生態(tài)坡面防護(hù)技術(shù)在凍土邊坡中的應(yīng)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(lái)，福建省普通公路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展迅速，為提升公路設(shè)施抗災(zāi)、抗毀能力，2007年以來(lái)全省普通公路開(kāi)始實(shí)施邊坡防護(hù)工程。邊坡防護(hù)從單一的擋土墻、護(hù)面墻、骨架護(hù)坡發(fā)展到預(yù)應(yīng)力錨索框架、SNS柔性鋼絲掛網(wǎng)、掛網(wǎng)錨噴等，邊坡防護(hù)技術(shù)日益成熟。近年邊坡防護(hù)技術(shù)朝生態(tài)恢復(fù)方向發(fā)展，目前的邊坡生態(tài)恢復(fù)護(hù)坡技術(shù)主要分為四大類：工程護(hù)坡、化學(xué)護(hù)坡、排水構(gòu)造物護(hù)坡及乳化瀝青護(hù)坡。工程護(hù)坡包括植被毯護(hù)坡、植被混凝土護(hù)坡、CS混合纖維護(hù)坡；化學(xué)護(hù)坡通常采用W-OH、JCDK-1及PAM；排水構(gòu)造物護(hù)坡方案采用樹(shù)枝狀多孔無(wú)砂混凝土支護(hù)排水防護(hù)；乳化瀝青護(hù)坡即為EA護(hù)坡。生態(tài)坡面防護(hù)技術(shù)研究的推廣，對(duì)生態(tài)環(huán)境的改善具有重大意義。下面以S303武夷山路段生態(tài)坡面防護(hù)工程實(shí)例來(lái)探討該技術(shù)的應(yīng)用及效果。

2 工程概況

武夷山地處福建省北部山區(qū)，境內(nèi)花崗巖殘積土路塹邊坡眾多，在海拔高山區(qū)邊坡土質(zhì)為砂性土質(zhì)，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(dá)到-10℃，受低溫冰凍影響，邊坡表層經(jīng)常大面積剝落，掩埋綠化帶、淤埋邊溝、巖石滾落至路面，嚴(yán)重影響道路通暢及運(yùn)營(yíng)安全，增加維護(hù)成本，如圖1所示。省道303線K362+000～K367+950分水關(guān)段地處高海拔區(qū)，這種大量殘積土邊坡淺層溜塌現(xiàn)象尤其嚴(yán)重。冬季，該路段的溫度通常都會(huì)達(dá)到零度以下，濕度大，邊坡土壤含水率較高，低溫下表層結(jié)晶形成小冰柱產(chǎn)生凍脹，在經(jīng)歷多次凍融循環(huán)后，普通石砌邊坡則界面處的強(qiáng)度會(huì)大大降低，而自然邊坡則造成淺層水土流失，通過(guò)風(fēng)化作用后再遇到遇水而導(dǎo)致邊坡表層脫落、剝皮等凍脹病害出現(xiàn)。由于邊坡表層長(zhǎng)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(guò)微小根系連接成整體，從而使得表層形成整片剝落，嚴(yán)重影響道路交通安全。

圖1 邊坡凍害資料圖

為解決分水關(guān)路段常年凍土災(zāi)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(dǎo)下，武夷山公路分局聯(lián)合福州大學(xué)師生成立凍土邊坡防治課題小組，在該路段設(shè)立三個(gè)氣象觀測(cè)點(diǎn)，定期采集氣象數(shù)據(jù)和邊坡土樣分析土壤成份。通過(guò)數(shù)據(jù)采集分析比對(duì)后，決定采用生態(tài)防護(hù)技術(shù)解決邊坡凍害現(xiàn)象，并采用JCDK-1固化劑護(hù)坡、樹(shù)枝無(wú)砂混凝土支護(hù)排水護(hù)坡、乳化瀝青表層護(hù)坡方案，在武夷山分水關(guān)路段（S303線K366+650處）進(jìn)行了試點(diǎn)工作，研究JCDK-1固化劑護(hù)坡、樹(shù)枝無(wú)砂混凝土支護(hù)排水護(hù)坡等防治措施的工程應(yīng)用效果。

3 生態(tài)坡面防護(hù)技術(shù)要點(diǎn)

