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公路挖方巖石邊坡綠化探討
巖石邊坡在公路工程中十分常見。這種邊坡一般陡峭,無植生條件,僅靠自然力量很難恢復原有生態平衡。裸露的巖石邊坡會帶來一系列問題,如食物鏈的破壞、局部小氣候惡化等,同時公路沿線的巖石邊坡還會因其表面顏色灰暗、單調而造成視覺污染。采取工程措施,在保證邊坡穩定的前提下,盡快讓巖石邊坡披上綠裝,是減輕生態惡化、美化環境的需要。以植被混凝土綠化法為重點,探討了挖方巖石邊坡綠化方法及其選擇,以供參考。
1挖方巖石邊坡常規綠化方法
挖方巖石邊坡綠化要解決的難題是如何在陡峭的坡面上固定植生條件,即客土,為植物提供水、肥,且能經受風吹雨打。挖方巖石邊坡綠化常規方法的類型,按固定植生條件的方法不同,可分為客土植生帶綠化法、纖維綠化法、框格客土綠化法等;按所用植物不同,可分為草本植物綠化、藤本植物綠化、草灌混合綠化、草卉混合綠化等。
客土植生帶綠化法是指人工制作一定寬度和厚度的帶狀物,其剖面結構一般為防護網+防水纖維層+種子、肥料、土壤、改良劑、保水劑+無紡布(從上而下)。施工時先清理邊坡,再按一定間距鋪設植生帶,用鐵絲等將其固定在邊坡上,后噴射一定厚度含肥料的泥土。覆蓋無紡布或薄膜,植物種子長出覆蓋坡面后除去。對于軟邊坡可掛網。該工藝簡單,成本低廉,但不具備護坡功能,坡面經受不起大雨或長時間降雨的沖刷,也不耐干旱,綠化效果差。
框格客土綠化法是指先在邊坡上用預制框格或用石料、混凝土砌筑框格,再在框格內置土種植綠化植物。由于巖石邊坡迎水面積小,漿砌框格一般不設排水溝。為防止雨水沖刷土壤,可在其上覆蓋稻草簾。該法成本低、工藝簡單、綠化效果好,但對邊坡的防護作用小,只適用于坡度小于30°的邊坡。
2植被混凝土護坡綠化技術
植被混凝土是采用特定的混凝土配方和種子配方,對巖石邊坡進行防護和綠化的新技術。它是涉及巖石工程力學、生物學、土壤學、肥料學、硅酸鹽化學、園藝學和環境生態等多學科的綜合環保技術。植被混凝土根據邊坡地理位置、邊坡角度、巖石性質、綠化要求等來確定水泥、土、腐植質、保水劑、混凝土綠化添加劑及混合植綠種子的組成比例。混合植綠種子是采用冷季型草種和暖季型草種根據生物生長特性混合優選而成的。植被混凝土護坡綠化技術可以一勞永逸地解決巖坡防護與綠化問題。
2.1材料選擇及其功能
防護網可用塑料、鐵絲、鋼筋,網度和選材應根據邊坡的防護要求和特征而定。防護網的功能為與錨桿一同護坡,同時構成植被混凝土的“骨架”,增強其整體性,防止其從坡面脫落。膠結材料,一般用425#水泥,它使植被混凝土拌合物具有黏聚性,使植被混凝土具有強度。植生土選用砂壤土,其具有良好的水、養、氣、熱狀況和協調能力,適于植物生長,在植被混凝土中,砂壤土是主要部分,是植被混凝土的“肌肉”[1,2]。有機質一般使用稻殼、鋸末等,可以增加混凝土拌合物的流動性,便于施工;其腐爛后,為植物提供氮、磷、鉀等養分,同時增加植被混凝土的空隙率。腐植質為稻殼、鋸末、酒糟經腐爛制得,它能改善植被混凝土的物理性質,協調水、氣、熱狀況和化學性質,增強保肥性與緩沖性能,同時向植被混凝土中引入大量微生物,并和植物根系一起,使植被混凝土逐漸變成適于植物生長的土壤。長效肥是為植物生長提供長期效力的復合肥,一般采用尿素、生物肥、化學復合肥。保水劑的作用是水分豐裕時吸收水分,天氣干燥時為植物提供水分,一般采用的粒度為100目。
2.2植被混凝土的配方
確定植被混凝土的配方需考慮以下幾個因素:一是要保證拌合物具有良好的黏聚性、流動性及易施工性。二是植被混凝土的無側限抗壓強度不低于15kPa,即能經受風吹雨打而不脫落。三是植被混凝土應具有合適的容重及孔隙率,具體地講孔隙率在50%～65%(體積比),容重在1.3～1.7g/cm3,這樣的結構有利于植物生長。四是植被混凝土應有良好的植生條件,水肥供應良好,能保證植物多年的養分供應(植被混凝土能長期供應養料,植物也能自己補給,如枯葉及草根腐爛、細菌固氮等)。
膠結材料、植生土、有機質、腐植質的總重量占植被混凝土的重量80%左右,因此它們決定植被混凝土的主要性質。水泥是影響強度、和易性的決定因素,試驗表明,水泥用量大于10%(重量比,下同)時,就能保證植被混凝土的無側限抗壓強度不低15kPa。水泥用量一般不超過25%。有機質、腐植質合稱有機物,它們的含量對植被混凝土的物理性質,即強度、容重及孔隙率、水肥供應有重大影響。其含量越大,容重越小,孔隙率越大,強度越低。有機物的含量過大會造成植被混凝土的強度偏小,而孔隙率過大則不利于保持水分,同時還會降低拌合物的黏聚性,噴射施工時會增加回彈損失。實踐表明,有機物適宜的含量為8%～16%。砼綠化添加劑含量一般不大于2%。含量過大會增加成本,過少不能營造出植物所需的生長基質。多個工程實踐表明,砼綠化添加劑只要配方科學合理,其含量在1%～2%便能很好地滿足植物需求。
