巖質(zhì)高邊坡生態(tài)袋護(hù)坡施工技術(shù)研究

李若鵬，程 琳，賈閃丹

(1.洛陽(yáng)水利建設(shè)投資集團(tuán)有限公司，河南 洛陽(yáng) 471002; 2.水利部綜合事業(yè)局，北京 100053;3.洛陽(yáng)農(nóng)發(fā)投資集團(tuán)有限公司，河南 洛陽(yáng) 471002)

我國(guó)自改革開(kāi)放以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷騰飛，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)高速發(fā)展，特別是市政道路、高速公路、高鐵路網(wǎng)建設(shè)，已經(jīng)在全世界遙遙領(lǐng)先。過(guò)去，在修路架橋、開(kāi)發(fā)礦山、修建大壩的過(guò)程中，為保證各類(lèi)邊坡的安全與穩(wěn)定，多采用掛網(wǎng)錨噴混凝土、灌漿等工程防護(hù)措施。傳統(tǒng)的護(hù)坡方式不僅投資大，而且對(duì)生態(tài)環(huán)境不友好，不利于生態(tài)恢復(fù)，甚至?xí)斐缮襟w滑坡、坍塌等次生災(zāi)害[1]。

巖質(zhì)高邊坡生態(tài)袋護(hù)坡是在充分利用工程力學(xué)、土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)和植物學(xué)原理的前提下，經(jīng)過(guò)對(duì)生態(tài)袋在受力方式、受力方向、幾何尺寸方面進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算，設(shè)計(jì)合適的袋厚、袋重，在坡面表層建立一層適用于植物生長(zhǎng)的土壤層，應(yīng)用生物和物理手段重建滿足植物生長(zhǎng)所需要土壤環(huán)境的新型生態(tài)護(hù)坡技術(shù)。生態(tài)袋選用一種不可降解的高強(qiáng)抗紫外線抗凍融耐酸堿的生態(tài)合成材料制成，合成材料采用特殊配方，具有抗紫外線、透水、透氣、抗老化等性能，能夠滿足植物生長(zhǎng)的有效孔徑等指標(biāo)，同時(shí)能抑制菌類(lèi)生長(zhǎng)，不腐爛、不發(fā)霉、不變質(zhì)。生態(tài)袋按照上述指標(biāo)制作完成后，在袋里裝配好基質(zhì)，用繩帶或鐵絲扎好，通過(guò)一定的施工工藝，安全固定在巖質(zhì)護(hù)坡上，經(jīng)過(guò)一定周期的撫育養(yǎng)護(hù)，基質(zhì)內(nèi)的植物生長(zhǎng)穩(wěn)定，可真正起到生態(tài)防護(hù)與環(huán)境美化的作用。

本研究基于汝陽(yáng)縣云夢(mèng)山二級(jí)公路施工過(guò)程中對(duì)山體開(kāi)挖破壞的生態(tài)保護(hù)經(jīng)驗(yàn)，從生態(tài)保護(hù)與修復(fù)的現(xiàn)狀分析出發(fā)，通過(guò)對(duì)云夢(mèng)山二級(jí)公路高邊坡施工方法與技術(shù)進(jìn)行梳理，充分探討施工思路和主要措施，旨在為今后鐵路、公路、礦山、水利等項(xiàng)目巖質(zhì)高邊坡生態(tài)保護(hù)施工提供技術(shù)依據(jù)和參考。

1 項(xiàng)目及邊坡基本情況

汝陽(yáng)縣云夢(mèng)山二級(jí)公路沿云夢(mèng)山山坡302 m等高線修筑，路基寬20 m，路面寬18.5 m，路長(zhǎng)3 km，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h。公路一側(cè)臨河，另一側(cè)依山，在施工過(guò)程中需要對(duì)部分山體進(jìn)行開(kāi)挖或采用爆破作業(yè)。

公路施工高邊坡長(zhǎng)度3 000 m，其中：土質(zhì)邊坡長(zhǎng)1 800 m，采用臺(tái)階式放坡，最高為4級(jí)，由下至上的邊坡坡比均為1∶1，最大邊坡高度15 m；巖質(zhì)邊坡長(zhǎng)1 200 m，邊坡坡比為1∶0.3，最大邊坡高度28 m。

山體分布的巖性為石英砂巖，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，硅質(zhì)膠結(jié)，呈弱風(fēng)化狀，致密堅(jiān)硬[2]。

