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關鍵詞:高邊坡;防護工程;動態設計;信息化施工;勘察設計 文獻標識碼:A
中圖分類號:U416 文章編號:1009-2374(2016)04-0108-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2016.04.054
在全國經濟迅速發展的背景下,貴州省的經濟發展也不甘落后,取得了可喜的成績,為了進一步促進經濟的發展,建立完善的公路網已經是大勢所趨。不過,該省的相當大一部分地區的地形都是崎嶇不平的,這給高速公路的建設帶來一系列的困難。雖然建設路基高邊坡可以有效解決這一問題,但是如果在勘察設計和施工中處理的過程中稍有不慎,就有可能造成山體滑坡等嚴重的地質災害,這在一定程度上會使得原本就復雜而又脆弱的地質條件遭到嚴峻的挑戰,破壞生態環境。綜合上述情況,在整個公路網建設的過程中對高邊坡點的特有勘察和設計工作的要求就非常高了,同時也要加強對施工過程的管理。
1 高邊坡防護的勘察與設計要求
國家在公路建設方面的法律條令指出:土質挖方邊坡的高度不能少于20米,巖質挖方邊坡的高度不能低于30米。在對不良地質以及特殊巖土地段進行挖方邊坡時,要做出局部細致的勘察和設計。這些規定鮮明地揭示了路塹高陡坡所具有的性質是特殊的。
1.1 高邊坡防護工程的勘察
高邊坡實施工程的地質以及水文條件是對高邊坡防護措施做出正確選擇的重要因素,所以首先應該采用有效的方法對高邊坡做較為權威的地質勘察,比如鉆探以及物探相結合的方法,用以確定邊坡附近的地質環境條件;其次對防護施工圖進行設計,這樣提供給邊坡防護設計的數據才是可靠的。第一,要清楚施工地的地形地貌特征。在做這一工作時,我們可以采用測量的方法,使得對其能夠有整體的把控,并且要清楚坡向以及路線之間的聯系;第二,勘察巖土的特征。目的是要弄清巖土的類型、形成原因以及風化的程度等,在這個過程中可以采用鉆探與物探等方法;第三,對主要結構面的勘察。主要是利用調查以及勘探的方法對施工地質進行巖土結構面的勘察,巖土結構面之間的組合關系、力學屬性等是主要的研究內容;第四,先進行資料收集,了解相關理論知識,再實地進行鉆孔水位操作,理論結合實際,最終得到精確的施工的氣象、水文地質條件等所需參數;第五,查清楚不良地質的哪些固有屬性會對邊坡產生影響,調查內容包括范圍以及性質等;第六,對巖土體的物理力學性能進行確定,這是要通過不斷的試驗才能下定論的;第七,查清坡頂臨近建筑的符合能力以及穩定狀態等。
1.2 高邊坡防護工程的動態設計
在對施工圖進行設計時,會對邊坡的開挖、防護做出專門的設計,設計的來源是調查的結果。不過這種調查的范圍有限,不能逐個點進行排查,因此只能用局部來代替整體,這樣由于實際的地形變化又是難以控制的,所以理論和實際之間會存在一定的誤差。因此,在施工的階段要加強對調查結果的可靠性以及防護設計的精確性的分析驗證。此時,施工開挖過程實際上是對之前勘察結果的一種補充。再結合實際,將這些信息傳達到設計人員,如果在設計過程中需要通過勘察來確定一些信息,那就要及時進行實地勘察,然后對防護方案進行適當調整,以上所述即為動態設計的理念。所謂動態設計,首先是篩選信息施工以及施工勘察所得到的記錄結果,然后對地質結構以及設計方案進行科學的分析以及驗證。在這個過程中如果發現原來的設計條件變化比較大,就要及時對原先的設計進行修改進而使得設計得以完善。所以,在施工過程中,地質勘查工程師以及設計工程師要確認邊坡開挖的實際的地質情況,審核設計所適用的條件的正確性,監理工程師在這一項工作也是不可或缺的。進一步講,在施工過程中,監理單位要讓勘查單位以及設計單位明白這樣一個概念:對施工的監督以及管理的配合是非常重要的。
2 高邊坡的施工技術的探究
實際操作中,高邊坡的施工大部分都是采用逆作法施工的施工方法。具體來講,就是按照自上而下的順序,局部進行開挖與防護,這樣能夠使得開挖與防護同時進行。逆作法施工存在明顯的優勢,它的開挖幅度小,有效減弱對邊坡穩定性的影響,并且它的邊坡形變不大,這對附近的建筑也是一種保護;由于它是局部開挖的,因此能夠在一定程度上減少邊坡的暴露高度以及暴露的時間,做到對坡面的防護及時有效,進而保證它的受力狀態處在可以承受的范圍內;另外,開挖平臺同時也能作為防護平臺使用,不需要額外搭建防護的平臺以及內部支撐,這樣能夠省掉大筆的費用。要想使得高邊坡防護逆作法取得成功,就必須要將信息化施工、動態設計工作進行落實,此外,管理的強化工作也是必不可少的。
2.1 逆作法施工要點
第一,按照施工設計圖放線;第二,依據設計中的邊坡的比例以及坡的高度對最高一級的坡進行開挖,然后是對地質情況以及防護設計的參數驗證時要根據實際情況進行展開,最后是確認施工安全性并對防護措施以及施工方案進行有效的休整;第三,確定新的方案后,依據新的設計方案進行邊坡的開挖;第四,循環操作以上三個步驟,按照從上到下的順序完成剩余各級邊坡的開挖和防護;第五,邊坡綠化工作是必不可少的。
