石质高陡边坡柔性生态防护技术

何 飞，耿 林，管 勇，王 青，郝胜优

[1.青岛地质工程勘察院(青岛地质勘查开发局)，山东 青岛 266071；2.自然资源部滨海城市地下空间地质安全重点实验室，山东 青岛 266101]

我国是多山国家，山区铁路的路基工程高填深挖地段较多，挖方高边坡部分出露为强风化—弱风化基岩，陡坡高填方地段由于要控制路基的不均匀沉降和避免侵占自然沟谷，因此一般采用水稳定性好的风化岩块填料填筑。高陡石质挖方边坡通常采用厚层基材客土植生进行绿化，因其基材厚度较薄，故存在植被生长不均匀、成活率低、易退化、长期景观效果差等缺点；而高陡石质填方边坡目前主要采用浆砌片石或钢筋混凝土护面[1]，其刚性防护影响周边生态景观，与国家推进绿色通道建设的要求不相符。为此，经过不断研究改进，采用针对石质高陡边坡的柔性生态防护技术，来提升边坡整体的稳定性和生态绿化景观质量，取得了较好的效果。

1 技术工艺原理分析

石质高陡边坡柔性生态防护技术采用“锚杆(锚索)、框架梁、土工格栅加筋加固结构+三角内摩擦紧锁结构+柔性生态材料”，构成了复合稳定的绿色生态边坡防护系统，框架梁或土工格栅加筋对稳定岩质边坡起主要作用，使边坡加固与水土保持及坡面绿化一次完成，是集边坡稳定加固、水土保持、美化环境等众多优点为一体的边坡防护新技术[2]。

2 技术优点

(1)边坡结构稳定。框架梁、锚杆(锚索)对挖方边坡岩体的锚固及分层铺设的土工格栅加筋对土体侧向位移的限制作用，使边坡加固结构与坡体连接形成一个整体，且加固结构与坡体的变形协调，确保了石质边坡的稳定。

(2)对边坡的适应性好。由填充植生土的生态袋堆码而成的生态边坡，因其袋体具有柔性而对边坡形状和刚性加固结构有很好的适应性。

(3)绿化持续时间长、效果好。柔性生态边坡采用厚度不小于30 cm，掺加中粗砂、肥料、保水剂等增强整体透水性、保水性的生态袋堆码而成，其供植被生长的土壤厚实，水分、营养成分形成具有自循环的良性体系，便于管理，减少了后期维护费用，绿化效果好，生态环保效益高。

(4)施工简便、耐久性好。柔性生态材料单体质量轻，仅需要小型人工夯实设备，不需要大型施工机械配合，施工简单轻便，易于掌握；生态袋采用以聚丙烯为原材料的双面熨烫针刺无纺布制作而成，抗紫外线，耐久性好。

3 施工工艺流程及技术要点分析

施工工艺流程为：施工准备→路堑边坡修整，锚杆(锚索)和钢筋混凝土框架梁施工→底部基础层施工→植生土拌制及生态袋填装→铺设生态袋→植物的选择和种植→植被养护。具体技术要点如下。

3.1 施工准备

在进行锚杆(锚索)、框架梁、土工格栅加筋联合柔性生态材料边坡防护等各项分部工程施工前，应编制完成施工图设计，做好施工设备、人员、材料等相关准备工作。

3.2 路堑边坡修整，锚杆(锚索)和钢筋混凝土框架梁施工

岩质路堑坡面按照设计要求预先进行锚杆钻孔施工，再安装锚杆(锚索)(见图1)。钻孔与水平面夹角为15°～20°，锚孔孔径不小于42 mm，钻孔后在每一孔位处凿口径20 cm、深15 cm的凹坑，然后将锚杆从中部弯折成等长的两根并列放置于钻孔内，弯折端呈环形外露于凹坑中，再采用φ16 mm钢丝绳进行锚固，钢丝绳中间呈“人”字形从锚杆外露弯折端内穿过，两端弯曲成环形套住锚杆外露弯折端，连接处用2个U形卡扣上牢(见图2)。锚孔注浆材料为M30砂浆，锚杆末端凹坑采用C25细石混凝土封闭。然后刻槽开挖，浇筑钢筋混凝土框架梁。为确保支撑绳张拉后尽可能紧贴地表，安装纵横向支撑绳(横向φ16 mm钢丝绳，纵向φ12 mm钢丝绳)时采用紧线器或手拉葫芦张拉，拉紧后两端与锚杆外露套环固定连接。采用D0/08/300/4 m×4 m型钢丝绳网(长4 m、宽4 m)从上向下铺设并缝合，用φ8 mm钢丝绳作为缝合绳，配合U形卡扣与套环进行固定连接。采用S0/2.2/50/2.25/10.02型钢丝格栅网(长10.02 m、宽2.25 m)从上向下铺挂，格栅网间重叠宽度≥2.5 cm，两张格栅网间的缝合及格栅网与支撑绳间用φ8 mm钢丝绳进行扎结(见图3)。高空作业时必须采用安全绳、安全带等措施，加强对作业人员和坡面作业机具的保护。

