生態(tài)型公路擋土墻在西北地區(qū)水土保持工程中的特點(diǎn)分析

賈亞軍（甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水741020）

公路擋土墻可設(shè)計(jì)成更合乎生態(tài)、更美觀的一種存在。既有實(shí)際上的功能價(jià)值，又有美學(xué)上的觀賞價(jià)值，二者充分的結(jié)合，可謂魚與熊掌兼得[1]。筆者2012年上半年針對西北地區(qū)在建擋土墻工程類型的系統(tǒng)調(diào)查分析，結(jié)合目前西北地區(qū)氣候特色及已建成的生態(tài)型公路擋土墻的專類項(xiàng)目，適宜修建的擋土墻主要可歸結(jié)為三大類。

1 柔性生態(tài)擋土墻

1.1 鋼絲網(wǎng)片柔性生態(tài)擋墻

1.1.1 吉奧生態(tài)擋墻

技術(shù)特點(diǎn)：吉奧生態(tài)擋墻是一種以L 型網(wǎng)格狀鋼筋作為加筋材的加筋擋土墻, 其壁面可以綠化,能夠達(dá)到人工構(gòu)造物與自然的協(xié)調(diào)一致。吉奧生態(tài)擋墻技術(shù)是通過保持作用于鋼筋墻面的土壓力與鋪設(shè)于填土中的網(wǎng)格狀鋼筋加筋材料的抗拉力之間的平衡與穩(wěn)定的一種加筋土施工技術(shù)。并且, 在此技術(shù)中的加筋材料中起作用的抗拉力與以往的帶狀或者面狀加筋材料與填土材料之間起作用的摩阻力不同, 它是通過縱向(垂直于墻面方向) 鋼筋的摩阻力與橫向(平行于墻面方向) 的鋼筋的抗壓力來達(dá)到顯著的穩(wěn)定效果的。西北地區(qū)雨水相對較少，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好，但養(yǎng)護(hù)成本會(huì)較高。

1.1.2 格賓綠色加筋擋墻

技術(shù)特點(diǎn)：綠色加筋格賓是加筋土工程技術(shù)最新的發(fā)展,由鋼絲網(wǎng)面板和鋼筋骨架以及植生墊等組成, 面墻與拉筋均以鋼絲網(wǎng)面為主, 其面板傾角可以調(diào)節(jié),尾部面板長度可調(diào), 為同一網(wǎng)面的無節(jié)點(diǎn)連接, 工廠化程度高, 是一種新型的加筋結(jié)構(gòu)。與全包裹式加筋擋墻類似, 在加筋網(wǎng)面上分層填筑、分層壓實(shí), 網(wǎng)面與壓實(shí)填土共同作用的受拉體系一起組成綠色加筋格賓結(jié)構(gòu)。

1.2 無面板土工材料加筋擋墻

技術(shù)特點(diǎn)：無面板加筋土擋墻又稱包裹式加筋土擋墻, 墻面由筋帶(土工格柵) 反包填土網(wǎng)袋而成, 每層土工格柵是由專用連接棒連接形成整體,網(wǎng)袋內(nèi)填土適宜當(dāng)?shù)氐牟葑选⒐嗄尽⒒ㄗ训壬L,施工數(shù)月后即可形成綠色生態(tài)墻面。為防止反包部分土工格柵日曬老化及迅速綠化墻面,墻面可掛三維網(wǎng)噴灌草護(hù)坡防護(hù)。

1.3 生態(tài)袋加筋擋墻

生態(tài)袋加筋擋墻集土木工程結(jié)構(gòu)、綠化、環(huán)保、節(jié)能降耗于一體,由具備特殊功能及特定技術(shù)參數(shù)要求的組件構(gòu)成。組件主要包括:生態(tài)袋、扎口帶及滿足多向排水功能與強(qiáng)度要求的網(wǎng)肋型聯(lián)結(jié)扣等,主要應(yīng)用于地基處理、邊坡加固,從而形成不僅滿足工程需要,而且與自然溶為一體的土工構(gòu)筑物，是西北地區(qū)應(yīng)用較多的方式之一，其排水流暢、固土穩(wěn)定，是水土保持工程中功能與美觀兼具的公路擋土墻形式。

