用生物技術(shù)治理和防護(hù)公路邊坡膨脹土地段及研究探討

1、.用生物技術(shù)治理和防護(hù)公路邊坡膨脹土地段的研究探討湖北省宜昌市公路管理局: 鮑玉洪 白傳榮 湖北省當(dāng)陽(yáng)市公路管理段: 朱世凱 胡兆德 劉健 趙然友 李憲敏 朱夢(mèng)奎 陳大鳳 北京公路 2004年第6期 摘要 本文主要論述了對(duì)處于膨脹土地段的公路邊坡采用種植刺槐和香根草的生物技術(shù)進(jìn)行治理和防護(hù)的方法，并將其與其它方法進(jìn)行了對(duì)比，同時(shí)分析了其可行性。 關(guān)鍵詞 膨脹土 生物技術(shù) 治理 邊坡滑塌 生物防護(hù)的目的和意義 在我省山區(qū)和丘陵地區(qū)修建的公路中高填深挖路段較多，膨脹土地段較多，所以 邊坡嚴(yán)重失穩(wěn)的可能性很大，如處理不好會(huì)出現(xiàn)邊坡滑坍等問題，進(jìn)而影響車輛的正常通行。因此，我們對(duì)膨脹土地段路基邊坡的穩(wěn)

2、定性必須給予高度重視，除了加強(qiáng)排水、修筑支擋和護(hù)坡工程外，必須加快根系發(fā)達(dá)的植被覆蓋以保持水土穩(wěn)定。 湖北省當(dāng)陽(yáng)市公路段地處亞熱帶，受季風(fēng)影響雨量充沛，年平均降水量在2600mm以上，該地區(qū)公路往往是從膨脹土以及半風(fēng)化、風(fēng)化的松散巖質(zhì)中挖出來(lái)的，且邊坡多為陡坡，高填土路基大部分由膨脹土和風(fēng)化巖質(zhì)填埋而成，因此在暴雨的沖刷下極易造成水土流失和崩塌滑坡，對(duì)公路的養(yǎng)護(hù)和通行危害極大。目前治理膨脹土公路邊坡滑坡是一個(gè)工程難題，通常多以采取工程防護(hù)措施為主，如地表排水和漿砌擋墻等，但效果不好。為解決這個(gè)技術(shù)難題，我局段成立了攻關(guān)課題組，于2000年在漢宜路、窯馬路、皂當(dāng)路等省道用經(jīng)過(guò)試驗(yàn)篩選確定的刺槐、

3、香根草綠籬生物技術(shù)進(jìn)行治理公路膨脹土滑坡塌方的試驗(yàn)和探索。香根草起源于印度，是禾木科的一種多年生草本植物；刺槐是喬木植物，根部有根瘤茵，能自己吸氮造肥，不需另外施肥。這兩種植物生長(zhǎng)旺盛，根系深扎，經(jīng)過(guò)三年篩選試驗(yàn)，我們認(rèn)為是一種理想的治理膨脹土邊坡的生物技術(shù)，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著，推廣應(yīng)用前景廣闊。一、試驗(yàn)路段概況窯馬路K9K12+500路段為山地丘陵，土壤為膨脹土赤紅壤，風(fēng)化層深厚疏松。漢宜路K311路段為填土路堤，坡度36°，坡向NW40°，風(fēng)化巖地質(zhì)。皂當(dāng)路K175K180路段為路塹段，坡度50°60°，最大坡度超過(guò)60°，坡向 S-

