边坡植被混凝土

边坡植被混凝土(襄樊学院)摘要：植被混凝土是用于岩石边坡的防护与绿化的新材料。植被混凝土原料来源广泛，价格便宜，与锚杆和铁丝网等一起，对公路、铁路、矿山等工程建设形成的裸露岩石边坡进行防护的同时，对边坡进行快速绿化。同时谊材料抗冲刷性能优良，生产工艺简单，施工机械能利用现有国产设备。对植被混凝土的配方、施工和验收等有关问题进行探讨。关键词：植被混凝土；边坡；防护；绿化植被混凝土是近年从日本传人我国，并经过国内工程技术人员改进和开发的适用于岩石边坡的防护与绿化的新材料。植被混凝土原料来源广泛，价格便宜，与锚杆和铁丝网等一起，对公路、铁路、矿山等工程建设形成的裸露岩石边坡进行防护的同时，对边坡进行快速绿化，解决了传统边坡防护手段如喷锚支护、素喷支护、挡土墙护坡等不能绿化边坡的缺点；同时该材料抗冲刷性能优良、生产工艺简单，施工机械能利用现有国产设备。目前，该材料已经在国内工程实践中得到使用。1植被混凝土性能指标1．1植被混凝土物理性能性能稳定，抗湿变、抗光照性能好。(1)容重：14～15kN／m3；(2)孔隙率：30％～45％。1．2植被混凝土力学性能现场试验强度为：7dO．3MPa，28d0．45MPa，半年后为0．43MPa，1年后为0．41MPa，2年后为0，41MPa，3年后为0．40MPa。1．3边坡浅层防护功能植被混凝土在施工过程中采用挂网加筋，边坡上生长的植被也有效地防御了暴雨冲刷、太阳暴晒、温度变化。并且其抗冲刷能力按年均降雨量2000mi．设计。实际经历了2h降雨120mi。的暴雨，未见表面冲刷破坏现象。1．4植物生长指标(1)植物发芽率90％；(2)植物覆盖率95％；(3)土壤肥力合理；(4)植物多年生情况良好。2植被混凝土的配方目前，工程中使用的植被混凝土的配方见表1。对某一具体工程，在进行实验室试验时，可以参照表1给出配方范围内选取几组配方。表1植被混凝土的配方材料名称用量作用备注壤土80%～90%为植物生长创造基本条件含砂小于10%，最大粒径小于1.0cm425#水泥5%～12%提高植被混凝土强度和抗冲刷能力水泥品质要求含游离CaO、MgO少有机质10%～20%（体积比）改善土壤结构，增加营养酒糟、稻壳、锯末肥料0.6%～1.0%改善土壤营养状况一般用复合肥保水剂0.08%～0.1%增强植被混凝土抗旱能力一般用吸水树脂草种30g播种暧季型和冷季型混合草种绿化外加剂2%～5%调节土壤pH值，改善土壤酸碱度和其他性能酸碱缓冲剂着色消毒剂、团粒剂注：草种只在面层使用，30g是指每平方米的用量。(1)壤土一般选用沙壤土，沙壤土颗粒适中，三相比良好。具备良好的水、养、热、气条件，适合植被生长。在植被混凝土中，是主要组成部分。国外也有人尝试使用沙土系列、粘土系列，但一般要采取其他改良措施，才能保证植被生长良好。(2)水泥是植被混凝土中的胶结组分，一般选用普通硅酸盐水泥，要求水泥熟料碱含量不大于0．6％，为降低植被混凝土的pH值，可以使用掺混合料硅酸盐水泥和道路水泥。水泥使植被混凝土拌合物具有粘聚性，能很好附着在岩石边坡表面，待水泥水化后，使植被混凝土喷层固结，具有一定强度，并能抵抗雨水冲刷。水泥用量与壤土的pH有关，一般在5％一12％之间，用量太少，起不到胶结效果，太多会导致植被混凝土碱性过高，不利于植被生长，同时，也不经济。(3)有机质有机质一般用新鲜稻壳和锯末加腐烂稻壳和锯末，它能改善植被混凝土的三相比和保水性能。腐烂稻壳和锯末向植被混凝土中引人大量微生物，他们和植物根系一起，将植被混凝土逐渐改造成适于植被生长的土壤，同时腐烂稻壳和锯末还能提供一定数量的氮、磷、钾等养分。近年来，有人尝试用粉碎秸杆代替稻壳和锯末。(4)肥料一般选用长效肥与短效肥配合使用。短效肥能使植被在短期快速生长，而长效肥是为了使植被在以后一段时间内不衰退。(5)保水剂已有的保水剂种类众多：淀粉系列、纤维素系列、合成聚合物系列、蛋白质系列、其他天然物及其衍生物系列、混合系列。