TBS技术在岩石边坡防护中的应用

2022-09-11

TBS (Thick-Layer Base Material Spraying) 植被技术是近年来出现的一种新型边坡防护方法, 其原理是通过特殊工程手段在岩石边坡上附着一层6cm~10cm厚的植物基材, 使不具备植物生长条件 (岩石、土石混合地质等) 及坡度在45°以上的边坡得以绿化。这种边坡防护技术的主要特点是经济适用、绿色环保、有效稳定边坡、施工简便, 且可起到美化环境、降低噪声、改善局部气候的作用, 主要应用于高等级公路特别是高速公路、城市快速路等工程的边坡防护和植被恢复。

1 TBS技术介绍

TBS技术是使用经改进的混凝土喷射机将拌和均匀的厚层基材混合物按设计厚度喷射到岩石坡面上, 集岩土工程学、植物学、土壤学、肥料学、高分子化学和环境生态学等多学科于一体的综合工程技术。它通过植被根系的力学加固和地上生物量的水文效应来达到防护岩石边坡和改善生态环境的目的。

TBS植被护坡主要由锚杆、网和基材混合物三部分组成。 (1) 锚杆在深层稳定边坡的主要作用是将网固定在坡面上, 根据岩石坡面的破碎状况, 长度一般为30cm~60cm;而在深层不稳定边坡, 锚杆作用首先是加固不稳定边坡, 其次才是固定网, 依据受力分析设计选型。 (2) 网依据边坡类型选用普通铁丝网、镀锌铁丝网或土工网。 (3) 基材混合物由绿化基材、种植土、纤维和植被种子按一定的比例混合而成, 其中绿化基材是TBS的技术核心。

TBS植被护坡的施工原理:首先通过混凝土搅拌机或砂浆搅拌机把绿化基材、种植土、纤维及混合植被种子搅拌均匀, 形成基材混合物, 然后输送到混凝土喷射机的料斗, 在压缩空气的作用下, 基材混合物由输送管道到达喷枪口, 与来自水泵的水流汇合后颗粒化, 并通过喷枪喷射到坡面, 在坡面形成植物的生长层。

2 施工工艺及方法

2.1 施工工艺

在边坡上采用干作业法钻孔, 高压风清孔, 然后将孔内注满水泥砂浆, 打入锚杆, 再挂钢丝网并与锚杆焊接牢固 (钢丝网铺设应紧贴坡面) , 喷粘土回填找平, 喷播基材混合物、草籽, 最后进行养护管理。由于粘土层掺有粘稠剂, 用强力高压风吹送, 再加上网片及草生长后的根系紧固作用, 加强了防护层的附着力, 故不易脱落。防护层被草坪覆盖, 其抗雨水冲刷能力也大大增强, 从而提高了边坡的稳定性。

2.2 施工方法

(1) 施工准备。清理、平整坡面, 坡面的不平整度不得大于20cm。如果坡面有较大凸起或较深的凹陷甚至形成反向坡面的, 应在挂网之前将凸起部位放小炮爆平, 将凹坑或反坡处用浆砌片石充填。根据设计要求放样出钢丝网和锚杆位置。备好锚杆、钢丝网片、粘土、复合肥, 保水剂, 稳定剂、粘合剂、粗纤维、细纤维、粪肥、草籽等材料, 选好钻孔机具及配套设备。确定绿化基材的配合比, 做锚杆抗拔试验, 备好检验记录表。

(2) 钻孔、清孔及注浆。按设计孔位、孔径、长度采用风枪钻孔, 孔眼应垂直坡面, 孔径不小于25mm, 成孔后用高压风清孔, 将孔内残留的废渣清除干净。砂浆采用42.5级普硅水泥拌制, 水灰比0.4~0.5, 并掺加为水泥重量2%~4%的速凝剂。注浆时将注浆管插入孔底, 在注浆的同时将注浆管徐徐向外拔出, 待出浆口距孔口20cm~30cm时停止注浆。

(3) 安装锚杆。锚杆采用ф22螺纹钢筋制作, 根据设计长度加工, 插入钻孔的锚杆要顺直, 并做防锈处理。对于土石混合边坡和土质边坡不需要钻孔, 直接将锚杆打入边坡内, 周边锚杆需加密一倍布置。