3.1 JCDK-1固化劑護(hù)坡

（1）技術(shù)原理及適用范圍

JCDK-1固化劑是一種綠色環(huán)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(yōu)良性，能固化土壤和污泥，促進(jìn)植被生長(zhǎng)、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(wěn)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(duì)此類公路邊坡采取的工程加固防護(hù)、排水和綠化方面的措施，具有顯著的環(huán)保意義及經(jīng)濟(jì)效益。適用于土壤貧瘠、坡度較陡的土質(zhì)邊坡。JCDK-1固化劑護(hù)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(shè)法施工。

（2）施工技術(shù)方案

試驗(yàn)點(diǎn)位于省道S303線K366+650左側(cè)，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(xué)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(duì)坡面進(jìn)行整平處理，將表層的浮土清理干凈，清理后對(duì)坡面進(jìn)行拉橫溝處理，以便客土能更好的粘合坡面。

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

③第一層噴灑：將1噸的水、2.6噸的過(guò)篩土壤及50kg的肥料，裝進(jìn)噴播車中充分?jǐn)嚢?，最后放?kg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(shí)間后按同樣比例進(jìn)行第二層噴灑，防止固化層開(kāi)裂。噴灑厚度為1～2cm。

⑤第三層噴灑：待第二層稍微固結(jié)，在同樣比例的混合液中加進(jìn)草種，進(jìn)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(yǎng)護(hù)：噴灑完成后覆蓋無(wú)紡布，間隔3d灑水養(yǎng)護(hù)一次，養(yǎng)護(hù)期為14天。施工后現(xiàn)場(chǎng)效果圖如圖2。

圖2 JCDK-1固化劑護(hù)坡施工后現(xiàn)場(chǎng)圖

3.2 樹(shù)枝狀無(wú)砂混凝土支護(hù)排水護(hù)坡技術(shù)

（1）技術(shù)原理及適用范圍

樹(shù)枝狀無(wú)砂混凝土護(hù)坡其原理是將地表排水系統(tǒng)與自然生態(tài)發(fā)展相結(jié)合，利用無(wú)砂混凝土的特性而形成一種可持續(xù)性排水系統(tǒng)。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是利用自然方式而非渠道來(lái)排除雨水，在此排水系統(tǒng)中讓雨水就地下滲，并延長(zhǎng)排水時(shí)間，可達(dá)到減少雨洪峰量和凈化雨水徑流的效果，同時(shí)補(bǔ)給地下水。無(wú)砂混凝土具有一定強(qiáng)度，可以對(duì)邊坡起到骨架支撐作用，保證邊坡強(qiáng)度，能有效防止溜坡滑坍等災(zāi)害，同時(shí)兼顧排水性能與護(hù)坡作用。適用于坡度較緩的土質(zhì)邊坡及少量巖質(zhì)邊坡。

（2）施工技術(shù)方案

試驗(yàn)點(diǎn)位于省道S303線 K366+500右側(cè)，坡率為1∶1，該坡面的土質(zhì)為砂包土，土質(zhì)較為松軟，雨水沖刷較易產(chǎn)生溜坡，特別是冬季坡面含水率高，坡面結(jié)冰造成坡面剝落情況嚴(yán)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(shè)定排水溝槽，開(kāi)挖寬度為0.5m、深度為0.3m的樹(shù)干部分溝槽，每隔15m開(kāi)挖一道。接著開(kāi)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(shù)干的夾角為45°，挖出樹(shù)枝狀排水溝。

②鋪設(shè)防水土工布：將土工布鋪設(shè)于挖好的樹(shù)干、枝干溝槽的底部及下側(cè)邊，并進(jìn)行固定。

③模板安裝：分段進(jìn)行模板安裝并進(jìn)行加固。

④澆筑無(wú)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(jìn)行混凝土拌制，并分段進(jìn)行澆筑。

⑤混凝土養(yǎng)生：定期對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后拆除模板。

⑥枝干覆蓋：噴播前用無(wú)紡布覆蓋枝干，避免客土噴播時(shí)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(jìn)行第一層噴播，噴播厚度為2cm；第一層噴播完成后掛設(shè)纖維網(wǎng)并進(jìn)行固定，再進(jìn)行第二層客土噴播。第二層噴播時(shí)加入草種，噴播厚度為2cm。