4、E70°，坡體為深厚疏松的人工堆積膨脹土。試驗(yàn)坡地的土壤性狀詳見表1。其中特別需要說(shuō)明的是窯馬路K9K12+500路段試驗(yàn)坡地為膨 脹土，土質(zhì)瘦瘠，養(yǎng)份缺乏，呈強(qiáng)酸性；漢宜路K311處試驗(yàn)坡地基本沒有表土，只有風(fēng)化巖和半風(fēng)化母巖碎塊，土層瘦瘠，養(yǎng)份缺乏，呈強(qiáng)酸性。以上這兩處路段一般植物難以生長(zhǎng)。 二、試驗(yàn)方法 首先選取有代表性的水土流失嚴(yán)重的坡面，按不同情況進(jìn)行規(guī)劃，配置不同種類植物，采取不同措施，其治理原則是以刺槐、香根草為紐帶的生物措施與工程措施相結(jié)合。 在漢宜路段種植刺槐和香根草。在香根草帶之間間種刺槐，香根草在刺槐種植之后種植，種植方法是在坡面每隔23m開20cm的等高水平溝

5、，種植時(shí)叢距145cm，每叢3株，部分施基肥，種后淋定根水，管理方法和喬木相同。該路段下邊坡試驗(yàn)是先沿等高線每5m寬筑小土埂帶，土埂帶上方種香根草帶，坡地按株距2030cm樹穴深寬30×30cm的規(guī)模種植，每年剪割兩次。窯馬、皂當(dāng)路段主要種香根草帶。種植株距2030cm，行距100cm，每叢3株，部分施基肥，種后淋定根水，每年剪割兩次。 為確保種植效果，香根草應(yīng)按水平等高帶狀環(huán)坡種植。種植前，我們?cè)谄旅姘吹雀咄谏罴s15cm的環(huán)坡水平溝，水平溝間距為1m。為補(bǔ)充養(yǎng)分，我們?cè)谒綔蟽?nèi)還施了少量鉀肥和碳氮肥。栽種時(shí)，每蔸栽苗三株，蔸距2030cm，要斜插淺栽即苗與坡面呈45°60

6、°，栽種后澆定根水，并設(shè)專人進(jìn)行管理和維護(hù)。經(jīng)在上述各路段試種后發(fā)現(xiàn)，間種的刺槐生長(zhǎng)狀況良好，香根草種植3個(gè)月后形成茂密的綠籬帶。2000年上半年暴雨頻繁致使一條排水溝被沖毀，而受香根草保護(hù)的路基受損甚微，路基開裂和下沉的趨勢(shì)得到控制，而與之相對(duì)的同一路基另一下坡面(對(duì)照區(qū))無(wú)植物防護(hù)的邊坡被雨水沖刷出6條密12m深11.5m長(zhǎng)1020m的深溝，由此可見應(yīng)用種植刺槐和香根草綠籬的生物技術(shù)治理公路滑坡的效果十分明顯。三、試驗(yàn)結(jié)果與分析 1試驗(yàn)結(jié)果 窯馬路K9K12+500段分兩處種植試驗(yàn)香根草總面積32560m2，2個(gè)月后香根草開始形成 綠籬帶，4個(gè)月后形成茂密的綠籬帶。我們觀察發(fā)現(xiàn)草

7、帶上方泥砂淤積平均高度68cm，而沒有綠籬帶的對(duì)照邊坡被沖走表土23cm，治理之后原來(lái)的紅土坡變成茂密草叢，這充分說(shuō)明了水土流失得到了有效控制，表明了生物植被 對(duì)穩(wěn)定邊坡起到了很好的作用。香根草種植在窯馬路、漢宜路、皂當(dāng)路地段及苗圃的生長(zhǎng)比較見表2。 2試驗(yàn)效果分析 經(jīng)過(guò)試種，我們發(fā)現(xiàn)一般情況下生長(zhǎng)34個(gè)月的刺槐、香根草就可形成綠籬帶，可以攔截泥沙防止水土流失，生長(zhǎng)68個(gè)月后其長(zhǎng)而密的根系就可起到穩(wěn)定邊坡的作用。刺槐、香根草之所以成為防治膨脹土地段邊坡塌方、穩(wěn)定邊坡的理想植物，其主要有以下三個(gè)作用： (1)籬笆作用 刺槐、香根草長(zhǎng)勢(shì)挺立，莖桿粗狀、堅(jiān)硬且木質(zhì)化(像竹子)，沿著斜坡等高線種植香根

