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        生態(tài)坡面防護技術(shù)在凍土邊坡中的應(yīng)用

        2018-07-05 02:29:34傅芝蘭
        福建交通科技 2018年4期
        關(guān)鍵詞:客土噴播固化劑

        ■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,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年以來全省普通公路開始實施邊坡防護工程。邊坡防護從單一的擋土墻、護面墻、骨架護坡發(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,邊坡防護技術(shù)日益成熟。近年邊坡防護技術(shù)朝生態(tài)恢復(fù)方向發(fā)展,目前的邊坡生態(tài)恢復(fù)護坡技術(shù)主要分為四大類:工程護坡、化學護坡、排水構(gòu)造物護坡及乳化瀝青護坡。工程護坡包括植被毯護坡、植被混凝土護坡、CS混合纖維護坡;化學護坡通常采用W-OH、JCDK-1及PAM;排水構(gòu)造物護坡方案采用樹枝狀多孔無砂混凝土支護排水防護;乳化瀝青護坡即為EA護坡。生態(tài)坡面防護技術(shù)研究的推廣,對生態(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)坡面防護工程實例來探討該技術(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,嚴重影響道路通暢及運營安全,增加維護成本,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)象尤其嚴重。冬季,該路段的溫度通常都會達到零度以下,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度會大大降低,而自然邊坡則造成淺層水土流失,通過風化作用后再遇到遇水而導致邊坡表層脫落、剝皮等凍脹病害出現(xiàn)。由于邊坡表層長期暴露、潮濕等原因而形成的苔蘚等薄層植被,使表層土通過微小根系連接成整體,從而使得表層形成整片剝落,嚴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下,武夷山公路分局聯(lián)合福州大學師生成立凍土邊坡防治課題小組,在該路段設(shè)立三個氣象觀測點,定期采集氣象數(shù)據(jù)和邊坡土樣分析土壤成份。通過數(shù)據(jù)采集分析比對后,決定采用生態(tài)防護技術(shù)解決邊坡凍害現(xiàn)象,并采用JCDK-1固化劑護坡、樹枝無砂混凝土支護排水護坡、乳化瀝青表層護坡方案,在武夷山分水關(guān)路段(S303線K366+650處)進行了試點工作,研究JCDK-1固化劑護坡、樹枝無砂混凝土支護排水護坡等防治措施的工程應(yīng)用效果。

        3 生態(tài)坡面防護技術(shù)要點

        3.1 JCDK-1固化劑護坡

        (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,促進植被生長、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。目前可以替代對此類公路邊坡采取的工程加固防護、排水和綠化方面的措施,具有顯著的環(huán)保意義及經(jīng)濟效益。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

        試驗點位于省道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:首先對坡面進行整平處理,將表層的浮土清理干凈,清理后對坡面進行拉橫溝處理,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20cm,彎角處長6cm。

        ③第一層噴灑:將1噸的水、2.6噸的過篩土壤及50kg的肥料,裝進噴播車中充分攪拌,最后放入5kg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間后按同樣比例進行第二層噴灑,防止固化層開裂。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草種,進行第三層噴灑,噴灑厚度為1~2cm;三層噴灑總厚度在4~6cm。

        ⑥養(yǎng)護:噴灑完成后覆蓋無紡布,間隔3d灑水養(yǎng)護一次,養(yǎng)護期為14天。施工后現(xiàn)場效果圖如圖2。

        圖2 JCDK-1固化劑護坡施工后現(xiàn)場圖

        3.2 樹枝狀無砂混凝土支護排水護坡技術(shù)

        (1)技術(shù)原理及適用范圍

        樹枝狀無砂混凝土護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)的特點是利用自然方式而非渠道來排除雨水,在此排水系統(tǒng)中讓雨水就地下滲,并延長排水時間,可達到減少雨洪峰量和凈化雨水徑流的效果,同時補給地下水。無砂混凝土具有一定強度,可以對邊坡起到骨架支撐作用,保證邊坡強度,能有效防止溜坡滑坍等災(zāi)害,同時兼顧排水性能與護坡作用。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

