论三维排水柔性生态边坡防护在道路工程中的应用

论三维排水柔性生态边坡防护在道路工程中的应用

高科峰杨珺马蕾

渭南市市政工程处高科峰杨珺马蕾

摘要：生态边坡的研究在我国刚刚起步，作为环保技术的重要组成部分，其发展前景是远大的。本文通过三维排水柔性生态边坡与传统护坡进行比较，论述了三维生态护坡在结构上的优势及对环境的美化作用，随着人们环保意识的增强，生态护坡技术将获得更为广泛的应用。

关键词：柔性生态；保护环境；道路工程；排水1、引言在节约资源、保护环境的前提下促进国民经济的快速发展，已经成为党和国家以及各级政府的最新课题。在我国经济快速发展的过程中，能源利用效率仅有33%，比国际先进水平低10个百分点，单位国内生产总值能耗是世界平均水平的3倍之多。

资源匮乏与环境破坏已经成为制约我国经济可持续发展的极大障碍。因此，如何在道路建设中更好地保护生态环境、减少建筑垃圾和施工噪音已经成为道路工程设计过程中必须考虑的重要问题。

随着社会的发展，越来越多的高新技术应用于道路工程建设中，其中三维排水柔性生态边坡的出现，给道路工程设计师们提供了更好的选择。与传统的道路边坡防护型式相比，三维排水柔性生态边坡防护无疑是具有很多优点的，也更符合当前社会发展的趋势。

2、传统边坡防护的特点传统的边坡防护类型分生物防护和圬工防护。

（1）生物防护：有植被混凝土、种草、铺草皮、植树等。

（2）圬工防护：有片（块）石护坡和护面墙、菱形网格护坡、六角空心砖护坡、窗孔肋式护坡、喷射砼护坡等。

生物防护除植树（主要用于下边坡）属传统防护形式外。

植被混凝土、植草或铺草皮是近年来才在高速公路上兴起的一种绿色防护形式，其优点是能在短期内恢复公路沿线的绿色景观和防止边坡冲刷。但养护费用高，要随时保持绿色有一定困难，存在草籽撒播不均匀、易被雨水冲走、种草成活率低等缺点，而造成坡面冲沟，表土流失等边坡灾害。片（块）石护坡分为浆砌和干砌两种，护面墙比护坡厚，有一定的抗推力作用。

其优点是能就地取材、工艺简单，但自重大，不宜在高边坡上使用。菱形网格护坡，可预制安装也可用砼现浇和石砌，工艺简单，网格内可植草，但只适用于填方，对边坡稳定不利。六角空心砖护坡是近几年来才发展起来的用砼预制安装的一种边坡防护形式，施工工艺简单，空洞内可填土绿化，似蜂巢状，有一定观赏价值，但自重大、费用高，且还会阻碍边坡水的排除，对景观有一定影响，厚度难以控制，所需施工设备简单，但费用高。

3、三维排水柔性生态边坡系统技术要点三维排水柔性生态边坡系统一般由生态袋、三维排水联结扣组成，特殊路段还可装配加筋格栅及生态锚杆。

（1）生态袋具有目标性透水不透土的过滤功能，既能防止填充物（土壤和营养成分混合物）流失，又能实现水分在土壤中的正常交流，植物生长所需的水分得到了有效的保持和及时的补充，对植物非常友善，使植物穿过袋体自由生长。根系进入工程基础土壤中，如无数根锚杆完成了袋体与主体间的再次稳固作用，时间越长，越加牢固，更进一步实现了建造稳定性永久边坡的目的，大大降低了维护费用。

（2）三维排水联结扣将同一力学数学模型下设计的生态袋相互联结，形成稳定的三角内摩擦紧锁结构；垂直孔洞和通道凹槽的尺寸、位置都通过精密计算并形成立体交错的三维排水网络，能使边坡体内的渗水迅速排泄，从而减小边坡静水压力，进而消除渗水对边坡的破坏；垂直孔洞的孔间距，孔径大小，孔位的布局，都综合考虑了适应边坡种植的植物根系生长的特点，为植物根系提供了无障碍的生长通道，有利于植物根系在边坡体内的自由生长和穿透，使异株植物根系盘根交织，与坡体有机的融为一体，是柔性边坡的结构安全稳定的重要条件。

