新型生态防护技术处理软岩边坡的适用性研究

黄振冲 劳褀

由于传统的挂网喷混和浆砌片石封闭护坡技术的持续性和生态效果达不到公路边坡的功能需求，文章对处理软岩边坡的新型生态防护技术进行模拟实验分析，研究其在高速公路边坡防护中的适用性，以期应用于高速公路建设实践，为提高高速公路安全指数以及环保性能提供有效保障。

新型生态防护技术;软岩边坡;高速公路;适用性

U416.1+4A090263

0 引言

经调查，广西高速公路每年因软岩边坡引起的垮塌事故不计其数，发生在建设期的工程变更数量多，在运营期的维护费用高，造成的经济损失很大。为了提高高速公路软岩边坡防护的长期性和生态性效果，本文主要以广西阳朔至鹿寨高速公路K53+335～K61+400段落共8处软岩边坡处治为例，围绕软岩边坡新型生态防护技术进行研究分析，以便为软岩边坡工程问题的处治提供参考。

1 软岩边坡新型生态防护技术涉及的相关问题

1.1 技术特点

本文所研究的适用于高速公路软岩边坡防护的新型生态技术，主要是采用客土喷播技术将聚合物固化剂水泥浆的固化、防水性能与微生物保水剂的保水、改良性能相结合，通过优化材料成分配比，作用于边坡防护工程，以达到最佳护坡效果。其中，聚合物固化剂水泥浆主要用于软岩的防水防护，再加入适量微生物保水剂并运用客土喷播技术施工能有效保持水土，为植物生长创造良好的基础环境。经验证，当聚合物固化剂水泥浆的聚灰比为1时，其疏水性能、粘结强度、防水性最佳，而微生物保水剂的最佳掺量则为0.5%，在配置材料时可以作为参考。

1.2 技术实施基本原则

在为软岩地质区域的高速公路边坡搭建有效的绿色生态防护屏障过程中，有些基本原则是必须要遵循的，主要包括：

（1）以稳定边坡为根本目标。在绿色生态防护的设计和施工过程中，执行“开挖一级，防护一级，绿化一级”的理念，应以稳定边坡、保障公路整体使用质量为根本目标，同时兼顾环保效能。

（2）因地制宜地制定计划方案。应根据边坡地段的软岩类型、坡度和坡高等地质特征以及气候、降水等绿植生长环境来选择适宜的防护方式，搭配相宜的绿色植物，以确保计划方案在实施中与实际环境相契合，使绿色防护生态群得以良好生长，充分发挥其固土保水作用。

（3）合理配制种植土。配以适合植物生长的种植土是搭建有效的边坡生态防护的前提条件。由人工制配而成的种植土主要由固、液、气三相物质组成，在配制时应反复试验和调整土壤、肥料等材料组成的固体物质的孔隙覆盖率，以及孔隙内填充空气和水分的比例，选择最适宜植物生长的种植土配比结构。

（4）注重降雨的作用。自然界的降雨自天空落到软岩边坡上，受重力作用会对边坡造成一定的溅蚀，而除部分雨水经由孔隙渗透到地下外，其余都会由高向低流淌，形成地表径流，对边坡形成不可忽视的冲刷破坏。冲刷力（F）计算公式为：F=m·g·sinɑ（其中：m为降雨质量;g为重力加速度;ɑ为坡角）。因此在建立软岩边坡生态防护系统时必须充分考虑降雨的冲刷作用，确保防护体系有足够的抗雨水侵蚀能力。

2 适应性模拟实验

2.1 实验模型制作

2.1.1 软岩样本选择

本实验选取某公路边坡施工现场较为典型的泥岩、页岩两类软岩土样作为样本，并对两种软岩土样的性质特点进行了分析：泥岩主要是由泥巴和黏土经固化作用形成的，空隙大、吸水性强，因而抗水软化和抗崩解性能差;页岩则是由沉积的黏土受压力和温度作用而形成的，组成结构中的黏土和碎屑成分使其具有易风化、遇水易崩解、岩层易分裂的特点。两种类型的软岩都不能满足公路边坡的强度和质量要求，必须采取边坡防护措施。

2.1.2 模型设计

设计制作三种坡度分别为1：0.75、1：1和1：1.5，宽、高均为1 m的模型，并分别标记为模型a、b、c，然后将每个模型的坡面平均划分成相同的兩部分，分别用（1×0.5×0.2） m的篮子将泥岩、页岩样本按照统一顺序，固定到每个模型划分好的坡面上（见表1和图1）。

2.2 模拟护坡施工

在制作好的模型上采用新型生态防护技术进行边坡防护模拟施工。具体步骤如下：

（1）清理平整坡面、测量放线。仔细平整坡面，确保每个区域的坡面无明显凹凸，使用测量仪器确定锚钉网格间距为1.0 m×1.0 m。

（2）喷涂固化材料。在所有模型的坡面上喷涂一遍配制好的苯丙乳液固化剂水泥浆，养护7 d后，再喷涂一遍。

（3）锚钉锚固铁丝网。待第二次喷涂的苯丙乳液固化剂水泥浆完全凝固后，在坡面上用锚钉锚固一层镀锌铁丝网。选用14#铁丝网，挂网施工时采用自上而下放卷，相邻两卷铁丝网交接处至少要求有10 cm的重叠，用直径≥2 mm的铁丝连接固定，并采用混凝土垫块来调节，使金属网与坡面的距离保持在5～7 cm。锚钉施工的内容是钻孔、注浆和插锚钉，选用16 mm螺纹钢，锚钉插入角度应尽量垂直于坡面，露出坡面的长度全部为10 cm，在5～7 cm处采用铁丝将其与铁丝网绑扎固定。施工完毕后注意检查坡面并将坡面上的浆液等杂物清理干净。

