植被混凝土绿站生产作业一体化技术

马念平

(广西百宁高速公路有限公司,广西 南宁 530022)

0 引言

高速公路标准化施工经过多年发展,白站、混凝土站、黑站、集中钢筋加工厂、混凝土构件预制厂基本普及,工业化建造成为品质公路建设的基本特征。边坡绿化和生态防护所需的植生基材加工,在整个行业范围内基本沿用传统的人工配料、现场拌和方式,工艺简陋、配合比不精准、生产效率低,是实现高速公路建设标准化、工业化要求的一处典型盲区,和工程建设整体建造水平存在较大差距。为使高速公路边坡生态防护施工工艺更优,在实施过程中更好地保证基材加工质量及施工效率,新型的绿站生产作业一体化技术值得进一步探究。

1 概述

绿站,特指边坡绿化与生态防护用基材集中厂拌设施。绿站的出现,对完善高速公路工业化建造要求具有创新意义,是生态防护施工传统模式发展进步的必然产物。工业化集中拌和基材,对于加快边坡防护速度、确保基材成品质量、防止边坡病害、保障节点工期、促进品质工程建设,具有显著积极作用。

平果至南宁高速公路项目于2021年8月建造了国内首个绿站,主体为一条具有多项独创技术的植生水泥土(生态基材)生产线,由土壤筛分加工系统、主辅分离自动配料系统、立式双向强制搅拌系统、熟料输送装车系统组成,可拌和生产植生水泥土、喷混植生客土、厚层基材、CS混合纤维等边坡绿化与生态防护基材。单条生产线设计产能为25 m3/h,可满足2 000 m2/d生态护坡施工需求,单站配送半径为20～40 km。

2 植被混凝土绿站生产作业一体化技术研究

2.1 工艺原理

植被混凝土生态基材集中厂拌和连续喷植系统,由土壤筛分加工系统、主辅分离自动配料系统、立式双向强制搅拌系统、熟料输送装车系统等四个子系统组成,各系统之间通过皮带或密封管道相连通。主材料中的土壤、生境改良剂、有机肥、椰糠、稻壳等原材料通过自动配料机称重后再由皮带传输机输送至主搅拌机;水泥则通过螺旋密封管道输送至自动配料称重后再进入主搅拌机和其他物料一起搅拌。所有原材料通过自动称重准确配料、自动传输至搅拌机,整个配料过程全自动计量,保证了植被混凝土的配合比精确度[1]。同时,整个拌和系统自动化运行,通过PLC电路集中控制,拌和效率高,能够充分满足现场施工进度的需要。

2.2 适用条件

植被混凝土生态基材集中拌和厂可以在新建高速公路任意闲置场地设置。植被混凝土生态护坡能够在坡率不陡于1∶0.1的边坡上实现生态修复,在岩质边坡上应用时,有助于路堑设计采用极限坡率、压缩红线宽度,减少石方开挖量和征迁数量[2]。

2.3 技术优势

2.3.1 喷植适用于多种坡面

植被混凝土生态护坡可以在水泥混凝土坡面、浆砌片石坡面上实现生态修复,可用于既有公路的生态景观升级,满足公众日益关心的绿色环保需求[3]。

2.3.2 防护设计多样化

植被混凝土生态护坡可以和其他边坡支护结构协同应用,形成具有生态修复功能的防护支护综合系统,扩大生态防护的应用范畴,如植被混凝土+边坡锚固、植被混凝土+主动防护网、植被混凝土+框格梁等[4]。

2.3.3 标准化程度高

通过建设绿站,集中拌和植被混凝土生态基材解决以往沿用传统的人工配料、现场拌和、工艺简陋、配合比不精准、生产效率低等弊端,有利于提高基材成品质量、加快边坡防护速度、优化绿色环保评价、促进品质工程建设。

2.3.4 推广价值高

植被混凝土采用水泥土加绿色生态基材拌和,具有良好的环保生态效果,植物存活率高[5]。植被混凝土绿站生产作业一体化施工工艺大幅提高了边坡防护施工效率,真正推动边坡开挖一级防护一级的建设管理新理念落地,且施工过程中安全性能高,施工便捷,具有广泛的推广价值。

3 工程应用

3.1 工程概况

平果至南宁高速公路项目区位于百色平果市、南宁市隆安县、武鸣区及西乡塘区境内,沿线地貌类型主要有低山地貌、喀斯特地貌、丘陵地貌、冲洪积平原地貌。本项目填挖方工程量巨大,且分布极不均衡,其中填方为1 340.79×104m3,挖方为2 598.15×104m3。全线填方为高边坡为2 737 m/15段,填方最大边坡高度为50.7 m,中线最大填高为38.4 m;全线挖方高边坡为2 555 m/21段,挖方最大边坡高度为93.6 m,中线最大挖深为88.6 m。

3.2 试验段简介

项目工程试验段位于平果至南宁高速公路K163+823～K163+983段右侧第5级边坡,边坡坡率为1∶1。该处路基最大开挖深度为53.60 m,边坡高度约10 m,坡面面积约为1 260.03 m2。该处地质主要为强风化砂岩,施工时间为2021-09-10至2021-09-17。

3.3 工艺工法

3.3.1 施工组织

绿站配置总调度1人,负责对接现场供求;监督员1人,负责绿站运转全过程监控;分拣工4人,负责分拣各种基材;设备员2人,负责操作拌和设备;机械手2人,负责站区材料转运。施工点配置现场生产负责1人,全面主持现场生产技术工作;配置测量2人,负责现场测量放样工作;配置现场调度1人协助生产经理组织现场施工;配置现场技术人员2人,负责现场技术质量管理工作;配置安全管理人员1人,负责现场安全文明施工;配置设备人员1人,负责设备报验及现场临时用电管理;设置试验人员1人,负责现场试验管理工作;配置cbs植草护坡施工队伍进行具体施工;配置2～3台5 t以上自卸汽车进行基材运输。

