岩石边坡在公路工程中十分常见。这种边坡一般陡峭,无植生条件,仅靠自然力量很难恢复原有生态平衡。裸露的岩石边坡会带来一系列问题,如食物链的破坏、局部小气候恶化等,同时公路沿线的岩石边坡还会因其表面颜色灰暗、单调而造成视觉污染。采取工程措施,在保证边坡稳定的前提下,尽快让岩石边坡披上绿装,是减轻生态恶化、美化环境的需要。以植被混凝土绿化法为重点,探讨了挖方岩石边坡绿化方法及其选择,以供参考。
1、挖方岩石边坡常规绿化方法
挖方岩石边坡绿化要解决的难题是如何在陡峭的坡面上固定植生条件,即客土,为植物提供水、肥,且能经受风吹雨打。挖方岩石边坡绿化常规方法的类型,按固定植生条件的方法不同,可分为客土植生带绿化法、纤维绿化法、框格客土绿化法等;按所用植物不同,可分为草本植物绿化、藤本植物绿化、草灌混合绿化、草卉混合绿化等。
客土植生带绿化法是指人工制作一定宽度和厚度的带状物,其剖面结构一般为防护网+防水纤维层+种子、肥料、土壤、改良剂、保水剂+无纺布(从上而下)。施工时先清理边坡,再按一定间距铺设植生带,用铁丝等将其固定在边坡上,最后喷射一定厚度含肥料的泥土。覆盖无纺布或薄膜,植物种子长出覆盖坡面后除去。对于软边坡可挂网。该工艺简单,成本低廉,但不具备护坡功能,坡面经受不起大雨或长时间降雨的冲刷,也不耐干旱,绿化效果差。
框格客土绿化法是指先在边坡上用预制框格或用石料、混凝土砌筑框格,再在框格内置土种植绿化植物。由于岩石边坡迎水面积小,浆砌框格一般不设排水沟。为防止雨水冲刷土壤,可在其上覆盖稻草帘。该法成本低、工艺简单、绿化效果好,但对边坡的防护作用小,只适用于坡度小于30°的边坡。
2、植被混凝土护坡绿化技术
植被混凝土是采用特定的混凝土配方和种子配方,对岩石边坡进行防护和绿化的新技术。它是涉及岩石工程力学、生物学、土壤学、肥料学、硅酸盐化学、园艺学和环境生态等多学科的综合环保技术。植被混凝土根据边坡地理位置、边坡角度、岩石性质、绿化要求等来确定水泥、土、腐植质、保水剂、混凝土绿化添加剂及混合植绿种子的组成比例。混合植绿种子是采用冷季型草种和暖季型草种根据生物生长特性混合优选而成的。植被混凝土护坡绿化技术可以一劳永逸地解决岩坡防护与绿化问题。
2.1材料选择及其功能
防护网可用塑料、铁丝、钢筋,网度和选材应根据边坡的防护要求和特征而定。防护网的功能为与锚杆一同护坡,同时构成植被混凝土的“骨架”,增强其整体性,防止其从坡面脱落。胶结材料,一般用425#水泥,它使植被混凝土拌合物具有黏聚性,使植被混凝土具有强度。植生土选用砂壤土,其具有良好的水、养、气、热状况和协调能力,适于植物生长,在植被混凝土中,砂壤土是主要部分,是植被混凝土的“肌肉”[1,2]。有机质一般使用稻壳、锯末等,可以增加混凝土拌合物的流动性,便于施工;其腐烂后,为植物提供氮、磷、钾等养分,同时增加植被混凝土的空隙率。腐植质为稻壳、锯末、酒糟经腐烂制得,它能改善植被混凝土的物理性质,协调水、气、热状况和化学性质,增强保肥性与缓冲性能,同时向植被混凝土中引入大量微生物,并和植物根系一起,使植被混凝土逐渐变成适于植物生长的土壤。长效肥是为植物生长提供长期效力的复合肥,一般采用尿素、生物肥、化学复合肥。保水剂的作用是水分丰裕时吸收水分,天气干燥时为植物提供水分,一般采用的粒度为100目。
2.2植被混凝土的配方
确定植被混凝土的配方需考虑以下几个因素:一是要保证拌合物具有良好的黏聚性、流动性及易施工性。二是植被混凝土的无侧限抗压强度不低于15kPa,即能经受风吹雨打而不脱落。三是植被混凝土应具有合适的容重及孔隙率,具体地讲孔隙率在50%～65%(体积比),容重在1.3～1.7g/cm3,这样的结构有利于植物生长。四是植被混凝土应有良好的植生条件,水肥供应良好,能保证植物多年的养分供应(植被混凝土能长期供应养料,植物也能自己补给,如枯叶及草根腐烂、细菌固氮等)。