但考虑性价比，一般在工程中用吸水树脂。由于吸水树脂能吸收数倍于自身体积的水分，在植被混凝土中添加少量吸水树脂，就能显著提高喷层的抗旱性能。(6)草种一般为已经工业化生产的草种和灌木种子，目前主要靠进口，一般几种草种同时使用，在植被混凝土喷层中，面层含有草种，基层不含草种。(7)绿化外加剂主要有酸碱缓冲剂、着色剂、消毒剂、团粒剂。这些外加剂是为了调节植被混凝土的某些性能，以利于植被生长。如加入磷化工的废弃物磷石膏，可起到收旧利废、调节pH值和增加肥力等多重作用。3植被混凝土的施工植被混凝土主要用于岩石边坡的防护与绿化中，它利用已有的国产干式喷锚设备，将上述配方的植被混凝土混合料喷射到岩石边坡上。植被混凝土岩石边坡护坡绿化技术的一般流程见图1。设计调查→稳定分析→施工设计→施工准备→施工→竣工图l植被混凝土边坡护坡绿化技术的一般流程(1)设计调查是指工程现场调查和有关资料的收集。包括：地区环境观察，生态调查、地形地质调查、气象资料的收集。这些资料的获取是正确选择施工方法的前提。地形地质调查是确定边坡类型，进行力学分析的前提条件，包括内容有：边坡岩石类型性质和产状调查、边坡节理断层调查、边坡高度及坡度测量、坡面渗水情况调查等；地区环境观察包括酸雨调查、污染调查等；生态调查包括土壤、物种、食物链调查等；气象资料的收集包括：气温、降雨、风速等资料收集。这些工作需要相关专业人员如：土木工程专业、地质专业、农业专业、生态学专业人员等协同参加才能完成。(2)稳定分析在获得地形地质资料后，就应进行稳定分析。边坡稳定分析是土木工程中基本问题之一，有关这个问题的研究非常多。土木工程专业的教材、专著、论文基本上都在讨论这一问题。文中不专门讨论这一问题，只假设边坡已经经过稳定分析，并且提出了护坡方案。文中要讨论的是，这些护坡方案同植被混凝土护坡绿化技术的配合使用问题。(3)施工设计这一步工作所要做的是根据选定的护坡绿化方案，结合前面所收集的资料，进行详细的施工设计。主要包括：锚杆或锚钉和铁丝网设计、植被混凝土喷层结构设计、植被混凝土土配方设计、喷射厚度的确定、施工机械设备的选定、施工组织设计、物种选配等。这些工作大部分同喷锚护坡相同。文中仅就不同之处，如植被混凝土土配方设计、喷射厚度的确定、物种选配3个问题进行较为详细的论述。(4)施工准备完成施工设计后，就应按合同进行施工准备工作。主要工作包括：场地准备、材料准备、能源水源准备、人员招聘和技术交底、机械安装及调试等。因这些工作基本与混凝土喷射护坡相同，文中不作详细介绍。(5)施工将较为详细地叙述植被混凝土护坡绿化技术的工艺过程。(6)竣工植被混凝土护坡绿化技术所生产的产品是一种全新的产品，工程验收目前还没有统一标准，文中借鉴周德培等(2003)《植被护坡工程技术》一书对厚层基材喷射植被护坡技术的验收标准，制定植被混凝土护坡绿化工程验收标准。3．1喷射厚度的确定影响植被混凝土喷射厚度的因素有边坡类型、年降雨量(连续干旱天数)、边坡坡度。由于植被混凝土护坡绿化技术主要用于岩石边坡，一般坡度都比较大，成土速度小于侵蚀速度，故喷射厚度不能太小，但出于经济考虑，也不宜大于10cm。周德培等(2003)((植被护坡工程技术》一书给出不同情况下厚层基材喷的厚度。本论文结合大量工程实践，给出植被混凝土建议喷射厚度见表2。表2植被混凝土的喷射厚度边坡类型年平均降雨量／mm坡度喷射厚度硬质岩(f≥5)600～9001：0．3～1：0．510～9900～12001：0．3一l：0．59—8≥12001：0．3—1：0．59～8软质或风化岩(f5)600～9001：0．759—8900～12001：0．?58～7≥12001：0．757～6土石混合边坡(抗压600～9001：0．75～1：17～6强度45kg／cm2)900～12001：0．75～1：16—5≥l200l：0．75～1：l5～4贫瘠土质边坡(抗压强度为15~45kg／cm2)600—900l：15—4900～12001：14～3注：当夏季连续干旱时间超过25d时，喷射厚度取大值，否则取小值。