8、草，就像豎立了一排排木柵欄一樣，從而能減慢地表徑流使之分配均勻，同時(shí)將泥沙隔在籬笆之前防止了公路邊坡受到侵蝕。 (2)根系作用 刺槐、香根草的根長(zhǎng)勢(shì)甚猛，粗狀，下扎深度大，一年之間一般可深入地下1.53m，最深可達(dá)5m，特別是香根草的根系強(qiáng)度很大。根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)草根的直徑為0.70.8mm時(shí)其抗拉強(qiáng)度為75MPa，該抗拉強(qiáng)度相當(dāng)于一般鋼材極限抗拉強(qiáng)度的1/6，而大量的根系增強(qiáng)了土壤的抗剪切力，因而提高了公路邊坡的穩(wěn)定性，控制了常規(guī)擋墻無(wú)法防治的膨脹土地段公路滑塌方情況的出現(xiàn)。 (3)蒸騰作用由于刺槐、香根草具有強(qiáng)大深扎的根系和濃度長(zhǎng)大的葉子，因此可以通過(guò)蒸騰作用減少土壤中的水分(即土壤抽吸現(xiàn)

9、象)，從而有助于增強(qiáng)公路邊坡的穩(wěn)定性。 四、經(jīng)濟(jì)效益分析 試驗(yàn)結(jié)果表明，種植刺槐和香根草的生物技術(shù)治理公路邊坡滑塌效果極好，而且治理成本較其它方法低。1999年，當(dāng)陽(yáng)段在漢宜公路K311、窯馬路K12+400處共計(jì)種植刺槐和香根草63832株，每株單價(jià)0.106元(含運(yùn)雜費(fèi))，材料費(fèi)6766.19元，投入人工156.5個(gè)，人工費(fèi)4671.53元，投資總計(jì)11437.72元。若在同路段修建擋土墻和護(hù)坡等防護(hù)工程需漿砌片石擋墻752m3，其按120元/m3計(jì)算需投資210240元，比種植刺槐、香根草成本高出19萬(wàn)多元。 根據(jù)1998年資料記載，窯馬路、荊當(dāng)路各試驗(yàn)路段全年平均發(fā)生邊坡滑塌10次，清

10、除塌方約8000m3(清塌單價(jià)3元/m3)，共投入坍方清除費(fèi)用24000元，一年的清坍費(fèi)用比種植刺槐、香根草成本高12562.28元。而且上述路段自建成以來(lái)年年都投入了相應(yīng)的清坍費(fèi)用。用種植刺槐和香根草的生物技術(shù)治理公路邊坡滑塌不僅降低了公路護(hù)防費(fèi)用，還美化了公路環(huán)境，節(jié)省了綠化投資。由于香根草還可用于加工家禽飼料、造紙等，因此其經(jīng)濟(jì)效益更為顯著。 五、生物防護(hù)與工程防護(hù)相結(jié)合 刺槐和香根草植被防護(hù)能保持土壤和水分的相對(duì)穩(wěn)定，緩和雨滴的沖擊，減少?gòu)搅髁亢徒档土魉?，根系能夠束縛膨脹土壤顆粒使土壤不易流失。植物的生長(zhǎng)使得邊坡表面土壤成為一個(gè)整體，是一種柔性結(jié)構(gòu)。但植被防護(hù)的作用也有其局限性，由于刺槐、香根草根系生長(zhǎng)需12年時(shí)間，初期階段只能防止坡面沖蝕和表面溜塌，在邊坡本身還不穩(wěn)定或存在集中水流情況下仍可能發(fā)生滑坍和水毀現(xiàn)象。因此刺槐、香根草植補(bǔ)防護(hù)必須在邊坡基本穩(wěn)定的基礎(chǔ)上使用，在邊坡不夠穩(wěn)定地段需要與工程防護(hù)相結(jié)合。 六、可行性結(jié)論 采用種植刺槐和香根草的生物技術(shù)可以治理公路膨脹土和高填方等路段的失