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高陡光滑岩质边坡绿化防护技术

2024-07-22 11 上传者：管理员

摘要：由深路堑土石方开挖而形成的高陡光滑岩质边坡往往具有很大安全隐患和环境影响，需要采用有效的绿化防护技术以增强其稳定性和发挥生态功能。结合某高速公路扩建工程施工，从土工材料与植物生态条的结合、植物品种的选择与组合、以及土基加固等方面，探讨了适用于陡峭且光滑岩质边坡的绿化防护关键技术，包括TBS(turf base seeding)植草(灌)防护和喷播养护策略，增加客土厚度和采用双层TBS镀锌网片加固等。实践表明，上述措施能显著提升植被的绿化成活率和边坡的稳定性。研究结果可为类似地质环境下的绿化防护工程的设计与施工提供有价值的参考。

关键词：
TBS植草(灌)
客土优化
植物生态条
绿化防护
边坡稳定性
锚杆
高路堑边坡
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在公路和市政工程中，通过山体的道路常需采用土石方开挖方式，此法常形成高陡边坡，势必影响边坡工程自身安全和导致环境恶化。为保证边坡稳定和加强环保，边坡需进行必要的加固和绿化[1]。目前国内外绿化防护的主要形式有：客土喷草、TBS(turf base seeding)植草(灌)、锚杆+TBS植草(灌)、框架植草(灌)、拱形骨架植草(灌)等形式，依据边坡的坡度和地质情况选择不同的防护形式[2,3,4,5]。目前已有许多专家学者针对岩质坡面的绿化防护进行了一系列的研究探讨：游彩艳[6]通过对岩基边坡组合生态绿化施工工艺流程和质量控制要点进行研究，提出了一种能较好解决岩基边坡种植问题的施工技术；李楠[7]基于某高速公路边坡工程，从基质配比、绿化工艺及栽植技术等层面出发，结合现场条件，优化了边坡绿化施工工艺，有效避免了基材在边坡上的脱离问题；黄卫雄[8]、张洪涛[9]、张俊云等[10]从岩石边坡绿化原理及现存问题出发，从植被选种、施作方法、维护措施等多方面深入探讨了高速公路岩石边坡绿化防护技术。现有的研究对于岩质边坡的绿化防护技术虽取得了一定的成果，但在高陡光滑岩质坡面的绿化防护上，受制于客土稳定、养分补给等因素的影响，现有技术应用效果不尽如人意。

本文依托宁德G104国道改扩建一期工程中的岩质高边坡施工，开展了高陡光滑岩质路堑边坡绿化防护关键技术的研究，解决了绿化成活率低、植被固化效果差等问题，以期为类似地质环境条件下的边坡绿化防护工程提供参考。

1、工程概况

1.1工程简介

本文以宁德G104国道改扩建一期工程中的明挖区间段八级路堑边坡防护工程为研究对象。该工程位于线路桩号K86+340—K86+600的右侧，边坡全长260 m,最大高度达76.7 m。边坡从下至上分为多级，其中一至三级边坡位于中风化岩层，坡面主要由微风化至中风化的凝灰岩构成。围岩条件较好，坡率为1∶0.5,较为陡峭，采用锚杆(系统锚杆或预应力锚杆)+TBS植草(灌)技术进行防护；四至六级边坡处于强风化岩层，坡率为1∶0.75,稍显陡峭，采用预应力锚索框架植草(灌)技术以增强坡体稳定；七和八级边坡位于坡积土层和强风化岩层，坡率为1∶1.25,较为缓和，采用TBS植草(灌)技术进行绿化防护。边坡分级防护设计如图1所示。

图1 K86+320—K86+600段边坡分级防护设计(单位：m)

1.2地形地貌

场区属剥蚀丘陵地貌，地势较陡，山顶呈浑圆状，自然坡度约15～25°。地表植被较发育，以松树、灌木为主，地表水系不发育，坡体稳定。

1.3地层岩性

据工程地质调绘及钻孔揭露，场地上覆坡残积土(Qdl),下部为侏罗系南园组(J3n)晶屑熔凝灰岩及其风化层。在钻探范围内未发现空洞及墓穴等，各风化岩层未发现洞穴、临空面或软弱岩层，各类土层厚度及空间分布情况详见图1。开挖坡体坡积含碎石粉质黏土层厚度约3～4 m,砂土状强风化层厚度约3～9 m,碎块状强风化层厚度约12～23 m,地层变化较大，分布不均匀；坡体中未见不均匀风化岩核。场区未见滑坡、崩塌、泥石流等影响边坡稳定的不良地质，未见活动性构造通过，区域地质相对稳定。

