新建向莆铁路石质边坡绿色防护技术经验总结

尚立汉

新建向莆铁路石质边坡绿色防护技术经验总结

尚立汉

针对新建向莆铁路石质路堑边坡防护中采用的喷混植生防护技术进行了介绍,分别阐述了喷混植生防护技术的基本原理、施工工艺、应用效果及经验,并提出了有待进一步改进和探讨的问题。

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近几年,随着环保意识的提高,我国铁路建设部门对于绿色生态防护越来越重视,尤其是对石质路堑边坡,由于缺乏植物生长的基础,以前往往采取浆砌片石、挂网喷锚等工程防护措施,不仅被破坏的植被得不到恢复,而且也影响了铁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边坡长久绿化,已成为建设绿色环保铁路的焦点。

1 喷混植生防护技术的原理

喷混植生防护技术是以工程力学、土壤学和生物学理论为依据,利用客土掺混粘结剂和锚杆加固铁丝网技术,运用特制喷混机械将土壤、肥料、有机物质、保水材料、粘结材料、植物种子等混合干料加水后喷射到锚固有镀锌铁丝网的岩面上,形成一定厚度的具有连续空隙的硬化体,在岩石坡面上营造一个既能让植物生长发育,而种植基质又不被冲刷的永久性的多孔稳定结构,种子可以在空隙中生根、发芽、生长。该项技术前期以草本植物为主对岩石坡面实现快速绿化、恢复植被,后期以灌木、乔木和藤本植物为主逐渐交替生长,形成一个与当地环境、气候相适应的草、灌、乔、藤结合的目标植物群落,从而达到恢复植被、改善景观、保护环境的目的。

2 喷混植生技术在新建向莆铁路边坡防护中的应用

2.1 工程概况

新建向莆铁路是一条客货共线一级铁路,位于赣东南、闽西北和闽中地区,西起江西省南昌市向塘镇,经抚州市、福建三明,东至福建中部沿海地区的福州市和莆田市。线路西接杭长和京九通道,中连鹰厦铁路,东接沿海通道,是两省联系的重要通道,也是中国中西部地区通往福建省的快速铁路通道,铁路正线全长约603.623 km。

2.2 工程地质及水文地质情况、气候特点

边坡地层岩性主要是上伏冲洪积淤泥质及粉质黏土,下伏红砂岩、砂砾岩、片麻岩、页岩、花岗岩等风化岩层;水文地质条件为丘坡地表水不发育,谷地弱发育,为土壤孔隙潜水;气候特点属于中亚热带季风性湿润气候,境内气候温和、四季分明、雨量充沛、光照充足,年平均气温 17.8℃,年降水量约 1 650 mm,年光照时数约为 1 700 h,年平均无霜期 265 d,适宜多种作物生长。

2.3 路堑边坡地质情况、设计坡率及主要防护形式

1)路堑边坡地质条件：大部分石质边坡属软质岩边坡,上伏含砾粉质黏土,硬塑,下部为夹泥质砂砾岩、红砂岩、片麻岩、花岗岩,风化程度不一,全风化～强风化,节理裂隙发育,风化界限起伏较大。2)石质路堑边坡设计防护形式：一般地段设计防护形式为挂网喷混植生;特殊段落,如岩层为顺层,且岩层破碎不稳定段落,设计防护形式为锚杆及预应力锚索加固框架梁内喷混植生。边坡坡率在 1∶0.75～1∶1之间时,边坡需布设挂网锚杆与机编镀锌铁丝网;边坡坡率缓于 1∶1.0时,可不挂网。

2.4 喷混植生施工工艺

2.4.1 原材料选择

1)种植土壤选择：选用当地优质黄黏土作为喷混用种植土。2)有机质的选择：选用当地木材加工厂自产的锯木屑作为喷混基材有机质。3)肥料选择：选用适合草籽生长的成品有机复合肥(成分为 N∶P∶K=14∶14∶14)。 4)保水剂选择：采用吸水重复性好而使用寿命长的丙烯酰胺—丙烯酸盐共聚类的大颗粒的保水剂。5)粘合剂选择：考虑到本地区的气候特点,年平均降水量较大,较集中,为避免风雨等自然因素对种植基材造成的侵蚀、冲刷,决定采用进口的PAM-A 30型粘结剂配合固结材料 P.O425普通硅酸盐水泥作为喷混基材粘合剂。6)植物种子的选择：结合本地区的气候特点及路基边坡地质条件,决定选用能抵抗不良环境,不易退化、根系发达、生长迅速,短期内能覆盖坡面,且与土壤固结能力强,分蘖多,茎叶繁茂的多年生草本植物种子作为初期绿化防护物种,同时附以生长周期长、根系发达、植株较高、冠幅大、根系深的灌木种子作为长期绿化防护物种。根据上述要求,通过物种优化比选,选择白三叶、狗牙根作为草本植物,选择马棘、刺槐、多花木兰作为灌木植物。7)养生覆盖材料选择：本标段主要选择了无纺布。