2.2 施工監控
在施工期間,做好施工人員的安全保護工作是必不可少的,因此,就要求所建設的防護措施是安全可靠的。一般情況下,會在大型的高邊坡施工過程中以及竣工兩年內對其采取監控的措施。在施工過程中,除了有相關人員進行日常的安全監督工作,還要對敏感易出現問題的坡體和防護結構等采取額外的監測措施,再結合監測的結果對邊坡開挖以及防護結構設計做進一步的完善。監測點的選取應該考慮邊坡上穩定性能差、受外界干擾大以及防護結構上受復合力多的部位,這樣能夠從多方面進行驗證,并且相互之間可以進行補充。監測內容主要包括地面的形變以及地表裂縫與地下水位等。為了能夠真實地反映邊坡的形變以及穩定特征,監理要在施工過程中加強對施工監測的監督以及管理,這樣才能給予勘察設計人員真實的信息。
2.3 施工過程
高邊坡防護工程與地質環境的聯系密切,受多種條件的影響,比如地質、水文、氣候環境等。從工程的開始到結束,每一個環節都是緊密聯系、相互影響的,不論哪一個環節出現差錯都會對其他環節造成嚴重影響。施工時連接著設計意圖和實際產品的重要一環。在這一過程中,一些在勘察階段隱藏的問題會在開挖過程中凸顯出來,也可能會在以后的使用或者維護過程中出現,不容忽視,并且它的每一個程序都會對整個工程的質量產生影響。施工過程的管理模式是:工程實施和施工監控的任務在施工單位的管轄范圍內,勘察和設計單位的主要工作是對配合施工單位進行配合,監理單位則是負責對施工過程以及施工的質量進行監督。
3 結語
高邊坡防護工程在實際施工過程中會受到水文地質、氣候環境以及施工水平等多種因素的影響,而這些問題的解決都需要在施工過程中做好管理工作。高坡防護工程的失敗可能是由施工過程中任意的一個小失誤引起的。事實證明,高邊坡工程的管理工作必須要加強,而且在整個施工過程中都要對此格外重視。此外,還要重視對勘察結果的確認和驗證,將動態設計與信息化施工有機結合,最終使得高邊坡的防護工作成功實施。
參考文獻
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關鍵詞:路基邊坡;路基;預應力錨索;邊坡
中圖分類號:U445.4文獻標識碼:A文章編號:2095-2104(2013)
1工程概況
某高速公路合同段起訖里程K29+860~K36+300,路線全長6.44km。按雙向四車道高速公路標準建設,設計車速為80km/h,設計荷載采用公路-I級。本合同段主要工程項目為隧道工程、橋涵工程、路基挖填、防排水工程及防護工程等。其中,路基工程含路基挖土、石方1423478m3,挖淤泥13.9萬m3,光面爆破3506.7m3,控制爆破石方30 476m3,路基填方67萬m3以上;針對本高速公路的邊坡問題,對其采取預應力錨索設計以達到公路邊坡的防護作用。針對該高速公路ZK31+500~ZK31+638段左側邊坡,邊坡設計最高為5級,各級邊坡設計坡率及防護加固工程措施為:第一級1∶0.75~1∶1.25,預應力錨索框架、非預應力錨桿框架等防護;第二級1∶0.75~1∶1.25,預應力錨索框架與鍍鋅網植草灌或客土噴播植草灌交錯,交錯間距8.0m;第三級1∶1.0~1∶1.25,預應力錨索框架與客土噴播植草灌交錯,交錯間距8.0m;第四級1∶1.0~1∶1.25,客土噴播植草灌;第五級1∶1.25,客土噴播植草灌。
2 施工技術分析
預應力錨索(桿)施工主要包括施工準備、錨孔鉆造、錨筋制安、錨孔注漿、砼結構鋼筋制作與安裝、混凝土澆灌、錨孔張拉鎖定和驗收封錨等工作流程。其中有兩個主要環節,一是錨孔成孔,二是錨孔注漿,其中錨孔成孔的技術關鍵是如何防止孔壁坍塌、卡鉆;注漿的技術關鍵是如何將孔底的空氣、巖(土)沉渣和地下水體排出孔外,保證注漿飽滿密實。在注漿漿體與臺座混凝土強度達到設計強度80%以上時,方可進行張拉鎖定作業。錨斜托臺座的承壓面應平整,并與錨筋的軸線方向垂直。錨具安裝應與錨墊板和千斤頂密貼對中,千斤頂軸線與錨孔及錨筋體同軸一線,確保承載均勻。
2.1 預應力張拉前后做技術交底工作
施工現場配置具備預應力施工知識和正確操作的項目部施工技術人員,張拉機械操作人員必須經培訓合格。施工現場具備確保全體操作人員和設備安全的必要的預防措施。實施張拉時,應使千斤頂的張拉力作用線與預應力筋的軸線重合一致。同時在錨索正式張拉前,應取10%~20%的設計張拉荷載,對其預張拉1~2次,使其各部位接觸緊密,鋼絞線完全平直。對于壓力分散型錨索,因各單元錨索長度不同,張拉應注意嚴格按設計次序分單元采用差異分步張拉,根據設計荷載和錨筋長度計算確定差異荷載,并根據計算的差異荷載進行分單元張拉。壓力分散型錨索各單元差異伸長量和差異荷載增量計算公式(以三單元共六束壓力分散型錨索為例)如下:
差異伸長量:
差異荷載增量:
式中:
L1,L2,L3———分別為第一 、二、三單元錨索的長度,且L1>L2>L3;
ΔL1,ΔL2,ΔL3———各單元錨索在給定最終張拉(設計鎖定)荷載作用下的伸長量;