2.3具體操作方法
植被混凝土邊坡防護綠化技術具體操作方法是:先在巖體上布鐵絲或塑料網,并用錨釘和錨桿固定。將植被混凝土原料攪拌后由常規噴錨設備噴射到巖石坡面,形成近10cm厚的植被混凝土。噴射完畢后,覆蓋1層無紡布防曬保墑,水泥使植被混凝土形成具有一定強度的防護層。經過一段時間灑水養護,青草就會覆蓋坡面,揭去無紡布,茂密的青草自然生長。
2.4挖方巖石邊坡的卸荷及綠化時機
巖石邊坡的開挖過程,從力學本質上說就是卸荷。特別是深挖高邊坡,地應力釋放量大,卸荷量級高,卸荷范圍寬,伴隨卸荷,邊坡產生卸荷裂隙和卸荷變形,有些開挖邊坡的卸荷水平變形達到了米級,不可忽視。運用巖體力學理論,確定邊坡防護的方法和時機,同時在開挖邊坡上設置位移觀測點,觀測邊坡的變形趨勢,為確定邊坡的支護和綠化選擇合適時機提供依據[3]。此外,巖石邊坡開挖過程,改變或破壞了原有的水、地、氣循環系統,這種改變或破壞循環系統,將隨著裸露巖石的風吹曝曬時間的增加而加劇[4]。因此,采用邊開挖邊支護邊綠化,對巖石邊坡防護質量、綠化效果都有十分關鍵的作用。
3巖石邊坡綠化實例分析
3.1地質與氣候概況
水下公路巖石高邊坡位于新水下公路(78省道)改造工程,坡高處達80m,傾角70～80°,邊坡走向40°,該邊坡段出露巖層為中寒武統黑石溝組第1段,其巖性為中厚層含泥質微晶白云巖,灰巖夾薄層、極薄層泥質微晶白云巖,粒砂質微晶白云巖,少量鮞狀亮晶灰巖和硅質巖。巖溶不發育,為相對隔水層。巖層走向290°左右,傾向西南(傾向上游偏右岸),傾角40°左右。坡面中部有1個斷層,走向近于南北,傾向西北,傾角80°,為方解石及方解石膠結的角礫巖填充。巖石基巖構造裂隙較發育,走向23～32°,傾向以西北為主,傾角為50～90°,寬3～8m,寬40m,長一般為10～30m,少量只有幾米,均為方解石填充,膠結良好。構造裂隙均為高傾角張性裂隙,其發育間距一般為0.4～1.5m,線密度達5～8條/m,大線裂隙3.2%～5.0%,面裂隙率9.94%。蒼南縣屬亞熱帶氣候,年平均降雨量1 768.9mm,平均氣溫18.1℃。
3.2綠化方法選擇
按前述邊坡分類方法,考察邊坡地質狀況,新水下公路改造工程巖石高邊坡屬于穩定、干燥、破裂邊坡,圍巖呈弱堿性,局部有水軟性泥質灰巖和白云巖。邊坡雖然不會發生大面積滑坡,但因風化,局部會形成滾石。考慮到交通安全,邊坡必須進行防護處理。同時,新水下公路改造工程因其環境幽雅,具備旅游價值。因此,邊坡需綠化。綜合以上因素,選用植被混凝土綠化法。
3.3施工
施工季節為冬季。先清理坡面,去除雜物,在邊坡上用手風鉆鉆孔,孔距8m×8m,孔深5m,孔徑Φ18cm。插入深7m,Φ12cm螺紋鋼,用注漿機注入1∶1膨脹水泥漿固定錨桿。在錨桿上固定50cm×50cm間距的Φ6cm鐵絲網。將425#水泥、生植土、腐植質、長效肥保水劑、砼綠化添加劑按重量比12%∶74%∶12%∶1%∶1%充分拌合,形成植被混凝土干料。草種為狗芽根、節水草、羊胡子草的混合,重量比為20%∶60%∶20%,用量為50g/m2。有機質、腐植質為鋸末、稻殼及其制品,生植土為干砂壤土。用砼噴射設備噴射植被混凝土,分2層噴射,基層厚度為9cm,面層厚度為1cm。面層噴射時加入草種,噴射完畢后,用地膜覆蓋。灑水養護1個月,待草覆蓋坡面揭開地膜即可。
3.4綠化效果評價
水下公路巖石高邊坡噴射施工后6d,草種發芽破土,30d后,80%坡面覆蓋青草,草長勢喜人。2個月后,青草濃密茂盛,100%覆蓋坡面,隨后經歷春季幾場大雨和4～5月連續20d以上梅雨的沖洗,邊坡未出現植被混凝土脫落,達到邊坡防護和綠化要求。
4參考文獻
[1] 孫本信.草坪植物種植技術[M].北京:中國林業出版社,2001.
[2] 許文年,王鐵橋.巖石邊坡護坡綠化技術應用研究[J].水利水電技術,2002,33(7):35-36,40.
[3] 哈秋聆.節理巖體卸荷非線性巖體力學[M].北京:中國建筑出版社,1998.
[4] 安保昭.坡面綠化施工法[M].周慶桐,譯.北京:人民交通出版社,1988.
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