图1 锚杆安装示意

图2 钢丝绳安装示意

图3 钢丝绳网安装示意

在路堑石质坡面堆码生态袋之前，应先处理好边坡局部超挖、欠挖问题和坡面松动岩石(加以固定或清除)。对深度10 cm以内的局部超挖、欠挖现象可不予处理，适当调整植生袋厚度以保证坡面平整；对深度10 cm以上较大超挖部位，先采用浆砌石填平，再进行生态防护[3]，欠挖部位或尖棱状物体采用凿除或凿平处理。

硬质岩渣路堤边坡在填筑时，应按照设计要求逐层铺设分层加筋的土工格栅，坡面包裹体堆码应平顺，并用反包土工格栅分层固定连接扣。

3.3 底部基础层施工

框架梁内在生态袋底部用黏性土填平三角区，并埋设连接扣，做成向外4%的排水坡，以便固定生态袋和顺利排出坡面积水；路堤坡脚在整平夯实地面后，填铺一层厚度5～20 cm的碎石(直径2～4 cm)基础层或者浆砌宽0.5 m、高0.3 m的基础，使生态袋底面平整。

3.4 植生土拌制及生态袋填装

在施工现场就地取土拌制植生土，土料要符合植物生长需要，并加入保水剂(约50 g/m3)、肥料(13～20 g/m3复合肥)、中粗砂(掺入40%)等掺和料，以防止植生土板结，增加透水性，然后装填生态袋，填充量和密实度要均匀[4]。

生态袋封口：采用绑扎带或手提缝纫机缝线进行封口，封口要牢固，以免生态袋在搬运、码垛等工序过程中发生袋口松脱、植生土漏洒等。绑扎带及缝线均由高强度、抗紫外线的材料制作而成。

3.5 铺设生态袋

3.5.1 底层生态袋安装施工

铺设底层生态袋前，在每个生态袋中间的基础层顶面安放一个连接扣以便固定生态袋，然后铺设底层生态袋，拉平袋子，使生态袋一个紧贴一个排列[5]。在底层正确安置好后，用黏性土(或碎石)回填生态袋与坡面间的空余部位，夯(压)实生态袋及回填土以防止底部基础层与生态袋移动。

3.5.2 中上部生态袋安装施工

中上部生态袋相互之间用连接扣固定，采用“品”字形放置，连接扣放置于底层两个生态袋之间且位于上层生态袋中间位置，生态袋内均已添加植生土，通过外力摇动生态袋，确保连接扣完全穿透生态袋，形成稳定牢固的连接。通过小型夯实机具(或人工)夯实来达到生态袋间互锁紧固，确保连接扣和生态袋间的良好连接[6]。用拍子对生态袋外面进行拍打，使其看起来更平整、美观。

3.5.3 生态袋安装要点

相邻两层生态袋的安装顺序：①挂线铺设一层生态袋，用小型夯实机具夯实；②连接扣对应位置处的生态袋上抹适量胶黏剂，放置连接扣使它跨骑两个生态袋；③在连接扣上再抹适量胶黏剂，安装第二层生态袋并夯实。用同样的方式重复上述步骤，建造整个复合稳定的生态边坡(见图4)。