1.3.1 受力機(jī)理

工程連接扣不僅把生態(tài)袋互鎖住,而且為護(hù)坡和回填土提供一種機(jī)械,使其成為抗壓抗拉的復(fù)合體。為把加筋土工格柵聯(lián)接進(jìn)工程連接扣,簡單地把加筋土工格柵套在鉤上,然后把它拉緊。一旦加筋土工格柵被安裝固定,按水平放置要求的長度鋪平,通過從回填區(qū)的背部到回填區(qū)的前部放置回填,回填的重量將幫助保持加筋土工格柵的筆直和穩(wěn)平。

1.3.2 主要特點(diǎn)

生態(tài)袋是由高分子聚丙烯及一系列敷料復(fù)合的材料制成,具有抗紫外線、抗酸堿、透水不透土、耐腐蝕性強(qiáng)、不容于污染液體、不降解等功能。生態(tài)袋擋墻是采用事先預(yù)制好的帶連接扣的生態(tài)袋,互相扣接形成一個(gè)牢固的整體,袋體柔軟,施工方便。與傳統(tǒng)邊坡加固的重力式擋墻或加筋式擋墻相比,生態(tài)袋加筋擋墻墻體是柔性結(jié)構(gòu),能適應(yīng)較大的變形,一方面可以降低對地基承載力的要求,另一方面,無需像重力式擋墻或水泥面板加筋土擋墻那樣設(shè)置伸縮縫和沉降縫。由于墻體材料生態(tài)袋屬透水性材料,內(nèi)裝填土后形成的擋墻面板的透水性與墻內(nèi)填土完全相同,無需像水泥混凝土面板式擋墻那樣要設(shè)置專門的排水和導(dǎo)水設(shè)施。

1.4 土工格室

圖1 土工格室布置示意圖

高分子材料土工格室是以聚烯烴為基材加入多種高分子材料共混改性，并添加多種助劑如抗氧劑、光穩(wěn)定劑、成核劑，使產(chǎn)品被歐美工程界認(rèn)可，經(jīng)擠出片材后焊接成型的新型土木工程材料。它鋪設(shè)后自身呈三維立體蜂窩狀，并與填充在格室內(nèi)外的砂石土或混凝土形成穩(wěn)定的加筋穩(wěn)固結(jié)構(gòu)。從而改善道路（公路及鐵路）路基、邊坡防護(hù)、擋土墻等的基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)，提高承載力[2]。

1.4.1 受力性能

土工格室的耐熱老化性能很高，經(jīng)熱氧化試驗(yàn)后，在70度狀況下拉伸屈服強(qiáng)度下降至70%，使用壽命可達(dá)49年。土工格室材料還具有穩(wěn)定的抗化學(xué)腐蝕性能，耐酸堿能力很強(qiáng)，適合于不同填筑材料。土工格室材料同樣具有良好的力學(xué)性能，拉伸屈服強(qiáng)度22 MPa、彎曲模量600 MPa、懸臂梁沖擊強(qiáng)度90 J/m、低溫脆點(diǎn)-50℃、負(fù)荷下的熱變形溫度70℃、抗環(huán)境應(yīng)力開裂>1000H、常溫剝離強(qiáng)度101 N/cm、高溫剝離強(qiáng)度60 N/cm、低溫剝離強(qiáng)度101N/cm。

1.4.2 主要特點(diǎn)

通過對西北地區(qū)已建成的實(shí)體工程進(jìn)行的技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，土工格室不僅解決了在工程應(yīng)用中的一系列實(shí)際問題，而且加快了土工格室材料本身完善和土工格室新技術(shù)的前進(jìn)發(fā)展，是公路擋支結(jié)構(gòu)中節(jié)能節(jié)約、生態(tài)環(huán)保、安全實(shí)用的生態(tài)型擋土墻，其特點(diǎn)如下：

