喷混植生技术在路堑边坡防护中的应用

汤新强,卢志坚

(1.重庆市城市交通开发投资集团,重庆 401121;2.中铁三局集团建筑安装工程有限公司,山西 太原 030006)

1 工程概况

国家十一五重点工程—襄(樊)渝(重庆)铁路二线目前已开工建设,与襄渝铁路相伴而行,全长 507 km,二线东起湖北襄樊,经过陕西安康,西达重庆。线路所经地段属主城区和城乡结合部,人口稠密,厂矿、企业较多,工农业经济均较发达,对环境保护的要求较高。

1.1 襄渝铁路二线枢纽配套工程地区气候特征

枢纽配套工程主要位于重庆市沙坪坝区、北碚区、渝北区境内,处于亚热带温暖湿润气候区,雨量充沛,春早夏长,秋雨连绵,冬暧多雾。年平均气温 17～18℃,最高气温42.3℃,最低气温 -4.7℃;年平均降雨量 1100～1200mm,集中于 6～8月份,最大风速 20m/s,冻结深度为零。

1.2 襄渝铁路二线枢纽配套工程地质、边坡条件

(1)地形地貌。本段属丘陵地貌。线路沿线丘包与山间沟槽相间分布,部分冲沟深切,多呈“V”字形,地形波状起伏,地面高程 290～360m,相对高差小于 100m。丘坡地带基岩大部分裸露,地表多辟为旱地,自然横坡度约 20°～35°,局部较陡,植被不甚发育。

(2)边坡地质条件。本段上覆粉质黏土;下伏基岩为泥岩夹砂岩及页岩。①粉质黏土:褐黄色、棕黄色等,坚硬-硬塑,微含 5%～15%砂泥岩质角砾碎石,主要分布于斜坡坡面,厚 0～2m,局部可达 5m。属Ⅱ级普通土。②泥岩夹砂岩及页岩:暗紫红、紫红色泥岩,泥质胶结,薄至中厚层状,页岩呈薄层状,质软,抗风化能力弱,砂岩多呈中厚层状,钙泥质胶结。全风化带厚 0～2m,属Ⅱ级普通土;强风化带厚 2～4m,以下为弱风化带,属Ⅳ级软石。大部分石质路堑边坡属软质岩边坡,风化程度不一,全风化 ～强风化,风化界线起伏较大。

(3)边坡形态特征。本段石质路堑挖方边坡,其坡高从4m至 19m不等;无外倾软弱结构面的石质路堑边坡,边坡坡率 1∶1或 1∶1.25;当挖方边坡高度大于 10m时,自坡脚往上按每个 10m高度将边坡分成几级,在每一 10m高度处设一宽 2m的减重台。

2 主要材料

2.1 植生基层

植生基层由以下材料组成,厚 10 cm。

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

(2)粘合剂。采用高分子聚合物及天然植物加工而成,能将种植土壤、养生材料、肥料、种子等紧密连接,形成一定厚度的喷播层,并与坡面粘接在一起而不下滑流失;

(3)保水剂。锯末加筋纤维以植物细长纤维为主,增加连接强度;

(4)肥料。应选无机肥和长效有机肥;

(5)水。喷播用水,选择无污染水源,就近吸取;

(6)水泥。主要增加砂土粘结力和坡面早期强度,抵抗雨水冲刷,应控制其含量或进行碱性改良。

2.2 种子层

种子层由以下材料组成:(1)种植土壤。(2)粘合剂。(3)保水剂。(4)木纤维。(5)有机肥。(6)无机肥。(7)水。(8)种子(百喜草、狗牙根、紫羊茅)。

3 石质路堑喷混植生护坡施工工艺、流程

3.1 施工顺序

人工清坡※坡面锚杆施工※挂金属网※钉设固定锚杆※喷射种植混合基材※覆盖无纺布※养护※待坡面长草至20 cm后栽种灌木※土壤回填※浇水沉降,让树苗土球落正※再回填土壤、浇水※补撒草种养护。

3.2 施工工艺

3.2.1 清理边坡

将容易滑落、影响边坡稳定的岩石处理掉,使坡面尽可能平整以利于喷混植生施工,同时增加坡面绿化效果;对于光滑岩面要通过挖凿横沟等措施进行加糙处理,以免种植土下滑。有超欠挖大于 30 cm者,必须凿顺或用浆砌片石嵌补。

3.2.2 打设锚杆

用风枪安装 49mm钻头打锚杆孔,孔深应比锚固长度深10～20 cm;钻孔后再将孔中岩粉冲洗干净,插入锚杆,灌注M 30水泥砂浆固定锚杆,使锚杆处于锚杆孔中心。坡面锚杆分主锚杆与辅锚杆,主锚杆采用 HRB 33516钢筋,间距 2 m,锚杆长 2m;辅锚杆采用 HRB 33512钢筋,间距 2m,锚杆长 1m,呈梅花形布置。锚杆一端设弯钩,其端部 15 cm及弯钩部分涂防锈漆。当岩体破碎时,应适当密、加长主锚杆。

