一种处治膨胀土斜坡浅层病害的方法
技术领域
本发明属于膨胀土斜坡治理技术领域，尤其是涉及一种处治膨胀土斜坡浅层病害的方法。
背景技术
膨胀土多分布在干旱和半干旱地区，迄今已发现存在膨胀土的国家有40多个，我国也有20多个省均存在膨胀土。膨胀土的矿物成分以强亲水的蒙脱石和伊利石为主，由于其具有显著的胀缩特性，会给工程建设带来极大的经济损失。下雨后，膨胀土斜坡表层常会出现一层厚度小于1m的浅层坡面溜滑病害，因而膨胀土斜坡的稳定性一直是困扰人们的难题。由于膨胀土具有与正常固结粘土一些不同的工程特性，如超固结性、裂隙性和遇水膨胀、失水收缩开裂等，使得常规的斜坡防护与加固措施及斜坡稳定分析方法不能适用于膨胀土斜坡。
目前，关于膨胀土病害处治技术，还没有一套成熟的技术规范来指导。从总体情况来看，膨胀土斜坡都或多或少地采用了一些因地制宜的防护措施。现如今，针对膨胀土斜坡坡面的防护方法，主要有如下几种：
第一、换填与膨胀土掺灰改性法：此换填法为所有地基处理方法中最经济、最可靠的处治方法。但换填方量过大时，废土可能占用大量土地，并引发生态环境问题；某些地区可能还存在借土困难或借土成本过大的问题，因而实际操作起来难度较大。
第二、有机大分子溶液改良法：本改良方法一般多用于膨胀土堑坡的浅层稳定性处理。目前，国内比较成熟的有机大分子溶液改良技术有DAH改良液等，但是这种处治方法对环境影响较大。
第三、石灰桩或灰土桩加固法：石灰桩加固法用于厚度较大的膨胀土软基处理时，具有独特的优势。但是，这种方法费用较高，而且施工技术要求也较高。
第四、隔水封闭与渗沟排水法：隔水封闭是采用土工防水布、石灰与粘土混合料等材料对坡面进行隔水封闭，阻止气候干湿循环对膨胀土含水量的影响，达到稳定斜坡的目的，但是施工工艺较复杂。
第五、全坡面污工防护法：该方法将封闭植物的生长环境，使得因高速公路建设而开挖破坏的自然植被，永久不能恢复。
第六、骨架植草护坡法：此防护方法适用于坡度较缓的斜坡，一般被处治斜坡的坡比小于1∶0.75，对坡度较陡的斜坡病害效果较差。
综上，现如今所采用的针对膨胀土斜坡坡面的上述几种防护方法均不同程度地存在环境影响大、成本高、施工复杂、植被破坏较严重、防护效果较差等缺陷和不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种处治膨胀土斜坡浅层病害的方法，其设计新颖合理、操作简单易行、成本低且治理效果好，能有效解决膨胀土斜坡表层病害问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种处治膨胀土斜坡浅层病害的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、斜坡分级开挖：对被处治膨胀土斜坡进行分级开挖并形成多级台阶式斜坡；所述多级台阶式斜坡包括由下至上水平向分布的多级斜坡，且相邻两级斜坡之间以水平台为界，每一级斜坡的竖直高度为6m～8m，所述水平台的宽度为2m～4m；
步骤二、水泥砂浆护脚施工：在所述多级台阶式斜坡中的每一级斜坡的坡底与所述水平台的交界处，均涂抹一层水泥砂浆层作为坡底护脚；
步骤三、逐级进行斜坡处治：由上至下或由下至上对所述多级台阶式斜坡中的多级斜坡进行逐级处治，且对每一级斜坡的处治方法均相同，对其中任意一级斜坡Ai来说，其处治过程包括以下步骤：