2 生態(tài)修復(fù)原則

道路施工結(jié)束后，最大限度地對(duì)破壞的山體進(jìn)行生態(tài)修復(fù)保護(hù)，精心設(shè)計(jì)，有序施工，在確保山體安全穩(wěn)定的前提下，充分考慮后續(xù)生態(tài)修復(fù)防護(hù)與原有生物種群統(tǒng)一協(xié)調(diào)、和諧共生的原則。

2.1 因地制宜原則

首先，施工應(yīng)遵循因地制宜原則，在對(duì)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境、生物鏈充分調(diào)查了解的基礎(chǔ)上，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的地形地貌，區(qū)分考慮土坡生態(tài)系統(tǒng)及石坡系統(tǒng)不同的地質(zhì)特征，盡量隨坡就勢(shì)，因勢(shì)利導(dǎo)，因地制宜，把生態(tài)文明建設(shè)與邊坡修復(fù)技術(shù)有機(jī)結(jié)合。

2.2 保護(hù)與節(jié)約原則

在施工的過(guò)程中，生態(tài)系統(tǒng)一旦遭到破壞，需要付出更大的代價(jià)去修復(fù)，且未必能夠恢復(fù)到原始的狀態(tài)，因此不是萬(wàn)不得已，不得輕易破壞生態(tài)系統(tǒng)。采用新科學(xué)、新技術(shù)，避免對(duì)植被的過(guò)度毀壞，對(duì)土地、水資源的過(guò)度污染與浪費(fèi)，提高使用效率。就地取材，多用當(dāng)?shù)氐囊松脖?、環(huán)保節(jié)能材料。例如，巖質(zhì)高邊坡通過(guò)生態(tài)袋技術(shù)、噴播技術(shù)讓破壞的山體經(jīng)過(guò)生態(tài)修復(fù)，逐漸處于良性循環(huán)中，從而使生物資源可以再生。

3 生態(tài)袋護(hù)坡技術(shù)施工流程

根據(jù)上述生態(tài)修復(fù)原則和項(xiàng)目邊坡實(shí)際情況，本項(xiàng)目巖質(zhì)邊坡采用生態(tài)袋護(hù)坡技術(shù)進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，施工工藝采用萬(wàn)象約束法流程對(duì)巖質(zhì)高邊坡進(jìn)行施工。將格柵鐵絲網(wǎng)鋪在山體邊坡上，長(zhǎng)條形生態(tài)袋放置在格柵鐵絲網(wǎng)上，生態(tài)袋的一端位于山體邊坡的上端，另外一端位于山體邊坡的下端，扎袋鐵絲的兩端均綁定在格柵鐵絲網(wǎng)上，中部壓在長(zhǎng)條形生態(tài)袋上，防護(hù)網(wǎng)安置于長(zhǎng)條形生態(tài)袋遠(yuǎn)離格柵鐵絲網(wǎng)的一側(cè)，網(wǎng)用錨桿插入山體邊坡上，格柵鐵絲網(wǎng)與防護(hù)網(wǎng)均綁定在網(wǎng)用錨桿上，噴淋頭穿過(guò)格柵鐵絲網(wǎng)與防護(hù)網(wǎng)安裝在山體邊坡上，位于相鄰兩個(gè)長(zhǎng)條形生態(tài)袋之間。

3.1 坡面修整

為確保坡面平順無(wú)雜物，按照設(shè)計(jì)坡比要求，對(duì)坡面進(jìn)行排險(xiǎn)修整，清除坡面雜草、雜物、浮石、浮根和危石[3]，補(bǔ)齊坡面凹槽和坑洼[4-6]，以保證生態(tài)袋的施工質(zhì)量。在正常施工開(kāi)始之前，必須對(duì)坡體的危巖進(jìn)行清除，待坡體穩(wěn)定、適宜于長(zhǎng)條形生態(tài)袋防護(hù)施工后，再進(jìn)行施工作業(yè)。坡面修整是整個(gè)工程施工前期的重中之重，必須加強(qiáng)管理。坡面清除由專(zhuān)業(yè)作業(yè)人員負(fù)責(zé)實(shí)施，要有安全防護(hù)預(yù)案，且安全防護(hù)措施要到位。