ΔL1-2,ΔL2-3———各單元錨索在給定最終張拉(設計鎖定)荷載作用下的差異伸長量;
σ———給定最終張拉(設計鎖定)荷載作用下鋼絞線束應力;
P———給定最終張拉(設計鎖定)荷載作用下單根鋼絞線束荷載;
A———單根鋼絞線束的截面面積;
E———鋼絞線的彈性模量;
ΔP1,ΔP2———分步差異張拉之第一、二步級張拉荷載增量。
錨索的預應力在補足差異荷載后分五級按有關規范或規定施加,即設計荷載的25%、50%、75%、100%和110%。在張拉最后一級荷載時,應持荷穩定10~15min后卸荷鎖定。錨索鎖定后48h內,若發現明顯的預應力損失現象,則應及時進行補償張拉。
2.2 預應力錨索張拉過程
對預應力筋和錨、夾具的安裝檢驗;張拉設備由有資質的試驗單位進行標定,確定油壓與張拉力關系公式。通過搭設張拉操作平臺,采用鋼管支架加木板搭設平臺放置千斤頂。安裝工作錨板,夾片,并將夾片輕輕敲實,然后安裝千斤頂、工具錨、夾片。安裝時使千斤頂與錨墊板垂直。張拉時開動油泵,給千斤頂張拉油缸緩慢供油,直至油壓設計值。預應力筋的張拉采用以應力控制為主,伸長量為輔。
張拉完成后采取錨固,輕輕松開油泵截止閥,使油壓緩慢降至零,則完成了對鋼絞線的錨固。油泵向回程油缸供油,活塞慢慢回程到底。卸下工具錨。千斤頂、限位板。張拉最終鎖定后將錨具外多余的鋼絞線須用機械切割,并應留長5~10cm外露錨索,以防滑落。采用砂輪機切斷,嚴禁使用電弧切割,以免火花燒傷接觸處的鋼絞線,降低強度。
3施工注意事項
對于高速公路路塹邊坡土石方開挖施工,應嚴格按照具體有關設計要求進行。對于設有錨固工程的邊坡工程開挖,嚴格按照從上至下的開挖施工順序逐級開挖,待上級邊坡錨固工程全部實施并產生加固作用后方可進行下級邊坡的土石方開挖作業,逐級開挖,逐級加固,直至全部防護工程結束,確保坡體穩定和結構安全。尤其對于陡坡加固段邊坡,除要求嚴格按“開挖一階,加固一階”的原則進行外,其單階施工工序如下: 開挖上部4m,施打預應力錨索(桿)注漿,至齡期后30#槽鋼預張拉開挖下一個4m坡面,同上施工坡面錨索(桿)并預張拉至全階坡面澆筑框架梁(跳開分片解除,澆筑砼3~7d后預張拉30%~50%)框架梁砼達到強度張拉至設計噸位施工下一階坡面。
錨索(桿)預張拉方法一般是采用軌枕或槽鋼等構件作為坡面反力抑制結構,預張拉宜在錨孔注漿施工完成7d后進行,預張拉力值不超過設計拉力值的30%。框架和地梁砼施工時,應按設計框架或地梁間隔分批解除預張拉,嚴禁大面積一次性解除。逐片解除,逐片澆灌框架或地梁混凝土,并及時按設計要求進行張拉鎖定,必再時在地梁或框架混凝土澆灌完成7d后進行預張拉,預張拉力值不超過設計拉力值的50%。張拉時油泵的使用方法
張拉時,開動油泵,張拉油缸進油后退,張拉鋼絞線束;同時調節節流閥,以控制油壓高低和張拉速度。在活塞外伸時,工具錨夾片可自行夾緊鋼絞線。工作錨中的夾片此時因受限位板的支托,只可被帶出一些而不會很多。當活塞行程還余10~20mm時 ,立即停止供油 ,此時可將節流閥回旋 ,同時回轉截止閥。由于鋼絞線的回縮,活塞將備拉回若干毫米,這時工作錨的夾片被帶入而自行夾緊。關閉截止閥,節流閥控制升壓,活塞回程,留10~20mm即可停泵,至此完成一次張拉循環。如果鋼束較短,可一次達到張拉控制應力σk;如果鋼束較長,一次達不到要求,則必須進行二次張拉,每一輪的初始油壓為上一輪的最終油壓。此時,自動工具錨的夾片已與錨板自行脫離,因此二次張拉前需將工具錨夾片重新推入工具錨板錐孔中,重復以上動作,反復張拉,直到達到設計要求為止。
若有滑絲現象,則采用千斤頂和卸荷座,將卸荷座支撐在錨具上,用千斤頂張拉滑絲鋼絞線,直至將滑絲夾片取出,換上新夾片,張拉至設計應力即可。同時針對斷絲的處理,應當提高其他鋼絲的控制張力作為補償,但在任何情況下最大超張拉力不得超過0.8Rby(鋼絞線)。換束、卸荷、松錨,換束、重新張拉至設計應力值。另外在張拉過程中為防止工具錨退不下來的情況,在安裝工具錨時,在錨環內壁涂退錨靈。
4結語
通過對某高速公路某標段地質災害的調查,對其采取預應力錨索抗滑支擋結構進行治理,詳細地總結了預應力錨索的工程施工現場檢測及其相應的施工工藝,為同行提供參考。
參考文獻
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關鍵詞:公路邊坡,防護技術,施工
中圖分類號: X734 文獻標識碼: A
1.前言
我國公路建設迅猛發展,邊坡防護也越來越受到重視。邊坡是公路建設中最常見的形式,隨著公路路基變寬、挖填變大,怎樣確保公路安全穩定,延長公路使用壽命,都必須加強邊坡防護。公路邊坡防護從設計到施工應緊密結合工程實際,靈活有效的防護方式和環境保護并重,在保證邊坡安全穩定的前提,加大植被面積,建造生態公路,人文公路。
2.邊坡防護技術
2.1邊坡防護與加固的類型