2.4.2 施工设备选择

通过经济比选,决定采用以下喷混植生设备：

P2G-5型喷射机、HYP8喷播车、PDS375型空压机、STC-30型发电机 2台、SQR 7160SLX型洒水车 2台、50m扬程抽水泵 2台。

2.4.3 基材配比选择及植物种子配比选择

1)基材配比：以 1m3种植土作为基准,其他材料掺量如下：a.锯末：0.1m3/m3;b.保水剂：400 g/m3;c.425号普通硅酸盐水泥：30 kg/m3;d.过磷酸钙：30 kg/m3;e.有机复混肥：0.5 kg/m3。

2)植物种子配比：由于灌木相对草本植物发芽率低且生长较慢,草本植物生长迅速会对灌木的生长形成竞争,一般草本植物生长旺盛的地方灌木生长稀少且矮小,灌草在相互依存的同时存在明显的制约关系,所以对于不同地质条件和不同边坡状况的岩石坡面,本标段采用了不同的植物配方。1m2边坡植物种子播种量(注：括号外为硬质岩,括号内为软质岩)：a.白三叶：8 g/m2(15 g/m2);b.狗牙根：8 g/m2(15 g/m2);c.马棘：15g/m2(7 g/m2);d.刺槐：15 g/m2(7 g/m2);e.多花木兰：15 g/m2(7 g/m2)。

2.4.4 喷混植生施工工艺流程

工序流程：边坡复测检验→坡面机械整修→坡面人工清理及嵌补→打设挂网锚杆及注浆→铺设镀锌铁丝网及连接加固→基材原料破碎及掺拌→原料机械搅拌混合→机械喷射客土造底基层(0.05m)→植物种子按配比掺拌入基材→机械搅拌混合→喷射客土造第二层植草层(0.05m)→覆盖无纺布→前期洒水养护30 d～45 d→坡面绿化成坪→清理坡面无纺布→后期养护管理。

施工前的路堑坡面整修处理：1)坡面整修处理之前,先由主管技术人员对边坡坡脚、平台高度及宽度、边坡坡率进行测量复核,保证边坡各部尺寸符合设计及规范要求。2)清除坡面杂物,包括松散土石块、凸出坡面的石头等。3)对坡面上的凹陷较大处必须采用原状风化石浆砌补平,嵌补之前,先用风镐开凿反坡倾斜基础,并清理干净后补砌,以保证嵌补体与边坡结合牢固。4)对坡面上的凹陷较小处采用覆土夯实或草包土回填。

锚杆设置及网片挂设加固：1)打设锚杆及锚杆注浆：按设计要求垂直于边坡钻孔,纵横向间距 2.0m,孔径 50mm,孔深 2m,钻孔完成后清孔,然后把加工好的锚杆放入孔中,及时进行孔内注浆,锚杆采用 φ=20mm HRB 335钢筋,孔内注浆水泥砂浆标号M 30。2)挂镀锌铁丝网及网片加固：挂网施工时采用自上而下放卷,网片挂设在锚杆预弯的直角弯钩上,挂网幅边采用φ2.6 mm铁丝绑扎连接,网与网之间采用平行对接,不重复搭接,网间采用φ2.2铁丝捆扎连接。镀锌铁丝网采用 φ2.2 mm机编镀锌铁丝网,幅宽 2m,网目尺寸 80mm×120mm,全坡面铺设。

喷混基材加工：1)种植土运至加工处理场后,采用粉碎机粉碎至粉细土状,并进行筛分以保证最大粒径小于 10mm。2)根据试验选定的配比,在筛分后的种植土内掺入锯末、保水剂、P.O 425普通硅酸盐水泥、过磷酸钙、有机复合肥,然后加入拌合机中,搅拌均匀后备用。

喷混植生及养护管理：1)喷底基层：边坡挂网完成后,开始喷底基层。喷射前,必须进行调试,调节输送泵压力、出风量、进水量,使混合料均匀喷射至坡面,自上而下实施喷混,喷射厚度5 cm,喷混时在岩性破碎、岩质坚硬坡段喷层厚度可适当增加,喷射时基材加水量保持适中。2)植草层混合料加工：按每平方米植物种子掺量,把准备好的植物种子与基材充分搅拌均匀,为种植层喷射做好准备。3)喷种植层：底基层客土稳定后,开始第二层种植层喷射施工,喷射施工应自上而下、分块分片实施,保证种植层基材含水量适中,同时,在坡面上每 100m2用钢筋设一喷植厚度指示桩,标示喷射厚度,确保喷射种植基材的厚度和均匀性。4)种植层养护管理：喷混植生分段施工完成后,初期养护需加盖无纺布,并浇水养护,以利草灌木尽快成活,30 d～45 d后待草苗长到一定高度时揭布;后期养护则转入对植物的管养期,管养期间,及时对不能成活苗木进行补植,以达到植物成活率要求,进行养护管理的内容包括：浇水、施肥、补种、除杂草、防治病虫害等。