1）施工簡便、速度快。

2）地基基礎(chǔ)處理簡便、使用安全。

3）與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，造型美觀。

4）整體經(jīng)濟(jì)效益顯著，節(jié)約投資。

2 階梯式植生擋墻

2.1 綠化效果特點(diǎn)

在階梯式空心磚護(hù)面墻綠化中，所種植的植被不給予養(yǎng)護(hù)而靠天然降水即能存活，1個(gè)月后測定擋墻面植被覆蓋率已達(dá)40%，生長縫處植物成活率達(dá)到90%以上。從景觀效果來看[3]，階梯式空心磚護(hù)面綠化帶給人一種過渡自然的安全感，視覺效果較佳。

2.2 綠化成本特點(diǎn)

階梯式空心磚護(hù)面墻的綠化美化成本主要由空心磚費(fèi)用、填土費(fèi)用、種子費(fèi)用以及人工費(fèi)用等幾部分組成。而空心磚的制作可以采用機(jī)制砂添加水泥預(yù)制而成，每平方米擋墻面的綠化約為30～40元. 比普通掛網(wǎng)客土噴播成本還低。可見不論從植物生長的效果還是從降低養(yǎng)護(hù)管理成本等方面均較為優(yōu)越。

3 植被混凝土護(hù)坡

3.1 植被混凝土簡介

植被混凝土亦稱生態(tài)混凝土，是能夠適應(yīng)植物生長，可進(jìn)行植被作業(yè)的混凝土及其制品。即：先用碎石、水泥作為原材料，按特定的配比兌水拌和，用振動(dòng)壓力成型，然后在孔隙內(nèi)充填植物生長所需的材料并在混凝土塊體表面建植植被，最終植被根系穿透混凝土塊體長至塊體下面的土體中。

由植被混凝土為主要材料的生態(tài)護(hù)坡主要具有恢復(fù)和保護(hù)環(huán)境、改善生態(tài)條件、保持原有防護(hù)作用三個(gè)功能。此技術(shù)起源於日本，在國外現(xiàn)代國家這種生態(tài)護(hù)坡已成為公路護(hù)砌防護(hù)工程的主流[4]，對于改善西北地區(qū)氣候和防風(fēng)治沙具有顯著效果，是水土保持工程今后發(fā)展的方向。

3.2 植被混凝土的主要技術(shù)特點(diǎn)

1）植被混凝土的構(gòu)造原則要求植草能夠在混凝土孔隙間生根發(fā)芽并穿透長至其下土層，要合理選擇骨料粒徑（一般選20～30 mm）,保證有一定的孔隙率和有效孔徑（表面孔隙率）。

2）植被混凝土的抗壓強(qiáng)度為6.5～11MPa。

3）植被混凝土的穿透穩(wěn)定性顯示植物根系對綠化混凝土基本不產(chǎn)生膨脹破壞作用。

4）植被混凝土孔隙內(nèi)（面）的特殊環(huán)境：（1）堿性水環(huán)境，用普通硅酸鹽水泥制做的植被混凝土塊體孔隙內(nèi)（水環(huán)境）的PH=7～7.5，基本滿足各類植物的需求。（2）溫度環(huán)境，溫度是植物生長的必要條件之一，植被混凝土的表層溫度與地表溫度的變化規(guī)律有所不同。夏季高溫時(shí)段植被混凝土吸收并蓄存太陽輻射熱能，表層溫度較高，當(dāng)溫度超過一定限度時(shí)，很多植物會(huì)出現(xiàn)熱休眠現(xiàn)象，選配植物品種時(shí)需特別注意；冬季低溫時(shí)段植被混凝土表層溫度高于地表溫度，因冷季型植物的可選擇范圍十分有限，一定程度上植被混凝土則拓展了植物可選擇范圍[5]。（3）濕度環(huán)境，植被混凝土孔隙內(nèi)濕度對植草生長、特別是返青影響較大。對植被混凝土保濕能力進(jìn)行室內(nèi)模擬試驗(yàn)表明表面（含客土）120～150mm風(fēng)干較快，其下，風(fēng)干緩慢。上層干燥土與底層孔隙內(nèi)濕潤土之間不是線性變化關(guān)系，有較明顯的分界線，同時(shí)孔隙內(nèi)毛細(xì)管水補(bǔ)給能力不強(qiáng)。因此，需考慮在孔隙填充材料中添加保水劑，并在播種時(shí)，采取保濕措施，同時(shí)，需安排春、秋灌水[6]。