邊坡防護技術主要從坡面防護和坡體穩定兩個方面考慮。坡面防護主要是保護路基邊坡表面免受降水、日照、氣溫、風力等自然力的破壞,從而提高邊坡的穩固性。邊坡穩定采用的加固措施有護腳墻、抗滑墻、抗滑樁、預應力錨索、壓漿錨柱、排水固結等。邊坡防護包括植物防護和工程防護。植物防護:植被混凝土、種草、鋪草皮、植樹等;工程防護:片石護坡和護面墻、網格護坡、噴射砼護坡等。
2.2邊坡防護技術的現狀
2.2.1漿砌片石護坡
漿砌片石護坡是工程中坡面防護普遍應用的方法,是采用砂漿與毛石料砌筑的砌體結構,主要有片石護坡和片石護面墻兩種方式。通過漿砌片石防護坡面,可防止雨水對坡面的沖刷,同時對坡體也具有一定的穩定作用。護面墻是漿砌片石的坡面覆蓋層,用于封閉各種軟質巖層和較破碎的挖方邊坡,多用于易風化和風化嚴重的軟質巖層以及較破碎的巖石地段,以防止繼續風化??梢杂行У胤乐惯吰聸_刷,防止滑動型、流動型及落石型邊坡崩塌,最常用于上邊坡。護面墻除自重外,不負擔其他荷載,亦不承受墻后土壓力,因此護面墻所防護的挖方邊坡坡度應符合極限穩定邊坡的要求。漿砌片石護坡施工工藝簡單,但由于其形式單一,與環境協調效果差,在現代公路邊坡防護中,其應用有不斷減少的趨勢。
2.2.2骨架植被防護
骨架護坡和生態防護相結合的防護措施是指漿砌片石在坡面形成框架,在框架里面鋪填種植土,再鋪草皮、噴播草種和種植灌木等的一種防護措施。與漿砌片石護坡相比較,該方法在能滿足坡面防護功能的情況下,還具有節省材料、降低工程造價、對高邊坡降低坡體荷載、較好地協調周圍環境等優點,因而在邊坡防護工程中得到了廣泛應用。骨架可以采用拱形、人字形、菱形、矩形等多種形式,骨架形式與尺度應從美學和當地的文化背景方面多加考慮。當要突出骨架時,骨架施工應精細。骨架內的植被防護可結合邊坡巖土性質、坡率,采用前述植被防護的各種措施。一般情況下,漿砌片石或混凝土骨架植被防護、多邊形混凝土空心塊植被防護適合于坡率緩于1∶0.75的土質和全、強風化巖石邊坡。
2.2.3掛網噴射混凝土護坡
掛網噴射混凝土護坡也是常用的護坡方法,主要應用在石質邊坡且巖石比較破碎的地段。當石質邊坡很高、巖質較差、坡面巖石易風化、坡面巖石切割破碎嚴重、節理發育易受外界影響而產生危害時,或其他防護措施造價較高或難以實施時,為了防止高陡石質邊坡墜石砸傷行人或車輛,采用坡面掛網噴射混凝土的方法防護。它是依靠錨桿、鋼筋網和噴射混凝同負荷來提高邊坡巖體的結構強度和抗變形剛度,以減少巖體側向變形,增強邊坡整體穩定性和耐久性。有些地段巖石較好,可不掛網,直接噴射混凝土進行防護。
2.2.4土工格室植被護坡
土工格室是一種新型的土工合成材料,具有強度高、抗腐蝕、抗老化性能好等特點,其在坡面防護方面具有獨特的優勢。將其張拉開固定在坡面上,在其格室內填入腐殖土,種上草,不但可起到坡面防護的作用,還可起到恢復生態環境的作用。土工格室邊坡綠化防護適合于坡率緩于1∶0.5的各類邊坡。這種方法操作簡單,施工速度快,工程造價低,尤其在缺少石料或生態環境要求高的地方具有很大優勢。
2.2.5噴混植生防護
噴混植生防護是當前邊坡生態修復的最新模式,是巖石邊坡工程防護與生態綠化并重的新技術,能使植物在短時間內快速生長覆蓋。噴混植生技術是在穩定巖質邊坡上施工短錨桿、鋪掛鍍鋅鐵絲網后,采用專用噴射機,將拌合均勻的種植基材噴射到坡面上,植物依靠“基材”生長發育,形成植物護坡的施工技術,具有防護邊坡、恢復植被雙重作用。該技術使用的種植基材由種植土、有機核心料、粘結劑、穩定劑、水、植物種子等混合組成,種植基材的良好是成功的關鍵。粘結劑使噴混基質與巖面粘結,并使噴混基質硬化,從而避免雨水等對種植基質造成沖刷侵蝕。不僅噴混基材有很強的抗侵蝕性能,在灌草植被與基材的共同作用下,基材的抗侵蝕性又得到進一步的增強。另外以客土為主的噴混基層的厚度為10cm,能確保植物安全生長的極限需求,可以保障植被快速成型及生態穩定性。石質邊坡上噴混植生后,60d能全面覆蓋,1年灌草立體生態成型。該方法適用于坡率緩于1∶0.75穩定土質與風化較為嚴重的巖石路塹邊坡,該技術已廣泛應用于各類巖石邊坡的生態防護工程。
2.3邊坡防護的基本原則
(1)在滿足功能和安全的條件下,邊坡防護應選擇剛性結構與柔性結構、多層防護與生態植被防護相結合的方式。在防護方案選擇時,需要考慮實際工程中的邊坡巖土性質、環境氣候條件、排水條件等多種因素影響,選擇合理的防護措施。從安全穩定、節約費用、環境保護、美學觀感上綜合考慮防護措施的選擇與調整,保證安全的前提下優先考慮綠化防護,以取得良好的景觀效果。
(2)邊坡防護貫徹協調自然的原則,應充分考慮防護措施與沿線景觀的協調、防護措施自身的協調,力求避免采用連續的大面積護面墻,使公路與沿線景觀達到有機的統一。多種防護措施在同一邊坡上采用或相鄰邊坡群采用不同的防護措施時,應考慮防護措施間的協調。穩定的巖質邊坡有時不防護比進行不必要的人為防護更好;自然的邊坡坡形、坡面有利于與周圍環境相協調;適當保持穩定的孤石能增加公路景觀的情趣。邊坡防護應樹立“尊重自然、恢復自然”的理念,使防護工程于周圍環境融為一體。