1.4防护效果不佳

在此改扩建工程中，第四至八级边坡的绿化效果表现优良。然而，第一至三级边坡虽采用了系统锚杆+TBS植草(灌)的常规绿化设计，其绿化质量却未能达到预期标准。通过深入分析，主要原因有以下几点：首先，这几级边坡局部的实际坡比大于1∶0.5,较设计值更为陡峭，导致客土的重力超过了土与岩体间的摩擦力，从而引发了客土垮塌。其次，所设计的客土厚度不足以支撑植物的正常生长。直射日光加热岩面，显著提高了坡面温度，致使植物根部遭受高温伤害，导致植物死亡。此外，在高温天气条件下，由于缺乏适当的水分补给，植物的成活率受到了严重影响。

2、绿化防护施工技术

2.1绿化工艺流程

TBS植草(灌)防护，也称为厚层基材喷射植被护坡技术，是使用干式或湿式混凝土喷射机将基材与植被种子的混合物按设计厚度均匀喷射于需防护的工程坡面。此技术适用于坡率在1∶0.3～1∶1.0范围内的各种边坡，包括框架内土石混合边坡、贫瘠土质边坡以及不同程度风化的岩质边坡。在以草本植物为主的群落中，通常只进行草籽喷播；而以灌木为主的群落则采用草籽和灌木籽的混合喷播。在需要加强边坡表层稳定性的情况下，会采用系统锚杆进行加固。

防护工程中使用的固草器为14号镀锌焊接或机编铁丝网(网格大小为50 mm×50 mm),通过挂网锚杆固定，每1.5 m设置一个锚杆，相邻网格的搭接宽度超过10 cm。锚杆与铁丝网连接固定如图2所示。

图2挂网锚杆与双层镀锌铁丝网连接固定(单位：cm)

施工工艺流程如下：首先对坡面进行整平并清除危石浮土，然后安装挂网锚杆(必要时加入系统锚杆),挂设第一层镀锌铁丝网，接着安装植物生态条并覆盖第二层镀锌铁丝网。之后湿润坡面，均匀喷射不含种子的底层基材(厚度约t-2 cm, t为客土厚度),接着喷射含种子的面层基材(厚度约2 cm)。完成后用300 g/m2无纺布覆盖并以8号铁线制成的“U”型钉进行固定(固定间距为100 cm),然后进行养护。最后揭去覆盖材料，继续养护。

系统锚杆采用全长粘结式砂浆锚杆，在软质岩坡面，挂网锚杆根据现场情况直接打入。锚杆的弯头和砂浆外裸露部分采用沥青防腐油漆处理3遍，防腐处理长度需延伸进砂浆包裹体内至少5 cm。

2.2坡面土基优化及分区块加固

为避免阳光直射导致岩质坡面的岩体温度升高，进而损害绿化植物根系，本工程采取了增加客土厚度的措施，将原设计的12 cm厚度提升至20 cm。此举旨在为植物根系提供充分的生长空间，防止阳光穿透土层造成植物死亡。针对路堑陡峭岩质边坡容易发生的客土土体垮塌问题，工程采用双层TBS镀锌网片加固措施，内层网片与坡面的距离控制在5 cm,外层网片与内层网片之间的距离为10 cm。此外，通过增加系统锚杆的数量以确保TBS镀锌网与岩面之间能保持至少5 cm的距离，从而加强边坡的稳定性。

针对坡比为1∶0.5的边坡，考虑到降雨后客土自重的增加可能导致垮塌，采用了植物生态条分块法。此方法通过水平分层与植物生态条的梅花形布置(间距200 cm),将坡面客土划分为若干单元有效分散了由上而下的土压力，降低了下部客土受到的压力，进而防止了土体垮塌。这种布局不仅有助于消解由土压力引起的连续传导效应，而且能将部分土压力通过植物生态条传递至TBS镀锌网和锚杆系统，有效避免了陡峭岩质边坡的客土垮塌。现场分区块加固如图3所示。