⑧養(yǎng)護(hù)：噴播完成后覆蓋無(wú)紡布，7d之內(nèi)早晚灑水養(yǎng)護(hù)二次，7d之后每日灑水養(yǎng)護(hù)一次，養(yǎng)護(hù)期為14d。施工后現(xiàn)場(chǎng)效果圖如圖3。

圖3 樹(shù)枝狀排水客土噴播護(hù)坡施工后現(xiàn)場(chǎng)圖

3.3 乳化瀝青護(hù)坡技術(shù)

（1）技術(shù)原理及適用范圍

乳化瀝青是一種土壤結(jié)構(gòu)改良劑，在土壤表層上直接噴灑陰離子或陽(yáng)離子乳化瀝青，能使土壤形成團(tuán)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(hù)種子不受風(fēng)雨侵蝕和鳥(niǎo)獸食用。乳化瀝青噴灑到坡面后，易形成連續(xù)的黑色覆蓋膜，抑制土壤水分的蒸發(fā)損失，容易吸收太陽(yáng)熱，使地溫升高，起到保墑作用，對(duì)于改善生態(tài)環(huán)境具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。通常適用于坡度較緩的土質(zhì)邊坡。

（2）施工技術(shù)方案

試驗(yàn)點(diǎn)位于省道S303線K366+650左側(cè)，護(hù)坡面積為 100m2，坡度為 1∶0.75；試驗(yàn)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(zhǔn)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(wǎng)：在清理干凈的坡面上掛鐵絲網(wǎng)，鐵絲網(wǎng)的孔徑5cm×5cm；每隔2m打入鉚釘固定，鉚釘長(zhǎng)度為1m、直徑16mm的螺紋鋼筋；在用U型釘固定鐵絲網(wǎng)的搭接處、翹起處，U型釘長(zhǎng)20cm，彎角處長(zhǎng)6cm。

③客土噴播：將保水劑、粘合劑、肥料、水和過(guò)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(jìn)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(dòng)噴壺噴灑乳化瀝青，乳化瀝青按照1∶5的比例稀釋，用過(guò)濾網(wǎng)過(guò)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(jìn)行。

⑤養(yǎng)護(hù)：噴灑完成后覆蓋無(wú)紡布，間隔3d灑水養(yǎng)護(hù)一次，養(yǎng)護(hù)期為14d。施工后現(xiàn)場(chǎng)效果圖如圖4。

圖4 乳化瀝青護(hù)坡施工后現(xiàn)場(chǎng)圖

4 試驗(yàn)段前后效果比對(duì)

根據(jù)試驗(yàn)初步結(jié)果來(lái)看（如圖5～圖7），JCDK-1固化劑護(hù)坡、無(wú)砂混凝土樹(shù)枝狀排水、乳化瀝青3種護(hù)坡方法都取得了較為有效的防護(hù)效果。相比單獨(dú)的客土噴播，植被生長(zhǎng)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(yàn)段坡面防護(hù)成果

圖5 JCDK-1化學(xué)固化劑護(hù)坡邊坡治理前后對(duì)比

圖6 無(wú)砂混凝土樹(shù)枝狀排水邊坡治理前后對(duì)比

圖7 乳化瀝青護(hù)坡施工前后對(duì)比

圖8 受災(zāi)前后試驗(yàn)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(zāi)害，未實(shí)施護(hù)坡方案的路段中，邊坡土仍因受凍脹而繼續(xù)剝落。但在2016年實(shí)施三個(gè)課題點(diǎn)的路段，邊坡幾乎完好無(wú)缺，坡角無(wú)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(yán)重，與試點(diǎn)路段（S303線K366+650）形成鮮明對(duì)比。

6 結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行公路施工時(shí)，由于要考慮的綜合影響因素眾多，當(dāng)中若有環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤，則會(huì)影響整個(gè)工程質(zhì)量。姜迪穎[1]認(rèn)為路基邊坡是公路工程施工的重要環(huán)節(jié)，在進(jìn)行邊坡防護(hù)工作時(shí)，必須嚴(yán)格對(duì)各項(xiàng)影響因素進(jìn)行綜合考慮。此外，在選擇施工方案時(shí)，還需結(jié)合工程經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行綜合考慮，最終選擇最優(yōu)方案，以保證施工的效果及效益。

[1]姜迪穎.高原凍土區(qū)路基邊坡防護(hù)措施探討[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2014，42（06）：18-20.