        試驗點位于省道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,開挖寬度為0.5m、深度為0.3m的樹干部分溝槽,每隔15m開挖一道。接著開挖坡度為1∶1、寬度為0.3m、深度為0.3m的枝干溝槽。枝干與樹干的夾角為45°,挖出樹枝狀排水溝。

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

        ③模板安裝:分段進行模板安裝并進行加固。

        ④澆筑無砂混凝土: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 的配比進行混凝土拌制,并分段進行澆筑。

        ⑤混凝土養(yǎng)生:定期對混凝土進行養(yǎng)護,待混凝土達到一定強度后拆除模板。

        ⑥枝干覆蓋:噴播前用無紡布覆蓋枝干,避免客土噴播時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)并進行固定,再進行第二層客土噴播。第二層噴播時加入草種,噴播厚度為2cm。

        ⑧養(yǎng)護:噴播完成后覆蓋無紡布,7d之內(nèi)早晚灑水養(yǎng)護二次,7d之后每日灑水養(yǎng)護一次,養(yǎng)護期為14d。施工后現(xiàn)場效果圖如圖3。

        圖3 樹枝狀排水客土噴播護坡施工后現(xiàn)場圖

        3.3 乳化瀝青護坡技術(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離子乳化瀝青,能使土壤形成團粒,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,并保護種子不受風雨侵蝕和鳥獸食用。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,容易吸收太陽熱,使地溫升高,起到保墑作用,對于改善生態(tài)環(huán)境具有良好的社會效益和經(jīng)濟效益。通常適用于坡度較緩的土質(zhì)邊坡。

        (2)施工技術(shù)方案

        試驗點位于省道S303線K366+650左側(cè),護坡面積為 100m2,坡度為 1∶0.75;試驗所需材料為: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20cm,彎角處長6cm。

        ③客土噴播:將保水劑、粘合劑、肥料、水和過篩的土壤按 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,用電動噴壺噴灑乳化瀝青,乳化瀝青按照1∶5的比例稀釋,用過濾網(wǎng)過濾后倒入噴壺中,并迅速均勻噴灑于坡面表層,噴灑要在10~15℃以上進行。

        ⑤養(yǎng)護:噴灑完成后覆蓋無紡布,間隔3d灑水養(yǎng)護一次,養(yǎng)護期為14d。施工后現(xiàn)場效果圖如圖4。

        圖4 乳化瀝青護坡施工后現(xiàn)場圖

        4 試驗段前后效果比對

        根據(jù)試驗初步結(jié)果來看(如圖5~圖7),JCDK-1固化劑護坡、無砂混凝土樹枝狀排水、乳化瀝青3種護坡方法都取得了較為有效的防護效果。相比單獨的客土噴播,植被生長更加旺盛、覆蓋率高,有效防止了冬季融凍的水土流失。

        5 試驗段坡面防護成果

        圖5 JCDK-1化學固化劑護坡邊坡治理前后對比

        圖6 無砂混凝土樹枝狀排水邊坡治理前后對比

        圖7 乳化瀝青護坡施工前后對比

        圖8 受災(zāi)前后試驗段邊坡坡面情況

        2018年1 月28、29日,武夷山市303省道再度遭受冰雪災(zāi)害,未實施護坡方案的路段中,邊坡土仍因受凍脹而繼續(xù)剝落。但在2016年實施三個課題點的路段,邊坡幾乎完好無缺,坡角無積土。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重,與試點路段(S303線K366+650)形成鮮明對比。

        6 結(jié)語

        在進行公路施工時,由于要考慮的綜合影響因素眾多,當中若有環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤,則會影響整個工程質(zhì)量。姜迪穎[1]認為路基邊坡是公路工程施工的重要環(huán)節(jié),在進行邊坡防護工作時,必須嚴格對各項影響因素進行綜合考慮。此外,在選擇施工方案時,還需結(jié)合工程經(jīng)濟效益進行綜合考慮,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)路基邊坡防護措施探討[J].交通標準化,2014,42(06):18-20.

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