高陡巖石邊坡軟體護(hù)坡技術(shù)設(shè)計及施工實踐

孫小杰， 張　輝， 杜炤偉

(1.山東省物化探勘查院，山東 濟南 250013； 2.山東省第八地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 日照 276800； 3.山東省地礦工程集團有限公司，山東 濟南 250000)

0　引言

礦山高陡巖石邊坡生態(tài)袋護(hù)坡系統(tǒng)是通過將裝滿植物生長基質(zhì)的生態(tài)袋沿邊坡表面層層堆疊的方式在邊坡表面形成一層適宜植物生長的環(huán)境，同時通過專利的生態(tài)袋標(biāo)準(zhǔn)扣將袋與袋之間、層與層之間完全緊密的結(jié)合起來，生態(tài)袋與邊坡表面之間采用粘土夯實進(jìn)行充填，達(dá)到牢固的護(hù)坡作用，同時隨著植物在其上的生長，進(jìn)一步的將邊坡加固,然后在砌筑好的袋面采用掛網(wǎng)噴播或栽植植物，達(dá)到恢復(fù)植被的目的。由于采用生態(tài)袋護(hù)坡系統(tǒng)所創(chuàng)造的邊坡表面生長環(huán)境較好(可達(dá)到不小于60 cm厚的土層)，草本植物、小型灌木，甚至一些根系發(fā)達(dá)的小喬木都可以生長得非常良好，能夠形成茂盛的植被效果。

生態(tài)袋是一種由進(jìn)口聚丙烯及其它高分子材料等復(fù)合制成的材料編織而成，耐腐蝕性強,耐微生物分解，抗紫外線，易于植物生長，使用壽命長達(dá)70年的高科技材料制成的護(hù)坡材料。該生態(tài)袋主要特點是：它允許水從袋體滲出，從而減小袋體的靜水壓力；它不允許袋中土壤流出袋外，達(dá)到了水土保持的目的，成為植被賴以生存的介質(zhì)，袋體柔軟，整體性好，耐久性強。本工程生態(tài)袋尺寸選用81 cm×40 cm，裝土夯實后的尺寸約70 cm×30 cm×15 cm。

1　工程概況

燕翅山是我省最大的地質(zhì)災(zāi)害隱患點之一，該工程位于濟南市二環(huán)東路東側(cè)約400 m，本次治理斷崖區(qū)位于燕翅山北麓，為20世紀(jì)50年代采礦遺留高陡石灰?guī)r硬質(zhì)邊坡，治理區(qū)坡腳長度約180 m，坡高30～80 m不等，山體坡面傾角45°～82°，局部有負(fù)坡，總治理面積約10000 m2。

1.1　地形地貌

該區(qū)位于泰山背斜北翼，濟南單斜構(gòu)造的邊緣，屬低山丘陵區(qū)，為山前沖洪積平原與低山丘陵區(qū)的交接地帶。燕翅山山體呈北東—南西向展布，長約650 m，寬約430 m，占地面積約0.28 km2。工作區(qū)地勢為中間高、四周低，地貌形態(tài)為剝蝕-堆積地貌類型。燕翅山最高點為山頂，高程188.67 m。原始地形原貌見圖1。

圖1　原始地形原貌

1.2　氣象

濟南市屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，春季干旱少雨，夏季炎熱多雨，秋季天高氣爽，冬季寒冷干燥。多年平均氣溫14.2 ℃，多年最高氣溫42.7 ℃(1942年7月6日)，多年最低氣溫-19.7 ℃(1953年1月17日)。濟南市多年平均降雨量為684.5 mm，6—9月份降水集中，降水量472.05 mm，占全年總降水量78.46%。

1.3　土壤

為裸露的石灰?guī)r山體，土層瘠薄，肥力低。

2　治理方案選擇

施工治理區(qū)坡底為濟南七十二名泉之一的硯池，施工場地狹小，無法采取常規(guī)堆坡的方式施工。

2.1　直接掛網(wǎng)噴播技術(shù)

