生態坡面防護技術在凍土邊坡中的應用

■傅芝蘭

（南平市公路局武夷山分局，武夷山 354300）

1 引言

近20年來，福建省普通公路交通基礎設施建設發展迅速，為提升公路設施抗災、抗毀能力，2007年以來全省普通公路開始實施邊坡防護工程。邊坡防護從單一的擋土墻、護面墻、骨架護坡發展到預應力錨索框架、SNS柔性鋼絲掛網、掛網錨噴等，邊坡防護技術日益成熟。近年邊坡防護技術朝生態恢復方向發展，目前的邊坡生態恢復護坡技術主要分為四大類：工程護坡、化學護坡、排水構造物護坡及乳化瀝青護坡。工程護坡包括植被毯護坡、植被混凝土護坡、CS混合纖維護坡；化學護坡通常采用W-OH、JCDK-1及PAM；排水構造物護坡方案采用樹枝狀多孔無砂混凝土支護排水防護；乳化瀝青護坡即為EA護坡。生態坡面防護技術研究的推廣，對生態環境的改善具有重大意義。下面以S303武夷山路段生態坡面防護工程實例來探討該技術的應用及效果。

2 工程概況

武夷山地處福建省北部山區，境內花崗巖殘積土路塹邊坡眾多，在海拔高山區邊坡土質為砂性土質，部分路段還存在土夾石邊坡。年平均溫度最低的11月至2月，最低氣溫可達到-10℃，受低溫冰凍影響，邊坡表層經常大面積剝落，掩埋綠化帶、淤埋邊溝、巖石滾落至路面，嚴重影響道路通暢及運營安全，增加維護成本，如圖1所示。省道303線K362+000～K367+950分水關段地處高海拔區，這種大量殘積土邊坡淺層溜塌現象尤其嚴重。冬季，該路段的溫度通常都會達到零度以下，濕度大，邊坡土壤含水率較高，低溫下表層結晶形成小冰柱產生凍脹，在經歷多次凍融循環后，普通石砌邊坡則界面處的強度會大大降低，而自然邊坡則造成淺層水土流失，通過風化作用后再遇到遇水而導致邊坡表層脫落、剝皮等凍脹病害出現。由于邊坡表層長期暴露、潮濕等原因而形成的苔蘚等薄層植被，使表層土通過微小根系連接成整體，從而使得表層形成整片剝落，嚴重影響道路交通安全。

圖1 邊坡凍害資料圖

為解決分水關路段常年凍土災害，有效治理凍土邊坡防治和青山掛白，自2015年8月起，在福建省南平市公路局指導下，武夷山公路分局聯合福州大學師生成立凍土邊坡防治課題小組，在該路段設立三個氣象觀測點，定期采集氣象數據和邊坡土樣分析土壤成份。通過數據采集分析比對后，決定采用生態防護技術解決邊坡凍害現象，并采用JCDK-1固化劑護坡、樹枝無砂混凝土支護排水護坡、乳化瀝青表層護坡方案，在武夷山分水關路段（S303線K366+650處）進行了試點工作，研究JCDK-1固化劑護坡、樹枝無砂混凝土支護排水護坡等防治措施的工程應用效果。

3 生態坡面防護技術要點

3.1 JCDK-1固化劑護坡

（1）技術原理及適用范圍

JCDK-1固化劑是一種綠色環保土壤改良劑，以天然礦物為主原料，具有保水、保肥、透氣的優良性，能固化土壤和污泥，促進植被生長、防止水土流失，并且封閉分解污泥中的重金屬。JCDK-1固化劑特別適用于整體較為穩定，但局部破碎及易于沖刷流失的公路邊坡。目前可以替代對此類公路邊坡采取的工程加固防護、排水和綠化方面的措施，具有顯著的環保意義及經濟效益。適用于土壤貧瘠、坡度較陡的土質邊坡。JCDK-1固化劑護坡采用的施工方法分為三種：干式噴射法、濕式噴射法、攪拌鋪設法施工。

