植物固坡方案設(shè)計(jì)與施工方法

張 萌

1 工程概況

某邊坡位于一住宅區(qū)后山,長(zhǎng)約200 m,寬約41 m。根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖的地質(zhì)情況所做的勘測(cè)結(jié)果來(lái)看,土質(zhì)結(jié)構(gòu)良好,邊坡1 m以下為堅(jiān)韌的黏土,1 m以上為中等及強(qiáng)風(fēng)化巖石及次堅(jiān)石,坡體已經(jīng)穩(wěn)定。邊坡靠近民居,最接近的地方只有10 m。按照設(shè)計(jì)要求,完工后要在邊坡底與民居地之間建一條6 m寬的公路,因此邊坡開(kāi)挖高度較高(約40 m),坡度設(shè)計(jì)為1∶1?？紤]到邊坡坡度大,在邊坡上設(shè)置了三級(jí)臺(tái)階,第一級(jí)和第二級(jí)臺(tái)階高均為12 m,第三級(jí)臺(tái)階高13.5 m。每級(jí)臺(tái)階之間做出2 m碎落平臺(tái),在每級(jí)臺(tái)面上設(shè)排水溝,并且在坡頂較高處離頂5 m～6 m設(shè)置截水溝,在坡角設(shè)排水邊溝。由于邊坡處于人口較密集的居民區(qū),需建立觀賞型的植物群落,且在坡面上設(shè)置踏步,以便人們休憩觀賞。

2 可行性分析

2.1 中等及強(qiáng)風(fēng)化花崗巖植物防護(hù)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題

1)以強(qiáng)風(fēng)化花崗巖為母質(zhì)形成的赤紅壤,呈酸性,不利于大多數(shù)常用綠化草種的生長(zhǎng)。赤紅壤所含的有機(jī)質(zhì)、氮、磷也較低,而且隨著深層的增加,有機(jī)質(zhì)含量越低,無(wú)法給植物提供生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分。另外第四紀(jì)紅土上的赤紅壤,土壤質(zhì)地粘重,不利于植物的生長(zhǎng)[1]。因此,風(fēng)化花崗巖形成的土壤必須進(jìn)行合理的土質(zhì)改良。土質(zhì)改良主要從pH值、養(yǎng)分和土壤結(jié)構(gòu)三方面進(jìn)行。

2)強(qiáng)風(fēng)化花崗巖邊坡巖土體的土質(zhì)是非常貧瘠的,需要提供植物在初期生長(zhǎng)的養(yǎng)分。在基材中施加的肥料可以采用速效肥、長(zhǎng)效緩釋肥及有機(jī)肥多種類(lèi)型的組合。在形成穩(wěn)定的植物群落以后,除了施加的肥料,植物還可以通過(guò)以下方式獲得養(yǎng)分:a.植物枯枝、落葉殘?bào)w的分解、礦化;b.豆科植物根系的固氮;c.巖石的生物風(fēng)化;d.降水的帶入。

2.2 噴播植物的選擇

運(yùn)用層次分析法對(duì)固坡植物進(jìn)行選擇。噴播綠化中使用的植物種子主要是草種,很少用喬、灌木種子,生長(zhǎng)的植被主要也是草被。雖然草皮生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)啟動(dòng)快,但是草本植物群落單一,容易衰退,生態(tài)系統(tǒng)很難持續(xù)恢復(fù)下去。根據(jù)植物種類(lèi)的多樣性和生態(tài)位原理,參考日本多年的綠化噴播經(jīng)驗(yàn)[2],混播植物中通常豆科植物的種子為25%～30%,禾本科及其他科的植物種子為70%～75%。為使噴播產(chǎn)生的植被增強(qiáng)固坡效果,在草被覆蓋后需在碎落平臺(tái)上采用坑穴栽種鄉(xiāng)土喬木和灌木,如:我國(guó)臺(tái)灣相思、灌木夾竹桃和桃金娘等。