3.2 主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)錨索(錨桿)施工

3.2.1 材料選擇

主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)專(zhuān)用錨索(錨桿)設(shè)計(jì)直徑為16 mm，間距4.5 m×5 m，梅花形布置；錨桿注漿漿體采用C20水泥砂漿，水泥、水、砂的比例為1∶0.45∶1.1，硅酸鹽水泥必須符合國(guó)標(biāo)P.O42.5級(jí)強(qiáng)度要求，骨料采用中細(xì)砂，最大粒徑小于2.5 mm[6]。

3.2.2 錨索(錨桿)施工流程

錨索(錨桿)施工前，為確保施工安全，應(yīng)先用高壓風(fēng)槍或撬棍將巖質(zhì)坡面上的浮渣清理干凈。然后，根據(jù)邊坡開(kāi)挖支護(hù)設(shè)計(jì)圖，由測(cè)量員在現(xiàn)場(chǎng)確定每個(gè)錨桿的孔位及孔傾角[6-8]，并按照坐標(biāo)標(biāo)明具體位置，再結(jié)合作業(yè)區(qū)域依次分排、分片鉆孔。錨桿直徑為16 mm，選用18型手持鑿巖機(jī)，鉆頭采用硬質(zhì)合金十字鉆頭，鉆頭直徑50 mm，進(jìn)行造孔。錨桿孔的開(kāi)孔應(yīng)按施工圖紙和鉆孔布置位置進(jìn)行，其孔位偏差應(yīng)不大于10 cm，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)整。孔軸應(yīng)垂直于開(kāi)挖面，錨孔設(shè)計(jì)直徑50 mm(注：50 mm鉆頭成孔略大于50 mm，與設(shè)計(jì)錨孔的間隙采用注漿法回填密實(shí))，錨桿孔深度1 m，孔深允許偏差50 mm，錨桿孔距的允許偏差為100 mm。成孔后，采用高壓風(fēng)將孔內(nèi)清理干凈，不得殘留廢渣、巖粉和積水。

3.2.3 錨桿安裝、注漿

施工采用先安裝錨桿后注漿的方法。依據(jù)施工組織總體布置，錨索(錨桿)在專(zhuān)門(mén)的鋼筋加工區(qū)域加工制作，安裝時(shí)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)。所有鉆孔成孔并檢查合格后，將加工好的錨索(錨桿)與注漿管一齊插入孔內(nèi)[5]，錨桿端部與孔底的距離控制在5 cm，注漿管應(yīng)插入孔底5～10 cm處，隨砂漿的注入緩慢勻速拔出。注漿工作壓力大于等于0.3 MPa，注漿時(shí)如遇空洞適當(dāng)控制力度，要保持0.1 MPa的工作壓力。注漿要保證砂漿飽滿，不允許里空外滿[4-8]。在注漿管安裝結(jié)束后，應(yīng)立即進(jìn)行排氣管的安裝及孔口封堵，孔口封堵采用水泥基錨固卷或水泥砂漿進(jìn)行封堵[5]。

注漿時(shí)，注漿泵開(kāi)啟之后，手握注漿嘴，按照孔序自上而下(自左而右)逐孔注漿。在錨固砂漿凝固前，需及時(shí)養(yǎng)護(hù)，不允許隨意拉拔錨桿，應(yīng)設(shè)置警示標(biāo)志防止敲擊、碰撞，72 h內(nèi)不得懸掛重物[5-6]。砂漿采用攪拌機(jī)拌制均勻，邊拌邊用，每次拌和的砂漿必須在初凝前用完，不得二次使用，使用過(guò)程中防止碎石、雜物跌入。注漿作業(yè)開(kāi)始或中途停止超過(guò)30 min時(shí)，應(yīng)用水或稀水泥砂漿濕潤(rùn)注漿罐及其管路[6]。

3.3 鐵絲網(wǎng)施工

機(jī)編格賓鐵絲網(wǎng)采用φ3.8 mm熱鍍鋅鐵絲編制，網(wǎng)孔規(guī)格為150 mm×150 mm，幅寬2.0 m。鐵絲網(wǎng)安裝用錨桿固定，并每隔30 cm用φ16 mm鐵絲將網(wǎng)片與網(wǎng)片捆扎連接，然后用緊線器把連接繩緊固[4-6]。

