用生物技术治理和防护公路边坡膨胀土地段及研究探讨.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除用生物技术治理和防护公路边坡膨胀土地段的研究探讨湖北省宜昌市公路管理局: 鲍玉洪 白传荣 湖北省当阳市公路管理段: 朱世凯 胡兆德 刘健 赵然友 李宪敏 朱梦奎 陈大凤 北京公路 2004年第6期 摘要 本文主要论述了对处于膨胀土地段的公路边坡采用种植刺槐和香根草的生物技术进行治理和防护的方法，并将其与其它方法进行了对比，同时分析了其可行性。 关键词 膨胀土 生物技术 治理 边坡滑塌 生物防护的目的和意义 在我省山区和丘陵地区修建的公路中高填深挖路段较多，膨胀土地段较多，所以 边坡严重失稳的可能性很大，如处理不好会出现边坡滑坍等问题，进而影响车辆的正常通行。因此，我们对膨胀土地段路基边坡的稳定性必须给予高度重视，除了加强排水、修筑支挡和护坡工程外，必须加快根系发达的植被覆盖以保持水土稳定。 湖北省当阳市公路段地处亚热带，受季风影响雨量充沛，年平均降水量在2600mm以上，该地区公路往往是从膨胀土以及半风化、风化的松散岩质中挖出来的，且边坡多为陡坡，高填土路基大部分由膨胀土和风化岩质填埋而成，因此在暴雨的冲刷下极易造成水土流失和崩塌滑坡，对公路的养护和通行危害极大。目前治理膨胀土公路边坡滑坡是一个工程难题，通常多以采取工程防护措施为主，如地表排水和浆砌挡墙等，但效果不好。为解决这个技术难题，我局段成立了攻关课题组，于2000年在汉宜路、窑马路、皂当路等省道用经过试验筛选确定的刺槐、香根草绿篱生物技术进行治理公路膨胀土滑坡塌方的试验和探索。香根草起源于印度，是禾木科的一种多年生草本植物；刺槐是乔木植物，根部有根瘤茵，能自己吸氮造肥，不需另外施肥。这两种植物生长旺盛，根系深扎，经过三年筛选试验，我们认为是一种理想的治理膨胀土边坡的生物技术，其经济效益和社会效益显著，推广应用前景广阔。一、试验路段概况窑马路K9K12+500路段为山地丘陵，土壤为膨胀土赤红壤，风化层深厚疏松。汉宜路K311路段为填土路堤，坡度36，坡向NW40，风化岩地质。皂当路K175K180路段为路堑段，坡度5060，最大坡度超过60，坡向 S-E70，坡体为深厚疏松的人工堆积膨胀土。试验坡地的土壤性状详见表1。其中特别需要说明的是窑马路K9K12+500路段试验坡地为膨 胀土，土质瘦瘠，养份缺乏，呈强酸性；汉宜路K311处试验坡地基本没有表土，只有风化岩和半风化母岩碎块，土层瘦瘠，养份缺乏，呈强酸性。以上这两处路段一般植物难以生长。 二、试验方法 首先选取有代表性的水土流失严重的坡面，按不同情况进行规划，配置不同种类植物，采取不同措施，其治理原则是以刺槐、香根草为纽带的生物措施与工程措施相结合。 在汉宜路段种植刺槐和香根草。在香根草带之间间种刺槐，香根草在刺槐种植之后种植，种植方法是在坡面每隔23m开20cm的等高水平沟，种植时丛距145cm，每丛3株，部分施基肥，种后淋定根水，管理方法和乔木相同。该路段下边坡试验是先沿等高线每5m宽筑小土埂带，土埂带上方种香根草带，坡地按株距2030cm树穴深宽3030cm的规模种植，每年剪割两次。窑马、皂当路段主要种香根草带。种植株距2030cm，行距100cm，每丛3株，部分施基肥，种后淋定根水，每年剪割两次。 为确保种植效果，香根草应按水平等高带状环坡种植。种植前，我们在坡面按等高挖深约15cm的环坡水平沟，水平沟间距为1m。为补充养分，我们在水平沟内还施了少量钾肥和碳氮肥。栽种时，每蔸栽苗三株，蔸距2030cm，要斜插浅栽即苗与坡面呈4560，栽种后浇定根水，并设专人进行管理和维护。经在上述各路段试种后发现，间种的刺槐生长状况良好，香根草种植3个月后形成茂密的绿篱带。