我省沿海城市多采用此技術(shù)，主要是沿海地區(qū)氣候濕潤多雨，礦山坡面多為花崗巖且表層風(fēng)化嚴(yán)重，易于植物生根。內(nèi)陸地區(qū)，如濟南、棗莊等氣候干燥少雨，礦山坡面基本上都是難以風(fēng)化的石灰?guī)r，植物根系不能深入巖石，采用直接掛網(wǎng)噴播的技術(shù)，植被難以成活。

2.2　植生袋技術(shù)

該方法直接將裝好混有種子的草炭土長條形植生袋固定在巖體上，內(nèi)陸地區(qū)氣候干燥，水分蒸發(fā)比較快，這就需要定期進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)才能保證植被生長，長期養(yǎng)護(hù)的成本比較高。植生袋為豎向鋪設(shè)，如遇大雨沖刷，容易造成植被滑落，導(dǎo)致治理工程失敗，特別是當(dāng)坡面接近75°甚至出現(xiàn)負(fù)坡的情況下，沖刷造成的后果就更嚴(yán)重。

2.3　高陡巖石邊坡生態(tài)袋修復(fù)技術(shù)

生態(tài)袋護(hù)坡系統(tǒng)通過將裝滿植物生長基質(zhì)的生態(tài)袋沿邊坡表面層層堆疊的方式在邊坡表面形成一層適宜植物生長的環(huán)境，同時通過專利的生態(tài)袋標(biāo)準(zhǔn)扣將袋與袋之間、層與層之間完全緊密的結(jié)合起來，生態(tài)袋與邊坡表面之間采用粘土夯實進(jìn)行充填，達(dá)到牢固的護(hù)坡作用，同時隨著植物在其上的生長，進(jìn)一步的將邊坡固定,然后在砌筑好的袋面采用噴播或栽植植物，達(dá)到恢復(fù)植被的目的。

考慮到該施工區(qū)域位于城市內(nèi)安全第一的原則，通過設(shè)置砼格構(gòu)梁承擔(dān)生態(tài)袋的荷載，有利于整個護(hù)坡系統(tǒng)的穩(wěn)定，綜上方法比較決定采取砼格構(gòu)+生態(tài)袋+掛網(wǎng)噴播的綜合治理方案。

3　設(shè)計方案

根據(jù)燕翅山北部裸露巖石破損山體的地質(zhì)環(huán)境特征，采取底部澆筑鋼筋砼基座、坡面澆筑砼格構(gòu)梁、格構(gòu)梁內(nèi)砌筑生態(tài)袋護(hù)坡系統(tǒng)、掛網(wǎng)噴播綠化、坡頂澆筑鋼筋砼擋水墻的綜合治理方案。

3.1　鋼筋砼基座

采用C30砼澆筑，基座尺寸寬15000 mm，高1000 mm，配筋：主筋20?16 mm，箍筋?8@200 mm，斜向錨桿直徑130 mm，配筋1?25 mm，間距1000 mm，長度5 m，傾角為30°，注0.6∶1水泥漿，垂直錨桿為2排間距1000 mm，直徑130 mm，配筋1?25 mm，間距1000 mm，長度1000 mm，注0.6∶1水泥漿。

3.2　鋼筋砼格構(gòu)梁

采用C30砼澆筑，寬600 mm，高400 mm，配筋：主筋8?16 mm，箍筋?8@200 mm，格構(gòu)梁間距采取4 m×5 m和5 m×6 m兩種，格構(gòu)梁節(jié)點和中間位置設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨桿，直徑130 mm，配筋1?25 mm，長度5 m，注0.6∶1水泥漿，預(yù)應(yīng)力鎖定值90 kN，錨頭采用C30砼澆筑。

