深叶茂的植物已能独立起到边坡防护、绿化双重效果,具有施工简单、迅速,不需后期养护,边坡防护、绿化效果好等特点。尽管OH液植草护坡具有理想的边坡防护、绿化效果,但由于该技术所用的这种HYCEL_OH液还末能实现国产化,使得其工程造价较高综合造价达40元/m2左右,故目前还无法推广应用。只是在京九铁路等个别工点进行了尝试性试验。
2.6行栽香根草护坡
香根草是近十多年才被人们“重新发现”的一种禾本科植物,具有长势挺立,在3~4月内可长成茂密的活篱笆;根系发达、粗壮,一年内一般可深入地下2~3m;根系抗拉强度大,达75MPa,耐旱、耐涝、耐火、耐贫瘠、抗病虫、适应能力极强等特点。行栽香根草护坡就是在土质边坡上行栽香根草进行边坡防护的一种工程措施,该技术充分利用了香根草的优良特征,具有显著增强边坡稳定性和理想的固土护坡功能,大有取代传统片石护坡之趋势。目前国内应用较少,还有待于在公路、铁路、堤坝、城市建设等边坡防护工程中进一步试验推广。
2.7蜂巢式网格植草护坡
蜂巢式网格植草护坡,是一项类似于干砌片石护坡的边坡防护技术。是在修整好的边坡坡面上拼铺正六边形混凝土框砖形成蜂巢式网格后,在网格内铺填种植土,再在砖框内栽草或种草的一项边坡防护措施。该技术所用框砖可在预制场批量生产,其受力结构合理,拼铺在边坡上能有效地分散坡面雨水径流,减缓水流速度,防止坡面冲刷,保护草皮生长。这种护坡施工简单,外观齐整,造型美观大方,具有边坡防护、绿化双重效果,工程造价适中,略高于浆砌片石骨架护坡,该技术多用于填方边坡的防护。
转贴于 2.8客土植生植物护坡
客土植生植物护坡,是在边坡坡面上挂网机械喷填(或人工铺设)一定厚度适宜植物生长的土壤或基质(客土) 和种子的边坡植物防护措施。该技术的特点是可根据地质和气候条件进行基质和种子配方,从而具有广泛的适应性,多用于普通条件下无法绿化或绿化效果差的边坡。由于客土可以由机械拌和,挂网实施轻易,因此施工的机械化程度高,速度快,无论从效率和成本上都比浆砌片石和挂网喷砼防护要优越,而且植被防护效果良好,基本不需要养护即可维持植物的正常生长。该技术在公路边坡防护中已被大量应用,在日本等国家已经被作为边坡绿化的常规方法加以应用。
2.9喷混植生植物护坡
喷混植生植物护坡,是在稳定岩质边坡上施工短锚杆、铺挂镀锌铁丝网后,采用专用喷射机,将拌和均匀的种植基材喷射到坡面上,植物依靠“基材”生长发育,形成植物护坡的施工技术,具有防护边坡、恢复植被双重作用,可以取代传统的喷锚防护、片石护坡等圬工措施。该技术使用的种植基材由种植土、混合草灌种子、有机质、肥料、团粒剂、保水剂、稳定剂、PH缓解剂和水等组成,其种植基材的配方是成功的要害,良好的配方能够达到在陡于1∶0.75的岩质边坡上既具备一定的强度保护坡面和反抗雨水冲刷,又具有足够的空隙率和肥力以保证植物生长。该技术已广泛应用于铁路、公路、水利等各类岩石边
坡绿化防护工程。
3.边坡绿化工程中的难点问题
随着边坡植物防护技术的推广应用,各类边坡植物防护技术已发展成为公路、铁路绿色通道建设中的重要组成部分,但也存在一些难点问题。
3.1边坡植草的退化
在公路、铁路等工程建设中,其边坡绿化防护上投入的资金比例较低,在低投入、低养护或无养护情况下,边坡草坪处于自生自养状态,极易退化、死亡。因为人工种植草种生长较弱、品种单一,随着时间的增长,在养分水分供给较差的边坡上都会呈现不同程度的草坡退化现象,这是一个十分突出和严重的问题,若草被退化得不到解决,不仅造成重复建设、资金浪费,而且起不到边坡绿化防护效果,最终可能会引起水土流失、坡面坍塌等许多不良后果。
3.2喷播时的植物种子配比与最终植物状态
