噴混植生技術在路塹邊坡防護中的應用

湯新強,盧志堅

(1.重慶市城市交通開發投資集團,重慶 401121;2.中鐵三局集團建筑安裝工程有限公司,山西 太原 030006)

1 工程概況

國家十一五重點工程—襄(樊)渝(重慶)鐵路二線目前已開工建設,與襄渝鐵路相伴而行,全長 507 km,二線東起湖北襄樊,經過陜西安康,西達重慶。線路所經地段屬主城區和城鄉結合部,人口稠密,廠礦、企業較多,工農業經濟均較發達,對環境保護的要求較高。

1.1 襄渝鐵路二線樞紐配套工程地區氣候特征

樞紐配套工程主要位于重慶市沙坪壩區、北碚區、渝北區境內,處于亞熱帶溫暖濕潤氣候區,雨量充沛,春早夏長,秋雨連綿,冬曖多霧。年平均氣溫 17～18℃,最高氣溫42.3℃,最低氣溫 -4.7℃;年平均降雨量 1100～1200mm,集中于 6～8月份,最大風速 20m/s,凍結深度為零。

1.2 襄渝鐵路二線樞紐配套工程地質、邊坡條件

(1)地形地貌。本段屬丘陵地貌。線路沿線丘包與山間溝槽相間分布,部分沖溝深切,多呈“V”字形,地形波狀起伏,地面高程 290～360m,相對高差小于 100m。丘坡地帶基巖大部分裸露,地表多辟為旱地,自然橫坡度約 20°～35°,局部較陡,植被不甚發育。

(2)邊坡地質條件。本段上覆粉質黏土;下伏基巖為泥巖夾砂巖及頁巖。①粉質黏土:褐黃色、棕黃色等,堅硬-硬塑,微含 5%～15%砂泥巖質角礫碎石,主要分布于斜坡坡面,厚 0～2m,局部可達 5m。屬Ⅱ級普通土。②泥巖夾砂巖及頁巖:暗紫紅、紫紅色泥巖,泥質膠結,薄至中厚層狀,頁巖呈薄層狀,質軟,抗風化能力弱,砂巖多呈中厚層狀,鈣泥質膠結。全風化帶厚 0～2m,屬Ⅱ級普通土;強風化帶厚 2～4m,以下為弱風化帶,屬Ⅳ級軟石。大部分石質路塹邊坡屬軟質巖邊坡,風化程度不一,全風化 ～強風化,風化界線起伏較大。

(3)邊坡形態特征。本段石質路塹挖方邊坡,其坡高從4m至 19m不等;無外傾軟弱結構面的石質路塹邊坡,邊坡坡率 1∶1或 1∶1.25;當挖方邊坡高度大于 10m時,自坡腳往上按每個 10m高度將邊坡分成幾級,在每一 10m高度處設一寬 2m的減重臺。

2 主要材料

2.1 植生基層

植生基層由以下材料組成,厚 10 cm。

(1)種植土壤。砂質土壤中砂土占 80%、黏土性土占20%,其 pH值控制在 6左右;

(2)粘合劑。采用高分子聚合物及天然植物加工而成,能將種植土壤、養生材料、肥料、種子等緊密連接,形成一定厚度的噴播層,并與坡面粘接在一起而不下滑流失;

(3)保水劑。鋸末加筋纖維以植物細長纖維為主,增加連接強度;

(4)肥料。應選無機肥和長效有機肥;

(5)水。噴播用水,選擇無污染水源,就近吸取;

(6)水泥。主要增加砂土粘結力和坡面早期強度,抵抗雨水沖刷,應控制其含量或進行堿性改良。

2.2 種子層

種子層由以下材料組成:(1)種植土壤。(2)粘合劑。(3)保水劑。(4)木纖維。(5)有機肥。(6)無機肥。(7)水。(8)種子(百喜草、狗牙根、紫羊茅)。

3 石質路塹噴混植生護坡施工工藝、流程

3.1 施工順序

人工清坡※坡面錨桿施工※掛金屬網※釘設固定錨桿※噴射種植混合基材※覆蓋無紡布※養護※待坡面長草至20 cm后栽種灌木※土壤回填※澆水沉降,讓樹苗土球落正※再回填土壤、澆水※補撒草種養護。

3.2 施工工藝

3.2.1 清理邊坡

將容易滑落、影響邊坡穩定的巖石處理掉,使坡面盡可能平整以利于噴混植生施工,同時增加坡面綠化效果;對于光滑巖面要通過挖鑿橫溝等措施進行加糙處理,以免種植土下滑。有超欠挖大于 30 cm者,必須鑿順或用漿砌片石嵌補。

3.2.2 打設錨桿

用風槍安裝 49mm鉆頭打錨桿孔,孔深應比錨固長度深10～20 cm;鉆孔后再將孔中巖粉沖洗干凈,插入錨桿,灌注M 30水泥砂漿固定錨桿,使錨桿處于錨桿孔中心。坡面錨桿分主錨桿與輔錨桿,主錨桿采用 HRB 33516鋼筋,間距 2 m,錨桿長 2m;輔錨桿采用 HRB 33512鋼筋,間距 2m,錨桿長 1m,呈梅花形布置。錨桿一端設彎鉤,其端部 15 cm及彎鉤部分涂防銹漆。當巖體破碎時,應適當密、加長主錨桿。

