陰陽坡效應(yīng)對黃土邊坡破壞特點(diǎn)分析及防護(hù)措施

譚建德

（甘肅省公路建設(shè)管理集團(tuán)有限公司，甘肅蘭州730030）

陰陽坡效應(yīng)對黃土邊坡破壞特點(diǎn)分析及防護(hù)措施

譚建德

（甘肅省公路建設(shè)管理集團(tuán)有限公司，甘肅蘭州730030）

邊坡是公路的重要組成部分，穩(wěn)定的邊坡可以保障路基穩(wěn)定、排水系統(tǒng)暢通、路面系統(tǒng)完好和道路的安全運(yùn)營，防止公路邊坡發(fā)生蠕動(dòng)、滑坡、崩塌、剝落、塌陷等病害，對公路建設(shè)質(zhì)量和安全運(yùn)營有著非常重要的意義，因此對邊坡穩(wěn)定技術(shù)的研究和創(chuàng)新一直是公路建設(shè)、養(yǎng)護(hù)管理部門和研究機(jī)構(gòu)關(guān)注的熱點(diǎn)問題。本論述綜合對比傳統(tǒng)意義的各種防護(hù)技術(shù)，就陰陽坡效應(yīng)對黃土邊坡破壞特點(diǎn)進(jìn)行分析總結(jié)，簡要介紹了植物纖維坡面防護(hù)技術(shù)的施工方法及優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合十天高速公路及蘭永一級公路試驗(yàn)段修筑情況，對陰陽坡效應(yīng)下的黃土邊坡施工建設(shè)及生態(tài)保護(hù)通過試驗(yàn)對比后得出，植物纖維坡面防護(hù)較為理想的結(jié)論。

陰陽坡效應(yīng)；黃土邊坡；破壞特點(diǎn)；防護(hù)措施

我國黃土分布面積很廣，黃土和黃土狀土分布面積約64萬km2，其中濕陷性黃土約為38萬km2，約占黃土分布面積的60%。甘肅省黃土地區(qū)高等級公路里程大約5 000 km，區(qū)內(nèi)公路黃土邊坡都不同程度上出現(xiàn)了多種病害。已有研究表明，不同坡向的邊坡其受到的輻射、所處環(huán)境的溫度和濕度明顯不同，由此導(dǎo)致不同坡向邊坡的土質(zhì)、性狀、變形狀況以及植被覆蓋度不同，陰陽坡效應(yīng)由此產(chǎn)生。

陰陽坡效應(yīng)對公路工程的選線、設(shè)計(jì)、施工、防護(hù)以及后期的運(yùn)營養(yǎng)護(hù)都有十分重要的影響。長期以來，甘肅省公路邊坡運(yùn)營情況較差，水土流失問題嚴(yán)重，路域景觀差，其客觀原因是科研、設(shè)計(jì)水平較低、理念陳舊，而主觀原因則是對邊坡坡面防護(hù)以及綠色交通理念缺乏應(yīng)有的重視。隨著“西部大開發(fā)戰(zhàn)略”的不斷深入和絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶甘肅段“6873”交通突破行動(dòng)的實(shí)施，甘肅省在今后的五年內(nèi)，將形成通達(dá)州市、對接周邊的高速公路網(wǎng)絡(luò)和安全暢通、銜接高效的干線公路網(wǎng)絡(luò)，建立起資源節(jié)約、環(huán)境友好的綠色交通體系。因此，在甘肅省今后的公路建設(shè)過程中，如何改善黃土地區(qū)公路邊坡坡面病害頻發(fā)、嚴(yán)重的水土流失以及單調(diào)的道路景觀等問題，成為科研技術(shù)人員研究的重點(diǎn)。

1　陰陽坡效應(yīng)對黃土邊坡特點(diǎn)分析

黃土邊坡陰陽坡病害特征差異明顯，與坡面植被覆蓋密切相關(guān)。在西北干旱區(qū)，陰坡受到太陽輻射少，蒸發(fā)量少，坡面土體保水性強(qiáng)，坡面表層土體風(fēng)化作用弱，同時(shí)陰坡有利于坡面植物生長，植物根系增強(qiáng)坡面土體整體性，有利于坡面土體穩(wěn)定，并對降水有截留作用，因此，陰坡坡面病害較少；而陽坡接受太陽輻射遠(yuǎn)大于陰坡，蒸發(fā)量大，土體風(fēng)化作用強(qiáng)，并且陽坡坡面植被稀疏，導(dǎo)致坡面破壞嚴(yán)重。

在濕陷性黃土區(qū)，水是產(chǎn)生邊坡病害的主要因素，因此，應(yīng)注意截水、排水，減少水對坡面的沖刷；同時(shí)，應(yīng)采取坡面防護(hù)措施，增強(qiáng)坡面抗沖刷能力。在今后的設(shè)計(jì)、施工過程中，建議在坡頂設(shè)置截水溝，將坡頂以外的匯水排走；在坡面及馬道處設(shè)置排水溝，及時(shí)排走坡面流水。采用圬工護(hù)坡、植草護(hù)坡或者兩者相結(jié)合的生態(tài)護(hù)坡方法，增強(qiáng)坡面土體穩(wěn)定性。