301、废旧轮胎摆放及固定：自当前被处治斜坡Ai的坡底开始，由下至上在斜坡Ai的坡面上逐行、无间隔且连续摆放多个废旧轮胎，相邻两行废旧轮胎中的所有废旧轮胎均呈交错布设，摆放在斜坡Ai坡面上的所有废旧轮胎之间均通过连接装置连接为一体并相应形成一个整体式的轮胎覆盖网，所述轮胎覆盖网通过多个固定装置固定在斜坡Ai的坡面上；
302、混合料覆盖：先向斜坡Ai中未被废旧轮胎覆盖的坡面上填充混合料或黏土直至与废旧轮胎的上边缘相平齐，再在废旧轮胎和填充好的混合料或黏土上均匀覆盖一层厚为2～5cm的混合料，相应在所述轮胎覆盖网上形成一个混合料覆盖层；
所述混合料为均匀混合在一起的麦草秸秆、黏土、混合肥和草籽且四者的体积比为30±5∶60±2∶1±0.5∶9±0.5；所述麦草秸秆为配制混合料之前1～2年内所产生的腐烂率＜2％的麦草秸秆，且所选用麦草秸秆中长度＞3cm的秸秆数量不小于80％；所述黏土为所施工地段适宜草本植物生长的黏土；所述混合肥为化肥或者由化肥和农家肥按体积比为20±5∶10±5的比例均匀混合而成，所述化肥中含有重量百分比为10％～15％的氮和重量百分比为15％～20％的磷酸钾；所述草籽为适宜在所施工地段地理环境生长的草种籽；
303、土工格栅披覆：在所述混合料覆盖层上披覆一道土工格栅保护层，所述土工格栅保护层由并排披覆在所述混合料覆盖层上的多块单向拉伸塑料土工格栅拼装组成，所述单向拉伸塑料土工格栅通过多个紧固装置固定锚固在所述斜坡Ai上；
304、无纺布铺设：在所披覆土工格栅保护层上铺设一层无纺布；
305、重复步骤301至步骤304，逐级完成所述多级台阶式斜坡中各级斜坡的处治过程；
步骤四、后期养护：根据步骤302中所述黏土的土质和所选用草种的生长期，按常规草本植物养护方法对所述混合料进行养护。
上述的一种处治膨胀土斜坡浅层病害的方法，其特征是：步骤一中所述的每一级斜坡的坡比为1∶1±0.4。
上述的一种处治膨胀土斜坡浅层病害的方法，其特征是：步骤二中所述水泥砂浆层的厚度为0.5m±0.2m。
上述的一种处治膨胀土斜坡浅层病害的方法，其特征是：步骤301中所述废旧轮胎的扁平率为80、75、70、60或55。
上述的一种处治膨胀土斜坡浅层病害的方法，其特征是：步骤302中所述斜坡Ai中未被废旧轮胎覆盖的坡面包括每个废旧轮胎的内部空隙、相邻两个或相邻三个废旧轮胎之间的区域以及所述斜坡Ai左右两侧边缘和坡顶不足一个废旧轮胎摆放的区域。
上述的一种处治膨胀土斜坡浅层病害的方法，其特征是：步骤302中所述的连接装置为绑扎在相邻两个废旧轮胎之间的钢丝绳，所述固定装置为上端固定在所述钢丝绳上的锚固钉。
上述的一种处治膨胀土斜坡浅层病害的方法，其特征是：步骤302中所述的混合肥中还包括腐殖土，所述腐殖土和化肥的体积比为10±5∶70±10。
上述的一种处治膨胀土斜坡浅层病害的方法，其特征是：步骤303中所述的单向拉伸塑料土工格栅由每延米拉伸屈服力为110kN～150kN的拉伸塑料制成，且所述单向拉伸塑料土工格栅的水平向宽度为2m～2.5m。
上述的一种处治膨胀土斜坡浅层病害的方法，其特征是：步骤303中所述紧固装置为底部设置有锚固钉的U形扣件。
上述的一种处治膨胀土斜坡浅层病害的方法，其特征是：步骤304中所述的无纺布为单层且规格为10g/m2～12g/m2或14g/m2无纺布或者为双层且规格为10g/m2的无纺布。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、适用面广，不仅适用于坡度较缓的膨胀土斜坡坡体，而且适用于坡度较陡的膨胀土斜坡坡体，具体是处治浅层(小于1m)的膨胀土斜坡病害。
2、采用废旧轮胎处治斜坡，实现了废品利用，变废为宝，避免了废旧轮胎对环境的污染；其废旧轮胎的布设及安装简便、成本低且环保、易操作。
