新建向莆鐵路石質邊坡綠色防護技術經驗總結

尚立漢

新建向莆鐵路石質邊坡綠色防護技術經驗總結

尚立漢

針對新建向莆鐵路石質路塹邊坡防護中采用的噴混植生防護技術進行了介紹,分別闡述了噴混植生防護技術的基本原理、施工工藝、應用效果及經驗,并提出了有待進一步改進和探討的問題。

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近幾年,隨著環保意識的提高,我國鐵路建設部門對于綠色生態防護越來越重視,尤其是對石質路塹邊坡,由于缺乏植物生長的基礎,以前往往采取漿砌片石、掛網噴錨等工程防護措施,不僅被破壞的植被得不到恢復,而且也影響了鐵路的生態環境及景觀。因此,如何既保證石質邊坡的穩定又能實現邊坡長久綠化,已成為建設綠色環保鐵路的焦點。

1 噴混植生防護技術的原理

噴混植生防護技術是以工程力學、土壤學和生物學理論為依據,利用客土摻混粘結劑和錨桿加固鐵絲網技術,運用特制噴混機械將土壤、肥料、有機物質、保水材料、粘結材料、植物種子等混合干料加水后噴射到錨固有鍍鋅鐵絲網的巖面上,形成一定厚度的具有連續空隙的硬化體,在巖石坡面上營造一個既能讓植物生長發育,而種植基質又不被沖刷的永久性的多孔穩定結構,種子可以在空隙中生根、發芽、生長。該項技術前期以草本植物為主對巖石坡面實現快速綠化、恢復植被,后期以灌木、喬木和藤本植物為主逐漸交替生長,形成一個與當地環境、氣候相適應的草、灌、喬、藤結合的目標植物群落,從而達到恢復植被、改善景觀、保護環境的目的。

2 噴混植生技術在新建向莆鐵路邊坡防護中的應用

2.1 工程概況

新建向莆鐵路是一條客貨共線一級鐵路,位于贛東南、閩西北和閩中地區,西起江西省南昌市向塘鎮,經撫州市、福建三明,東至福建中部沿海地區的福州市和莆田市。線路西接杭長和京九通道,中連鷹廈鐵路,東接沿海通道,是兩省聯系的重要通道,也是中國中西部地區通往福建省的快速鐵路通道,鐵路正線全長約603.623 km。

2.2 工程地質及水文地質情況、氣候特點

邊坡地層巖性主要是上伏沖洪積淤泥質及粉質黏土,下伏紅砂巖、砂礫巖、片麻巖、頁巖、花崗巖等風化巖層;水文地質條件為丘坡地表水不發育,谷地弱發育,為土壤孔隙潛水;氣候特點屬于中亞熱帶季風性濕潤氣候,境內氣候溫和、四季分明、雨量充沛、光照充足,年平均氣溫 17.8℃,年降水量約 1 650 mm,年光照時數約為 1 700 h,年平均無霜期 265 d,適宜多種作物生長。

2.3 路塹邊坡地質情況、設計坡率及主要防護形式

1)路塹邊坡地質條件：大部分石質邊坡屬軟質巖邊坡,上伏含礫粉質黏土,硬塑,下部為夾泥質砂礫巖、紅砂巖、片麻巖、花崗巖,風化程度不一,全風化～強風化,節理裂隙發育,風化界限起伏較大。2)石質路塹邊坡設計防護形式：一般地段設計防護形式為掛網噴混植生;特殊段落,如巖層為順層,且巖層破碎不穩定段落,設計防護形式為錨桿及預應力錨索加固框架梁內噴混植生。邊坡坡率在 1∶0.75～1∶1之間時,邊坡需布設掛網錨桿與機編鍍鋅鐵絲網;邊坡坡率緩于 1∶1.0時,可不掛網。

2.4 噴混植生施工工藝

2.4.1 原材料選擇

1)種植土壤選擇：選用當地優質黃黏土作為噴混用種植土。2)有機質的選擇：選用當地木材加工廠自產的鋸木屑作為噴混基材有機質。3)肥料選擇：選用適合草籽生長的成品有機復合肥(成分為 N∶P∶K=14∶14∶14)。 4)保水劑選擇：采用吸水重復性好而使用壽命長的丙烯酰胺—丙烯酸鹽共聚類的大顆粒的保水劑。5)粘合劑選擇：考慮到本地區的氣候特點,年平均降水量較大,較集中,為避免風雨等自然因素對種植基材造成的侵蝕、沖刷,決定采用進口的PAM-A 30型粘結劑配合固結材料 P.O425普通硅酸鹽水泥作為噴混基材粘合劑。6)植物種子的選擇：結合本地區的氣候特點及路基邊坡地質條件,決定選用能抵抗不良環境,不易退化、根系發達、生長迅速,短期內能覆蓋坡面,且與土壤固結能力強,分蘗多,莖葉繁茂的多年生草本植物種子作為初期綠化防護物種,同時附以生長周期長、根系發達、植株較高、冠幅大、根系深的灌木種子作為長期綠化防護物種。根據上述要求,通過物種優化比選,選擇白三葉、狗牙根作為草本植物,選擇馬棘、刺槐、多花木蘭作為灌木植物。7)養生覆蓋材料選擇：本標段主要選擇了無紡布。