通過對巉柳高速公路、天巉汽車二級專用公路、平定高速公路的挖方路塹邊坡進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)。

（1）濕陷性黃土邊坡主要病害為坡腳剝蝕、坡面沖溝、陷穴等。

（2）未進(jìn)行防護(hù)的邊坡病害較多，且剝蝕病害最為常見；坡腳進(jìn)行防護(hù)的邊坡病害較少，邊坡防護(hù)能顯著降低邊坡病害。

（3）陽坡植被稀疏，陰坡植被覆蓋較好，陽坡病害明顯高于陰坡。

（4）菱形格網(wǎng)護(hù)坡效果較好，拱形骨架護(hù)坡效果次之。

2　植物纖維坡面防護(hù)

黃土邊坡坡面破壞機(jī)理研究表明，干濕循環(huán)和凍融循環(huán)對黃土性質(zhì)影響極大，因此，要減少邊坡坡面破壞，應(yīng)從減小邊坡土體干濕循環(huán)和凍融循環(huán)作用角度出發(fā)，控制邊坡土體含水率和溫度，增強(qiáng)坡面抗剪強(qiáng)度，加強(qiáng)坡面綠化。綜合對比傳統(tǒng)意義的各種防護(hù)技術(shù)，生態(tài)防護(hù)無疑是首選，結(jié)合甘肅省地區(qū)特點(diǎn)，采用植物纖維防護(hù)為最佳選擇。

植物纖維坡面防護(hù)是將植物纖維（麥秸稈）、草種、肥料、保水劑、黃土等與水?dāng)嚢杈鶆蚝螅ㄟ^噴射機(jī)械（水泥混凝土干噴機(jī)）噴射到坡面，在坡面形成一定厚度植物纖維層，以此保護(hù)坡面，減少坡面沖刷和坡面剝蝕。由于噴出的混合物具有很強(qiáng)的附著力和明顯的顏色，噴射時(shí)可以不遺漏、不重復(fù)，均勻地將混合物噴射到坡面。同時(shí)，在良好的保濕條件下，草種迅速發(fā)芽生長，不僅能起到防護(hù)坡面的作用，還能起到美化環(huán)境、維持路域生態(tài)環(huán)境的作用。因此，植物纖維護(hù)坡是一種有效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、施工效率高的邊坡防護(hù)新技術(shù)。

植物纖維坡面防護(hù)技術(shù)源于液壓噴播植草技術(shù)，但又有所不同。植物纖維坡面防護(hù)材料中的植物纖維為北方地區(qū)極為常見的麥秸稈，黃土可利用公路修筑時(shí)產(chǎn)生的棄方，材料來源廣泛，施工成本較低。植物纖維坡面防護(hù)施工后1～2個(gè)月，植被基本覆蓋原坡面，達(dá)到了綠化效果；同時(shí)，經(jīng)歷了較大程度的降雨后，植物纖維層未出現(xiàn)明顯沖蝕與剝落現(xiàn)象，有效地保護(hù)了坡面，起到了穩(wěn)定坡面，減少沖刷、沖溝、剝蝕等病害的作用，形成了良好的沿線綠化景觀和生態(tài)保護(hù)效應(yīng)。

3　結(jié)論

（1）通過病害調(diào)研發(fā)現(xiàn)，黃土區(qū)路塹邊坡主要病害為坡腳剝蝕、坡面沖溝、陷穴，而水是產(chǎn)生這些病害的主要因素；未進(jìn)行防護(hù)的邊坡病害較多，且剝蝕病害最為常見；坡腳進(jìn)行防護(hù)的邊坡病害較少，邊坡防護(hù)能顯著降低邊坡病害；陰坡植被覆蓋較好，病害明顯低于陽坡；菱形格網(wǎng)護(hù)坡效果較好，拱形骨架護(hù)坡效果次之；

（2）現(xiàn)場地溫和氣溫監(jiān)測結(jié)果表明，由于線路走向影響，路塹邊坡都存在較明顯的陰陽坡現(xiàn)象，同一監(jiān)測斷面一處邊坡地溫始終高于另一邊坡，陽坡凍結(jié)深度小，且凍結(jié)時(shí)間短；路塹邊坡開挖，改變了坡面與外界熱交換條件，由于路線走向的影響，兩側(cè)邊坡受到的太陽輻射、對流換熱等邊界條件不同，造成兩側(cè)邊坡熱交換不同，從而導(dǎo)致邊坡下土體溫度不同，陽坡坡面下土體溫度高于相同位置陰坡坡面下土體溫度，陽坡凍結(jié)期和凍結(jié)深度明顯小于陰坡，凍融循環(huán)對陰坡土體的影響大于陽坡；兩側(cè)邊坡淺層土體在6月至8月間較為接近，表明夏季淺層土體溫度可能主要受氣溫影響，導(dǎo)致兩側(cè)邊坡淺層土體溫度較為接近，而冬季除受氣溫影響外，還受太陽輻射和對流的影響，導(dǎo)致淺層土體溫度差異較大。