图4 生态袋安装施工

生态袋通过连接扣连接，形成稳定的三角内摩擦紧锁结构，优化设计的倒钩棘爪结构将生态袋紧密连接。连接扣上下面棘爪数量的分配和位置的分布，能将集中应力合理分散，在力学上更加科学；连接扣上下采用凹槽设计，加大了连接扣表面与生态袋之间的摩擦力[7]。生态袋水平间距、大小综合考虑了项目植被根系生长特点，保证植被根系的无障碍生长和穿透，确保不同植被根系交织穿插，与周边高陡边坡有机融为一体，是柔性边坡设置整体结构安全稳固的重要因素。植物根系通过生态袋进入工程基础土壤中，加强了植生袋与高陡岩质边坡的紧密连接，增强了整体稳定性，随着时间推移，整体牢固性加强，进一步实现了建造稳定性永久边坡的目的，降低了危岩边坡维修、维护费用。

为确保生态袋之间互锁牢固，生态袋放置好以后，需沿着生态袋夯实，夯实后保证同一层生态袋位于同一水平线上，由底层向上层逐一进行施工。生态袋摆放自下而上形成坡度大于5%斜坡，以便于平台排水、快速滤水，减少静水压力。

3.6 植物的选择和种植

生态袋植被的选择可以根据当地环境条件，选择根系发达、耐旱、耐寒、适应性强并兼顾景观绿化的草本、木本等植物品种。喷播混合物含有一定比例的有机纤维、精选优质植物种子、肥料、黏合剂，喷播后覆盖透气无纺布，并定期洒水养护。喷播时混合物用量可参考如下：有机纤维，350～450 g/m2；复合肥(N∶P∶K=1∶1∶1)，200 g/m2；黏合剂为石化系列乳剂，8～12 g/m2；草种，25 g/m2。

3.7 植被养护

各种植被种植完后需浇透第一次水，植被后期浇水需根据季节、天气、土壤、植被品种习性等因素综合确定。乔灌木浇水量一般为1 L/株，且应在播种后持续浇水1个月左右，在夏季为防止过度蒸腾及保证浇灌效果，每日浇水时间最好在上午10时前或下午4时后进行。

对由于破坏、缺苗等引起的植被缺失应及时补植，以确保整体绿化完整、无裸露部分。补充植被需与原种植植被相同，可以适当密植，补植后加强维护，保证1个月内覆盖率达到95%以上。

4 施工质量控制措施

①生态袋应安放于安全、洁净的工地仓库，不可长期受阳光暴晒；开工前会同甲方人员和监理工程师对产品进行检查验收，查验产品的出厂合格证。②生态袋按照填充标准进行填充，填充用土必须要级配良好，适合并满足植物生长需要。③坡面堆叠应挂线施工，堆码严格按照设计要求进行；基础开挖前应做好放线测量工作，放线按照设计要求还需加足工作面尺寸，基础轮廓线放出后报请现场工程师检查合格后方可开挖。④堆码后生态袋要求摆放平整，连接扣要求扣入生态袋内，使生态袋之间紧密连接成一个牢固的整体，扎口带和线缝结合处靠内摆放或尽量隐蔽，以达到整齐美观的效果；生态袋堆码后夯实、整平即可，不要夯得太密实，以适合植物生长且不会沉降过大。⑤填方地段坡顶封顶时，生态袋垂直坡面铺设，并铺放防水膜，生态袋嵌入坡面实体不小于20 cm，以封闭坡面，控制地表水下渗；为确保生态袋的使用寿命，生态边坡堆码完后要尽快绿化，以避免生态袋长期受阳光暴晒。⑥生态袋柔性防护绿化成活率要高于90%，并注重保肥、保水及病虫害防治，对植被裸露区域要及时进行补植。

5 安全措施及监测

监测边坡稳定性：收集高陡石质边坡设置的坡面变形观测桩、测斜孔、柔性位移计、压力盒、应变计、锚索(锚杆)轴力计等测量装置的监测、分析资料，当边坡变形或加固结构受力出现异常时，应停止施工。

加强施工坡面检查：施工过程中，对施工完成坡面进行经常性检查，防止因袋体充填不密实、堆码不平顺、袋体与边坡或袋体间连接不牢靠而引起柔性生态袋的沉降位移或顺坡面滚落可能产生的袋体伤人事故。

6 结 语

柔性生态边坡防护技术使用的土、砂、生态袋、连接扣等都是环保材料，对环境没有污染，植被选择可多样化，有利于生态系统的快速恢复并还原成自然状态。柔性生态边坡防护技术解决了高陡石质边坡特别是高陡石质填方边坡的绿色通道建设难题，大大提高了人工植被的成活率、景观绿化效果的可持续性及植物的多样性，具有很好的生态效益。