3.邊坡防護技術發展趨向,工程防護逐漸減少
工程防護的防護能力強,但是美化效果差,不利于生態環保。修建較早的公路邊坡防護大都不見草木,普遍采用漿砌片石、預制混凝土網格等,雖然相對美觀,但人工跡象明顯,與自然環境不協調。隨著我國公路建設技術的高速發展,對公路沿線景觀的要求不斷提高,美觀、生態和環保越來越受到人們的重視。因此,工程防護的應用在不斷減少,除非必要,一般都會盡量避免采用這種單一的方式。生態型植被護坡能保護邊坡表面免受雨水沖刷,減緩溫差及溫度變化的影響,防止延緩軟弱巖土表面的風化、破碎、剝蝕演變進程,從而保護邊坡的整體穩定性,同事兼顧美化環境、恢復生態環境和協調自然環境的作用。生態邊坡防護技術符合可持續發展的理念,其效益是巨大的,必將得到普遍推廣應用。
4.結語
邊坡防護是公路工程的重要組成部分,采用合理的邊坡防護技術,以達到節約費用、美化和保護生態環境的效果。本文對常見的邊坡防護技術進行了,并探討了邊坡防護技術今后的發展方向,生態邊坡防護技術是今后發展的主流。
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生態建設和環境保護是21世紀人類共同關注的熱門話題,也是世界各國政府和人民為之不懈努力解決的焦點問題?;窘ㄔO的快速發展與生態環境的不協調,導致了人類賴以生存環境的生態破壞,同時也制約了社會經濟的可持續發展,對人類的生存和社會發展構成了威脅。因此,項目開發與環境保護兼顧是經濟可持續發展的重大課題,在工程建設中合理利用資源、保護環境、美化環境,是我們必須正視和認真對待的問題。
公路、鐵路、水利等工程建設與自然環境密切相關。其工程規模大、項目多、涉及面廣,土石填挖工程形成的大量土石邊坡,破壞了既有植被,對當地生態環境影響較大,以往通常采用單純的工程防護,如漿(干)砌片石、噴錨防護等,這些工程措施都導致原有植被破壞、水土流失、滑坡、邊坡失穩等一系列生態環境和工程問題。國家已經十分重視工程建設中的生態建設和環境保護,國務院下達了[2000]31號文件“關于進一步推進綠色通道建設的通知”,工程建設中的生態建設、環境保護已提上議程,這對整個工程建設的可持續發展戰略的實施起到了推動作用。
2.邊坡生態防護現狀
近十多年來人們開發出了多種既能起到良好邊坡防護作用,又能改善工程環境、體現自然環境美的邊坡植物防護新技術,與傳統的坡面工程防護措施共同形成了邊坡工程植物防護體系。
根據不同的邊坡土質條件,采用不同的施工方法和施工工藝可將邊坡植物防護技術分為:①人工種草護坡;②平鋪草皮護坡;③液壓噴播植草護坡;④土工網植草護坡;⑤OH液植草護坡;⑥行栽香根草護坡;⑦蜂巢式網格植草護坡;⑧客土植生植物護坡;⑨噴混植生植物護坡。各類邊坡植物防護技術的主要作用及應用條件各不相同。
2.1人工種草護坡
人工種草護坡,是通過人工在邊坡坡面簡單播撒草種的一種傳統邊坡植物防護措施。多用于邊坡高度不高、坡度較緩且適宜草類生長的土質路塹和路堤邊坡防護工程。具有施工簡單、造價低兼等特點。但由于草籽播撒不均勻,草籽易被雨水沖走,種草成活率低等原因,往往達不到滿足的邊坡防護效果,而造成坡面沖溝,表土流失等邊坡病害,導致大量的邊坡病害整治、修復工程,使得該技術近年應用較少。
2.2平鋪草皮護坡
平鋪草皮護坡,是通過人工在邊坡面鋪設天然草皮的一種傳統邊坡植物防護措施。具有施工簡單、工程造價較低等特點。適用于四周草皮來源較易、邊坡高度不高且坡度較緩的各種土質及嚴重風化的巖層和成巖作用差的軟巖層邊坡防護工程,是設計應用最多的傳統坡面植物防護措施之一,但由于施工后期養護治理困難,平鋪草皮易被沖走,且成活率低,工程質量往往難以保證,達不到滿足的邊坡防護效果,而造成坡面沖溝,表土流失、坍滑等邊坡病害,導致大量的邊坡病害整治、修復工程。近年來,由于草皮來源緊張,使得平鋪草皮護坡的作用逐漸受到了限制。
2.3液壓噴播植草護坡
液壓噴播植草護坡,是國外近十多年新開發的一項邊坡植物防護措施,是交草籽、肥料、粘著劑、紙漿、土壤改良劑上、色素等按一定比例在混合箱內配水攪勻,通過機械加壓噴射到邊坡坡面而完成植草施工的。其特點是:①施工簡單、速度快;②施工質量高,草籽噴播均勻發芽快、整潔一致;③防護效果好,正常情況下,噴播一個月后坡面植物覆蓋率可達70%以上,二個月后形成防護、綠化功能;④適用性廣;⑤工程造價低。目前,國內液壓噴播植草護坡在公路、鐵路、城市建設等部門邊坡防護與綠化工程中使用較多。
2.4土工網植草護坡
土工網植草護坡,是國外近十多年新開發的一項集坡面加固和植物防護于一體的復合型邊坡植物防護措施。該技術所用土工網是一種邊坡防護新材料,是通過非凡工藝生產的三維立體網,不僅具有加固邊坡的功能,在播種初期還起到防止沖刷、保持土壤以利草籽發芽、生長的作用隨著植物生長、成熟,坡面逐漸被植物覆蓋,這樣植物與土工網就共同對邊坡起到了長期防護,綠化作用,土工網植草護坡能承受4m/s以上流速的水流沖刷,在一定條件下可替代漿(干)砌片石護坡。目前,國內土工網植草護坡在公路、堤壩邊坡防護工程中使用較多,鐵路部門相對較少。