（3）生态锚杆是一种以合成树脂为粘结剂，复合纤维为增强材料制成的复合材料，采用拉挤成型方法制成的复合纤维杆体，具有抗拉强度大、耐腐蚀性强、重量轻、锚固反应快、易于加工等特点。一般应用于坡度较陡的岩质边坡。

（4）加筋格栅应用于构筑较陡的回填土边坡时，绿霸三维排水联结扣把加筋格栅和绿霸生态袋进行联结，对工程的坚固和稳定起到重要作用。

图1系统结构原理

三维排水柔性生态边坡工程系统的边坡结构是在成熟的土木工程建设理论与科学的生态恢复理论基础上，赋予柔性边坡结构所必需的具有特殊功能要求的优质材料前提下的一种高级形态的结构体系，与传统的刚性结构之别仅是柔与刚的区别。

某市曾经对毁坏的传统边坡和挡土墙工程做过调查，发现由于排水不良和未做好排水处理而导致边坡破坏的数量占总破坏数量的90%以上。静水压力的侧压力系数为1.0，水压力较土压力值大。饱和水的存在使土体的粘聚力降为0值。三维排水柔性生态边坡工程系统能快速排泄水，使土体的侧压值稳定不增加，其良好的排、滤水的结构对保障结构的稳定具有不可替代性。坡内地下水的排泄是结构的关键所在，生态袋本身对等效孔径的特殊要求与匹配使其具有良好的透水性，三维排水联结扣有全方位的透水性，从而在结构的每一处细节上都保证了三维排水柔性生态边坡工程系统的安全和稳定。三维排水生态边坡基于排水性和植被的根系生长方面的考虑，袋内填充物密实度为80%--85%。其相对沉降关系如图所示。

图2填充生态袋相对坡体沉降图

生态填充袋是软体结构，其抗震性远强于刚性结构；同时其柔性对不均匀沉降有好的适用性。所以不用设置结构缝。因而消除结构上的薄弱部位。

4、与传统护坡形式的比较比较而言，传统的圬工防护具有一定的抗推力作用，但其施工难度大、建设周期长，且不能绿化，施工中会造成白色污染及噪音污染，另外后期维护费用大，投入高，不能提供植物真正持续生长所需条件。生物防护如种草、铺草皮、植树等对膨胀土地质边坡又难以产生作用。而三维排水柔性生态边坡防护则能够做到两者兼顾。

传统结构在实际设计中，建立的受力模型较为单一，将坡后土体作为均匀受力体进行分析；而现场实际情况却复杂多变，坡后土体受力发生不均匀沉降可能性很大，完成后的传统结构往往因刚性表面结构不能适应坡体不均匀变形而破坏，传统结构因不均匀沉降而导致结构破坏或失稳的工程比比皆是，而三维排水柔性生态边坡工程系统为柔性面板，能在不均匀沉降发生时调整自身结构。

传统结构往往自重大，基础需进行专业处理。三维排水柔性生态边坡工程系统填充料与坡后土体基本相当，不会增加坡体重力，其基础不进行处理或做简单处理即可满足结构要求。

传统结构不能平衡坡体前后水压，往往因水压力及渗透压力影响而破坏。三维排水柔性生态边坡工程系统特殊功能的材料组件本身就具有很好的透水性能，根据实际工程特点选用合适的填充物即可解决静水压力及水渗透力问题。

传统结构无法提供植被在其表面生长的能力，不能形成有特色的景观。三维排水柔性生态边坡工程系统中植物根系能直接与系统材料结合，且生态袋内填充物提供了客土植物生长所需要的各种要素。

5、结论三维排水柔性生态边坡在道路工程中可应用于各类填方及挖方边坡的防护，特殊路段还可加设加筋格栅或生态锚杆形成新式的加筋土挡土墙或锚固式挡土墙。其结构长期稳定，施工便捷，工期短，对周围环境影响小，无噪音、环境污染，但由于其造价较高（约为传统浆砌片石护坡的5～6倍），现阶段在实际工程中的应用还难以普及，但笔者认为，随着科技的不断发展，技术成本的不断降低，具有革命性、创新性的三维排水柔性生态边坡工程系统必将在中国边坡建设的设计理念上形成一种技术革新热潮。