3、方法新颖、设计合理且应用效果显著。由于膨胀土具有膨胀和收缩的性质，采用刚性处理方法容易失效。本发明将常规植草技术和废旧轮胎、土工格栅相结合应用到治理膨胀土斜坡病害方面，由于轮胎具有弹性，并且土工格栅具有单向收缩性，因而土工格栅、轮胎和坡面之间会产生一种协调变形，避免了斜坡的破坏，因而不仅施工步骤简单、操作方便、成本低，而且治理效果良好，经本发明治理的膨胀土斜坡坡面能够经受特大暴雨的考验。
4、具有保墒作用，根据农业科学家的研究，秸秆不论集中还是分散分布在土壤中，都具有良好且稳定的蓄水保墒功能，可起到改良土壤、节水抗旱和抗虫增产的作用。本发明中采用特别配制的营养泥作为草被生长的基地，充分利用秸秆的上述特性，保持生物生长的湿度，解决了膨胀土斜坡坡面容易失去水分且植物不易成活的缺点。
5、具有保温作用，在种植土、黏土中混入秸秆后，具有一定的聚热作用，且覆盖后能够有效阻止水分蒸发，减少潜热消耗，保持坡面温度，因而在低温年份，更有利于获取热量，促进出苗。
6、具有绿化作用，草籽在有机肥、无机肥的催生作用下，加上混合料保温、保墒作用，很容易生长，同时秸秆可改善土壤，有利于植物生长，达到绿化斜坡坡面的效果。
7、具有固坡作用，由于秸秆韧性较好，因而在种植土中也起到了加筋作用；上述秸秆相互搭结，形成有机网络并与土体结为一体，最终将对斜坡的坡面起到稳定作用。由于在表面铺一层土工格栅并用“T”形螺旋钢对上述土工格栅进行固定，这样，由斜坡稳定土体、废旧轮胎以及土工格栅所组成整体防护系统的作用力将通过土工格栅作用到“T”形螺旋钢上，便可将局部集中荷载向四周传递以充分发挥整个防护系统的防护能力，从而使系统能承受较大的荷载并降低单根锚杆的锚固力要求，达到固坡目的。
8、具有绿化作用，草籽中有机肥、无机肥的催生作用下，很容易生长达到绿化膨胀土斜坡坡面的效果。
综上所述，本发明设计新颖合理、操作简单易行、成本低且治理效果好，能有效解决膨胀土斜坡表层病害问题。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为本发明废旧轮胎的摆放位置示意图。
附图标记说明：
1-废旧轮胎。
具体实施方式
如图1所示的一种处治膨胀土斜坡浅层病害的方法，包括以下步骤：
步骤一、斜坡分级开挖：对被处治膨胀土斜坡进行分级开挖并形成多级台阶式斜坡；所述多级台阶式斜坡包括由下至上水平向分布的多级斜坡，且相邻两级斜坡之间以水平台为界，每一级斜坡的竖直高度为6m～8m，所述水平台的宽度为2m～4m，即上一级斜坡的坡底与下一级斜坡的坡顶之间的间距为2m～4m。
本实施例中，每一级斜坡的坡比为1∶1±0.4。实际进行开挖时，每一级斜坡的坡比可以在1∶0.6～1∶1.4的范围内进行调整。通过分级开挖后，将被处治膨胀土斜坡分成多级斜坡以便后续处治工作的简单、方便进行，
步骤二、水泥砂浆护脚施工：在所述多级台阶式斜坡中的每一级斜坡的坡底与所述水平台的交界处，均涂抹一层水泥砂浆层作为坡底护脚。实际操作时，所述水泥砂浆层的厚度为0.5m±0.2m，所述水泥砂浆层中所采用的水泥砂浆为M7.5水泥砂浆，能对各级斜坡进行稳固，不仅施工方便，投资成本低，且能有效防止各级边坡塌落，使用效果非常好。
步骤三、逐级进行斜坡处治：由上至下或由下至上对所述多级台阶式斜坡中的多级斜坡进行逐级处治，且对每一级斜坡的处治方法均相同，对其中任意一级斜坡Ai来说，其处治过程包括以下步骤：