在较短的时间内把开挖的边坡恢复到自然状态,施工者将面临:①植物种子的配比如何确定;②如何考虑当地自生优势群落的结构特点进行种子配比;③如何确定喷播时的植物配比与最终形成的植物群落之间的动态关系。只有对这些问题作详尽的调查研究分析,才能正确指导施工,否则边坡的植物生长将无法实现人工强制绿化向原始植物群落的顺利演替。
3.3干旱对土体很薄的坡面植物构成威胁
开挖后的岩石边坡,岩石层厚、整体性好,坡体高陡,对边坡进行植物绿化后,随着时间的增长,秋冬季干旱、夏伏季炎热,土体养分逐渐流失,土壤肥力降低,如何解决边坡呈现的无土、缺水、缺肥的状态及边坡植被面临的干、热威胁,这将直接影响到边坡最终的绿化效果和生态效益。
4.边坡绿化工程可持续发展的着眼点
可持续发展,是指在人类与自然和谐的前提下,不断提高人类的生活质量和环境承载能力,满足当代人的需求又不损害对子孙后代的需求;满足一个区域或一个国家的需求面又不损害其他区域或国家的需求。根据可持续发展内涵的要求,边坡绿化工程中应着眼于与自然环境(生态系统)的协调性和环保生态功能,结合目前国内边坡绿化防护工程现状及问题,提出以下对策与建议。
4.1注重边坡生态防护的设计与资金投入
在公路、铁路设计与建设中,人们常将设计重点和大量资金放在它的工程功能及安全功能上,而生态功能的设计与投资力度不足,生态防护工程往往采取低价中标的方式,这种低投入、低质量的恶性循环,使边坡生态环境发展不够好,抗灾能力不强等。应建立和加大公路、铁路边坡建设、养护和生态环境保护的专项资金,在设计上要深入细化,根据不同气候条件、不同环境、不同区域结合具体情况单独设计,注重落实边坡的生态环境保护方案。
4.2边坡植草退化的防治技术
防治边坡草被退化的重要措施就是乔灌草相结合,尽量模拟出当地的植物群落结构,走向本地化。实际上国外已经开始流行以乔灌木为主的绿化方式。天然植被一般都是草木混生的,在较高的贫瘠土质或石质边坡上,采用草灌结合的客土喷播或喷混植生技术施工,可以将草种和灌木树种进行混播,早期以草坪防护为主,后期以灌木防护为主,构建乔灌草立体防护生态体系,达到恢复自然植被的目的。植物种子的选择及配置应走本地化的道路,以地带性植被、乡土植物为基调,适当引进适于本地生长条件的野生植物和外地植物。同时也应考虑浅根植物和深根植物的结合、豆科植物与非豆科植物的结合,还要尽可能配置抗逆性强的植物和水、肥、光、热利用率高的植物,这样才能使植物更能适应当地气候与自然植被融为一体,建设一个具有生物多样性的稳定的、生命力强的立体生态群落。
4.3积极引进开发边坡生态防护新技术
边坡绿化工程中的难点问题,是对边坡生态防护可持续发展和环境科学技术的挑战,边坡生态防护技术涉及到工程力学、生物学、土壤学、肥料学、园艺学、环境生态学等学科,必须不断在这些理论领域有所突破,
积极引进开发新材料、新工艺及配套施工机械设备,充分吸收新的科研成果、先进技术和工程施工经验,注重国际和行业间的技术交流与合作。总之,提高边坡生态防护技术的科技含量,是边坡绿化防护工程成败的重要环节。
目前在边坡绿化防护工程中,液压喷播、客土喷播、喷混植生是具有典型生态防护施工技术;在边坡绿化养护工程中,滴灌、渗灌、注水根灌、插管根灌、膜孔灌等是具有节约水资源、提高成活率、促进草灌木植物生长的浇灌技术;在土壤肥力方面,ABT生根粉、菌根菌、农菌及各种微生物肥料的应用,具有促进植物生根、生长和发育,提高植物的生理机能和抗逆性。在这些新技术的应用过程中,还有许多问题和工艺需要探讨、改进,使其成本更低、操作更为简单、效果更好。随着边坡生态防护各项科研技术的不断深入,其各项新技术新工艺的应用将日趋完善和成熟。
5.结论
①在边坡植物绿化防护施工措施中,根据目前的国情、机械化施工程度、适用性、经济性和质量效果比较,液压喷播、客土喷播、喷混植生是具有典型生态防护施工技术,符合边坡绿化工程可持续发展的理念,值得普遍推广应用。