5）植被混凝土孔隙內(nèi)填充材料可用當(dāng)?shù)馗痢⑼寥谰⒕忈尫柿稀⒈Ｋ畡┑扰渲贫桑固畛洳牧暇哂幸欢ǖ挠袡C(jī)質(zhì)和腐殖質(zhì)。填充質(zhì)量的好壞，直接影響植物生長特別是次年的返青。填充材料為植物提供C、H、O、N、P、K、Ca、Mg、S等營養(yǎng)元素。填充方法一般用客土噴覆法。

6）植被混凝土植被品種選擇應(yīng)避免或減少對水環(huán)境的人為塑造[7]。

圖2 截止2012年上半年西北地區(qū)在建擋土墻類型調(diào)查結(jié)果

4 結(jié)語

通過以上分析得出，生態(tài)型公路擋土墻因其生態(tài)環(huán)保、外表美觀，可以和自然生態(tài)環(huán)境完美融合，施工時(shí)不產(chǎn)生建筑垃圾和施工噪音，且一般不需要對基礎(chǔ)進(jìn)行工程處理，對不均勻沉降的適應(yīng)性較好，同時(shí)結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，無需設(shè)置溫度縫，傳統(tǒng)剛性結(jié)構(gòu)無法解決的工程難題如凍融、膨脹土等都能得到有效抑制。在西北地區(qū)的水土保持工程中植被選擇可多樣化，有利于生態(tài)系統(tǒng)的快速恢復(fù)，有利于將邊坡環(huán)境迅速還原成自然狀態(tài)，具有科學(xué)的穩(wěn)定性，對外界沖擊力有吸能緩沖作用，抗震性能是傳統(tǒng)邊坡無法比擬的。生態(tài)型公路擋土墻的結(jié)構(gòu)面通過植被的發(fā)達(dá)根系與坡體組合成一個(gè)同質(zhì)整體，使人工邊坡和原自然邊坡之間不會(huì)產(chǎn)生分離、坍塌等現(xiàn)象，并且隨著時(shí)間的延續(xù)，日趨強(qiáng)壯的植被根系使邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及牢固性更強(qiáng)，所以是自然的，有生命的永久生態(tài)工程。施工簡單、快捷、方便、不需要“三通一平”，標(biāo)料搬運(yùn)輕便，在施工指南和技術(shù)人員的指導(dǎo)下，沒有任何邊坡建議技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的男女勞動(dòng)力均可參加施工，解決大量剩余勞動(dòng)力的就業(yè)問題[8]。因此針對西北地區(qū)氣候特色及技術(shù)要求，施工單位可對比綜合選用合適的生態(tài)型公路擋土墻。

[1]劉乃君.水土保持工程[M].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)出版社，2007.

[2]楊曉華，俞永華.土工格室生態(tài)擋墻的應(yīng)用研究.《公路交通科技》應(yīng)用技術(shù)版[J]，2004年01期P20.

[3]姜正暉，方建華.吉奧階梯式生態(tài)擋墻在杭甬高速公路拓寬中的應(yīng)用，《公路交通技術(shù)》[J]，2008年第一期.

[4]陳方嘩.基礎(chǔ)工程[M].北京：人民交通出版社，2007.

[5]賈亞軍.土力學(xué)地基基礎(chǔ)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2011.

[6]齊麗云，徐秀華.工程地質(zhì)[M].北京：人民交通出版社，2005.

[7]JTJ041-2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[8]顏永龍.國道319線廈門海滄生態(tài)擋墻的應(yīng)用研究.《巖土工程技術(shù)》[J]，2005.