（2）施工技術方案

試驗點位于省道S303線K366+650左側，噴射面積為 100m2，坡度為 1∶0.75；施工所需材料有草種、肥料、土體、水、化學藥劑。采用濕式噴射施工法分三次噴灑。施工工藝如下：

①坡面整平：首先對坡面進行整平處理，將表層的浮土清理干凈，清理后對坡面進行拉橫溝處理，以便客土能更好的粘合坡面。

②掛鐵絲網：在清理干凈的坡面上掛鐵絲網，鐵絲網的孔徑為5cm×5cm；每隔2m打入鉚釘固定，鉚釘長度為1m、直徑16mm的螺紋鋼筋；在用U型釘固定鐵絲網的搭接處、翹起處，U型釘長20cm，彎角處長6cm。

③第一層噴灑：將1噸的水、2.6噸的過篩土壤及50kg的肥料，裝進噴播車中充分攪拌，最后放入5kg的固化劑，然后迅速噴灑出去，噴灑厚度為1～2cm。固化劑、水、土壤比例為 1∶200∶520。

④第二層噴灑：待第一層干燥一段時間后按同樣比例進行第二層噴灑，防止固化層開裂。噴灑厚度為1～2cm。

⑤第三層噴灑：待第二層稍微固結，在同樣比例的混合液中加進草種，進行第三層噴灑，噴灑厚度為1～2cm；三層噴灑總厚度在4～6cm。

⑥養護：噴灑完成后覆蓋無紡布，間隔3d灑水養護一次，養護期為14天。施工后現場效果圖如圖2。

圖2 JCDK-1固化劑護坡施工后現場圖

3.2 樹枝狀無砂混凝土支護排水護坡技術

（1）技術原理及適用范圍

樹枝狀無砂混凝土護坡其原理是將地表排水系統與自然生態發展相結合，利用無砂混凝土的特性而形成一種可持續性排水系統。該結構的特點是利用自然方式而非渠道來排除雨水，在此排水系統中讓雨水就地下滲，并延長排水時間，可達到減少雨洪峰量和凈化雨水徑流的效果，同時補給地下水。無砂混凝土具有一定強度，可以對邊坡起到骨架支撐作用，保證邊坡強度，能有效防止溜坡滑坍等災害，同時兼顧排水性能與護坡作用。適用于坡度較緩的土質邊坡及少量巖質邊坡。

（2）施工技術方案

試驗點位于省道S303線 K366+500右側，坡率為1∶1，該坡面的土質為砂包土，土質較為松軟，雨水沖刷較易產生溜坡，特別是冬季坡面含水率高，坡面結冰造成坡面剝落情況嚴重，影響道路交通及水土流失。施工工藝如下：

①挖溝槽：首先沿坡面設定排水溝槽，開挖寬度為0.5m、深度為0.3m的樹干部分溝槽，每隔15m開挖一道。接著開挖坡度為1∶1、寬度為0.3m、深度為0.3m的枝干溝槽。枝干與樹干的夾角為45°，挖出樹枝狀排水溝。

②鋪設防水土工布：將土工布鋪設于挖好的樹干、枝干溝槽的底部及下側邊，并進行固定。

③模板安裝：分段進行模板安裝并進行加固。

④澆筑無砂混凝土：選取中等粒徑（10～20mm）、顆粒均勻的碎石，以石灰∶水∶粗骨=1∶0.45∶9 的配比進行混凝土拌制，并分段進行澆筑。

⑤混凝土養生：定期對混凝土進行養護，待混凝土達到一定強度后拆除模板。

⑥枝干覆蓋：噴播前用無紡布覆蓋枝干，避免客土噴播時堵塞混凝土排水孔隙。

⑦客土噴播：將土壤、肥料、保水劑、粘合劑、水在噴播車中按一定比例混合，待混合均勻后進行第一層噴播，噴播厚度為2cm；第一層噴播完成后掛設纖維網并進行固定，再進行第二層客土噴播。第二層噴播時加入草種，噴播厚度為2cm。

