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客土喷播防护技术在惠河高速公路中的应用
编辑:无   出处:无   时间:2009-2-26 16:11:00

摘 要:随着我国公路建设的飞快发展,高速公路边坡生态防护系统研究已日渐引起公路部门的重视,目前高速公路边坡防护的形式已由已往惯用的圬工防护向生态防护发展。作为全国首次引进客土喷播防护技术的高速公路,在分二期建设前后经过5年多时间的探索,惠河高速公路通过从了解客土喷播防护技术、进行试验和推广应用,对客土喷播防护技术的特点和立地条件的适宜性以及植物种类的选择等方面都有了较为深刻的理解。本文对已在河惠高速公路上实施的客土喷播方法从机械设备、材料、施工工艺等方面做了较详尽的介绍,并通过大量实地调查采样,对立地条件,如土/岩的硬度与酸碱度、边坡高度及坡率等,以及植物生长情况,如成活率、地上地下生物量、植物群落的优势度等做了仔细的分析研究,从而提出客土喷播施工方法的适用条件、植物种类选择及用量,并从设计、施工角度提出了改进意见。

关键词:高速公路; 客土喷播

1 引进客土喷播防护技术的背景

     近几年,随着环保意识的提高,我国公路建设部门对于生态防护越来越重视。对于土质边坡,已普遍采用了湿法喷播、三维网植草等技术来建植植被、固土护坡。对于土质情况较差的边坡和岩石边坡,由于缺乏植物生长的基础,则往往采取浆砌片石、挂网喷锚等工程防护措施,不仅被破坏的植被得不到恢复,而且也影响了公路的生态环境及景观。因此,如何既保证石质边坡的稳定又能实现长久绿化问题已成为公路环境保护和公路建设部门的焦点和难点。我们极需要寻求一种更有效的实现绿化的方法。

     ( 1 ) 国外客土喷播防护技术研究现状

     目前存在的两种植被建植模式包括以美国为代表的高养护型—湿式喷播快速植草技术和以日本为代表的高投入型—客土喷播防护技术。前者初期建植成本低,但草本植被养护成本高,易于衰退,并且在山岭重丘区挖方地段石质边坡,采用普通的喷播方法不能种植植物,或者植物种植后容易衰退,其固土护坡能力也极其有限,几乎不具备防灾功能。近年来,日本政府投入了大量人力和物力研究公路边坡播种早期树林化的可能性,提出了边坡早期播种树林化技术——客土喷播防护技术, 是一种融合土壤学、植物学、生态学理论的生态防护技术。 该技术的突出优点在于:①以土壤结构改良为突破口,力求简化公路植被养护管理。它是以经处理加工的树皮、纤维、养生材料、植物种子与少量当地优质土混合,添加营养剂、粘结剂和土壤稳定剂制成客土,借助喷播机均匀涂喷于坡面上。②由于客土的应用,为灌木和树木根系提供了良好的生长基础,能够实现草、灌木合理的植物群落配比,达到建设后路域植被与自然植被融为一体的效果。③喷播设备性能优良,使岩石坡面及不具植物生长条件的高大边坡完全可能实现绿化。④由于灌木根系可扎入岩石缝隙,固土护坡效果起到比草本植物更可靠的作用,可较大程度地减少边坡坍塌,节省维护费用,提高交通安全。

     ( 2) 国内客土喷播防护技术研究现状

     90年代末期,交通部科学研究院从日本引进客土喷播防护技术,开始对岩石边坡开展绿化试验研究,于2000年在广东省河惠高速公路岩石边坡上修建国内首个客土喷播现场试验工程,随后湖南临长高速公路、云南大保高速公路、江苏宁杭高速公路进行了客土喷播防护技术的研究并做了试验工程,与此同时,其他的绿化工程公司及水利部门也正在进行这方面的研究。

     ( 3) 惠河高速公路引进客土喷播防护技术的背景

     惠(州)—河(源)高速公路地处粤东的丘陵地区,全长81km,大部分路段为山岭重丘地区,有大量高路堤边坡和深路堑边坡,挖方路基多为强~中等风化花岗岩和泥质砂岩,裂隙发育,岩石破碎。