公路、铁路、水利等工程建设与自然环境密切相关。其工程规模大、项目多、涉及面广,土石填挖工程形成的大量土石边坡,破坏了既有植被,对当地生态环境影响较大,以往通常采用单纯的工程防护,如浆(干)砌片石、喷锚防护等,这些工程措施都导致原有植被破坏、水土流失、滑坡、边坡失稳等一系列生态环境和工程问题。国家已经十分重视工程建设中的生态建设和环境保护,国务院下达了[2000]31号文件“关于进一步推进绿色通道建设的通知”,工程建设中的生态建设、环境保护已提上议程,这对整个工程建设的可持续发展战略的实施起到了推动作用。
2.边坡生态防护现状
近十多年来人们开发出了多种既能起到良好边坡防护作用,又能改善工程环境、体现自然环境美的边坡植物防护新技术,与传统的坡面工程防护措施共同形成了边坡工程植物防护体系。
根据不同的边坡土质条件,采用不同的施工方法和施工工艺可将边坡植物防护技术分为:①人工种草护坡;②平铺草皮护坡;③液压喷播植草护坡;④土工网植草护坡;⑤OH液植草护坡;⑥行栽香根草护坡;⑦蜂巢式网格植草护坡;⑧客土植生植物护坡;⑨喷混植生植物护坡。各类边坡植物防护技术的主要作用及应用条件各不相同。
2.1人工种草护坡
人工种草护坡,是通过人工在边坡坡面简单播撒草种的一种传统边坡植物防护措施。多用于边坡高度不高、坡度较缓且适宜草类生长的土质路堑和路堤边坡防护工程。具有施工简单、造价低兼等特点。但由于草籽播撒不均匀,草籽易被雨水冲走,种草成活率低等原因,往往达不到满足的边坡防护效果,而造成坡面冲沟,表土流失等边坡病害,导致大量的边坡病害整治、修复工程,使得该技术近年应用较少。
2.2平铺草皮护坡
平铺草皮护坡,是通过人工在边坡面铺设天然草皮的一种传统边坡植物防护措施。具有施工简单、工程造价较低等特点。适用于四周草皮来源较易、边坡高度不高且坡度较缓的各种土质及严重风化的岩层和成岩作用差的软岩层边坡防护工程,是设计应用最多的传统坡面植物防护措施之一,但由于施工后期养护治理困难,平铺草皮易被冲走,且成活率低,工程质量往往难以保证,达不到满足的边坡防护效果,而造成坡面冲沟,表土流失、坍滑等边坡病害,导致大量的边坡病害整治、修复工程。近年来,由于草皮来源紧张,使得平铺草皮护坡的作用逐渐受到了限制。
2.3液压喷播植草护坡
液压喷播植草护坡,是国外近十多年新开发的一项边坡植物防护措施,是交草籽、肥料、粘着剂、纸浆、土壤改良剂上、色素等按一定比例在混合箱内配水搅匀,通过机械加压喷射到边坡坡面而完成植草施工的。其特点是:①施工简单、速度快;②施工质量高,草籽喷播均匀发芽快、整洁一致;③防护效果好,正常情况下,喷播一个月后坡面植物覆盖率可达70%以上,二个月后形成防护、绿化功能;④适用性广;⑤工程造价低。目前,国内液压喷播植草护坡在公路、铁路、城市建设等部门边坡防护与绿化工程中使用较多。
2.4土工网植草护坡
土工网植草护坡,是国外近十多年新开发的一项集坡面加固和植物防护于一体的复合型边坡植物防护措施。该技术所用土工网是一种边坡防护新材料,是通过非凡工艺生产的三维立体网,不仅具有加固边坡的功能,在播种初期还起到防止冲刷、保持土壤以利草籽发芽、生长的作用随着植物生长、成熟,坡面逐渐被植物覆盖,这样植物与土工网就共同对边坡起到了长期防护,绿化作用,土工网植草护坡能承受4m/s以上流速的水流冲刷,在一定条件下可替代浆(干)砌片石护坡。目前,国内土工网植草护坡在公路、堤坝边坡防护工程中使用较多,铁路部门相对较少。
2.5OH液植草护坡