2000年上半年暴雨频繁致使一条排水沟被冲毁，而受香根草保护的路基受损甚微，路基开裂和下沉的趋势得到控制，而与之相对的同一路基另一下坡面(对照区)无植物防护的边坡被雨水冲刷出6条密12m深11.5m长1020m的深沟，由此可见应用种植刺槐和香根草绿篱的生物技术治理公路滑坡的效果十分明显。三、试验结果与分析 1试验结果 窑马路K9K12+500段分两处种植试验香根草总面积32560m2，2个月后香根草开始形成 绿篱带，4个月后形成茂密的绿篱带。我们观察发现草带上方泥砂淤积平均高度68cm，而没有绿篱带的对照边坡被冲走表土23cm，治理之后原来的红土坡变成茂密草丛，这充分说明了水土流失得到了有效控制，表明了生物植被 对稳定边坡起到了很好的作用。香根草种植在窑马路、汉宜路、皂当路地段及苗圃的生长比较见表2。 2试验效果分析 经过试种，我们发现一般情况下生长34个月的刺槐、香根草就可形成绿篱带，可以拦截泥沙防止水土流失，生长68个月后其长而密的根系就可起到稳定边坡的作用。刺槐、香根草之所以成为防治膨胀土地段边坡塌方、稳定边坡的理想植物，其主要有以下三个作用： (1)篱笆作用 刺槐、香根草长势挺立，茎杆粗状、坚硬且木质化(像竹子)，沿着斜坡等高线种植香根草，就像竖立了一排排木栅栏一样，从而能减慢地表径流使之分配均匀，同时将泥沙隔在篱笆之前防止了公路边坡受到侵蚀。 (2)根系作用 刺槐、香根草的根长势甚猛，粗状，下扎深度大，一年之间一般可深入地下1.53m，最深可达5m，特别是香根草的根系强度很大。根据实验表明，当草根的直径为0.70.8mm时其抗拉强度为75MPa，该抗拉强度相当于一般钢材极限抗拉强度的1/6，而大量的根系增强了土壤的抗剪切力，因而提高了公路边坡的稳定性，控制了常规挡墙无法防治的膨胀土地段公路滑塌方情况的出现。 (3)蒸腾作用由于刺槐、香根草具有强大深扎的根系和浓度长大的叶子，因此可以通过蒸腾作用减少土壤中的水分(即土壤抽吸现象)，从而有助于增强公路边坡的稳定性。 四、经济效益分析 试验结果表明，种植刺槐和香根草的生物技术治理公路边坡滑塌效果极好，而且治理成本较其它方法低。1999年，当阳段在汉宜公路K311、窑马路K12+400处共计种植刺槐和香根草63832株，每株单价0.106元(含运杂费)，材料费6766.19元，投入人工156.5个，人工费4671.53元，投资总计11437.72元。若在同路段修建挡土墙和护坡等防护工程需浆砌片石挡墙752m3，其按120元/m3计算需投资210240元，比种植刺槐、香根草成本高出19万多元。 根据1998年资料记载，窑马路、荆当路各试验路段全年平均发生边坡滑塌10次，清除塌方约8000m3(清塌单价3元/m3)，共投入坍方清除费用24000元，一年的清坍费用比种植刺槐、香根草成本高12562.28元。而且上述路段自建成以来年年都投入了相应的清坍费用。用种植刺槐和香根草的生物技术治理公路边坡滑塌不仅降低了公路护防费用，还美化了公路环境，节省了绿化投资。由于香根草还可用于加工家禽饲料、造纸等，因此其经济效益更为显著。 五、生物防护与工程防护相结合 刺槐和香根草植被防护能保持土壤和水分的相对稳定，缓和雨滴的冲击，减少径流量和降低流速，根系能够束缚膨胀土壤颗粒使土壤不易流失。植物的生长使得边坡表面土壤成为一个整体，是一种柔性结构。但植被防护的作用也有其局限性，由于刺槐、香根草根系生长需12年时间，初期阶段只能防止坡面冲蚀和表面溜塌，在边坡本身还不稳定或存在集中水流情况下仍可能发生滑坍和水毁现象。因此刺槐、香根草植补防护必须在边坡基本稳定的基础上使用，在边坡不够稳定地段需要与工程防护相结合。 六、可行性结论 采用种植刺槐和香根草的生物技术可以治理公路膨胀土和高填方等路段的失稳，防止雨水及大气因