2.5OH液植草護坡
該項技術是國外近十多年新開發的一項邊坡化學植草防護措施。它是通過專用機械,將新型化工產品HYCEL_OH液用水按一定比例稀釋后和草籽一起噴灑于坡面,使之在極短時間內硬化,而將邊坡表土固結成彈性固體薄膜,達到植草初期邊坡防護目的,3~6個月后其彈性固體薄膜開始逐漸分解,此時草種已發芽、生長成熟,根深葉茂的植物已能獨立起到邊坡防護、綠化雙重效果,具有施工簡單、迅速,不需后期養護,邊坡防護、綠化效果好等特點。盡管OH液植草護坡具有理想的邊坡防護、綠化效果,但由于該技術所用的這種HYCEL_OH液還末能實現國產化,使得其工程造價較高綜合造價達40元/m2左右,故目前還無法推廣應用。只是在京九鐵路等個別工點進行了嘗試性試驗。
2.6行栽香根草護坡
香根草是近十多年才被人們“重新發現”的一種禾本科植物,具有長勢挺立,在3~4月內可長成茂密的活籬笆;根系發達、粗壯,一年內一般可深入地下2~3m;根系抗拉強度大,達75MPa,耐旱、耐澇、耐火、耐貧瘠、抗病蟲、適應能力極強等特點。行栽香根草護坡就是在土質邊坡上行栽香根草進行邊坡防護的一種工程措施,該技術充分利用了香根草的優良特征,具有顯著增強邊坡穩定性和理想的固土護坡功能,大有取代傳統片石護坡之趨勢。目前國內應用較少,還有待于在公路、鐵路、堤壩、城市建設等邊坡防護工程中進一步試驗推廣。
2.7蜂巢式網格植草護坡
蜂巢式網格植草護坡,是一項類似于干砌片石護坡的邊坡防護技術。是在修整好的邊坡坡面上拼鋪正六邊形混凝土框磚形成蜂巢式網格后,在網格內鋪填種植土,再在磚框內栽草或種草的一項邊坡防護措施。該技術所用框磚可在預制場批量生產,其受力結構合理,拼鋪在邊坡上能有效地分散坡面雨水徑流,減緩水流速度,防止坡面沖刷,保護草皮生長。這種護坡施工簡單,外觀齊整,造型美觀大方,具有邊坡防護、綠化雙重效果,工程造價適中,略高于漿砌片石骨架護坡,該技術多用于填方邊坡的防護。
2.8客土植生植物護坡
客土植生植物護坡,是在邊坡坡面上掛網機械噴填(或人工鋪設)一定厚度適宜植物生長的土壤或基質(客土)和種子的邊坡植物防護措施。該技術的特點是可根據地質和氣候條件進行基質和種子配方,從而具有廣泛的適應性,多用于普通條件下無法綠化或綠化效果差的邊坡。由于客土可以由機械拌和,掛網實施輕易,因此施工的機械化程度高,速度快,無論從效率和成本上都比漿砌片石和掛網噴砼防護要優越,而且植被防護效果良好,基本不需要養護即可維持植物的正常生長。該技術在公路邊坡防護中已被大量應用,在日本等國家已經被作為邊坡綠化的常規方法加以應用。
2.9噴混植生植物護坡
噴混植生植物護坡,是在穩定巖質邊坡上施工短錨桿、鋪掛鍍鋅鐵絲網后,采用專用噴射機,將拌和均勻的種植基材噴射到坡面上,植物依靠“基材”生長發育,形成植物護坡的施工技術,具有防護邊坡、恢復植被雙重作用,可以取代傳統的噴錨防護、片石護坡等圬工措施。該技術使用的種植基材由種植土、混合草灌種子、有機質、肥料、團粒劑、保水劑、穩定劑、PH緩解劑和水等組成,其種植基材的配方是成功的要害,良好的配方能夠達到在陡于1∶0.75的巖質邊坡上既具備一定的強度保護坡面和反抗雨水沖刷,又具有足夠的空隙率和肥力以保證植物生長。該技術已廣泛應用于鐵路、公路、水利等各類巖石邊
坡綠化防護工程。
3.邊坡綠化工程中的難點問題
隨著邊坡植物防護技術的推廣應用,各類邊坡植物防護技術已發展成為公路、鐵路綠色通道建設中的重要組成部分,但也存在一些難點問題。
3.1邊坡植草的退化
在公路、鐵路等工程建設中,其邊坡綠化防護上投入的資金比例較低,在低投入、低養護或無養護情況下,邊坡草坪處于自生自養狀態,極易退化、死亡。因為人工種植草種生長較弱、品種單一,隨著時間的增長,在養分水分供給較差的邊坡上都會呈現不同程度的草坡退化現象,這是一個十分突出和嚴重的問題,若草被退化得不到解決,不僅造成重復建設、資金浪費,而且起不到邊坡綠化防護效果,最終可能會引起水土流失、坡面坍塌等許多不良后果。
3.2噴播時的植物種子配比與最終植物狀態
在較短的時間內把開挖的邊坡恢復到自然狀態,施工者將面臨:①植物種子的配比如何確定;②如何考慮當地自生優勢群落的結構特點進行種子配比;③如何確定噴播時的植物配比與最終形成的植物群落之間的動態關系。只有對這些問題作詳盡的調查研究分析,才能正確指導施工,否則邊坡的植物生長將無法實現人工強制綠化向原始植物群落的順利演替。
3.3干旱對土體很薄的坡面植物構成威脅
開挖后的巖石邊坡,巖石層厚、整體性好,坡體高陡,對邊坡進行植物綠化后,隨著時間的增長,秋冬季干旱、夏伏季炎熱,土體養分逐漸流失,土壤肥力降低,如何解決邊坡呈現的無土、缺水、缺肥的狀態及邊坡植被面臨的干、熱威脅,這將直接影響到邊坡最終的綠化效果和生態效益。
4.邊坡綠化工程可持續發展的著眼點