3.2.3 掛網施工

掛網施工時采用自上而下放卷,相鄰兩卷鍍鋅網分別用綁扎鐵絲連接固定,其間應預留直徑 20 cm灌木樹坑孔洞,兩網交接處要求有 20 cm的重疊。用不同厚度的的混凝土墊塊來調節,使金屬網與坡面的距離保持 3～6 cm。

3.2.4 配制混合土材料

將砂、黏土打碎過篩,然后將砂、黏土、鋸末、水泥、肥料、植物生長劑、土壤穩定劑等充分混和,攪拌均勻。

3.2.5 噴混植生

選用專用噴混植生機,設備就位后,調節輸送泵壓力、出風量,使混合料均勻噴射至坡面,自上而下分兩次實施噴播,第一次噴播厚 3 cm,待種植土穩定后(10～20min)再噴播第二次至設計厚度,噴播時在巖性破碎、巖質堅硬坡段噴層厚度可適當增加,噴射種植混合基材厚度為 10±2 cm。且金屬網之上的種植混合基材不少于3 cm。

3.2.6 養護管理

初期養護需加蓋無紡布,30～45 d后待草苗長到一定高度時揭布;后期養護時若天氣長期持續干旱則應適當予以澆水養護。待坡面長草至 20 cm后栽種灌木紫穗槐。

4 施工技術要求及施工注意事項

4.1 噴混植生材料的要求

(1)具有適宜植物生長的三相分布結構,良好的透氣性、團粒給化度和酸堿度,即固、液、氣三相體積比例為固相比例44%～58%,液相比例 24% ～38%,氣相比例 18%～25%。

(2)含有植物長期生長必須的平衡養分,有機質含量≥200mg/kg,有機鉀含量≥200 mg/kg,有機磷含量≥200 mg/kg。

(3)能保持植物所需水分的供給和較好的保水能力,種植基最大的有效含水量≥60%,平均氣溫在 22℃,自然風干條件下,種植基從田間持水量下降至凋萎含水量時間≥30 d。

(4)具有一定的強度和抗暴雨沖蝕能力,要求在田間持水量條件下,種植基快剪試驗所測得的 C≥20 KPa, ≥30°,在噴射施工完 12 h后,在雨量為 250mm/h,持續降雨時間 1 h的條件下,種植累積流失量 <1200g/m3。

4.2 植物的選擇和配比問題

植物的選擇要考慮地區氣候、季節變化及尊重植物生長的自然規律。一是要選擇不同季節的草本植物,二是植入一定數量的灌木植物,才能達到綠化和邊坡穩固的雙重效果。襄渝鐵路二線樞紐配套工程選用了三種草籽:狗牙根、百喜草、紫羊茅。狗牙根性喜溫暖濕潤氣候,耐陰性和耐寒性較差,但狗牙根耐踐踏,侵占能力強。百喜草性喜溫暖濕潤的氣候條件,在年降水量超過 1000mm的地區長勢最好。對土壤的適應性比狗牙根還要廣,在干旱貧瘠、土壤 pH值為 4.6-6.0的酸性紅壤土、黃壤土上都能夠良好生長。也能夠很好地與侵占性較強的狗牙根混播。而紫羊茅的耐蔭性比狗牙根、百喜草強,在較弱的光強度下,它比其他草坪草生長更快。以上三種草籽優勢互補、相得益彰,但在各類草籽混播比例的問題上,即單位面積內各類草籽撒布量的合理性有待進一步探討。

5 應用效果

5.1 綠化效果

襄渝鐵路二線樞紐配套工程的噴混植生施工完成后,通過對未成活的進行補噴,邊坡綠色植被覆蓋率與可綠化面積之比達到 90%以上,基本可以達到 1年中 9個月以上的常綠效果。

5.2 抗雨水沖刷效果

在襄渝鐵路二線樞紐配套工程ZH-11標合同段噴混植生坡面防護技術應用表明,在草坪植被與基材的共同作用下,基材的抗侵蝕性進一步增強。從施工 2個月后測試的基材在雨強為 100、150及 250mm/h時的基材累積流失量,可以看出隨著雨強的減小,基材的累積流失量顯著降低,由于草坪植被的作用,雨強小于 100mm/h后基材就不會出現流失。隨著時間的進一步延長,草坪植物的根系會縱橫交錯,起到增加土體內聚力,提高土體的強度,穩固邊坡體的作用。

6 結束語

通過對襄渝鐵路二線樞紐配套工程ZH-11標合同段噴混植生坡面防護技術應用,為重慶地區石質邊坡防護工程創造了一條新的途徑,避免了常規采取漿砌片石、掛網噴錨等工程防護措施造成的環境破壞,適應了我國現行綠色覆蓋、美化環境的環保目標,同時也降低了石質邊坡防護造價。

[1]TB 10202-2002鐵路路基施工規范[S]

[2]TB 10414-2004鐵路路基施工質量驗收標準[S]