3 方案設(shè)計(jì)與工程應(yīng)用

3.1 植物根系生長(zhǎng)前邊坡穩(wěn)定性分析

對(duì)于采用土工網(wǎng)和植被防護(hù)的巖土邊坡,若在地質(zhì)勘察中發(fā)現(xiàn)巖質(zhì)邊坡本身穩(wěn)定,則只需進(jìn)行邊坡淺層穩(wěn)定性分析。進(jìn)行邊坡綠化時(shí)往往在坡面均勻地噴播一層基材,這層基材的抗滑穩(wěn)定性可按平面滑動(dòng)計(jì)算,但考慮到巖質(zhì)邊坡坡面比較粗糙,在計(jì)算時(shí)應(yīng)把基材的粘聚力考慮進(jìn)去[3]?？刹捎酶倪M(jìn)的圓弧滑動(dòng)法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算,沒(méi)有考慮邊坡土體中水的作用,假設(shè)土工網(wǎng)施加在土條上的作用力平行于錨桿的軸向,滑動(dòng)面呈圓弧狀,典型單元塊的受力分析示意圖如圖1所示。

取i條塊進(jìn)行受力分析,該條塊的自重力為:

其中,γ為土體的比重;vi為i條塊的體積;zi-1,zi分別為i條塊左、右側(cè)邊的長(zhǎng)度;b為兩錨桿之間的間距;β為邊坡坡角。

垂直于Ni方向的作用力包括土條的自重下滑分力和土工網(wǎng)的作用力,根據(jù)如圖1所示的幾何關(guān)系,下滑力Fxi可用下式計(jì)算:

其中,αi為i條塊底邊與水平面的夾角;T,θ分別為土工網(wǎng)的作用力及其與重力方向的夾角。

抗滑力Fri可用下式計(jì)算:

其中,c′,φ′分別為滑面處基材的有效粘聚力和有效內(nèi)摩擦角。

考慮所有滑動(dòng)土條的綜合作用,則邊坡表面抗滑安全系數(shù)Fs為:

取最陡的一段進(jìn)行穩(wěn)定性分析,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),噴播基材的飽和容重為2.12 g/cm3,粘聚力為 3.25 kPa,內(nèi)摩擦角為27.8°,基層厚度按7 cm設(shè)計(jì),U形釘長(zhǎng)度為45 cm時(shí)的最小錨固力為1 000 N,根據(jù)上述計(jì)算公式,可計(jì)算出土層的抗滑安全系數(shù)為2.87,滿足穩(wěn)定性要求。

3.2 噴播基材的材料

噴播綠化的噴漿混合物中包括:種子、有機(jī)復(fù)合肥、土壤改良劑(腐殖質(zhì))、纖維(或紙漿)、著色劑、保水劑、粘合劑和水。其用量配比根據(jù)草種、坡度和土質(zhì)條件等而定[4]。基材的具體做法[5]:首先把黏性土做成泥漿,然后一邊加入團(tuán)粒劑,與空氣一起進(jìn)行混合反應(yīng),一邊使具有粘著性的植物纖維交織在一起,依靠土壤粒子和團(tuán)粒劑的離子結(jié)合,形成具有耐侵蝕性的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。

4 施工技術(shù)

4.1 施工準(zhǔn)備及施工計(jì)劃

1)錨桿與網(wǎng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)坡面巖土體的不同類(lèi)型,錨桿與網(wǎng)的使用期限和要求也不一樣。邊坡可用φ 12的鋼筋,長(zhǎng)45 cm～50 cm,可以直接釘入或鉆孔,采用玻璃纖維格柵掛網(wǎng),玻璃格柵網(wǎng)要求有較好的耐腐蝕性,耐溫性能在-50℃～150℃之間,各向抗拉強(qiáng)度大于50 kN/m,各向伸長(zhǎng)率小于4%,網(wǎng)孔的大小為50 mm×50 mm。