301、废旧轮胎摆放及固定：自当前被处治斜坡Ai的坡底开始，由下至上在斜坡Ai的坡面上逐行、无间隔且连续摆放多个废旧轮胎1，相邻两行废旧轮胎1中的所有废旧轮胎1均呈交错布设，摆放在斜坡Ai坡面上的所有废旧轮胎1之间均通过连接装置连接为一体并相应形成一个整体式的轮胎覆盖网，所述轮胎覆盖网通过多个固定装置固定在斜坡Ai的坡面上，详见图2。
所述废旧轮胎1为的扁平率为80、75、70、60或55，具体使用的是车用的橡胶外胎。
302、混合料覆盖：先向斜坡Ai中未被废旧轮胎1覆盖的坡面上填充混合料或黏土直至与废旧轮胎1的上边缘相平齐，再在废旧轮胎1和填充好的混合料或黏土上均匀覆盖一层厚为2～5cm的混合料，相应在所述轮胎覆盖网上形成一个混合料覆盖层。所述斜坡Ai中未被废旧轮胎1覆盖的坡面包括每个废旧轮胎1的内部空隙、相邻两个或相邻三个废旧轮胎1之间的区域以及所述斜坡Ai左右两侧边缘和坡顶不足一个废旧轮胎1摆放的区域。
对于一个废旧轮胎1而言，其内部空隙及外侧与相邻废旧轮胎1之间空隙中所填充的土或混合料的方量为(R2-π(R2-r2)/4)×h/R2，式中R为废旧轮胎1的外径，r为废旧轮胎1的内径，h为废旧轮胎1的胎面宽度。
所述混合料为均匀混合在一起的麦草秸秆、黏土、混合肥和草籽且四者的体积比为30±5∶60±2∶1±0.5∶9±0.5；所述麦草秸秆为配制混合料之前1～2年内所产生的腐烂率＜2％的麦草秸秆，且所选用麦草秸秆中长度＞3cm的秸秆数量不小于80％；所述黏土为所施工地段适宜草本植物生长的黏土；所述混合肥为化肥或者由化肥和农家肥按体积比为20±5∶10±5的比例均匀混合而成，所述化肥中含有重量百分比为10％～15％的氮和重量百分比为15％～20％的磷酸钾；所述草籽为适宜在所施工地段地理环境生长的草种籽。另外，所述混合肥中还包括腐殖土，并且所述腐殖土和化肥的体积比为10±5∶70±10。所述草籽为适宜在所施工路段地理环境生长的草种籽。所述化肥为固体肥料或液体化肥。
具体对于选择草种时，应根据当地的气候、播种季节的降雨量以及草的生长特点因素综合考虑。例如对西汉公路而言，选择草种时，应结合黄延公路所在地区的气候条件，草本主要选择紫花苜蓿、苦豆、冰草、高羊茅、黄花草木樨、红豆草、小冠花、白沙蒿；小灌木主要选择柠条、荆条、多花木兰、白刺花、沙棘、二色胡枝子、紫穗槐等。所述黏土即土壤采用植物营养土，其土源黏性强且不含任何砂性，具体为预先配置好的含有丰富有机质及氧、磷、钾等肥料的土壤，干容重约为0.8～0.9kN/m3。所述混合肥中的农家肥应优先使用经过沤制的常规农家肥；所使用的化肥为标准农用化肥并按袋装提供，化学肥料应含有重量百分比为10％～15％的氮和重量百分比为15％～20％的磷酸钾，化肥中氮磷钾的含量根据土壤肥力状况具体选定。所选用的水为种植或养护植物用水，其中不应含有油、酸、碱或其他对植物生长有害的物质，并应符合《(农田灌溉水质标准)》(GB5084-1992)的要求。所述水的水稳性指数≥60.0％且所述营养麦草泥的PH值为5.5～7.0。
本实施例中，首先将麦草秸秆粉碎或搅碎，并且保证最终所选用麦草秸秆中长度＞3cm的秸秆数量不小于80％。接着，配制混合肥，所述混合肥由体积百分比为10％的农家肥、体积百分比为20％的化肥和体积百分比为70％的腐殖土均匀抖合成。需注意的是：化肥中含有重量百分比为10％～15％的氮和重量百分比为15％～20％的磷酸钾，实际使用时，含有不低于上述有效营养成分的液体化肥也可使用。之后，将处理好的麦草秸秆、黏土、配制好的混合肥和草籽按体积比为30±5∶60±2∶1±0.5∶9±0.5的比例搅拌均匀成混合料。最终，确保草种能够均匀生长。