3．2物种选定物种的正确选择是绿化成功的关键之一，选择草种应满足：(1)发芽快，出芽率高、整齐。(2)根系发达，抗逆性强。(3)冷季型草种和暖季型草种配合，以使绿化效果更好。(4)尽量使用当地物种，避免生态灾难。(5)尽量作到物种多样化。目前，工程中使用的草种绝大多数是外国进口草种，一般能做到草种发芽快，出芽率高，出芽整齐。通过大量工程实践，得出以下几种草种(含灌木)组合：ABC黑麦草百喜草狼尾草羊胡子草狗芽根狗芽根狗芽根高羊茅黑麦草高羊茅银合欢紫花苜蓿胡枝子羊胡子草A组主要用于华中地区，B组主要用于华南地区，C组主要用于华北。如果是夏季施工，狗芽根用量减少；冬季施工时，可以对暖季型物种浸泡催芽，并用黑薄膜或其他材料覆盖增温以便于暖季型草发芽生长。3．3植被混凝土护坡绿化技术的工艺过程图2是植被混凝土护坡绿化技术的工艺过程图。从图2可以看出，植被混凝土护坡绿化技术的工艺过程基本上与喷锚施工工艺一致，但也有其自身特点：(1)为防止堵管，对拌合料的含水量要求更高，经验上要求拌合料用手使劲捏成团，松手后应能散开。(2)喷射分两层完成，面层厚1cm，含草种，水泥用量减少。底层不含草种。(3)壤土的要求是含沙率小于10％，最大粒径不大于1cm。(4)喷枪距离受喷面距离不宜过远，一般lm左右，以防止有机质飘逸，造成喷射层孔隙率过低。喷射机械设备基本与喷锚施工相同，但植被混凝土护坡绿化一般需要配备碎土机。图2植被混凝土护坡绿化技术的工艺过程3．4植被混凝土护坡绿化工程验收标准植被混凝土护坡绿化技术是一项新技术，目前尚无国家或行业标准，本文借鉴周德培等(2003)《植被护坡工程技术》一书对厚层基材喷射护坡工程的验收标准，建议植被混凝土护坡绿化工程的验收标准如下：(1)整个工程验收分4次，即挂网锚固施工结束后、喷射施工完工时、养护结束时、喷射完工后1年。①挂网锚固施工结束后的验收内容有：坡面的清理情况、铁丝网和锚杆的施工质量(是否按设计要求)。有截水沟的此时一并验收，标准可参考混凝土喷锚验收标准及水利工程标准，文中不再叙述。验收达标填写验收记录，有关负责人员签字；不达标返工。②喷射施工完工时的验收主要是检查喷射施工质量。笔者取名为：“喷射验收”，内容有：喷层厚度、喷层结构均匀程度、喷层孔隙率、喷层pH值、喷层强度、有效持水量等。表3试图给出这些标准(参照土壤学知识)。同样，验收达标填写验收记录，有关负责人员签字。该验收应在喷射刚完成、机械设备还未撤走时进行。之所以要此时验收，是为了发现质量不合格时，能及时返工。⑧养护结束时的验收是为了检验喷层植被生长状况、病害发生情况、覆盖率、喷层的侵蚀情况、裂隙状况。笔者命名该次验收为：“完工验收”。夏季施工，养护时间一般为2个月左右，冬季适当延长。表4给出验收标准。对于不达标的，应补种，直至达标为止。④喷射完工后1年的验收是为了检验植被混凝土的抗旱能力(此项可能因当年无连续干旱天气出现无法检验)和进一步检验植被生长状况、病害发生情况、喷层的侵蚀情况、裂隙状况。笔者命名为：“竣工验收”。之所以要在1年后才进行竣工验收，主要是为了消除人们对植被混凝土这一新技术的担心——即担心时间久了植被会衰退。随着这项技术被人们逐渐接受和熟悉，“竣工验收”将提前与“完工验收”合并。表5给出了此次验收的标准。(2)竣工验收前一个星期，施工单位应向验收方提供以下文件：前3次验收记录；当地土样检验报告；草种发芽率检验报告；竣工图及工程决算；材料检验报告；不同时期照片；施工总结报告。(3)竣工验收完成后，填写竣工验收单，工程结束。表3喷射验收标准检验指标质量等级评定方法不合格合格优良喷层均匀程度很不均匀。如有明显斑块存在，底层基本没有有机质基本均匀。无明显斑块，有机质沿深度分布变化不大均匀，无斑块存在，层理不明显每1000m2随机挖坑取20个样，取平均值。喷层孔隙率＜30%30%～45%＞45%pH值＞