可持續發展,是指在人類與自然和諧的前提下,不斷提高人類的生活質量和環境承載能力,滿足當代人的需求又不損害對子孫后代的需求;滿足一個區域或一個國家的需求面又不損害其他區域或國家的需求。根據可持續發展內涵的要求,邊坡綠化工程中應著眼于與自然環境(生態系統)的協調性和環保生態功能,結合目前國內邊坡綠化防護工程現狀及問題,提出以下對策與建議。
4.1注重邊坡生態防護的設計與資金投入
在公路、鐵路設計與建設中,人們常將設計重點和大量資金放在它的工程功能及安全功能上,而生態功能的設計與投資力度不足,生態防護工程往往采取低價中標的方式,這種低投入、低質量的惡性循環,使邊坡生態環境發展不夠好,抗災能力不強等。應建立和加大公路、鐵路邊坡建設、養護和生態環境保護的專項資金,在設計上要深入細化,根據不同氣候條件、不同環境、不同區域結合具體情況單獨設計,注重落實邊坡的生態環境保護方案。
4.2邊坡植草退化的防治技術
防治邊坡草被退化的重要措施就是喬灌草相結合,盡量模擬出當地的植物群落結構,走向本地化。實際上國外已經開始流行以喬灌木為主的綠化方式。天然植被一般都是草木混生的,在較高的貧瘠土質或石質邊坡上,采用草灌結合的客土噴播或噴混植生技術施工,可以將草種和灌木樹種進行混播,早期以草坪防護為主,后期以灌木防護為主,構建喬灌草立體防護生態體系,達到恢復自然植被的目的。植物種子的選擇及配置應走本地化的道路,以地帶性植被、鄉土植物為基調,適當引進適于本地生長條件的野生植物和外地植物。同時也應考慮淺根植物和深根植物的結合、豆科植物與非豆科植物的結合,還要盡可能配置抗逆性強的植物和水、肥、光、熱利用率高的植物,這樣才能使植物更能適應當地氣候與自然植被融為一體,建設一個具有生物多樣性的穩定的、生命力強的立體生態群落。
4.3積極引進開發邊坡生態防護新技術
邊坡綠化工程中的難點問題,是對邊坡生態防護可持續發展和環境科學技術的挑戰,邊坡生態防護技術涉及到工程力學、生物學、土壤學、肥料學、園藝學、環境生態學等學科,必須不斷在這些理論領域有所突破,
積極引進開發新材料、新工藝及配套施工機械設備,充分吸收新的科研成果、先進技術和工程施工經驗,注重國際和行業間的技術交流與合作。總之,提高邊坡生態防護技術的科技含量,是邊坡綠化防護工程成敗的重要環節。
目前在邊坡綠化防護工程中,液壓噴播、客土噴播、噴混植生是具有典型生態防護施工技術;在邊坡綠化養護工程中,滴灌、滲灌、注水根灌、插管根灌、膜孔灌等是具有節約水資源、提高成活率、促進草灌木植物生長的澆灌技術;在土壤肥力方面,ABT生根粉、菌根菌、農菌及各種微生物肥料的應用,具有促進植物生根、生長和發育,提高植物的生理機能和抗逆性。在這些新技術的應用過程中,還有許多問題和工藝需要探討、改進,使其成本更低、操作更為簡單、效果更好。隨著邊坡生態防護各項科研技術的不斷深入,其各項新技術新工藝的應用將日趨完善和成熟。
5.結論
①在邊坡植物綠化防護施工措施中,根據目前的國情、機械化施工程度、適用性、經濟性和質量效果比較,液壓噴播、客土噴播、噴混植生是具有典型生態防護施工技術,符合邊坡綠化工程可持續發展的理念,值得普遍推廣應用。
②正確的決策必須建立在相關科學研究的基礎上,在邊坡生態防護方面,針對難點問題有必要開展系列研究,加大這方面的科研投入,積極引進先進的技術和設備,鼓勵和扶持施工企業朝生態防護專門化隊伍方向發展,為徹底解決邊坡生態防護可持續發展問題提供堅定的基礎。
關鍵詞:公路;路塹邊坡滑坡;處治措施
引 言:隨著經濟和交通的發展,近幾年我國的公路行業發展迅速,由于我國地勢起伏較大,地質條件復雜,在某些地區特別是山區修建公路時經常會遇到路塹高邊坡。在公路工程中,一般認為土質挖方邊坡高度超過20m、巖石挖方邊超過30m的邊坡稱為路塹高邊坡,在公路工程中經常能遇到路塹高邊坡,由于工程的建設會在很大程度上打破原有的自然邊坡的平衡狀態,若控制和處理不當,有可能會造成高邊坡的失穩而形成邊坡地質災害,損壞公路,帶來重大損失和事故。因此進行路塹高邊坡的分析和處理,對提高公路的安全性有重要的意義。
1 公路路塹高邊坡的處理范圍
邊坡在發生失穩之前通常是穩定的,由于自然因素和人類活動等因素的影響,邊坡中的土體強度逐漸降低,邊坡內部的下滑力增大,而抗滑力逐漸減弱,使邊坡
的穩定性遭到破壞。路塹高邊坡的變形破壞的類型主要有坍塌、滑坡、崩塌、錯落及傾倒。路塹高邊坡穩定性評價宜綜合采用工程地質類比法、圖解分析法、極限平衡法和數值分析法進行。路塹高邊坡的穩定性計算方法應考慮邊坡的破壞形式,按下列方法確定:①規模較大的碎裂結構巖質邊坡和土質邊坡宜采用 Bishop計算。② 對可能產生直線型破壞的邊坡宜采用平面滑動面解析法進行計算。③對可能產生折線形破壞的邊坡宜采用不平衡推力法計算。
2 公路路塹高邊坡的處理方法
當在公路工程中遇到路塹高邊坡時候,要對高邊坡進行適當的處理,才可以保證邊坡的穩定和公路的安全,可以采取支擋結構、坡面防護和排水措施等進行處理,主要方法有以下幾種。
2.1 分級開挖、放坡