3.3　生態(tài)袋砌筑

固定生態(tài)袋錨桿橫向縱向間距2.0 m,錨桿直徑50 mm，桿體為?25 mm鋼筋，入巖1.5 m，注0.6∶1水泥漿，錨桿頭做防腐處理。生態(tài)袋每砌筑高度約2 m水平鋪設(shè)雙排?16 mm加強鋼筋，通過與連巖錨桿焊接，增強格構(gòu)梁分區(qū)生態(tài)袋水平方向的穩(wěn)固性；生態(tài)袋每砌筑高度約1 m時在每個生態(tài)袋上豎向擊入長為1300 mm的?16 mm加強鋼筋，以增強格構(gòu)分區(qū)生態(tài)袋垂直方向的穩(wěn)固性。豎向和橫向每隔3 m設(shè)置排水管，減小降雨滲入對生態(tài)袋的壓力。排水管管徑63 mm。

3.4　掛網(wǎng)噴播

采用干法噴播，鋪設(shè)網(wǎng)絲直徑2.5 mm間距5 cm的鍍鋅鐵絲網(wǎng)，自上而下實施噴播，噴播厚度控制為8～10 cm。

3.5　坡頂擋水墻

采用C30砼澆筑，尺寸寬240 mm，高500 mm，配筋：主筋6?16 mm，箍筋?8@200 mm，抗滑錨桿直徑90 mm，配筋1?25 mm，深度1 m，間距1000 mm，注0.6∶1水泥漿。

4　施工工藝

生態(tài)袋施工由于受現(xiàn)場施工環(huán)境限制，面臨著運料難、施工作業(yè)面小等難題，大型機械無法使用，只能用小型機械(如滑道、索道、小型吊車、小推車)及搭設(shè)棧道進(jìn)行施工。前期鋼筋砼基座、格構(gòu)梁等施工工藝本文不再敘述，本文詳細(xì)介紹生態(tài)袋砌筑工藝。格構(gòu)梁施工結(jié)束詳見圖2。

圖2　格構(gòu)梁施工結(jié)束后

4.1　生態(tài)袋砌筑

在基座或格構(gòu)梁上擺好第一層生態(tài)袋，每層采取三順一丁的方式錯縫進(jìn)行砌筑。鋪設(shè)袋子時，把袋子的縫口一側(cè)向內(nèi)擺放。

4.2　充填粘土及夯實

每砌筑一層生態(tài)袋，利用粘土充填生態(tài)袋和坡面之間空隙。做到逐層堆碼，逐層回填，逐層夯實。然后利用內(nèi)燃式打夯機將生態(tài)袋和內(nèi)側(cè)粘土一起夯實，做到不漏夯，確保每一施工部位均夯填密實，使回填土與生態(tài)袋形成一個整體結(jié)構(gòu)?？障?500 mm的區(qū)域采用3∶7灰土進(jìn)行充填。

4.3　澆筑水泥砂漿、安放結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)扣和土工格柵

在砌筑夯實好的生態(tài)袋內(nèi)側(cè)澆筑一層厚度3～5 cm的M20水泥砂漿，增加生態(tài)袋之間的粘結(jié)力，將生態(tài)袋結(jié)構(gòu)扣水平放置兩個袋子之間在靠近袋子內(nèi)側(cè)邊緣的地方，以便每一個生態(tài)袋標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)扣跨過兩個袋子；每壘砌5層生態(tài)袋鋪設(shè)一層土工格柵。

4.4　泄水管施工

生態(tài)袋砌筑時應(yīng)視山體巖面性質(zhì)和當(dāng)?shù)亟涤炅?，豎向和橫向每隔3 m設(shè)置排水管，減小降雨滲水對生態(tài)袋的壓力。排水管管徑63 mm，長度不小于生態(tài)袋和充填粘土厚度,末端10 cm制作直徑6 mm花眼，花眼間距3 cm沿管壁對稱設(shè)置，用過濾紗網(wǎng)將管端部和花眼部分包裹，然后在端部及花眼部位填筑中砂濾層。視巖壁裂隙滲水情況，在裂隙處增加布設(shè)泄水管。