3.2.3 挂网施工

挂网施工时采用自上而下放卷,相邻两卷镀锌网分别用绑扎铁丝连接固定,其间应预留直径 20 cm灌木树坑孔洞,两网交接处要求有 20 cm的重叠。用不同厚度的的混凝土垫块来调节,使金属网与坡面的距离保持 3～6 cm。

3.2.4 配制混合土材料

将砂、黏土打碎过筛,然后将砂、黏土、锯末、水泥、肥料、植物生长剂、土壤稳定剂等充分混和,搅拌均匀。

3.2.5 喷混植生

选用专用喷混植生机,设备就位后,调节输送泵压力、出风量,使混合料均匀喷射至坡面,自上而下分两次实施喷播,第一次喷播厚 3 cm,待种植土稳定后(10～20min)再喷播第二次至设计厚度,喷播时在岩性破碎、岩质坚硬坡段喷层厚度可适当增加,喷射种植混合基材厚度为 10±2 cm。且金属网之上的种植混合基材不少于3 cm。

3.2.6 养护管理

初期养护需加盖无纺布,30～45 d后待草苗长到一定高度时揭布;后期养护时若天气长期持续干旱则应适当予以浇水养护。待坡面长草至 20 cm后栽种灌木紫穗槐。

4 施工技术要求及施工注意事项

4.1 喷混植生材料的要求

(1)具有适宜植物生长的三相分布结构,良好的透气性、团粒给化度和酸碱度,即固、液、气三相体积比例为固相比例44%～58%,液相比例 24% ～38%,气相比例 18%～25%。

(2)含有植物长期生长必须的平衡养分,有机质含量≥200mg/kg,有机钾含量≥200 mg/kg,有机磷含量≥200 mg/kg。

(3)能保持植物所需水分的供给和较好的保水能力,种植基最大的有效含水量≥60%,平均气温在 22℃,自然风干条件下,种植基从田间持水量下降至凋萎含水量时间≥30 d。

(4)具有一定的强度和抗暴雨冲蚀能力,要求在田间持水量条件下,种植基快剪试验所测得的 C≥20 KPa, ≥30°,在喷射施工完 12 h后,在雨量为 250mm/h,持续降雨时间 1 h的条件下,种植累积流失量 <1200g/m3。

4.2 植物的选择和配比问题

植物的选择要考虑地区气候、季节变化及尊重植物生长的自然规律。一是要选择不同季节的草本植物,二是植入一定数量的灌木植物,才能达到绿化和边坡稳固的双重效果。襄渝铁路二线枢纽配套工程选用了三种草籽:狗牙根、百喜草、紫羊茅。狗牙根性喜温暖湿润气候,耐阴性和耐寒性较差,但狗牙根耐践踏,侵占能力强。百喜草性喜温暖湿润的气候条件,在年降水量超过 1000mm的地区长势最好。对土壤的适应性比狗牙根还要广,在干旱贫瘠、土壤 pH值为 4.6-6.0的酸性红壤土、黄壤土上都能够良好生长。也能够很好地与侵占性较强的狗牙根混播。而紫羊茅的耐荫性比狗牙根、百喜草强,在较弱的光强度下,它比其他草坪草生长更快。以上三种草籽优势互补、相得益彰,但在各类草籽混播比例的问题上,即单位面积内各类草籽撒布量的合理性有待进一步探讨。

5 应用效果

5.1 绿化效果

襄渝铁路二线枢纽配套工程的喷混植生施工完成后,通过对未成活的进行补喷,边坡绿色植被覆盖率与可绿化面积之比达到 90%以上,基本可以达到 1年中 9个月以上的常绿效果。

5.2 抗雨水冲刷效果

在襄渝铁路二线枢纽配套工程ZH-11标合同段喷混植生坡面防护技术应用表明,在草坪植被与基材的共同作用下,基材的抗侵蚀性进一步增强。从施工 2个月后测试的基材在雨强为 100、150及 250mm/h时的基材累积流失量,可以看出随着雨强的减小,基材的累积流失量显著降低,由于草坪植被的作用,雨强小于 100mm/h后基材就不会出现流失。随着时间的进一步延长,草坪植物的根系会纵横交错,起到增加土体内聚力,提高土体的强度,稳固边坡体的作用。

6 结束语

通过对襄渝铁路二线枢纽配套工程ZH-11标合同段喷混植生坡面防护技术应用,为重庆地区石质边坡防护工程创造了一条新的途径,避免了常规采取浆砌片石、挂网喷锚等工程防护措施造成的环境破坏,适应了我国现行绿色覆盖、美化环境的环保目标,同时也降低了石质边坡防护造价。

[1]TB 10202-2002铁路路基施工规范[S]

[2]TB 10414-2004铁路路基施工质量验收标准[S]