2)施工準(zhǔn)備計(jì)劃。在充分調(diào)查工程現(xiàn)場(chǎng)的情況后,可以根據(jù)施工的順序編制好設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)和設(shè)計(jì)圖。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行詳細(xì)地研究,制定好具體的施工組織計(jì)劃。具體的施工準(zhǔn)備工作包括:a.客土的供給;b.施工用電、水、材料、機(jī)械;c.防雨的準(zhǔn)備。

4.2 施工組織及工序

施工組織應(yīng)該精心組織、合理安排,避免長(zhǎng)時(shí)間造成居民生活不方便,確保施工過(guò)程的連續(xù)性,提高工作效率。施工工序設(shè)計(jì)如下:1)清理、平整坡面;2)安裝錨桿;3)鋪設(shè)、固定網(wǎng);4)拌和基材混合物;5)噴射基材混合物。

5 養(yǎng)護(hù)管理

5.1 前期養(yǎng)護(hù)管理

1)編制前期養(yǎng)護(hù)組織措施,落實(shí)人員、水源及器具。2)用高壓噴霧器使養(yǎng)護(hù)水呈霧狀均勻地濕潤(rùn)坡面基材混合物。3)前期養(yǎng)護(hù)時(shí)間約為45 d,每天養(yǎng)護(hù)兩次,早晚各一次,避免在強(qiáng)烈的陽(yáng)光下作業(yè)。4)以單層無(wú)紡布覆蓋在噴播完成的坡面上,使其免遭強(qiáng)暴風(fēng)雨的沖刷而破壞。

5.2 后期養(yǎng)護(hù)管理

后期養(yǎng)護(hù)管理是植物固坡工程技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。一般地,后期養(yǎng)護(hù)管理包括澆水、追肥、病害和蟲(chóng)害防治、雜草防治等。

5.3 建議驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

檢驗(yàn)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 建議坡面植被的檢驗(yàn)指標(biāo) %

6 結(jié)語(yǔ)

本工程實(shí)例中,各草種子均能正常出苗,從混播中各草的生長(zhǎng)狀況看:前1個(gè)月多年生黑麥草生長(zhǎng)較快,9個(gè)月后覆蓋率已經(jīng)接近100%,地上生物量為345.8 g/m2,地下生物量為753.6 g/m2,而且固坡能力最強(qiáng)的不大于1 mm的細(xì)根占到58.6%。6個(gè)月后對(duì)邊坡防護(hù)效果進(jìn)行測(cè)試:徑流量比未噴播前減少了42.5%,泥砂沖刷量減少了83.2%。植物生長(zhǎng)后對(duì)固坡、護(hù)坡和水土保持起到了積極的作用。

本文根據(jù)具體的工程實(shí)例,將理論緊密結(jié)合實(shí)踐進(jìn)行了全面分析,提出了用于實(shí)際工程中植物固坡的工程設(shè)計(jì)、施工方法和驗(yàn)收方法的建議。這對(duì)相關(guān)的實(shí)際工程具有重要的指導(dǎo)意義,同時(shí)對(duì)《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》的修訂也有一定的參考價(jià)值。

[1]周德培,張俊云.植被護(hù)坡工程技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2]程勝高.高速公路環(huán)境評(píng)價(jià)與發(fā)展[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2002.

[3]張?jiān)诿?對(duì)于發(fā)展環(huán)境巖土工程的初步探討[J].土木工程學(xué)報(bào),2001,34(2):658-663.

[4]蔡志洲.論公路建設(shè)的生態(tài)影響[J].公路交通科技,1995,12(1):253-255.

[5]龔曉南.21世紀(jì)巖土工程發(fā)展展望[J].巖土工程學(xué)報(bào),2000,22(2):578-583.

[6]周 躍.土壤植被系統(tǒng)及其坡面生態(tài)工程意義[J].山地學(xué)報(bào),1999,17(3):224-229.