生態型公路擋土墻在西北地區水土保持工程中的特點分析

賈亞軍（甘肅林業職業技術學院，甘肅 天水741020）

公路擋土墻可設計成更合乎生態、更美觀的一種存在。既有實際上的功能價值，又有美學上的觀賞價值，二者充分的結合，可謂魚與熊掌兼得[1]。筆者2012年上半年針對西北地區在建擋土墻工程類型的系統調查分析，結合目前西北地區氣候特色及已建成的生態型公路擋土墻的專類項目，適宜修建的擋土墻主要可歸結為三大類。

1 柔性生態擋土墻

1.1 鋼絲網片柔性生態擋墻

1.1.1 吉奧生態擋墻

技術特點：吉奧生態擋墻是一種以L 型網格狀鋼筋作為加筋材的加筋擋土墻, 其壁面可以綠化,能夠達到人工構造物與自然的協調一致。吉奧生態擋墻技術是通過保持作用于鋼筋墻面的土壓力與鋪設于填土中的網格狀鋼筋加筋材料的抗拉力之間的平衡與穩定的一種加筋土施工技術。并且, 在此技術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到顯著的穩定效果的。西北地區雨水相對較少，結構穩定性較好，但養護成本會較高。

1.1.2 格賓綠色加筋擋墻

技術特點：綠色加筋格賓是加筋土工程技術最新的發展,由鋼絲網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面為主, 其面板傾角可以調節,尾部面板長度可調, 為同一網面的無節點連接, 工廠化程度高, 是一種新型的加筋結構。與全包裹式加筋擋墻類似, 在加筋網面上分層填筑、分層壓實, 網面與壓實填土共同作用的受拉體系一起組成綠色加筋格賓結構。

1.2 無面板土工材料加筋擋墻

技術特點：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) 反包填土網袋而成, 每層土工格柵是由專用連接棒連接形成整體,網袋內填土適宜當地的草籽、灌木、花籽等生長,施工數月后即可形成綠色生態墻面。為防止反包部分土工格柵日曬老化及迅速綠化墻面,墻面可掛三維網噴灌草護坡防護。

1.3 生態袋加筋擋墻

生態袋加筋擋墻集土木工程結構、綠化、環保、節能降耗于一體,由具備特殊功能及特定技術參數要求的組件構成。組件主要包括:生態袋、扎口帶及滿足多向排水功能與強度要求的網肋型聯結扣等,主要應用于地基處理、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筑物，是西北地區應用較多的方式之一，其排水流暢、固土穩定，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 受力機理

工程連接扣不僅把生態袋互鎖住,而且為護坡和回填土提供一種機械,使其成為抗壓抗拉的復合體。為把加筋土工格柵聯接進工程連接扣,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,通過從回填區的背部到回填區的前部放置回填,回填的重量將幫助保持加筋土工格柵的筆直和穩平。

1.3.2 主要特點

生態袋是由高分子聚丙烯及一系列敷料復合的材料制成,具有抗紫外線、抗酸堿、透水不透土、耐腐蝕性強、不容于污染液體、不降解等功能。生態袋擋墻是采用事先預制好的帶連接扣的生態袋,互相扣接形成一個牢固的整體,袋體柔軟,施工方便。與傳統邊坡加固的重力式擋墻或加筋式擋墻相比,生態袋加筋擋墻墻體是柔性結構,能適應較大的變形,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置伸縮縫和沉降縫。由于墻體材料生態袋屬透水性材料,內裝填土后形成的擋墻面板的透水性與墻內填土完全相同,無需像水泥混凝土面板式擋墻那樣要設置專門的排水和導水設施。

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、光穩定劑、成核劑，使產品被歐美工程界認可，經擠出片材后焊接成型的新型土木工程材料。它鋪設后自身呈三維立體蜂窩狀，并與填充在格室內外的砂石土或混凝土形成穩定的加筋穩固結構。從而改善道路（公路及鐵路）路基、邊坡防護、擋土墻等的基礎支撐結構，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，經熱氧化試驗后，在70度狀況下拉伸屈服強度下降至70%，使用壽命可達49年。土工格室材料還具有穩定的抗化學腐蝕性能，耐酸堿能力很強，適合于不同填筑材料。土工格室材料同樣具有良好的力學性能，拉伸屈服強度22 MPa、彎曲模量600 MPa、懸臂梁沖擊強度90 J/m、低溫脆點-50℃、負荷下的熱變形溫度70℃、抗環境應力開裂>1000H、常溫剝離強度101 N/cm、高溫剝離強度60 N/cm、低溫剝離強度101N/cm。

1.4.2 主要特點

通過對西北地區已建成的實體工程進行的技術研究發現，土工格室不僅解決了在工程應用中的一系列實際問題，而且加快了土工格室材料本身完善和土工格室新技術的前進發展，是公路擋支結構中節能節約、生態環保、安全實用的生態型擋土墻，其特點如下：