     为了解决石质边坡的稳定和绿化问题,结合交通部科学研究院多年来在公路绿化、交通环保方面的经验,2000年6月,广东河惠高速公路有限公司决定同交通部科学研究院联合首次在国内开展客土喷播防护技术的试验工程。通过消化、吸收日本客土喷播防护技术,结合我国公路特点对客土喷播材料、施工工艺以及配套土木工程技术措施进行系统的研究和试验示范,在广泛调查和分析研究的基础上,实现客土材料的国产化,寻找到了适合我国客土喷播的方式和方法。实现了在石质路堑边坡上建植稳定性好、可演替、粗放管理的乔灌草立体植被,使我国在公路生物工程技术应用、国土绿化和水土保持工程技术领域接近了国际先进水平。

2 客土喷播防护技术的基本原理

     客土喷播防护技术是将客土(生育基础材料)、纤维(生育基础材料)、侵蚀防止剂、缓效性肥料和种子等按一定比例配合,加入专用设备中充分混合后,通过泵、压缩空气喷射到坡面上形成所需的基层厚度,从而实现绿化的目的。

     客土喷播基本原理:

     ( 1) 土壤学原理

     土壤是植物生长的基础。不同的植物对生长基础厚度的要求不同。

     由于有机质生育基础具有比一般土壤优良的保水及保肥性,植物在其中生长所需厚度比上表要小。

     决定喷播厚度主要有三个因素,即山体状态、年降雨量和坡度等。

     除厚度外,植物对土壤的化学性质和物理结构也有相应的要求。一般来说,土壤过酸或过碱都不利于植物生长;土壤过疏、过密,或团粒结构差,都会影响植物生长。因此,在客土材料的选择和配比时要充分考虑这些因素。

2) 生态学原理

     稳定的植物群落具备以下基本特征:

     ① 是长期演替的结果,能适应当地的气候、土壤条件;

     ② 立体结构,乔、灌、草有机结合,分布合理;

     ③ 能自我繁衍,生态功能强。

     因此进行客土喷播绿化,选择植物时要从生态学的角度出发,尽可能采用乡土植物种类,并且模拟自然群落,采取乔、灌、草合理配置。

3 客土喷播防护技术在惠河高速公路的试验和应用情况

     ( 1 ) 惠州地区气候特征

     惠州市属热带季风气候,年平均降雨量1700mm,年平均气温22度,4月中旬至10月下旬为夏季,4—9月是雨季又称为夏半年,湿度大、雨水多,暴雨集中,降雨量是全年的83%。

     ( 2) 惠河高速公路边坡条件

     ① 边坡形态特征

     惠河高速公路上有相当一部分石质挖方边坡,其坡高从7米至68米不等;对无外倾软弱结构面的石质路堑边坡,允许坡率按《建筑边坡工程技术规范》取值,根据实际经验,在工程中多采用1:0.75~1:1.0;当挖方边坡高度大于12m时,在10m处设一台阶,大于22m时,自下而上每10m设一台阶,每级台阶宽2米。

     ② 边坡地质条件

     大部分石质边坡属软质岩边坡,出露地层为砂岩、泥质砂岩、粉砂岩、长石砂岩、炭质页岩,褐黄色、深灰色、灰色、灰白色、灰黑色,风化程度不一,全风化~强风化,风化界线起伏较大。

     ③ 土壤酸碱度

     硬度是反映土壤紧密程度或岩石风化程度的一个指标,硬度小,则表明其质地疏松或风化程度高,有利于植物扎根生长。经测试,上述软质岩风化后土壤的酸碱度一般在5.9~6.7之间;炭质岩与变质岩例外,其中炭质岩酸碱度达到3.1,变质岩酸碱度达到8.0,其对应关系见表1。

     表 1 风化软质岩与酸碱度对应关系

岩样名称

泥质砂岩

砂岩

变质岩

炭质岩

特征描述

黄色夹粉红色,全风化

紫红色,岩体破碎

青灰色,岩体破碎

黑色,全风化,呈土状

pH值

6.7

5.9

8.0

3.1

④ 岩石硬度

     经调查,上述软质岩的硬度随风化程度变化,全风化岩呈土状,硬度为 5 ~ 70 kg/cm2 ,强风化岩呈半岩半土状,硬度约在 200 ~ 500 kg/cm2 之间,中风化岩硬度一般在 500 kg/cm2 以上,弱风化岩在硬度计上的读数为无穷大。