(4) 挂钢丝网。选用抗腐蚀能力较强的1 4#镀锌铁丝网, 网孔至少为5 0 m m×50mm, 若网孔过小, 喷射施工时基材混合物很容易堵住网孔, 使基材混合物不能有效地喷射到网下, 处于悬浮状态。挂网应在锚杆可受力后进行, 先用高压风将坡面清扫干净, 再将预制好的钢丝网铺设在坡面上。钢丝网必须张拉紧, 随坡面的起伏而铺设, 并与锚杆焊接牢固, 网间搭接宽度不小于5cm, 并间隔30cm用18#铁丝绑扎牢固。

(5) 喷土找平。由于开挖处理后的坡面有可能凹凸不平, 不能满足喷播条件, 因此需用喷射机喷射掺有粘合剂的粘土, 找平凹凸不平的部位。找平是为后续喷播基材和草籽做准备, 也增加了边坡的保温、保水及抗旱能力。

(6) 拌和基材。基材配合比为粘土∶粪肥∶高效复合肥∶粗纤维∶细纤维∶保水剂∶稳定剂=1∶0.25∶0.1∶0.04∶0.04∶0.005∶0.005。基材混合物采用拌合机搅拌, 搅拌时间不得小于90s。

(7) 喷射基材。基材混合物采用喷射机 (配空压机) 喷射, 喷射前先用水充分湿润坡面, 喷射时必须严格控制风压、风量, 保证喷枪枪口风压在4.5kPa~5.5kPa范围内。严禁不分坡面高低进行全风压、全风量作业, 喷射厚度为4cm~5cm且厚薄均匀。

(8) 喷播草籽。选择适应当地气候条件的耐寒、耐热、耐旱、易成活、低维护型的草籽, 按坡面面积及规定撒播量计算出草籽数量, 将草籽和基材混合物按比例均匀混合, 喷播在已喷射基材混合物的边坡上, 其厚度为3cm~4cm。

(9) 植被养护。干旱地区要定期洒水施肥, 第1至3个月, 每2d洒水一次, 10d施肥一次;第4至7个月, 每4d洒水一次, 15d施肥一次;第8个月以后, 每7d洒水一次, 30d施肥一次。多雨地区, 洒水应根据天气情况而定, 施肥则与干旱地区一样。若在气温较低的月份喷播草籽, 则需覆盖可降解的透气、透水、亲水、亲土、保温的无纺布, 促使草籽早日发芽生长, 若在高温月份喷播则无需覆盖。养护期间还需做好病虫害的防治工作。

3 效益分析

TBS技术适用于坡度小于l∶0.3的稳定的硬质岩边坡, 软质岩边坡, 包括瘠薄土质、酸性土质等劣质土坡和混凝土面及浆砌片石面的人工绿化。

3.1 经济效益分析

岩石边坡厚层基材喷射护坡工程技术与传统的浆砌片石坡技术的相比, 具有一定的价格优势, 可节省投资20%~30%。经过对比试验和经济分析, 对于岩石质边坡TBS植被护坡, 当护坡高度小于8m时, 其工程造价比浆砌片石护墙造价高0.41~24.36元/m2, 工程造价为浆砌片石护墙的100.28%~124.36%。随着护坡高度的增加, TBS技术护坡的价格优势逐渐体现出来。护坡高度从10m增加到20m时, 其工程造价比浆砌片石护墙造价低l 1.5 6~7 1.4 4元/m 2, 为浆砌片石的67.22%~88.44%。对于土质边坡TBS技术护坡, 其工程造价比浆砌片石造价要低0.65~91.45元/m2, 为浆砌片石护墙的58.04%~99.47%;护坡高度4m~20m按综合平均计算, 与采用浆砌片石护墙相比, 降低工程造价13.84%。石质边坡TBS技术护坡工程造价为121.49元/m2。

3.2 环境效益分析

(1) 使用TBS技术护坡绿化可以降低坡体孔隙水压力, 截留降雨, 减弱溅蚀, 控制土粒流失。据有关文献资料:30°的边坡在200mm/h的人工降雨强度下, 草坪覆盖度为100%、91%、60%、3l%时, 土壤的侵蚀度相应为0%、l1%、40%、100%。