该项技术是国外近十多年新开发的一项边坡化学植草防护措施。它是通过专用机械,将新型化工产品HYCEL_OH液用水按一定比例稀释后和草籽一起喷洒于坡面,使之在极短时间内硬化,而将边坡表土固结成弹性固体薄膜,达到植草初期边坡防护目的,3~6个月后其弹性固体薄膜开始逐渐分解,此时草种已发芽、生长成熟,根深叶茂的植物已能独立起到边坡防护、绿化双重效果,具有施工简单、迅速,不需后期养护,边坡防护、绿化效果好等特点。尽管OH液植草护坡具有理想的边坡防护、绿化效果,但由于该技术所用的这种HYCEL_OH液还末能实现国产化,使得其工程造价较高综合造价达40元/m2左右,故目前还无法推广应用。只是在京九铁路等个别工点进行了尝试性试验。
2.6行栽香根草护坡
香根草是近十多年才被人们“重新发现”的一种禾本科植物,具有长势挺立,在3~4月内可长成茂密的活篱笆;根系发达、粗壮,一年内一般可深入地下2~3m;根系抗拉强度大,达75MPa,耐旱、耐涝、耐火、耐贫瘠、抗病虫、适应能力极强等特点。行栽香根草护坡就是在土质边坡上行栽香根草进行边坡防护的一种工程措施,该技术充分利用了香根草的优良特征,具有显著增强边坡稳定性和理想的固土护坡功能,大有取代传统片石护坡之趋势。目前国内应用较少,还有待于在公路、铁路、堤坝、城市建设等边坡防护工程中进一步试验推广。
2.7蜂巢式网格植草护坡
蜂巢式网格植草护坡,是一项类似于干砌片石护坡的边坡防护技术。是在修整好的边坡坡面上拼铺正六边形混凝土框砖形成蜂巢式网格后,在网格内铺填种植土,再在砖框内栽草或种草的一项边坡防护措施。该技术所用框砖可在预制场批量生产,其受力结构合理,拼铺在边坡上能有效地分散坡面雨水径流,减缓水流速度,防止坡面冲刷,保护草皮生长。这种护坡施工简单,外观齐整,造型美观大方,具有边坡防护、绿化双重效果,工程造价适中,略高于浆砌片石骨架护坡,该技术多用于填方边坡的防护。
2.8客土植生植物护坡
客土植生植物护坡,是在边坡坡面上挂网机械喷填(或人工铺设)一定厚度适宜植物生长的土壤或基质(客土)和种子的边坡植物防护措施。该技术的特点是可根据地质和气候条件进行基质和种子配方,从而具有广泛的适应性,多用于普通条件下无法绿化或绿化效果差的边坡。由于客土可以由机械拌和,挂网实施轻易,因此施工的机械化程度高,速度快,无论从效率和成本上都比浆砌片石和挂网喷砼防护要优越,而且植被防护效果良好,基本不需要养护即可维持植物的正常生长。该技术在公路边坡防护中已被大量应用,在日本等国家已经被作为边坡绿化的常规方法加以应用。
2.9喷混植生植物护坡
喷混植生植物护坡,是在稳定岩质边坡上施工短锚杆、铺挂镀锌铁丝网后,采用专用喷射机,将拌和均匀的种植基材喷射到坡面上,植物依靠“基材”生长发育,形成植物护坡的施工技术,具有防护边坡、恢复植被双重作用,可以取代传统的喷锚防护、片石护坡等圬工措施。该技术使用的种植基材由种植土、混合草灌种子、有机质、肥料、团粒剂、保水剂、稳定剂、PH缓解剂和水等组成,其种植基材的配方是成功的要害,良好的配方能够达到在陡于1∶0.75的岩质边坡上既具备一定的强度保护坡面和反抗雨水冲刷,又具有足够的空隙率和肥力以保证植物生长。该技术已广泛应用于铁路、公路、水利等各类岩石边
坡绿化防护工程。
3.边坡绿化工程中的难点问题
随着边坡植物防护技术的推广应用,各类边坡植物防护技术已发展成为公路、铁路绿色通道建设中的重要组成部分,但也存在一些难点问题。
3.1边坡植草的退化
在公路、铁路等工程建设中,其边坡绿化防护上投入的资金比例较低,在低投入、低养护或无养护情况下,边坡草坪处于自生自养状态,极易退化、死亡。因为人工种植草种生长较弱、品种单一,随着时间的增长,在养分水分供给较差的边坡上都会呈现不同程度的草坡退化现象,这是一个十分突出和严重的问题,若草被退化得不到解决,不仅造成重复建设、资金浪费,而且起不到边坡绿化防护效果,最终可能会引起水土流失、坡面坍塌等许多不良后果。
3.2喷播时的植物种子配比与最终植物状态
