黄 寅

1 概述

近年来,随着我国经济建设的蓬勃发展,高等级公路的修建,特别是高速公路的建设得到飞速发展。由于高速公路路基较宽,挖填较大,特别是在江苏南部丘陵地区的高速公路,高填深挖较多,路基的不稳定因素较多,所以路基边坡防护越来越受到工程研究人员重视,对于路基边坡防护的投入也越来越大。

路基边坡坡面防护措施主要有：灌浆、液压喷播植草、钢筋混凝土骨架加钢筋锚固护坡及片石护面墙。随着新型实用专利“一种用于边坡稳固的碳纤维网”(注册专利号：200820175300.3)的出现[1],高速公路路基边坡防护措施又出现一种新选择：碳纤维—三维植被网护坡。它不但具有骨架护坡的加筋加固效果,同时满足人们对环境和景观的高要求。目前,碳纤维—三维植被网护坡已在苏南地区多条高速公路路基防护工程中得到不同程度的试验和运用,均取得了良好的社会、经济和工程效益,碳纤维—三维植被网作为一种新型的边坡防护材料,其应用正在不断推广。

2 路基边坡防护的主要措施

2.1 工程防护

工程防护适用于草木不易生长的、坡度较陡的路基坡面上。一般采用框格、抹面和喷浆。坡面护墙、护坡等框格防护用钢筋混凝土、浆砌片石等材料在边坡上形成骨架,并将此骨架锚固在路基之中,从而提高了边坡表面粗糙度系数,减缓了水流速度,起到了保护坡面、稳定坡面的效果。框格可做成各种造型,除对路基边坡有一定的防护作用外,还对整个道路起到较好的美化效果[2]。

2.2 植被防护

工程实践中植被防护一般采用铺草皮,种植灌木或景观树木等形式。植物覆盖对地表径流和水土冲刷有极大减缓作用,植被根系能与土层密切结合,根与根相连,盘根错节,使地表层土壤形成不同深度牢固的稳定层,从而有效的稳定土层,阻挡冲刷和坍塌。实际工程施工中应根据当地气候、土质、含水量等因素,选用易于成活,便于养护,经济的植物类种。植被护坡最主要的是加强对植被的养护管理,保证成活率。在保证路基边坡稳定的前提下,植物防护还能起到美化环境,提高行车视觉效果的作用[2]。

2.3 常用防护方法的比较

常用防护方法的比较见表1。

3 碳纤维—三维植被网的特点、造价、效果、社会效益

3.1 碳纤维网的特点

碳纤维网用到的碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维,碳纤维具有一般碳素材料的特性,如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等。但与一般碳素材料不同的是,其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物,沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小,因此有很高的比强度。碳纤维网是一种用碳纤维丝编织而成的,可以用于公路或铁路边坡壁的碎石护屏或用于保护岩土表层,在使用中需要根据坡壁的形状和铺设面积将多个碳纤维网连接于一起形成一个整体的防护网[1](见图1)。

表1 几种防护方法的比较

3.2 碳纤维—三维植被网的特点

1)作为护坡基础采用了新型碳纤维材料制成的纤维网强度极高,大大提高了防护网的强度和抗腐蚀能力;各个网间采用线连接方式,连接部位各网格受力均匀,连接强度高,能有效将各个网连成一个整体,使连接过程变得规范且显著提高工效,能有效稳固路基边坡。2)碳纤维网的上覆植被能有效降低雨滴的冲击能量。植被表面凸凹不平,可使风和水流在其表层产生小漩涡,起到缓冲消能作用;降低流速,从而有效地抵御雨水的冲刷,同时植被在边坡表层土中起着加筋加固的作用,从而有效的防止表层土层的滑移。3)由于碳纤维网网格较为稀疏,从而保证了上覆植物根系与土壤结合,有利于植被生长和形成,帮助植物根系增强抵抗水土流失能力,这样能有效地保护坡面不受风、雨、洪水的侵蚀。

3.3 碳纤维—三维植被网的工程造价

碳纤维—三维植被网防护投资小,见效快,效果好,只需作适当的季节修剪工作。工程实践表明：其工程造价仅为同等面积钢筋混凝土骨架植被护坡的45%。

3.4 碳纤维—三维植被网的工程效果

植物根系与碳纤维网交织,形成致密的覆盖层,对路基边坡形成连续和长期的保护,使坡面不受日晒雨淋而自然侵蚀剥落,减缓雨水冲击和水流冲刷;同时植物扎根较深,固土蓄水,调节土体温度,保持水土,使边坡不致受环境的影响而产生裂缝或坍塌。

3.5 碳纤维—三维植被网的社会效益

植被的种植恢复了道路沿线的自然生态,保护了自然环境;改善道路周围环境的温度和湿度;吸收机动车排放的尾气和大气中的灰尘,达到净化空气的目的;吸收和减弱行车噪声,减少行车对周围生活环境的影响;减小太阳辐射和美化沿途环境;给沿线居民、道路交通参与者心情舒畅的感觉,形成人为工程与自然环境和谐相处的氛围;有利于行车的安全。

4 碳纤维—三维植被网植物物种的选择

1)根系发达,枝叶茂密,生长快,绿期长,能迅速覆盖地表;2)生根性强,成活率高,并能吸收深层水分和养分,有效固土;3)对土质要求不高,适应气候能力强,耐寒冷、耐高温、耐干旱等;4)价格经济,养护容易,病虫害少。

5 碳纤维—三维植被网的施工工艺流程及要点

5.1 工艺流程

碳纤维—三维植被网施工工艺流程：路基边坡整理成型→铺设表土→开挖碳纤维网固定沟槽→覆网→锚固碳纤维网→覆土→植被种植(移植)→再覆土→覆盖保护网→洒水养护→后期管理[4]。

5.2 施工要点

1)施工前做好充分准备,确定施工器械、人员配备,覆盖所需土方、植被;2)对路基边坡进行修整,使之尽可能平整;3)在坡顶开挖沟槽,按实际确定尺寸,宽不小于 10 cm,深不低于10 cm[5];4)紧贴坡面自上而下将碳纤维网展开,按碳纤维网连接施工工艺将其连成大面积网,顶端固定于沟槽内,并用钢制地钉钉入路基进行锚固;5)种植或移植所需植物;6)回填细砂质营养土,并在表面附上植物保护网,浇水养护;7)当植被生长成型或其根系已穿过碳纤维网格,即可撤去上覆的保护网,以后定期养护植被[6]。

6 结语

碳纤维—三维植被网所具有的耐腐、高强、美观的特性,解决了现有的金属质边坡防护网易于被雨水腐蚀、使用寿命短、工程维护成本高、形制呆板等的问题,满足了路基边坡坡面的保护和加固的要求,保证了路基不因雨水冲刷和气候变化而破坏,而且兼顾了道路景观和环境和谐相处,在实际工程中已成功运用,具有广阔的市场应用前景。

[1] 黄 寅.一种用于边坡稳固的碳纤维网：中华人民共和国,200820175300.3[P].2009-10-21.

[2] JTJ 019-98,公路土工合成材料应用技术规范[S].

[3] 王翠华.高等级公路景观美化与环境保护[Z].北京：交通信息科技研究所,1993.

[4] 李俊喜.三维植被网在粉性土路堤边坡防护中的应用[J].路基工程,2006(3)：109-110.

[5] 张 磊,林 辉.玻璃纤维防护网在高速公路路基边坡防护中的应用[J].公路交通科技,2007(2)：51-52.

[6] 邱国锋,王孟霞.三维植被网护坡在高速公路边坡中的试验[J].重庆交通学院学报,2002,21(1)：74-76.