3.3.2 试验段基材配合比(表1～3)

表1 CBS植被混凝土护坡试验段实际采用基材配合比表

表2 混合植物种子(面层)实际用量表(g/m2)

表3 试验坡喷植基材消耗量统计对比表

3.3.3 施工时间

2021-09-10至2021-09-11,设备及材料准备。

2021-09-10至2021-09-11,坡面修整及验收。

2021-09-12至2021-09-13挂网锚固。

2021-09-14至2021-09-16基材喷植。

2021-09-17至今,养护。

3.3.4 生产作业步骤

(1)绿站原材准备。土壤采用经过筛分后粒径≤10 mm、含砂率≤20%、含水率≤15%、pH值在4.0～8.5的黏土。水泥采用散装普通硅酸盐水泥P.O42.5,不得采用复合硅酸盐和矿渣硅酸盐水泥等。生态基材改良剂要求效活菌数≥1.0×106 cfu/g、pH值2.5～5.5、含水率≤20%、亚甲基蓝吸附值≥0.13 mg/g。有机肥采用牛、羊粪便肥或植物残骸粉末状有机肥,尽量避免使用颗粒状有机肥。有机质(椰糠、稻壳)采用颗粒状的粒径≤8 mm、纤维状的纤维长度≤50 mm、含水量≤20%。合成纤维采用合成高分子聚丙烯纤维。

(2)现场坡面清理。施工前将坡面危石、浮渣及大粒径填料进行处理,并对坡面高程、平整度、坡率进行验收。

(3)现场测量放线。结合图纸及现场坡面进行锚杆位置放样,锚杆间距为2 m×2 m。

(4)现场锚杆施工。按设计布置锚杆孔位,用风钻凿孔,孔深为80 cm。钻孔孔眼方向与坡面垂直。采用水泥砂浆固定锚杆。锚杆为φ16 mm螺纹钢筋。

(5)现场挂网施工。坡顶施工一排锚钉,铁丝网挂入坡顶锚钉后顺沿坡面从上到下进行铺设,拉紧至坡底锚钉固定,同时与锚杆连接,绑扎牢固,然后铺设下一幅铁丝网。两幅网边搭接宽度≥20 cm,并每隔30 cm用18#铁丝绑扎。锚钉采用φ8 mm圆钢制作,长20 cm,间距为0.5 m×0.5 m锚固,锚钉外露8～10 cm。距坡面4～6 cm处与锚钉绑扎,绑扎后将锚钉向上弯折。光滑岩面或平整度高的土坡面,应在铁丝网下面安装混凝土垫块,垫块高度为5 cm,用扎丝固定。

(6)绿站材料拌和。按照既定配合比对各基材进行称重,由分拣工配合装载机倒入相应入料口进行拌和。工作完成后,切断电源,填写出料记录。监督员定期计算原材料实际消耗和理论用量的差值,及时掌握材料用量和检测称重计量是否准确。

(7)绿站材料运输。基材经绿站拌和完成后由皮带机传送至自卸车运抵现场,材料拌和与喷植作业间隔时间不得超过4 h,防止因水泥初凝影响基材喷植强度。

(8)现场喷植施工。材料运至现场后,由装载机导入干喷机,对边坡进行植生水泥土喷植作业,喷作按自上而下,逐层喷植。植被混凝土喷植平均厚度一般为10 cm,分为2～3层喷植,基层厚度为8 cm,面层厚度为2 cm,面层中含有植物种子。坡率≤1∶0.75时,可在完成一定面积基层后,再集中喷面层,喷之前也需用高压水枪润湿基层。

(9)现场坡面养护。喷植完成后采用无纺布覆盖,现场设置养护水桶,视保水情况定期进行洒水养护,以保证幼苗生长所需的水分和养分[6]。

3.4 边坡防护成效

通过长时间观察发现,黑麦草对温度比较敏感,夏季容易干枯,建议降低其比例,或用宽叶草、结缕草、紫花苜蓿草等植物替换种植。同时,在边坡平台表面撒播一些灌木种子或种植格桑花绿化,边坡景观效果更好。经过近一年时间的生长后,K163+823～K163+983段右侧第5级边坡整体效果较好,试验段工艺及成效均取得令人满意的效果。截至目前,平果至南宁高速公路项目利用植被混凝土绿站生产作业一体化技术累计完成生态护坡施工170 650 m2,坡面复绿效果极佳,绿色品质双示范工程创建成效显著。

4 经济效益及社会效益

4.1 经济效益

作为主要原材料的土壤宜就地取材,植生水泥土生态基材集中厂拌和连续喷植作业,可生产基材料25 m3/h,日产200 m3,折合可喷播基层面积达2 500 m2,可喷播面层面积达10 000 m2;可同时满足至少4个工作面施工,供应8台干喷机连续作业,与传统的小型滚筒搅拌机现场搅拌功效相比提高3倍,具有客观的经济效益。

4.2 社会效益

该工法较传统方法操作简单,安全性高,使用的材料为绿色环保材料,边坡防护效果良好。同时,由于施工效率的提高,能够有效实现“边坡开挖一级防护一级”的管理目标,有利于品质工程提升,也是标准化建设的良好体现,值得进一步推广。

5 结语

植被混凝土绿站生产作业一体化技术对完善高速公路工业化建造要求具有创新意义,是生态防护施工传统模式发展进步的必然产物。工厂化集中拌和、配送生态基材,有利于提高基材成品质量,加快边坡防护速度,优化绿色环保评价,促进品质工程建设。该技术可广泛运用于新建或改扩建的高速公路项目中,具有广阔的应用前景。