冻土边坡防护方案研究

冻土边坡防护方案研究

1边坡生态恢复技术近20年来，福建省道路正常，基础设施建设发展迅速。为了提高道路装置的抗疲劳防滑能力，省委开始实施班卡保护工程。边坡防护从单一的挡土墙、护面墙、骨架护坡发展到预应力锚索框架、SNS柔性钢丝挂网、挂网锚喷等,边坡防护技术日益成熟。近年边坡防护技术朝生态恢复方向发展,目前的边坡生态恢复护坡技术主要分为四大类:工程护坡、化学护坡、排水构造物护坡及乳化沥青护坡。工程护坡包括植被毯护坡、植被混凝土护坡、CS混合纤维护坡;化学护坡通常采用W-OH、JCDK-1及PAM;排水构造物护坡方案采用树枝状多孔无砂混凝土支护排水防护;乳化沥青护坡即为EA护坡。生态坡面防护技术研究的推广,对生态环境的改善具有重大意义。下面以S303武夷山路段生态坡面防护工程实例来探讨该技术的应用及效果。2分水关段冻土边坡水土流失概况及治理措施武夷山地处福建省北部山区,境内花岗岩残积土路堑边坡众多,在海拔高山区边坡土质为砂性土质,部分路段还存在土夹石边坡。年平均温度最低的11月至2月,最低气温可达到-10℃,受低温冰冻影响,边坡表层经常大面积剥落,掩埋绿化带、淤埋边沟、岩石滚落至路面,严重影响道路通畅及运营安全,增加维护成本,如图1所示。省道303线K362+000~K367+950分水关段地处高海拔区,这种大量残积土边坡浅层溜塌现象尤其严重。冬季,该路段的温度通常都会达到零度以下,湿度大,边坡土壤含水率较高,低温下表层结晶形成小冰柱产生冻胀,在经历多次冻融循环后,普通石砌边坡则界面处的强度会大大降低,而自然边坡则造成浅层水土流失,通过风化作用后再遇到遇水而导致边坡表层脱落、剥皮等冻胀病害出现。由于边坡表层长期暴露、潮湿等原因而形成的苔藓等薄层植被,使表层土通过微小根系连接成整体,从而使得表层形成整片剥落,严重影响道路交通安全。为解决分水关路段常年冻土灾害,有效治理冻土边坡防治和青山挂白,自2015年8月起,在福建省南平市公路局指导下,武夷山公路分局联合福州大学师生成立冻土边坡防治课题小组,在该路段设立三个气象观测点,定期采集气象数据和边坡土样分析土壤成份。通过数据采集分析比对后,决定采用生态防护技术解决边坡冻害现象,并采用JCDK-1固化剂护坡、树枝无砂混凝土支护排水护坡、乳化沥青表层护坡方案,在武夷山分水关路段(S303线K366+650处)进行了试点工作,研究JCDK-1固化剂护坡、树枝无砂混凝土支护排水护坡等防治措施的工程应用效果。3生态边坡保护技术的要点3.1jcdk-1的固定装置(1)jcdk-1固化剂JCDK-1固化剂是一种绿色环保土壤改良剂,以天然矿物为主原料,具有保水、保肥、透气的优良性,能固化土壤和污泥,促进植被生长、防止水土流失,并且封闭分解污泥中的重金属。JCDK-1固化剂特别适用于整体较为稳定,但局部破碎及易于冲刷流失的公路边坡。目前可以替代对此类公路边坡采取的工程加固防护、排水和绿化方面的措施,具有显著的环保意义及经济效益。适用于土壤贫瘠、坡度较陡的土质边坡。JCDK-1固化剂护坡采用的施工方法分为三种:干式喷射法、湿式喷射法、搅拌铺设法施工。(2)铁丝网的搭接与养护试验点位于省道S303线K366+650左侧,喷射面积为100m(1)坡面整平:首先对坡面进行整平处理,将表层的浮土清理干净,清理后对坡面进行拉横沟处理,以便客土能更好的粘合坡面。(2)挂铁丝网:在清理干净的坡面上挂铁丝网,铁丝网的孔径为5cm×5cm;每隔2m打入铆钉固定,铆钉长度为1m、直径16mm的螺纹钢筋;在用U型钉固定铁丝网的搭接处、翘起处,U型钉长20cm,弯角处长6cm。(3)第一层喷洒:将1吨的水、2.6吨的过筛土壤及50kg的肥料,装进喷播车中充分搅拌,最后放入5kg的固化剂,然后迅速喷洒出去,喷洒厚度为1~2cm。固化剂、水、土壤比例为1∶200∶520。(4)第二层喷洒:待第一层干燥一段时间后按同样比例进行第二层喷洒,防止固化层开裂。喷洒厚度为1~2cm。(5)第三层喷洒:待第二层稍微固结,在同样比例的混合液中加进草种,进行第三层喷洒,喷洒厚度为1~2cm;三层喷洒总厚度在4~6cm。