⑧養護：噴播完成后覆蓋無紡布，7d之內早晚灑水養護二次，7d之后每日灑水養護一次，養護期為14d。施工后現場效果圖如圖3。

圖3 樹枝狀排水客土噴播護坡施工后現場圖

3.3 乳化瀝青護坡技術

（1）技術原理及適用范圍

乳化瀝青是一種土壤結構改良劑，在土壤表層上直接噴灑陰離子或陽離子乳化瀝青，能使土壤形成團粒，有助于保留土壤的水分，改善土壤的熱保溫性，減少水土流失，并保護種子不受風雨侵蝕和鳥獸食用。乳化瀝青噴灑到坡面后，易形成連續的黑色覆蓋膜，抑制土壤水分的蒸發損失，容易吸收太陽熱，使地溫升高，起到保墑作用，對于改善生態環境具有良好的社會效益和經濟效益。通常適用于坡度較緩的土質邊坡。

（2）施工技術方案

試驗點位于省道S303線K366+650左側，護坡面積為 100m2，坡度為 1∶0.75；試驗所需材料為：乳化瀝青、土、草種、肥料、保水劑、粘合劑、水。施工工藝如下：

①坡面清理準備：清理坡面表層浮土，在坡面上拉橫溝以便客土噴播的土壤更好的與坡面粘合。

②掛鐵絲網：在清理干凈的坡面上掛鐵絲網，鐵絲網的孔徑5cm×5cm；每隔2m打入鉚釘固定，鉚釘長度為1m、直徑16mm的螺紋鋼筋；在用U型釘固定鐵絲網的搭接處、翹起處，U型釘長20cm，彎角處長6cm。

③客土噴播：將保水劑、粘合劑、肥料、水和過篩的土壤按 1∶1∶25∶1000∶2400 的比例在噴播車中混合，待混合均勻后進行第一層噴灑，噴灑厚度為2cm；第二層噴灑加入草種，噴灑厚度為2cm。

④噴灑乳化瀝青：客土噴播完成后，待坡面稍微干燥，用電動噴壺噴灑乳化瀝青，乳化瀝青按照1∶5的比例稀釋，用過濾網過濾后倒入噴壺中，并迅速均勻噴灑于坡面表層，噴灑要在10～15℃以上進行。

⑤養護：噴灑完成后覆蓋無紡布，間隔3d灑水養護一次，養護期為14d。施工后現場效果圖如圖4。

圖4 乳化瀝青護坡施工后現場圖

4 試驗段前后效果比對

根據試驗初步結果來看（如圖5～圖7），JCDK-1固化劑護坡、無砂混凝土樹枝狀排水、乳化瀝青3種護坡方法都取得了較為有效的防護效果。相比單獨的客土噴播，植被生長更加旺盛、覆蓋率高，有效防止了冬季融凍的水土流失。

5 試驗段坡面防護成果

圖5 JCDK-1化學固化劑護坡邊坡治理前后對比

圖6 無砂混凝土樹枝狀排水邊坡治理前后對比

圖7 乳化瀝青護坡施工前后對比

圖8 受災前后試驗段邊坡坡面情況

2018年1 月28、29日，武夷山市303省道再度遭受冰雪災害，未實施護坡方案的路段中，邊坡土仍因受凍脹而繼續剝落。但在2016年實施三個課題點的路段，邊坡幾乎完好無缺，坡角無積土。如圖8，未施行任何方案的路段（S303線K366+200），其邊坡凍脹剝落效果嚴重，與試點路段（S303線K366+650）形成鮮明對比。

6 結語

在進行公路施工時，由于要考慮的綜合影響因素眾多，當中若有環節出現失誤，則會影響整個工程質量。姜迪穎[1]認為路基邊坡是公路工程施工的重要環節，在進行邊坡防護工作時，必須嚴格對各項影響因素進行綜合考慮。此外，在選擇施工方案時，還需結合工程經濟效益進行綜合考慮，最終選擇最優方案，以保證施工的效果及效益。

[1]姜迪穎.高原凍土區路基邊坡防護措施探討[J].交通標準化，2014，42（06）：18-20.