2.4.2 施工設備選擇

通過經濟比選,決定采用以下噴混植生設備：

P2G-5型噴射機、HYP8噴播車、PDS375型空壓機、STC-30型發電機 2臺、SQR 7160SLX型灑水車 2臺、50m揚程抽水泵 2臺。

2.4.3 基材配比選擇及植物種子配比選擇

1)基材配比：以 1m3種植土作為基準,其他材料摻量如下：a.鋸末：0.1m3/m3;b.保水劑：400 g/m3;c.425號普通硅酸鹽水泥：30 kg/m3;d.過磷酸鈣：30 kg/m3;e.有機復混肥：0.5 kg/m3。

2)植物種子配比：由于灌木相對草本植物發芽率低且生長較慢,草本植物生長迅速會對灌木的生長形成競爭,一般草本植物生長旺盛的地方灌木生長稀少且矮小,灌草在相互依存的同時存在明顯的制約關系,所以對于不同地質條件和不同邊坡狀況的巖石坡面,本標段采用了不同的植物配方。1m2邊坡植物種子播種量(注：括號外為硬質巖,括號內為軟質巖)：a.白三葉：8 g/m2(15 g/m2);b.狗牙根：8 g/m2(15 g/m2);c.馬棘：15g/m2(7 g/m2);d.刺槐：15 g/m2(7 g/m2);e.多花木蘭：15 g/m2(7 g/m2)。

2.4.4 噴混植生施工工藝流程

工序流程：邊坡復測檢驗→坡面機械整修→坡面人工清理及嵌補→打設掛網錨桿及注漿→鋪設鍍鋅鐵絲網及連接加固→基材原料破碎及摻拌→原料機械攪拌混合→機械噴射客土造底基層(0.05m)→植物種子按配比摻拌入基材→機械攪拌混合→噴射客土造第二層植草層(0.05m)→覆蓋無紡布→前期灑水養護30 d～45 d→坡面綠化成坪→清理坡面無紡布→后期養護管理。

施工前的路塹坡面整修處理：1)坡面整修處理之前,先由主管技術人員對邊坡坡腳、平臺高度及寬度、邊坡坡率進行測量復核,保證邊坡各部尺寸符合設計及規范要求。2)清除坡面雜物,包括松散土石塊、凸出坡面的石頭等。3)對坡面上的凹陷較大處必須采用原狀風化石漿砌補平,嵌補之前,先用風鎬開鑿反坡傾斜基礎,并清理干凈后補砌,以保證嵌補體與邊坡結合牢固。4)對坡面上的凹陷較小處采用覆土夯實或草包土回填。

錨桿設置及網片掛設加固：1)打設錨桿及錨桿注漿：按設計要求垂直于邊坡鉆孔,縱橫向間距 2.0m,孔徑 50mm,孔深 2m,鉆孔完成后清孔,然后把加工好的錨桿放入孔中,及時進行孔內注漿,錨桿采用 φ=20mm HRB 335鋼筋,孔內注漿水泥砂漿標號M 30。2)掛鍍鋅鐵絲網及網片加固：掛網施工時采用自上而下放卷,網片掛設在錨桿預彎的直角彎鉤上,掛網幅邊采用φ2.6 mm鐵絲綁扎連接,網與網之間采用平行對接,不重復搭接,網間采用φ2.2鐵絲捆扎連接。鍍鋅鐵絲網采用 φ2.2 mm機編鍍鋅鐵絲網,幅寬 2m,網目尺寸 80mm×120mm,全坡面鋪設。

噴混基材加工：1)種植土運至加工處理場后,采用粉碎機粉碎至粉細土狀,并進行篩分以保證最大粒徑小于 10mm。2)根據試驗選定的配比,在篩分后的種植土內摻入鋸末、保水劑、P.O 425普通硅酸鹽水泥、過磷酸鈣、有機復合肥,然后加入拌合機中,攪拌均勻后備用。

噴混植生及養護管理：1)噴底基層：邊坡掛網完成后,開始噴底基層。噴射前,必須進行調試,調節輸送泵壓力、出風量、進水量,使混合料均勻噴射至坡面,自上而下實施噴混,噴射厚度5 cm,噴混時在巖性破碎、巖質堅硬坡段噴層厚度可適當增加,噴射時基材加水量保持適中。2)植草層混合料加工：按每平方米植物種子摻量,把準備好的植物種子與基材充分攪拌均勻,為種植層噴射做好準備。3)噴種植層：底基層客土穩定后,開始第二層種植層噴射施工,噴射施工應自上而下、分塊分片實施,保證種植層基材含水量適中,同時,在坡面上每 100m2用鋼筋設一噴植厚度指示樁,標示噴射厚度,確保噴射種植基材的厚度和均勻性。4)種植層養護管理：噴混植生分段施工完成后,初期養護需加蓋無紡布,并澆水養護,以利草灌木盡快成活,30 d～45 d后待草苗長到一定高度時揭布;后期養護則轉入對植物的管養期,管養期間,及時對不能成活苗木進行補植,以達到植物成活率要求,進行養護管理的內容包括：澆水、施肥、補種、除雜草、防治病蟲害等。