(6)养护:喷洒完成后覆盖无纺布,间隔3d洒水养护一次,养护期为14天。施工后现场效果图如图2。3.2无砂混凝土排水树枝状无砂混凝土护坡其原理是将地表排水系统与自然生态发展相结合,利用无砂混凝土的特性而形成一种可持续性排水系统。该结构的特点是利用自然方式而非渠道来排除雨水,在此排水系统中让雨水就地下渗,并延长排水时间,可达到减少雨洪峰量和净化雨水径流的效果,同时补给地下水。无砂混凝土具有一定强度,可以对边坡起到骨架支撑作用,保证边坡强度,能有效防止溜坡滑坍等灾害,同时兼顾排水性能与护坡作用。适用于坡度较缓的土质边坡及少量岩质边坡。(2)客土喷播植物群落安装试验点位于省道S303线K366+500右侧,坡率为1∶1,该坡面的土质为砂包土,土质较为松软,雨水冲刷较易产生溜坡,特别是冬季坡面含水率高,坡面结冰造成坡面剥落情况严重,影响道路交通及水土流失。施工工艺如下:(1)挖沟槽:首先沿坡面设定排水沟槽,开挖宽度为0.5m、深度为0.3m的树干部分沟槽,每隔15m开挖一道。接着开挖坡度为1∶1、宽度为0.3m、深度为0.3m的枝干沟槽。枝干与树干的夹角为45°,挖出树枝状排水沟。(2)铺设防水土工布:将土工布铺设于挖好的树干、枝干沟槽的底部及下侧边,并进行固定。(3)模板安装:分段进行模板安装并进行加固。(4)浇筑无砂混凝土:选取中等粒径(10~20mm)、颗粒均匀的碎石,以石灰∶水∶粗骨=1∶0.45∶9的配比进行混凝土拌制,并分段进行浇筑。(5)混凝土养生:定期对混凝土进行养护,待混凝土达到一定强度后拆除模板。(6)枝干覆盖:喷播前用无纺布覆盖枝干,避免客土喷播时堵塞混凝土排水孔隙。(7)客土喷播:将土壤、肥料、保水剂、粘合剂、水在喷播车中按一定比例混合,待混合均匀后进行第一层喷播,喷播厚度为2cm;第一层喷播完成后挂设纤维网并进行固定,再进行第二层客土喷播。第二层喷播时加入草种,喷播厚度为2cm。(8)养护:喷播完成后覆盖无纺布,7d之内早晚洒水养护二次,7d之后每日洒水养护一次,养护期为14d。施工后现场效果图如图3。3.3乳化沥青护坡技术(1)乳化沥青能改善土壤水分乳化沥青是一种土壤结构改良剂,在土壤表层上直接喷洒阴离子或阳离子乳化沥青,能使土壤形成团粒,有助于保留土壤的水分,改善土壤的热保温性,减少水土流失,并保护种子不受风雨侵蚀和鸟兽食用。乳化沥青喷洒到坡面后,易形成连续的黑色覆盖膜,抑制土壤水分的蒸发损失,容易吸收太阳热,使地温升高,起到保墒作用,对于改善生态环境具有良好的社会效益和经济效益。通常适用于坡度较缓的土质边坡。(2)保水材料的喷播养护试验点位于省道S303线K366+650左侧,护坡面积为100m(1)坡面清理准备:清理坡面表层浮土,在坡面上拉横沟以便客土喷播的土壤更好的与坡面粘合。(2)挂铁丝网:在清理干净的坡面上挂铁丝网,铁丝网的孔径5cm×5cm;每隔2m打入铆钉固定,铆钉长度为1m、直径16mm的螺纹钢筋;在用U型钉固定铁丝网的搭接处、翘起处,U型钉长20cm,弯角处长6cm。(3)客土喷播:将保水剂、粘合剂、肥料、水和过筛的土壤按1∶1∶25∶1000∶2400的比例在喷播车中混合,待混合均匀后进行第一层喷洒,喷洒厚度为2cm;第二层喷洒加入草种,喷洒厚度为2cm。(4)喷洒乳化沥青:客土喷播完成后,待坡面稍微干燥,用电动喷壶喷洒乳化沥青,乳化沥青按照1∶5的比例稀释,用过滤网过滤后倒入喷壶中,并迅速均匀喷洒于坡面表层,喷洒要在10~15℃以上进行。(5)养护:喷洒完成后覆盖无纺布,间隔3d洒水养护一次,养护期为14d。施工后现场效果图如图4。4护坡方法比较根据试验初步结果来看(如图5~图7),JCDK-1固化剂护坡、无砂混凝土树枝状排水、乳化沥青3种护坡方法都取得了较为有效的防护效果。相比单独的客土喷播,植被生长更加旺盛、覆盖率高,有效防止了冬季融冻的水土流失。5冻胀下边坡土继续沿空土2018年1月28、29日,武夷山市303省道再度遭受冰雪灾害,未实施护坡方案的路段中,边坡土仍