1）施工簡便、速度快。

2）地基基礎處理簡便、使用安全。

3）與周圍環境協調，造型美觀。

4）整體經濟效益顯著，節約投資。

2 階梯式植生擋墻

2.1 綠化效果特點

在階梯式空心磚護面墻綠化中，所種植的植被不給予養護而靠天然降水即能存活，1個月后測定擋墻面植被覆蓋率已達40%，生長縫處植物成活率達到90%以上。從景觀效果來看[3]，階梯式空心磚護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

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

3 植被混凝土護坡

3.1 植被混凝土簡介

植被混凝土亦稱生態混凝土，是能夠適應植物生長，可進行植被作業的混凝土及其制品。即：先用碎石、水泥作為原材料，按特定的配比兌水拌和，用振動壓力成型，然后在孔隙內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護坡主要具有恢復和保護環境、改善生態條件、保持原有防護作用三個功能。此技術起源於日本，在國外現代國家這種生態護坡已成為公路護砌防護工程的主流[4]，對于改善西北地區氣候和防風治沙具有顯著效果，是水土保持工程今后發展的方向。

3.2 植被混凝土的主要技術特點

1）植被混凝土的構造原則要求植草能夠在混凝土孔隙間生根發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度為6.5～11MPa。

3）植被混凝土的穿透穩定性顯示植物根系對綠化混凝土基本不產生膨脹破壞作用。

4）植被混凝土孔隙內（面）的特殊環境：（1）堿性水環境，用普通硅酸鹽水泥制做的植被混凝土塊體孔隙內（水環境）的PH=7～7.5，基本滿足各類植物的需求。（2）溫度環境，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律有所不同。夏季高溫時段植被混凝土吸收并蓄存太陽輻射熱能，表層溫度較高，當溫度超過一定限度時，很多植物會出現熱休眠現象，選配植物品種時需特別注意；冬季低溫時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）濕度環境，植被混凝土孔隙內濕度對植草生長、特別是返青影響較大。對植被混凝土保濕能力進行室內模擬試驗表明表面（含客土）120～150mm風干較快，其下，風干緩慢。上層干燥土與底層孔隙內濕潤土之間不是線性變化關系，有較明顯的分界線，同時孔隙內毛細管水補給能力不強。因此，需考慮在孔隙填充材料中添加保水劑，并在播種時，采取保濕措施，同時，需安排春、秋灌水[6]。

5）植被混凝土孔隙內填充材料可用當地耕土、土壤菌、緩釋肥料、保水劑等配制而成，使填充材料具有一定的有機質和腐殖質。填充質量的好壞，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避免或減少對水環境的人為塑造[7]。

圖2 截止2012年上半年西北地區在建擋土墻類型調查結果

4 結語

通過以上分析得出，生態型公路擋土墻因其生態環保、外表美觀，可以和自然生態環境完美融合，施工時不產生建筑垃圾和施工噪音，且一般不需要對基礎進行工程處理，對不均勻沉降的適應性較好，同時結構不會產生溫度應力，無需設置溫度縫，傳統剛性結構無法解決的工程難題如凍融、膨脹土等都能得到有效抑制。在西北地區的水土保持工程中植被選擇可多樣化，有利于生態系統的快速恢復，有利于將邊坡環境迅速還原成自然狀態，具有科學的穩定性，對外界沖擊力有吸能緩沖作用，抗震性能是傳統邊坡無法比擬的。生態型公路擋土墻的結構面通過植被的發達根系與坡體組合成一個同質整體，使人工邊坡和原自然邊坡之間不會產生分離、坍塌等現象，并且隨著時間的延續，日趨強壯的植被根系使邊坡結構的穩定性及牢固性更強，所以是自然的，有生命的永久生態工程。施工簡單、快捷、方便、不需要“三通一平”，標料搬運輕便，在施工指南和技術人員的指導下，沒有任何邊坡建議技術經驗的男女勞動力均可參加施工，解決大量剩余勞動力的就業問題[8]。因此針對西北地區氣候特色及技術要求，施工單位可對比綜合選用合適的生態型公路擋土墻。

[1]劉乃君.水土保持工程[M].楊凌：西北農林科技大學出版社，2007.

[2]楊曉華，俞永華.土工格室生態擋墻的應用研究.《公路交通科技》應用技術版[J]，2004年01期P20.

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

[4]陳方嘩.基礎工程[M].北京：人民交通出版社，2007.

[5]賈亞軍.土力學地基基礎[M].成都：西南交通大學出版社，2011.

[6]齊麗云，徐秀華.工程地質[M].北京：人民交通出版社，2005.

[7]JTJ041-2000，公路橋涵施工技術規范[S].

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