4.5　錨桿施工

生態(tài)袋每砌筑施工到設(shè)計錨桿位置開始施工錨桿，固定錨桿風(fēng)鉆成孔，桿體為Φ25 mm鋼筋，錨孔直徑50 mm，入巖1.5 m，縱向和橫向間距2.0 m，注1∶0.6水泥漿，錨桿頭做防腐處理。生態(tài)袋每砌筑高度約2 m水平鋪設(shè)雙排Φ16 mm加強鋼筋，通過與連巖錨桿焊接，增強格構(gòu)梁分區(qū)生態(tài)袋水平方向的穩(wěn)固性；在生態(tài)袋每砌筑高度約1 m時在每個生態(tài)袋上豎向擊入長為1300 mm的Φ16 mm加強鋼筋，以增強格構(gòu)分區(qū)生態(tài)袋垂直方向的穩(wěn)固性。錨桿壓放在兩層生態(tài)袋之間，錨桿端部外露出生態(tài)袋約5 cm，以便后續(xù)掛網(wǎng)噴播綠化固定鐵絲網(wǎng)之用。

4.6　壓頂施工

每區(qū)格構(gòu)生態(tài)袋的頂部，將生態(tài)袋的長邊方向水平垂直于墻面擺放，以確保壓頂穩(wěn)固，在其上鋪設(shè)防水土工布，然后澆筑厚度≮20 cm M20水泥砂漿壓頂，防止雨水從頂部滲入生態(tài)袋內(nèi)。

重復(fù)上述施工砌疊步驟，直至完成該區(qū)格構(gòu)內(nèi)的生態(tài)袋砌筑。生態(tài)袋砌筑完成后見圖3。

4.7　掛網(wǎng)噴播綠化施工

4.7.1掛網(wǎng)

圖3　生態(tài)袋砌筑完成后

在砌筑好的生態(tài)袋坡面上掛網(wǎng)絲直徑2.5 mm的鍍鋅鐵絲網(wǎng),網(wǎng)絲間距5cm，用膨脹螺絲固定在格構(gòu)梁上，并與錨桿及加強筋連接確保網(wǎng)片的穩(wěn)定。

4.7.2噴播

采用干法噴播，按照種子配比159 g/m2將種植土、種子、肥料均勻噴附在生態(tài)袋表面。利用專用客土噴播機，調(diào)節(jié)輸送泵壓力、出風(fēng)量，使混合料均勻噴射至生態(tài)袋坡面，自上而下實施噴播，噴播厚度為8～10 cm。掛網(wǎng)噴播后見圖4。

圖4　掛網(wǎng)噴播后

5　特殊情況處理

砼基座基礎(chǔ)開挖后，A區(qū)、B區(qū)坡底基礎(chǔ)經(jīng)開挖發(fā)現(xiàn)地層上部是約1.0 m厚的雜填土，雜填土以下為碎石，雜填土和碎石埋深不一，基礎(chǔ)無法按原設(shè)計施工，采取鋼管樁注漿進(jìn)行地基處理，梅花形布置3排鋼管樁，孔徑90 mm，孔深6.0 m，孔距1.0 m，鋼管直徑50 mm，注漿水灰比0.5∶1，共施工鋼管樁81根，施工結(jié)束通過輕便觸探檢驗承載力均在260 kPa以上，滿足了設(shè)計160 kPa的要求。該兩區(qū)通過在巖面鑿出3條寬0.5 m平臺增設(shè)加固梁，承擔(dān)上部格構(gòu)梁和生態(tài)袋的荷載，合理地將其上部荷載分解到坡面上，有效減少生態(tài)袋對基礎(chǔ)的荷載壓力。

6　結(jié)語

燕翅山高陡巖石邊坡生態(tài)修復(fù)軟體技術(shù)成功實踐，針對城市內(nèi)施工空間狹小的高陡邊坡提供了很好的指導(dǎo)借鑒著用，本技術(shù)減少了水土流失，消除了滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，恢復(fù)自然植被，改善生態(tài)環(huán)境，美化城市的視覺空間，大面積的綠色植物可以有效吸收大量的CO2，使昔日的裸露巖面成為花香鳥語的生態(tài)景觀，本技術(shù)的推廣應(yīng)用，將會產(chǎn)生巨大的社會效益。治理后效果見圖5。

圖5　治理后效果