     ( 3) 主要施工设备与材料

     ① 主要施工设备 客土喷播机一台,普通卡车一台,抽水泵一台,发电机一台,空压机一台。

     ② 主要材料

     种子 主要选用了狗牙根(参考用量:5-10g/m2)、旗草(参考用量:15-20g/m2)、多花木兰(参考用量:5-10g/m2)、柱花草(参考用量:10-20g/m2)、大翼豆(参考用量:20-30g/m2)等。

     客土 采用天然有机型培养土,由多种新型微生物菌群发酵而成,含有氮、磷、钾及各种微量元素、生长激素,PH值6.0-7.0,饱和容重0.5-0.6t/m3

     稳定剂 无污染粘结剂,采用高分子聚合物及天然植物加工而成,能将客土、养生材料、肥料、种子等紧密连接,形成一定厚度的喷播层,并与坡面粘接在一起而不下滑流失。

     养生材料 采用木质纤维,增加连接的强度,使喷播层稳定性增强。

     肥料 采用速效化肥及缓效有机肥,增加贫瘠边坡肥力,提供植物生长所需营养。

     水 喷播用水,选择无污染水源,就近吸取。

     铁丝网 采用直径为2.6mm,孔径为5cm×5cm的镀锌铁丝网。

     锚杆 挂镀锌网的主锚杆采用Φ 16,L=40cm的钢筋,辅锚杆采用Φ10~12,L=20cm的钢筋。

     ( 4) 施工工艺

     ① 清理边坡

     清理边坡是将容易滑落、影响边坡稳定的岩石处理掉,使坡面尽可能平整以利于客土喷播施工,同时增加坡面绿化效果;对于光滑岩面要通过挖掘横沟等措施进行加糙处理,以免客土下滑。

     ② 挂网施工

     挂网施工时采用自上而下放卷,相邻两卷镀锌网分别用绑扎铁丝连接固定,两网交接处要求有 10cm 的重叠。对坡面不平整处,适当打入长 20~30cm 不等的φ12 辅助锚杆,以使镀锌网贴近坡面。

     ③ 锚杆施工

     在挂网施工的同时或挂网后自上而下打φ 16 的主锚杆,间隔为2 米,同时按要求辅以φ 10 ~φ 12 的锚杆。

     ④ 配制客土材料

     客土材料主要由泥炭土、泥土、复合肥、木质纤维等经过搅拌混合而成。

     ⑤ 客土喷播

     选用专用客土喷播机,设备就位后,调节输送泵压力、出风量,使混合料均匀喷射至坡面,自上而下分二次实施喷播,第一次喷播厚3cm ,待客土稳定后(10 ~ 20min )再喷播第二次至设计厚度,喷播时在岩性破碎、岩质坚硬坡段喷层厚度可适当增加。

     ⑥ 养护管理

     加盖无纺布, 30 ~ 45 天后待草苗长到一定高度时揭布。由于选择了适合当地气候、土壤条件及高速公路粗放型管理的灌木种及草种,成坪后一般不需要人工养护管理,若天气长期持续干旱则应适当予以浇水养护。

     ( 5) 试验情况

     2000年6月,选定了K73+350~+530左侧、K76+140~+460两侧路堑边坡作为客土喷播试验点,面积约18000平方米。首先在K73+350~+530左堑第二级边坡开始试验施工,该级边坡坡率为1:1,坡面硬度为10~150kg/cm 2 左右,试验时喷播厚度采用3cm。

     2001年2月,在K76+140~+460路段两侧边坡进行进一步的试验。K76+140~+460路段边坡左侧坡高约68米,分5级,第一级为预应力锚索和护面墙,第二、三、四级中部为预应力锚索格笼,其中第二级坡率为1:0.75,第三、四、五级坡率为1:1。该边坡右侧坡高约40米,分3级,第一级为护面墙,第二、三级坡率为1:1。两侧坡面硬度介于20~550 kg/cm2 。两侧裸露坡面需进行绿化防护。试验时,根据该边坡的具体情况, 分别采取了不挂镀锌铁丝网、挂单层镀锌铁丝网、挂双层镀锌铁丝网,打长锚杆、短锚杆,以及 锚索格笼与客土喷播刚柔相结合 等多种工程防护措施,根据 如软石夹土、软石、次坚石、坚石等边坡的具体情况采用 喷播厚度为 3cm 、 6cm和10cm等, 开展护坡、绿化效果对比研究。  


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