（4）喷播施工。分步骤对客土和配制好的草种（主要包括高羊茅、黑麦草、狗牙根、百喜草、糖蜜草等进行组合配比）进行喷播。①将混合了营养土、黏土和胶结质的客土均匀地喷涂在各区挂好镀锌铁丝网的坡面上，平均厚度控制在10 cm（喷播分为三层：厚3 cm的含150 g/m2水泥的砂性黏土下基层;厚4 cm的植被混凝土拌合物上基层;厚3 cm的含草种不含混凝土面层），注意要将铁丝网完全覆盖。②将草种、肥料、微生物保水剂等材料混合后喷播在模型边坡表面。③在边坡表面用土工织物覆盖，以防止雨水冲刷造成水土流失。在施工过程中，喷植时喷枪口距坡面1 m左右，喷枪与坡面的夹角应尽量垂直，严禁仰喷，不允许漏喷，喷植次序从上到下，喷植完毕后表面应光滑平整。

（5）养护。在完成喷播施工后立即进行第一次养护，采用无纺布等进行覆盖保铺，强制养护期为喷植结束后60 d。期间根据气候及天气情况适时进行浇水、施肥，并视出芽情况进行有效补植，待草覆盖坡面后，方可进入常规养护。

3 模拟测试及验证

3.1 降雨冲刷测试

在模拟边坡上的植物生长发育到90 d时，对各模拟边坡进行抗冲刷能力测试。试验步骤如下：

（1）对各模拟边坡区域浇入足够的水，确保模拟边坡完全湿透。

（2）采用人工喷水的方式并分三种强度模拟自然降雨5 min，然后收集各试验区的降雨冲刷水量各500 ml，并各取其中250 ml，采用烧干的方式检测含泥量（A）。

（3）分析计算各相关数据包括单位面积冲刷量。单位面积冲刷量C=（2A×总收集冲刷水量）/实验面积。降雨面积就是各模拟区内绿植的面积，降雨量可用水表和转子流量计来测得。

（4）对收集到的降雨数据进行分析，降雨强度与单位时间、单位面积冲刷量的关系如图2所示。

从图2中可以看出，邊坡坡面在单位时间和单位面积的冲刷量随着降雨强度的变化而变化，大致与之成正比关系。对不同坡度区域的冲刷情况曲线图进行对比，可发现在同样的降雨强度作用下，冲刷量随着坡度的增加而增加，且不同坡度、不同软岩类型在同样降雨条件下的关系曲线走向和起伏基本一致。据此可以得出结论：虽然在同一防护条件下，降雨冲刷量会因坡度的不同有所变化，但新型生态防护技术在不同坡度和不同的软岩类型条件下，对边坡的防护强度基本一致，不会有大的变化，因此能较好地适用于不同坡度、不同类型的软岩边坡防护工程。

3.2 植物生长观测

定期对a、b、c三个模型边坡坡面植物的生长进行观测，详细记录其植株高度、根长等主要参数，形成档案。某次观测情况部分记录如表2所示。

根据表2可知：相同环境条件下各边坡模拟实验区植物生长情况基本相同，长势良好。说明聚合物固化剂层面对植被的生长并未造成影响，且能为植被生长力所穿透，植物根系深入到岩层内部，相当于对软岩又增加了一层加固防护。

4 结语

通过对模拟软岩边坡施以聚合物固化剂与改进的客土喷播技术相结合的新型生态防护技术进行处理，根据降雨冲刷测试及植物生长观测等实验结果分析得出以下结论：

（1）软岩边坡新型生态防护技术可用于各种不同坡度、不同软岩类型的边坡防护，且效果都比较好，因此对不同软岩地质的高速公路边坡防护建设具有良好的适用性。

（2）软岩边坡新型生态防护技术所含的聚合物固化剂层不会影响植被生长，反而能够加强植被对边坡的锁水和固结作用，在为植物生长创造有利环境的同时提升对边坡的防护能力。

（3）软岩边坡新型生态防护技术是一种集保水、固土、环保三大功能于一体，充分利用聚合物固化剂水泥浆和微生物保水剂的优越性能的综合性技术，能在有效处理软岩边坡问题的同时兼顾环保效益。

[1]王 玲，李 轩，张再永.公路边坡水土保持草种引种实验研究[J].湖南林业科技，2001，28（2）：35-39.

[2]马生丽，孙 凡，汪亚峰.保水剂对土壤水分蒸发的影响研究[J].重庆文理学院学报（自然科学版），2012，31（3）：62-66.

[3]周 琳.高速公路边坡生态防护技术研究[J].公路，2005，3（9）：185-187.

[4]连镇营，韩国城，孔宪京.强度折减有限元法研究开挖边坡的稳定性[J].岩土工程学报，2002（23）：407-411.