3 噴混植生效果

3.1 綠化效果

噴混植生施工完成后,通過對未成活的進行補植后,邊坡綠色植被覆蓋率與可綠化面積之比能夠達到 80%以上,基本可以達到 1年中 8個月以上的常綠效果。

3.2 穩固邊坡效果

通過對完成 1年后的噴混植生坡面進行檢查,發現在邊坡植被與基材的共同作用下,坡面的抗侵蝕性有了進一步增強,邊坡植物的根系縱橫交錯發展,已形成一個多孔穩定結構,既能保證植物正常生長,又起到增加土體內聚力,提高土體強度,穩固邊坡體的作用。

4 施工經驗總結

4.1 坡面未整平對噴混植生效果的影響

坡面超欠挖處的植被受雨水集中沖刷后,種植層逐漸變薄,植被慢慢脆弱枯死,導致網片出露,已形成的植被受到破壞,最后的處理措施只能是對超欠挖處進行人工清理和欠補后重新掛網補噴,對已形成的灌草結合的混合植物護坡結構造成一定影響。

4.2 掛網錨桿長度不夠及網片連接不牢固對噴混植生效果的影響

在前期的施工中,對存在邊坡巖體破碎的段落,沒有引起足夠重視,對錨桿及掛網的加固邊坡作用認識不夠,導致在連綿的雨季后,邊坡出現局部坍塌,已形成的植被受到不同程度的破壞,最后只能把已坍塌段落的植被及網片全部拆除后,對坍塌體進行清理,清理完成后,嵌補邊坡,然后重新掛網噴混植生。

4.3 噴射厚度不夠對噴混植生效果的影響

在前期的施工中由于噴混植生作業人員經驗不足、技術人員監控不到位,導致坡面噴射厚度不均勻,噴射厚度滿足要求的地方,植被長勢良好,而厚度不夠的地方,雨季受沖刷影響較大,植被生長緩慢,草木稀落,最后只能進行補噴補植。

4.4 種植層基材拌合不均勻對噴混植生效果的影響

在前期的施工中,由于基材草籽混合料拌合時間不夠就開始施噴,導致植被生長不均勻,局部地方草木稀少,灌草結構不合理,最后只能采取人工補植,調整灌草結構。

4.5 物種質量對噴混植生效果的影響

在前期的施工中,由于物種質量差,導致成活率低,抵抗力差,植被生長緩慢,沒有形成合理的生態結構,最后只能更換優良物種重新進行補植,浪費了大量的人力、財力。

4.6 后期養護管理不到位對噴混植生效果的影響

在前期的施工中,由于經驗不足,只重視噴混植生后的前期養護管理,草本植物長成后,坡面植被覆蓋率很好,就認為噴混植生效果已達到,沒有重視后期的管養,導致成長較慢的灌木因為后期養護不及時而部分枯死,同時草本植物由于缺乏灌木的生物錨桿固土作用,也部分枯死,沒有形成合理的灌草結合的混合植物護坡結構,難以持續發展,最后的處理措施只能是補植后重新養護管理。

5 有待進一步改進和探討的問題

5.1 噴混植生完成后的后期養護問題

如何使植物保持不退化,能夠抵御各種惡劣氣候,保證可持續發展,除選擇適宜的植物品種外,后期的管養也相當關鍵。

在向莆線的工程實踐中,在后期養護方面主要存在兩大問題值得進一步探討：1)后期管養的期限問題,管養到何時,才能保證植物護坡持續發展;2)采取什么樣的技術才能縮短管養期,以加快綠化進度、節約綠化成本。

5.2 植物的選擇和配比問題

由于施工單位的科研水平力量有限,對于當地野生草種研究很少,目前邊坡綠化施工中主要采用外來引進草種,然而外來草種在當地的抗逆性、適應性和危害性有待進一步探討,若能充分利用當地野生植物品種,并與引進物種合理搭配,不僅解決了外來草種的不足之處,而且對邊坡的景觀及其穩定性都有積極的效果。

6 結語

噴混植生技術在新建向莆鐵路路基邊坡防護上的應用取得了一定的綠化及防護效果,但在植物成活率、植物生態群落的優勢度、后期養護的期限、物種優化選擇等方面有待進一步的試驗研究,噴混植生施工方法的適用條件有待進一步的改進。

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On summery of green protection technical experience in rocky slope along new ly-built Xiangtang-Putian railway

SHANG Li-han

The paper introduces thenewly-built Xiangtang-Putian railway,adopts them ixed seed spurting protection,indicates thebasic p rincip le,the construction craft,the app lication effectand experience of themixed seed spurting protection,and points out the p roblems are expected to be improved and explored.

railway,rocky cut slope,mixed seed spurting,side slope protection,experience summery

U 213.13

A

1009-6825(2011)03-0131-03

2010-10-14

尚立漢(1975-),男,工程師,中鐵三局集團第五工程有限公司,山西晉中 030600