(2) 使用TBS技术可以恢复被破坏的生态环境。边坡植被的存在为各种小动物、微生物的生存繁殖提供了有利的环境, 完整的生物链又逐渐形成, 被破坏的环境也慢慢地恢复到原始的自然环境。

(3) 使用TBS技术可以降低噪音、光污染、保证行车安全。交通工程应用植被护坡, 因植被能吸收刺耳的声音, 漫反射太阳光线及车辆光线, 从而降低噪音、强光对行人及司机的辐射干扰, 减轻和消除大脑及眼睛的疲劳, 提高路标、警示板的可见度, 让驾驶者轻松愉快地驾车, 保证行车安全。

(4) 促进有机污染物的降解、净化大气、调节小气候。

4 工程实例

4.1 工程简介

广州市华南城市快速路三期工程是广州市公路建设规划网的重要组成部分。华南路三期工程位于白云区以北, 呈东西向横贯全区, 西起广和大桥连接佛山里水, 东接华南路二期的春岗互通连接广州龙洞, 全线联系了广清高速公路、广花高速公路和机场高速公路以及为数众多的城市规划路和广州市至周边城市的出口路。

华南路三期工程C1标段所处多为山岭重丘区域, 主线路基有大量深路堑边坡, 最高挖方边坡达50m~60m。标段内普通土层薄, 以下多为花岗岩类土层。根据地段所处的地质情况及相关条件, 该工程的防护工程采用了包括预应力三维土工网垫植草、方格网植草、锚杆框架加固、TBS植被、浆砌片石护面墙等多种形式。根据设计要求, 对高度小于6m的土质边坡或全、强风化岩边坡, 采用TBS岩石植被护防护。

4.2 施工步骤

(1) 先将坡面上的浮土、碎石、杂草杂木等清除整理成比较稳定的坡面。

(2) 在坡面用风钻钻孔, 孔深0.5m~3m, 孔径25mm~30mm, 孔距1.5m×1.5m。

(3) 在孔内灌入42.5级水泥砂浆并插入锚杆:Φ14~Φ18钢筋。

(4) 挂14#镀锌铁丝网, 并用垫板、螺母与锚杆固定在一起, 网间搭接处用18#铁丝绑扎紧。

(5) 按比例称取基材混合物各组成成分, 并用混凝土搅拌机搅拌均匀。

(6) 潮润坡面, 用混凝土喷射机喷射基材混合物。

(7) 以单层无纺布覆盖在喷播完成的坡面上, 使其免遭强暴风雨的冲刷而破坏。

(8) 养护:养护工作应于喷植完成后即日开始, 养护期从合同全部工程完成、验收合格后次日起算, 为期6个月。养护期间, 应随时注意植物生长及天气情况, 必要时加水湿润和追加养分, 原则上每2个月使用复合肥料施肥一次。6个月期满后植被覆盖率达90%以上。

4.3 存在问题及处理措施

在前期TBS植被施工中, 由于忽视灌溉植被的科学方法而随意灌溉, 导致边坡灌溉不均匀的同时又造成了水资源的浪费, 植被长成后又出现大片发育程度不均一的情况, 外观质量达不到要求。

经专业人员分析后得出结论:灌溉方法不科学。影响坡面植物需水量的因素很多, 除坡面植物类型、基质性质及环境条件以外, 坡度是对TBS植被护坡工程中水分养护管理影响较大的一个特殊因素。随着坡度的逐渐变大, 基质保水能力在逐渐下降, 所以在灌溉时要从坡顶浇水, 水量要适中并且可反复几次使其沿坡面从上至下渐渐湿润到基质底层到达岩层。对于同一边坡的不同坡高位置, 基质水分变化明显不同, 从底向上变化幅度逐渐增大, 所以会出现在同一边坡上, 上部植物出现缺水现象, 而下部水分还能保证其正常生长, 这时就要考虑只对上部进行灌溉, 以保证其正常生长, 并可合理有效地利用水资源。

另外, 正确施肥、修剪, 并注意杂草和病虫害的防止, 也是保证植被生长质量的重要因素。

摘要：对TBS植被技术进行了介绍, 并阐述了具体的施工工艺及施工方法, 分析了其应用效果, 具有明显的经济效益和社会效益。作为一种岩石边坡防护创新方法, TBS植被防护具有很好的使用性能和推广价值。

关键词：TBS技术,岩石边坡,防护工程