3 喷混植生效果

3.1 绿化效果

喷混植生施工完成后,通过对未成活的进行补植后,边坡绿色植被覆盖率与可绿化面积之比能够达到 80%以上,基本可以达到 1年中 8个月以上的常绿效果。

3.2 稳固边坡效果

通过对完成 1年后的喷混植生坡面进行检查,发现在边坡植被与基材的共同作用下,坡面的抗侵蚀性有了进一步增强,边坡植物的根系纵横交错发展,已形成一个多孔稳定结构,既能保证植物正常生长,又起到增加土体内聚力,提高土体强度,稳固边坡体的作用。

4 施工经验总结

4.1 坡面未整平对喷混植生效果的影响

坡面超欠挖处的植被受雨水集中冲刷后,种植层逐渐变薄,植被慢慢脆弱枯死,导致网片出露,已形成的植被受到破坏,最后的处理措施只能是对超欠挖处进行人工清理和欠补后重新挂网补喷,对已形成的灌草结合的混合植物护坡结构造成一定影响。

4.2 挂网锚杆长度不够及网片连接不牢固对喷混植生效果的影响

在前期的施工中,对存在边坡岩体破碎的段落,没有引起足够重视,对锚杆及挂网的加固边坡作用认识不够,导致在连绵的雨季后,边坡出现局部坍塌,已形成的植被受到不同程度的破坏,最后只能把已坍塌段落的植被及网片全部拆除后,对坍塌体进行清理,清理完成后,嵌补边坡,然后重新挂网喷混植生。

4.3 喷射厚度不够对喷混植生效果的影响

在前期的施工中由于喷混植生作业人员经验不足、技术人员监控不到位,导致坡面喷射厚度不均匀,喷射厚度满足要求的地方,植被长势良好,而厚度不够的地方,雨季受冲刷影响较大,植被生长缓慢,草木稀落,最后只能进行补喷补植。

4.4 种植层基材拌合不均匀对喷混植生效果的影响

在前期的施工中,由于基材草籽混合料拌合时间不够就开始施喷,导致植被生长不均匀,局部地方草木稀少,灌草结构不合理,最后只能采取人工补植,调整灌草结构。

4.5 物种质量对喷混植生效果的影响

在前期的施工中,由于物种质量差,导致成活率低,抵抗力差,植被生长缓慢,没有形成合理的生态结构,最后只能更换优良物种重新进行补植,浪费了大量的人力、财力。

4.6 后期养护管理不到位对喷混植生效果的影响

在前期的施工中,由于经验不足,只重视喷混植生后的前期养护管理,草本植物长成后,坡面植被覆盖率很好,就认为喷混植生效果已达到,没有重视后期的管养,导致成长较慢的灌木因为后期养护不及时而部分枯死,同时草本植物由于缺乏灌木的生物锚杆固土作用,也部分枯死,没有形成合理的灌草结合的混合植物护坡结构,难以持续发展,最后的处理措施只能是补植后重新养护管理。

5 有待进一步改进和探讨的问题

5.1 喷混植生完成后的后期养护问题

如何使植物保持不退化,能够抵御各种恶劣气候,保证可持续发展,除选择适宜的植物品种外,后期的管养也相当关键。

在向莆线的工程实践中,在后期养护方面主要存在两大问题值得进一步探讨：1)后期管养的期限问题,管养到何时,才能保证植物护坡持续发展;2)采取什么样的技术才能缩短管养期,以加快绿化进度、节约绿化成本。

5.2 植物的选择和配比问题

由于施工单位的科研水平力量有限,对于当地野生草种研究很少,目前边坡绿化施工中主要采用外来引进草种,然而外来草种在当地的抗逆性、适应性和危害性有待进一步探讨,若能充分利用当地野生植物品种,并与引进物种合理搭配,不仅解决了外来草种的不足之处,而且对边坡的景观及其稳定性都有积极的效果。

6 结语

喷混植生技术在新建向莆铁路路基边坡防护上的应用取得了一定的绿化及防护效果,但在植物成活率、植物生态群落的优势度、后期养护的期限、物种优化选择等方面有待进一步的试验研究,喷混植生施工方法的适用条件有待进一步的改进。

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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

尚立汉(1975-),男,工程师,中铁三局集团第五工程有限公司,山西晋中 030600