图3土基优化及分区加固

2.3植物生态条的制作与应用

植物生态条由自然植物制成，具有多方面的优点。植物生态条加工如图4所示。在材料选择方面，生态条通常采用在池塘及其他杂草丛生区域易于获取的植物，如芦苇、香蒲和菖蒲，这些材料不仅环保而且成本低廉。在结构强度方面，这些植物具有较高的纵向抗拉强度，能有效承受客土的压力。在水分管理方面，植物生态条能在雨季充分吸收水分，并在干旱期向周边土体和植物供水，从而保障干旱季节植物的水分需求，同时防止土壤裂缝的形成。植物生态条的设置方式为沿坡面以200 cm间隔的梅花形交替布置(如图5所示),每条直径10 cm、长度200 cm,通过扎带或钢丝在两层TBS镀锌网之间加固固定，绑扎间距为30 cm至40 cm。这种结构配置有助于减少在缺水时形成的不规则裂缝，维持土体的稳定性。在营养供给方面，随着植物根系和小灌木的生长，植物生态条逐渐失去其结构功能，转而成为提供营养的肥料，支持植被的持续生长，充分体现了“化作春泥更护花”的生态哲学。

图4植物生态条加工

图5植物生态条布置(单位：cm)

2.4利用山体地下水进行水分补给

为解决旱季时自然降雨不足的问题，在坡体泄水孔外侧绑扎棉麻绳，该绳向水平及竖向延伸并固定于TBS镀锌网片上，形成双向通向的布局。由于客土基层为岩质，传统的水分供给方式无法直接作用，通过泄水孔收集山体水分，并利用棉麻绳的虹吸效应将水分输送至客土和植物，有效缓解了旱季植物的缺水问题。

2.5植物品种选择组合及养护

在植物种子的选择上，应考虑其对恢复自然景观和人文景观的不同特性，以及对“人造景观、美化环境和生态工程”的适应性。选择的植物应具有较低的地上部分和发达的根系，能够快速生长并在短期内覆盖坡面。绿化植物应包括耐旱植物、多年生灌木、乔木及爬藤类植物，其中爬藤类植物如野葛、爬山虎、扶桑藤、常春藤等具有高覆盖率，可以有效地遮光和保持水土。长成后的灌木和乔木，如柠条、锦鸡儿、紫慧槐等，其发达的根系和树冠可以为其他植物提供必要的遮阴。

植物喷播后的养护是确保其成活和健康成长的关键环节。应使用有机无纺布遮盖喷播区域，以保持湿度和保护坡面不受强降雨冲刷，从而避免营养土和草籽的流失。养护期通常为45～60 d,建议每天进行两次浇水，最佳浇水时间为早晨和傍晚温度较低时。根据当地天气状况，适当调整浇水频次和水量，避免在高温期间的正午浇水，以防植物受到热害。

3、防护绿化效果对比

图6所示为采用传统绿化防护技术施工后的坡面整体情况。未采用TBS植草(灌)技术与植物生态条的边坡表面裸露，缺乏足够的植被覆盖，土壤侵蚀严重，边坡稳定性差，易于出现土体滑移和垮塌现象。

采用TBS植草(灌)和植物生态条技术植物养护培育后的效果如图7所示，整体完成后的边坡效果如图8所示。

从图7～图8可见，边坡均匀覆盖了较厚的植被层，植物生态条在保持水土的同时，显著增强了边坡的结构稳定性。此外，绿化后的边坡美观度大幅提升，为当地环境带来了可持续的生态效益。

4、结论

(1)地质条件对边坡绿化效果有直接影响。不同地质条件下的边坡应选择合适的植草(灌)防护形式。

(2)对于陡峭、光滑的岩质坡面，采用植物生态条、增加客土厚度和双层TBS镀锌网片加固等方法，可有效预防客土垮塌，从而增强边坡的稳定性和绿化效果。

图6传统绿化防护施工情况

图7养护培育实况

图8边坡处理整体效果

(3)施工过程中必须严格遵循规范的施工流程，如坡面整平、清除危险石块、挂网锚杆固定等，这些措施是确保边坡防护工程质量和稳定性的关键。

综上所述，通过深入分析地质条件、设计合理的防护方案、执行科学的施工技术及采取有效的养护措施，显著提高了边坡绿化工程的质量和成效，实现了工程的可持续发展目标。本文提出的关键技术能有效地解决高陡光滑岩质路堑边坡绿化的低成活率和植被固化效果不佳的问题，可为类似工程提供有价值的参考。