本实施例中，所述连接装置为绑扎在相邻两个废旧轮胎1之间的钢丝绳，所述固定装置为上端固定在所述钢丝绳上的锚固钉，此步骤中所述锚固钉具体为长为1.5～2.5m的“T”形螺旋钢。在所述轮胎覆盖网上形成一个混合料覆盖层后，一方面起到美化环境的作用，具体是能够防止废旧轮胎1对外界环境造成不良影响；另一方面，达到美化效果，使得处治后的斜坡外形美观。
303、土工格栅披覆：在所述混合料覆盖层上披覆一道土工格栅保护层，所述土工格栅保护层由并排披覆在所述混合料覆盖层上的多块单向拉伸塑料土工格栅拼装组成，所述单向拉伸塑料土工格栅通过多个紧固装置固定锚固在所述斜坡Ai上。
实际施工时，所选用的单向拉伸塑料土工格栅由每延米拉伸屈服力为110kN～150kN的拉伸塑料制成，且所述单向拉伸塑料土工格栅的水平向宽度为2m～2.5m。所述紧固装置为底部设置有锚固钉的U形扣件。
披覆单向拉伸塑料土工格栅时，应按从坡顶至坡脚的顺序进行，同时应注意相邻两块单向拉伸塑料土工格栅应紧贴且无间隔，且所述单向拉伸塑料土工格栅应纵向披覆，即使得所披覆的单向拉伸塑料土工格栅能进行纵向拉伸。这样，由于轮胎也具有伸缩性，在具有伸缩性的废旧轮胎1上披覆一层能进行单向拉伸的单向拉伸塑料土工格栅后，在二者的配合作用下，能对被处治的膨胀土斜坡进行牢靠加固，处治效果非常好。
304、无纺布铺设：在所披覆土工格栅保护层上铺设一层无纺布。
本实施例中，所述无纺布为单层且规格为10～12g/m2或14g/m2无纺布或者为双层且规格为10g/m2的无纺布。
土工格栅披覆完成后，应及时在披覆土工格栅的坡面上覆盖一层无纺布，以免刚施工完毕的混合料遭降雨冲刷而破坏。实际铺设过程中，对于一般边坡，应铺设一层单层且规格为10g/m2～12g/m2的无纺布；对于高陡边坡、表土松散边坡以及非适宜季节施工的边坡，应铺设一层单层且规格为14g/m2或双层且规格为10g/m2的无纺布。无纺布铺设后，应采用U形铁丝钉及时进行固定；高边坡或风口处还应在无纺布上下部压上土或石块，并且在无纺布中部用拉绳进行加固。另外，无纺布也应平顺紧贴被处治坡面，并且无纺布之间不留缝隙，本实施例中，相邻两个无纺布5％搭接后，同样用“T”形螺旋钢进行固定。
305、重复步骤301至步骤304，逐级完成所述多级台阶式斜坡中各级斜坡的处治过程。
步骤四、后期养护：根据步骤302中所述黏土的土质和所选用草种的生长期，按常规草本植物养护方法对所述混合料进行养护。
施工完毕后，应按照常规草本植物养护方法做好浇水、施肥等养护工作。在营养麦草泥中的草灌种了发芽、幼苗生长期间，要进行浇水及病虫害防治等养护管理措施，以确保植物顺利生长。养护期间，应随时注意植物生长及大气情况，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。12个月期满后植生覆盖率达90％以上。
养护时应注意：①浇水时应呈雾状喷洒，时间选在早晨或傍晚进行，必须避开阳光强烈的时段；②肥料应根据土质和草的生长期进行科学选择；③施肥应适量、适时。
另外施工完后，如遭暴雨冲刷，雨停后应及时回填冲刷步骤一中所述的沟渠，同时进行补播覆盖，以防止冲刷加剧。如坡面上隐蔽的渗水孔暴露，应及时加补导水孔，并加大黏结剂用量，将出水口冲垮处补播恢复。
当然，本发明应在当地生长季节进行播种、施工和覆盖，并且在刮风天不应播种，也不应在过湿的地表播种。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。