3.4 雙抗生態(tài)合成袋的安裝及基質(zhì)要求

長(zhǎng)條形生態(tài)袋自上而下鋪設(shè)，將配好的種植土由頂部裝入袋子內(nèi)，根據(jù)生態(tài)帶充填情況，邊填充邊固定。種植土采用具有特殊性能的土壤培養(yǎng)基質(zhì)，配比為：黏土65%、草炭土15%、長(zhǎng)效復(fù)合肥2%、有機(jī)肥2%、保水劑3%、生根液1%、木纖維5%、土體固化劑2%、土體穩(wěn)定劑2%、黏合劑3%。裝好的袋子自下而上每隔1 m用φ2.5 mm熱鍍鋅鐵絲捆綁固定在已經(jīng)鋪設(shè)好的鋼絲網(wǎng)上(圖1)。檢查生態(tài)袋固定情況，直至全部固定牢固。

圖1 生態(tài)袋安裝

3.5 主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的安裝

采用φ12縱橫向支撐繩在4.5 m×4.5 m網(wǎng)格內(nèi)鋪設(shè)一張D0/08/300/4.5 m型鋼絲繩網(wǎng)，每張鋼絲繩網(wǎng)與四周支撐繩間用縫合方式聯(lián)結(jié)并拉緊。預(yù)張拉工藝能使系統(tǒng)對(duì)坡面施以一定的法向預(yù)緊壓力，從而提高表層巖土體的穩(wěn)定性，盡可能阻止崩塌落石的發(fā)生，并將小部分落石限制在一定的空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)在鋼絲繩網(wǎng)下鋪設(shè)S0/3.3/150型格柵網(wǎng)，以阻止小尺寸巖塊的塌落。

4 灌草種植及養(yǎng)護(hù)

選用當(dāng)?shù)匾松淖纤牖?、苜蓿、白三葉、胡枝子，在鋪設(shè)好的生態(tài)袋體上進(jìn)行穴植穴播。草本植物種子量不得低于25 g/m2；灌木紫穗槐、胡枝子選用2年生木質(zhì)化苗，以保證成活率，每平方米灌木苗不得少于9穴18株。

4.1 養(yǎng)護(hù)噴淋系統(tǒng)

養(yǎng)護(hù)噴淋系統(tǒng)采用直徑為4 cm的PPR熱塑管及噴淋頭，熱塑管沿坡面自上而下每隔3 m橫向布局，噴淋頭每隔3 m安裝一個(gè)，用30 cm的U型鋼釘固定在坡面上，達(dá)到坡面噴淋無(wú)死角。坡底配置2 m3小型無(wú)塔供水器，無(wú)塔供水器旁設(shè)置15 m3的蓄水罐給無(wú)塔供水器提供水源。

4.2 養(yǎng)護(hù)管理

為確保種植基質(zhì)內(nèi)有足夠的水分，噴淋時(shí)應(yīng)注意調(diào)整噴量，盡量使用霧狀噴淋，以免噴淋水量過(guò)大對(duì)基質(zhì)表面造成直接沖刷破壞。此外，為減少坡面水分蒸發(fā)，還需要適當(dāng)設(shè)置遮陽(yáng)網(wǎng)，并根據(jù)不同季節(jié)水分蒸發(fā)程度實(shí)時(shí)進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)[9]。養(yǎng)護(hù)要求灌木、草種成活率達(dá)到85%以上，灌木、草皮覆蓋率達(dá)90%以上，植被綠色程度達(dá)90%以上，病蟲(chóng)發(fā)生率控制在10%之內(nèi)，種植土基本無(wú)流失，即達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)[3]。

5 結(jié) 論

黨的十八大以來(lái)，黨中央提出長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展、黃河流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展等重大國(guó)家戰(zhàn)略，把生態(tài)保護(hù)提到前所未有的高度。保護(hù)生態(tài)環(huán)境、修復(fù)生態(tài)體系要從我做起，從每一位投身祖國(guó)建設(shè)的建設(shè)者做起。近年來(lái)，我國(guó)在高速公路、高速鐵路等大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面突飛猛進(jìn)，但是每一條公路、每一條高鐵都是穿山越嶺，難免在建設(shè)過(guò)程中對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成破壞。巖質(zhì)高邊坡生態(tài)袋護(hù)坡技術(shù)通過(guò)嚴(yán)格施工工藝的控制，將生態(tài)袋特殊工藝與施工技術(shù)融合，為環(huán)境保護(hù)高質(zhì)量發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。