（3）現(xiàn)場含水率和降水監(jiān)測結(jié)果表明，陰陽坡土體各層含水率與地溫間并不存在明顯的對應(yīng)關(guān)系，陰陽坡土體含水率均受降水控制，并且由于陰陽坡土體滲透性的差異，導(dǎo)致陽坡含水率高于陰坡，陰坡受降水影響深度遠(yuǎn)大于陽坡，表明陰坡干濕循環(huán)影響深度大于陽坡；陰陽坡坡面下淺層土體含水率變化規(guī)律基本一致，且變化較大，說明水分在兩側(cè)邊坡淺層土體中遷移速度基本相同，邊坡下淺層土體滲透性基本相同。

（4）室內(nèi)干濕循環(huán)試驗(yàn)表明，隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，原狀黃土的黏聚力逐漸減小，且減小幅度較大，最后趨于穩(wěn)定，內(nèi)摩擦角逐漸增大，增大幅度較小，最后趨于穩(wěn)定，干濕循環(huán)對原狀黃土的強(qiáng)度有較大影響；環(huán)刀上部易溶鹽總量逐漸增加，環(huán)刀下部易溶鹽總量逐漸減小，干濕循環(huán)對原狀黃土的鹽分遷移有較大影響；隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，試樣的質(zhì)量損失呈線性增加。

（5）室內(nèi)凍融循環(huán)試驗(yàn)表明，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，原狀黃土的黏聚力先增加，且增加幅度較小，后趨于穩(wěn)定，而內(nèi)摩擦角先減小，減小幅度較小，之后趨于穩(wěn)定；環(huán)刀上下部易溶鹽總量變化不明顯，說明凍融循環(huán)對鹽分遷移現(xiàn)象不明顯；凍融循環(huán)作用對原狀黃土的強(qiáng)度和鹽分遷移影響較小，表明凍融循環(huán)作用對黃土邊坡坡面破壞的影響明顯弱于干濕循環(huán)作用。

（6）通過室內(nèi)壓實(shí)黃土的干濕循環(huán)、凍融循環(huán)試驗(yàn)，研究了干濕循環(huán)、凍融循環(huán)作用對對壓實(shí)黃土的濕陷性及強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明：隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加，壓實(shí)黃土的濕陷系數(shù)逐漸增加，干濕循環(huán)使已消除濕陷性的壓實(shí)黃土重新具有了濕陷性，并且隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加壓實(shí)黃土的黏聚力逐漸減小，最后趨于平緩，逐漸穩(wěn)定，而內(nèi)摩擦角的變化規(guī)律不明顯；隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，壓實(shí)黃土濕陷變形逐漸增加，并且隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，壓實(shí)黃土的黏聚力逐漸減小，內(nèi)摩擦角變化較小，壓實(shí)黃土的抗壓強(qiáng)度與模量逐漸減小。

（7）十天高速K725+500～K733+400段和蘭永一級路K23+450～K23+560段植物纖維邊坡坡面防護(hù)示范工程表明，植物纖維坡面防護(hù)施工后1～2個(gè)月，植被基本覆蓋原坡面，達(dá)到了綠化效果；同時(shí)，經(jīng)歷了較大程度的降雨后，植物纖維層未出現(xiàn)明顯沖蝕與剝落現(xiàn)象，有效地保護(hù)了坡面，起到了穩(wěn)定坡面，減少沖刷、沖溝、剝蝕等病害的作用，形成了良好的沿線綠化景觀和生態(tài)保護(hù)效應(yīng)。

［1］劉祖典,黃土力學(xué)與工程［M］.西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社, 1997.

［2］馮連昌,晏武.中國濕陷性黃土［M］.北京：中國鐵道出版社,1982.

［3］王景明.黃土構(gòu)造節(jié)理的理論及其應(yīng)用［M］.北京：中國水利水電出版社,1996.

［4］劉東生.黃土與環(huán)境［M］.北京：科學(xué)出版社,1985.

［5］胡雄韜.甘肅省黃土地區(qū)路塹邊坡防護(hù)［J］.甘肅科學(xué)學(xué)報(bào), 2006,18（2）：112-114.

［6］李亞蘭.黃土邊坡坡面穩(wěn)定性及其防護(hù)措施研究［D］.西安：長安大學(xué),2005.

［7］方鵬.黃土邊坡剝落病害處治技術(shù)研究［D］.西安：長安大學(xué),2007.

［8］林超,李昌文.陰陽坡在山地地理研究中的意義［J］.地理學(xué)報(bào),1985,40（1）：20-28.

U416.1+4

A

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.11.001

2016-8-3

譚建德（1976-），男，漢族，青海格爾木人，大學(xué)本科，高級工程師，主要從事高等級公路項(xiàng)目建設(shè)管理工作。