在较短的时间内把开挖的边坡恢复到自然状态,施工者将面临:①植物种子的配比如何确定;②如何考虑当地自生优势群落的结构特点进行种子配比;③如何确定喷播时的植物配比与最终形成的植物群落之间的动态关系。只有对这些问题作详尽的调查研究分析,才能正确指导施工,否则边坡的植物生长将无法实现人工强制绿化向原始植物群落的顺利演替。
3.3干旱对土体很薄的坡面植物构成威胁
开挖后的岩石边坡,岩石层厚、整体性好,坡体高陡,对边坡进行植物绿化后,随着时间的增长,秋冬季干旱、夏伏季炎热,土体养分逐渐流失,土壤肥力降低,如何解决边坡呈现的无土、缺水、缺肥的状态及边坡植被面临的干、热威胁,这将直接影响到边坡最终的绿化效果和生态效益。
4.边坡绿化工程可持续发展的着眼点
可持续发展,是指在人类与自然和谐的前提下,不断提高人类的生活质量和环境承载能力,满足当代人的需求又不损害对子孙后代的需求;满足一个区域或一个国家的需求面又不损害其他区域或国家的需求。根据可持续发展内涵的要求,边坡绿化工程中应着眼于与自然环境(生态系统)的协调性和环保生态功能,结合目前国内边坡绿化防护工程现状及问题,提出以下对策与建议。
4.1注重边坡生态防护的设计与资金投入
在公路、铁路设计与建设中,人们常将设计重点和大量资金放在它的工程功能及安全功能上,而生态功能的设计与投资力度不足,生态防护工程往往采取低价中标的方式,这种低投入、低质量的恶性循环,使边坡生态环境发展不够好,抗灾能力不强等。应建立和加大公路、铁路边坡建设、养护和生态环境保护的专项资金,在设计上要深入细化,根据不同气候条件、不同环境、不同区域结合具体情况单独设计,注重落实边坡的生态环境保护方案。
4.2边坡植草退化的防治技术
防治边坡草被退化的重要措施就是乔灌草相结合,尽量模拟出当地的植物群落结构,走向本地化。实际上国外已经开始流行以乔灌木为主的绿化方式。天然植被一般都是草木混生的,在较高的贫瘠土质或石质边坡上,采用草灌结合的客土喷播或喷混植生技术施工,可以将草种和灌木树种进行混播,早期以草坪防护为主,后期以灌木防护为主,构建乔灌草立体防护生态体系,达到恢复自然植被的目的。植物种子的选择及配置应走本地化的道路,以地带性植被、乡土植物为基调,适当引进适于本地生长条件的野生植物和外地植物。同时也应考虑浅根植物和深根植物的结合、豆科植物与非豆科植物的结合,还要尽可能配置抗逆性强的植物和水、肥、光、热利用率高的植物,这样才能使植物更能适应当地气候与自然植被融为一体,建设一个具有生物多样性的稳定的、生命力强的立体生态群落。
4.3积极引进开发边坡生态防护新技术
边坡绿化工程中的难点问题,是对边坡生态防护可持续发展和环境科学技术的挑战,边坡生态防护技术涉及到工程力学、生物学、土壤学、肥料学、园艺学、环境生态学等学科,必须不断在这些理论领域有所突破,
积极引进开发新材料、新工艺及配套施工机械设备,充分吸收新的科研成果、先进技术和工程施工经验,注重国际和行业间的技术交流与合作。总之,提高边坡生态防护技术的科技含量,是边坡绿化防护工程成败的重要环节。
目前在边坡绿化防护工程中,液压喷播、客土喷播、喷混植生是具有典型生态防护施工技术;在边坡绿化养护工程中,滴灌、渗灌、注水根灌、插管根灌、膜孔灌等是具有节约水资源、提高成活率、促进草灌木植物生长的浇灌技术;在土壤肥力方面,ABT生根粉、菌根菌、农菌及各种微生物肥料的应用,具有促进植物生根、生长和发育,提高植物的生理机能和抗逆性。在这些新技术的应用过程中,还有许多问题和工艺需要探讨、改进,使其成本更低、操作更为简单、效果更好。随着边坡生态防护各项科研技术的不断深入,其各项新技术新工艺的应用将日趋完善和成熟。
5.结论
①在边坡植物绿化防护施工措施中,根据目前的国情、机械化施工程度、适用性、经济性和质量效果比较,液压喷播、客土喷播、喷混植生是具有典型生态防护施工技术,符合边坡绿化工程可持续发展的理念,值得普遍推广应用。