胶结材料、植生土、有机质、腐植质的总重量占植被混凝土的重量80%左右,因此它们决定植被混凝土的主要性质。水泥是影响强度、和易性的决定因素,试验表明,水泥用量大于10%(重量比,下同)时,就能保证植被混凝土的无侧限抗压强度不低15kPa。水泥用量一般不超过25%。有机质、腐植质合称有机物,它们的含量对植被混凝土的物理性质,即强度、容重及孔隙率、水肥供应有重大影响。其含量越大,容重越小,孔隙率越大,强度越低。有机物的含量过大会造成植被混凝土的强度偏小,而孔隙率过大则不利于保持水分,同时还会降低拌合物的黏聚性,喷射施工时会增加回弹损失。实践表明,有机物最适宜的含量为8%～16%。砼绿化添加剂含量一般不大于2%。含量过大会增加成本,过少不能营造出植物所需的生长基质。多个工程实践表明,砼绿化添加剂只要配方科学合理,其含量在1%～2%便能很好地满足植物需求。
2.3具体操作方法
植被混凝土边坡防护绿化技术具体操作方法是:先在岩体上布铁丝或塑料网,并用锚钉和锚杆固定。将植被混凝土原料搅拌后由常规喷锚设备喷射到岩石坡面,形成近10cm厚的植被混凝土。喷射完毕后,覆盖1层无纺布防晒保墒,水泥使植被混凝土形成具有一定强度的防护层。经过一段时间洒水养护,青草就会覆盖坡面,揭去无纺布,茂密的青草自然生长。
2.4挖方岩石边坡的卸荷及绿化时机
岩石边坡的开挖过程,从力学本质上说就是卸荷。特别是深挖高边坡,地应力释放量大,卸荷量级高,卸荷范围宽,伴随卸荷,边坡产生卸荷裂隙和卸荷变形,有些开挖边坡的卸荷水平变形达到了米级,不可忽视。运用岩体力学理论,确定边坡防护的方法和时机,同时在开挖边坡上设置位移观测点,观测边坡的变形趋势,为确定边坡的支护和绿化选择合适时机提供依据。此外,岩石边坡开挖过程,改变或破坏了原有的水、地、气循环系统,这种改变或破坏循环系统,将随着裸露岩石的风吹曝晒时间的增加而加剧。因此,采用边开挖边支护边绿化,对岩石边坡防护质量、绿化效果都有十分关键的作用。
3、岩石边坡绿化实例分析
3.1地质与气候概况
水下公路岩石高边坡位于新水下公路(78省道)改造工程,坡最高处达80m,倾角70～80°,边坡走向40°,该边坡段出露岩层为中寒武统黑石沟组第1段,其岩性为中厚层含泥质微晶白云岩,灰岩夹薄层、极薄层泥质微晶白云岩,粒砂质微晶白云岩,少量鲕状亮晶灰岩和硅质岩。岩溶不发育,为相对隔水层。岩层走向290°左右,倾向西南(倾向上游偏右岸),倾角40°左右。坡面中部有1个断层,走向近于南北,倾向西北,倾角80°,为方解石及方解石胶结的角砾岩填充。岩石基岩构造裂隙较发育,走向23～32°,倾向以西北为主,倾角为50～90°,宽3～8m,最宽40m,长一般为10～30m,少量只有几米,均为方解石填充,胶结良好。构造裂隙均为高倾角张性裂隙,其发育间距一般为0.4～1.5m,线密度达5～8条/m,最大线裂隙3.2%～5.0%,面裂隙率9.94%。苍南县属亚热带气候,年平均降雨量1 768.9mm,平均气温18.1℃。
3.2绿化方法选择
按前述边坡分类方法,考察边坡地质状况,新水下公路改造工程岩石高边坡属于稳定、干燥、破裂边坡,围岩呈弱碱性,局部有水软性泥质灰岩和白云岩。边坡虽然不会发生大面积滑坡,但因风化,局部会形成滚石。考虑到交通安全,边坡必须进行防护处理。同时,新水下公路改造工程因其环境幽雅,具备旅游价值。因此,边坡需绿化。综合以上因素,选用植被混凝土绿化法。
3.3施工
施工季节为冬季。先清理坡面,去除杂物,在边坡上用手风钻钻孔,孔距8m×8m,孔深5m,孔径Φ18cm。插入深7m,Φ12cm螺纹钢,用注浆机注入1∶1膨胀水泥浆固定锚杆。在锚杆上固定50cm×50cm间距的Φ6cm铁丝网。将425#水泥、生植土、腐植质、长效肥保水剂、砼绿化添加剂按重量比12%∶74%∶12%∶1%∶1%充分拌合,形成植被混凝土干料。草种为狗芽根、节水草、羊胡子草的混合,重量比为20%∶60%∶20%,用量为50g/m2。有机质、腐植质为锯末、稻壳及其制品,生植土为干砂壤土。用砼喷射设备喷射植被混凝土,分2层喷射,基层厚度为9cm,面层厚度为1cm。面层喷射时加入草种,喷射完毕后,用地膜覆盖。洒水养护1个月,待草覆盖坡面揭开地膜即可。
3.4绿化效果评价
水下公路岩石高边坡喷射施工后6d,草种发芽破土,30d后,80%坡面覆盖青草,草长势喜人。2个月后,青草浓密茂盛,100%覆盖坡面,随后经历春季几场大雨和4～5月连续20d以上梅雨的冲洗,边坡未出现植被混凝土脱落,达到边坡防护和绿化要求。