為了保證邊坡在施工工程中的穩定性,在某些地區的公路路塹開挖過程中,特別是在軟質巖高邊坡地段,經常采用分級開挖的方式,將坡形設置為臺階式,并對各級的坡度進行控制,適當的進行放坡處理。對于路塹高邊坡的分級開挖,臺階的高度一般為8~12 m整巖體和頂級緩坡可以放緩至15m,平臺寬度一般為1~3m,在路塹高邊坡坡體的中部設置4~6 m中間平臺以減小坡腳的應力,優化高邊坡的應力狀態。路塹高邊坡的坡率一般根據邊坡的地質巖性、風化程度等因素來選擇,一般采用如下原則:微風化巖0.25~0.50,弱風化巖0.50~0.75,強風化巖0.75~1.00,坡殘積層 1.00~1.25,松散軟弱土層 1.25~1.50。
2.2 支擋措施
1)抗滑樁??够瑯妒谴┻^滑坡體深入于滑床的樁柱,用以支擋滑體的滑動力,起穩定邊坡的作用,是一種抗滑處理的主要措施??够瑯秾β穳q高邊坡坡體的作用是利用抗滑樁插入滑動面以下的穩定地層對樁的抗力(錨固力)平衡滑動體的推力,增加其穩定性。由于路塹高邊坡的邊坡較高、較長,坡腳往往會產生應力集中,加上地質條件差,邊坡極易產生坍塌滑坡的破壞,因此經常采用抗滑樁對路塹高邊坡的坡腳進行加固,有利于整個邊坡的穩定。
2)擋土墻。擋土墻是指支承路基填土或山坡土體、防止填土或土體變形失穩的構造物。擋土墻能夠抵抗側向土壓力,防止墻后的土體坍塌,增加穩定性。在路塹高邊坡工程中,在地質條件較好的情況下,為了減少開挖工程量,加強坡腳的強度,經常采用M7.5號漿砌片石擋土墻。
3)邊坡防護網。在路塹高邊坡工程中,經常設置邊坡防護網進行防護,邊坡防護網分主動防護系統和被動防護系統。主動防護系統是以鋼絲繩網為主的各類柔性網覆蓋包裹在所需防護斜坡或巖石上,以限制坡面巖石土體的風化剝落或破壞以及巖石崩塌,或將落石控制于一定范圍內運動。被動防護是由鋼絲繩網、環形網、固定系統(錨桿、拉錨繩、基座和支撐繩)減壓環和鋼柱4個主要部分構成。鋼柱和鋼絲繩網連接組合構成一個整體,對所防護的區域形成面防護,從而阻止崩塌巖石土體的下墜,起到邊坡防護的作用。路塹高邊坡旁經常有巖崩、飛石,甚至有雪崩、泥石流等現象,設置被動防護系統,可以避開這些危險。
2.3坡面防護
路塹高邊坡坡面在各種自然因素和人工改造的作用之下,很容易發生變形破壞。為了保證路塹高邊坡的整體穩定性,要對路塹高邊坡進行必要的坡面防護措施,對路塹高邊坡的坡面防護有工程防護和植物防護。植物防護一般采用鋪草、種草和植灌木形式,應根據當地氣候、土質、含水量等因素,選用易于成活、便于養護和經濟的植物種類。工程防護適用于不宜草木生長的陡坡面,一般采用抹面、捶面、噴漿、勾(灌)縫及坡面護墻等形式。有時會采取工程防護和植物防護相結合,如窗孔式護面墻和拱形骨架植物防護。
2.4排 水
邊坡來水主要以降雨后地表水、地下水、裂隙滲水為主,水經常是邊坡失穩的誘因,降雨、融雪形成的地表水下滲到土體的孔隙和巖石的裂隙中,一方面增加巖土的重度,加大滑坡體的質量,使下滑距離增加,另一方面使土石的抗剪強度降低;同時,降雨、融雪形成的滲透水補給到地下水中,使地下水位上升,其結果也將造成巖土體的抗剪強度降低。所以對路塹高邊坡的設計、排水設計是非常重要的一部分。對于坡體地下水引排,以仰斜透水軟管排水為主,結合盲溝及結構泄水孔處理,有時還用邊坡滲溝、支撐盲溝及重點部位引排等措施;對地表水引排,一般在路塹高邊坡的塹頂設截排水天溝,坡面設急流槽,以及平臺側溝、路塹邊溝等組成綜合地表排水系統。
3 合理的選擇處理措施
處理措施很多,現以一工程實例進行介紹。1)工程概況。某高速公路 248km+780 m~49km+170m右側路塹,挖方邊坡最大高度 65 m,強風化基巖較破碎,屬侵蝕構造的中山區陡坡地,山坡自然坡度 30°~55°。邊坡的巖層主要為風化玄武巖,呈灰黃、灰綠色,隱晶結構,杏仁構造,巖石節理裂隙發育,巖體破碎,裂隙間充填黏土,路線切割基本為強分化層。邊坡整體基本穩定,但巖體破碎,對局部邊坡穩定性有一定影響。路塹所在山體水文地質條件簡單,地下水為基巖裂隙水,受地形條件控制,地下水富水性弱,其補給來源為季節性大氣降水,以蒸發和滲流方式排泄。2)處理措施。采取工程防護和綠化防護相結合的防護設計:① 采用臺階式邊坡,分級開挖,分級支護,路面以上高 2m采用實體防護墻,坡率1:0.25,第一、第二級邊坡坡率為1:0.75,第三級及以上坡率為1:1,每級高l0m,級間平臺寬2m。②第一級邊坡邊部采用三維網噴播植草護坡,第二級采用預應力錨索地梁+漿砌片石護坡,中部采用錨桿混凝土框架植草護坡,第三級及以上采用三維網噴播植草護坡。③ 重點做好坡面的防護與排水,設置截水溝、急流槽排除地表水,采用遮擋、攔截方式防止雨水、地表水對邊坡損害,為排除地下水,在坡面上設置直徑100mm的硬塑排水管排水孔,嚴格控制爆破工程,不得松動設計坡面巖層并保證坡面平整,采用小孔、小藥量爆破。
4 結束語
路塹高邊坡是公路建設中的重要組成部分,在公路工程中,關于路塹高邊坡的處理沒有固定的模式可參考,只能根據現場條件,對公路路塹高邊坡的特征和穩定性進行分析,并選擇合理的處理措施。
參考文獻: