炳坑水库护坡人字形骨架技术的应用

陈超

（深圳市龙岗区水务局，广东 深圳 518000）

0 引言

路基防护是铺设路面必须要进行处理的前提环节，尤其是在面对暴雨天气时，良好的骨架防护构造可以保护坡面免受雨水的高强度冲刷，对坡面的受水面积进行多元分割，构造多维度排水系统，进而防止坡面上冲沟的形成，有效防止淤泥堆积。从环境角度而言，骨架内部可以种植植被（如草皮等），从而实现周边环境的优化。炳坑水库巡逻道的设计中广泛应用了人字形骨架技术，取得了较好的效果。按照架构，骨架又可具体划分为菱形与拱形等，而人字形骨架是目前应用范围最广的骨架类型。文章以炳坑水库为实际案例，采用案例分析的方法，结合项目实际，探讨人形骨架技术的应用方案与优化措施，旨在为人形骨架技术的广泛应用提供参考。

1 工程概况

此次设计炳坑水库，规模为小（1）型，总库容为403.65万m3。对炳坑水库现状巡逻道加铺水泥混凝土路面，其中桩号K0+000～K1+178.929 和K11+182.824～K11+337.242 段现状为水泥混凝土路面，不做加铺。局部补充Y 字形围网，道路总长约为13.00 km，宽3.50 m，Y字形围网总长约为600 m。将周边路面废弃的混凝土混合料作为水库巡逻道路基建设的填充材料，将碎石土、黏土作为基底材料，按照边坡坡率等级，进行用料配比，一级边坡坡率比例为1∶1.50；二级比例为1:1.75，为了保证坡面的平稳性，使用浆砌片石进行铺设。

此工程开挖主要为山体开挖，土质一般为压实路基，其开挖一级边坡坡率采用1∶1.25，二级边坡坡率采用1∶1.25，坡面采用人字形骨架护坡处理。

2 骨架防护设计原则及技术参数

2.1 一般原则

在土质、半土质边坡可以使用人字骨架进行防护，顶级边坡及单多级边坡的整体坡度可以超过8 m，在设置人形骨架后，可在内部种植草皮，并安装防护网进行防护，坡率应在1∶1.00～1∶1.25。具体构建情况如图1所示。

图1 炳坑水库巡逻道边坡现场图

2.2 人字形骨架防护优化原则

该型骨架的优化原则为：①依据坡度实情调整结构防护形式；②减少圬工支档面积；③重构骨架内部设计，美观与实用兼顾；④考虑实际施工效果，注重防护稳定性；⑤依据坡面情况对设计方式进行动态调整。

2.3 技术参数

人字形骨架为C25小石子混凝土，技护工程量为28 492 m2。

骨架由凹型主骨架和L型支骨架组成，凹型主骨架竖直布置于坡面，每间隔5 m一道；L型支骨架水平布置于坡面，沿坡面斜长间距2.20 m；支骨架与主骨架成45°，按人字形铺设。结构布置如图2。

沿长度方向每隔40～60 m设置一道阶梯踏步并兼做急流槽。挖方边坡需在土建完成后的坡面上进行喷播植草灌，填方边坡则是在土建施工完成的坡面上直接种植草灌。

3 人字形骨架防护的设计优化

根据现场施工情况，对骨架防护的设计，从骨架的布置范围、尺寸、间距、材料选择，优化骨架具体措施等全方位、多角度进行比选和优化。

3.1 布置范围优化

炳坑水库的巡逻道在整体设计方面仍然遵守人形骨架设计的常规原则，整体构造粗放、施工面积较大，针对该情况，骨架的铺设应进行以下优化：

对于土质优良无特殊石土的坡体，考虑到雨水对其最顶边坡及单边边坡坡面处的冲刷程度不严重，可以适当减少骨架的铺设范围。当坡面高度＞10～12 cm，且宽度＞100 m时，坡面整体可被冲刷面积较大，应酌情设置骨架防护措施。

对于两侧边坡与次级边坡在整体上可不铺设骨架。而对于部分存在混合积土、泥沙等耐水性较差的边坡，由于其受雨水的影响程度较大，因此可以适当布置骨架进行防护。例如：在炳坑水库案例中，桩号K0+000-K1+178.929 和K11+182.824-K11+337.242 左侧两级边坡，由于该部分的坡面受刷面积范围较大，出现了局部构造坍塌的局面，因此需要设置骨架进行防护，防止侧塌。

高边坡具体是指三级边坡或三级以上边坡。一些土质较为稳定的边坡，例如：岩质边坡，由于其耐水性较好，结构稳定，因此，可适当取消骨架防护；若积土较多，耐水性较差，则可在最底层边坡两侧设置骨架进行防护。

3.2 尺寸间距的选取

土质、半土质等积土较多的土质边坡由于其耐水性较差，需要对其主设人形骨架进行防护，从而达到分割坡面受水面积的目的，防止坡面被过度冲刷形成淤泥。而坡面处骨架设置的过于密集，容易导致圬工浪费，整体分割效果较差。经多个项目的实践表明，骨架的铺设间距应保持为5 m 左右。此案例中，炳坑水库的整体圬工用量合理，排水效果达到规定标准，项目主骨架成槽50 cm×40 cm，支骨架成槽40 cm×20 cm，急流槽成槽100 cm×50 cm，坡肩及坡脚成槽，具体尺寸详见图2。

图2 人字骨架护坡立面图

3.3 骨架材料的选取

此工程主要利用沟槽浇注的方法，沟槽以下不安装模板，超出地面部分采用一根10 cm×20 cm 方木固定于沟槽两侧作为模板加高。对急流槽内侧采用2 cm 厚木板制作成台阶形式，然后在现场固定。

此案例中，混凝土主要为预制商品化混凝土，由混凝土罐车进行运输，汽车泵入仓，插入式振捣棒振捣。浇筑前应检查沟槽截面尺寸及木方固定是否符合要求，在达到指定要求后进行混凝土浇筑工作。浇筑顺序为自上而下，由边至内。在施工中断时，应按接缝进行凿毛处理。浇筑时，每一工作班或每个浇筑段应留取1组混凝土试件。需要注意的是，在骨架挡水缘的施工流程中其浇筑过程应与骨架基础设施一致，以便进行衔接，防止在暴雨冲刷后形成堆积坡。

3.4 优化骨架具体措施

应以植被防护为主，骨架防护为辅，在整体上应减少施工量。在植被选择方面应选取根系发达、耐旱性强的植被，以形成可以完美隔离坡面土壤的防护层，从而尽可能地减少雨水的渗入，通过植被对土壤的吸附效应可以更加牢固地对地表土壤进行固定。

施工范围内的坡形与坡率应依据施工情况进行适当调整。在此案例中，由于绝大多数坡地的挖方工作已经提前完成，保证了放缓边坡的空间合理。所以基于此原则，可以在现有用地的基础上，对坡率进行保留，以整体上减少每层坡面的单独防护面积，防止雨水过度冲刷。此案例一级坡的高坡率为1∶1.25，总体坡高为10 m，以骨架进行防护；二级坡的高坡率为1∶1.25，坡高率为8 m，一级边坡周围铺设CF网植草，以达到减少受坡面积与施工量的目的。

4 人字形骨架护坡技术施工工艺

4.1 护坡方案的选择

由于该库在进行此次施工前有过施工历史，其存在较多的半挖半填路段，并且整体的填方高度＞10 m。基于此，此次施工应采取兼顾护坡效果、施工便捷、施工费用低廉的施工方法。综合已有方案，对比各自优缺点，因此施工最终决定采取人字形骨架结合植被保护的方式构建巡逻道的坡面防护层。

4.2 护坡施工工艺流程

整体工艺流程为：坡面测样—修整边坡—放线测量—开挖路基沟槽—安装固定模板—浇筑预制混凝土—坡面养护—平铺骨架—喷播草种—覆盖防护纱布—喷水养护。

4.3 关键工序与注意步骤

施工前：对坡面所覆盖的土壤进行清理，填补缺损土壤的坑洼，使坡面整体保持平整。

施工中：在进行骨架的浇筑前应依据设计在每个骨架铺设点放置线桩，之后开挖沟槽，并将骨架镶嵌于坡面，保证稳定，在浇筑过程中，应首先浇筑骨架衔接处，保证衔接高度相同，施工浇筑顺序为由上而下，将骨架与坡面密切贴合，流水面应与其保持平顺.

施工后：进行坡面检查，对于边坡存在地下水露头的情况，应适当引入排水系统，以防止淤泥堵塞。

4.4 人字形骨架与植被结合护坡治理效果

在此次施工过程中，炳坑水库巡逻道的设计主要通过人字形骨架防护结合植被保护的方式进行，加长了防护间距。将路基按照层级划分，收坡一级、支护一级，在路基的每一级填筑后，将人字形骨架进行及时安装并喷洒草种，达到边建设边美化的效果。在铺设后，将纱布覆盖于坡面表层，以达到对植被保护的目的。在植被逐渐生长，渐入土层达到对土壤的稳定效果后，人形骨架也被再次加固，形成坡面防护网；长出的植株在每个防护网中通过根系相互连接，提升了坡面防护效果与稳定性，在雨季，可减缓雨水对坡面表层的冲刷，改善水土流失，存储地表水分，防止坡面过于干燥而发生扬尘现象。整体上，形成骨架防护植被、植被加固土壤、土壤存储水分、骨架与植被共同防护坡道的坡面生态系统，达到同时兼顾生态与经济效益的目的。

5 结语

通过对炳坑水库巡逻道边坡的设计与施工过程为案例分析对象，依据施工实情，对该次人形骨架铺设方式的选择、铺设尺寸、铺设间距等方面进行系统性的对比与改良，达到了兼顾经济与环境的目的。经过改良后的人形骨架铺设方式，可以在坡面处达到构建稳定防护层的目的，符合该库的防护需要，效果较好，值得借鉴与推广。