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該技術(shù)為我國多個重點工程項目實現(xiàn)了提高坡面綠化率、邊坡穩(wěn)定性與工程經(jīng)濟性的目標(biāo)。截至目前，研究成果先后在我國6省區(qū)、1條高速公路建設(shè)中推廣應(yīng)用，產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益近2億元，減少削坡占地1524畝。

“在我國南方地區(qū)，如湖南、廣西、廣東等地，分布有大量軟巖地質(zhì)體，這讓交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中產(chǎn)生大量軟巖邊坡，這類邊坡被雨水反復(fù)入滲侵蝕，極易形成漸進式失穩(wěn)。不僅易導(dǎo)致交通中斷，甚至?xí)斐蓢?yán)重的山體滑坡等災(zāi)害，大幅增加了公路建設(shè)和養(yǎng)護成本，是公路建設(shè)與運營中難以攻克的難題。”2月1日，長沙理工大學(xué)，公路養(yǎng)護技術(shù)國家工程實驗室內(nèi)，該校巖土工程學(xué)科帶頭人付宏淵教授，向科技日報記者講述了公路的“難言之隱”。

付宏淵團隊“死磕”這一“難言之隱”長達10年之久。十年間，團隊承擔(dān)了“炭質(zhì)泥巖路堤濕化變形機理及控制研究”“復(fù)雜環(huán)境中炭質(zhì)泥巖—土分層填筑路堤強度劣化機理及控制研究”“溫濕交互作用下粉砂質(zhì)泥巖邊坡?lián)p傷演化及災(zāi)變機理研究”等多個國家自然科學(xué)基金科研項目。

日前，作為項目負(fù)責(zé)人，他還正帶領(lǐng)團隊攻關(guān)國家自然科學(xué)基金重點項目“濕—熱—力耦合作用下泥巖人工邊坡災(zāi)變機理、評價方法與防控措施研究”?！扒Ю镏?，潰于蟻穴。只有徹底解決軟巖邊坡在降雨入滲下的失穩(wěn)問題，才能切實保障道路交通安全。”

據(jù)悉，在南方地區(qū)軟巖邊坡失穩(wěn)災(zāi)變機理及防控技術(shù)上，團隊的研究在理論和成果應(yīng)用上都有了重要突破。該技術(shù)為我國多個重點工程項目實現(xiàn)了提高坡面綠化率、邊坡穩(wěn)定性與工程經(jīng)濟性的目標(biāo)。截至目前，研究成果先后在我國6省區(qū)、12條高速公路建設(shè)中推廣應(yīng)用，產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益近2億元，減少削坡占地1524畝。

十年攻關(guān) 應(yīng)對邊坡失穩(wěn)問題中的“戰(zhàn)斗機”

邊坡失穩(wěn)是公路建設(shè)領(lǐng)域重大災(zāi)害之一。據(jù)不完全統(tǒng)計，近10年，我國因泥巖邊坡引發(fā)的滑坡事件達數(shù)萬起?！笆濉逼陂g，我國在南方泥巖類地質(zhì)體災(zāi)害治理上的投入高達175億元，占南方地質(zhì)災(zāi)害防治總投入的78%?！笆濉逼陂g，僅廣東省就發(fā)生各類公路地質(zhì)災(zāi)害5000余處，造成經(jīng)濟損失超80億元，威脅總?cè)丝诮?0萬人。

“這其中80%以上的工程災(zāi)害，與降雨造成的邊坡失穩(wěn)有關(guān)?！眻F隊成員、長沙理工大學(xué)副教授曾鈴說。

軟巖邊坡失穩(wěn)，又算得上邊坡失穩(wěn)中的“戰(zhàn)斗機”，尤為難以“搞定”。曾鈴給出了簡單解釋。

理論上看，首先，雨水在軟巖邊坡內(nèi)部的流動規(guī)律尚不明確。其次，現(xiàn)有巖體遇水后的強度變化理論，遇到軟巖也猶如一拳打在棉花上?！鞍ìF(xiàn)下較為常用的邊坡穩(wěn)定性分析方法，對軟巖邊坡也不適用?！痹徴f。

同樣顯得無力的，還有常規(guī)的邊坡防護方法。

“我們在廣西一些高速公路調(diào)研時發(fā)現(xiàn)，部分通過表面噴漿防護的軟巖邊坡，經(jīng)降雨反復(fù)入滲沖蝕后，會出現(xiàn)板底掏空（邊坡表面被水泥密封，但水泥層內(nèi)部巖石卻已隨水崩解流走，形成了表面水泥板下的空洞）現(xiàn)象。部分采用框架梁防護的邊坡也發(fā)生了變形。遇到滑坡嚴(yán)重路段，只能通過大幅放緩邊坡，增加占地面積的方法來防護?！备逗隃Y說。

盡管這一難題很棘手，但付宏淵團隊還是取得了重要的理論突破。他介紹，團隊已揭示了雨水在軟巖邊坡內(nèi)部入滲、聚集及排出的全過程演化規(guī)律，提出了軟巖抗剪強度參數(shù)取值新方法，為提出考慮軟巖強度劣化和暫態(tài)水壓力的邊坡穩(wěn)定性分析方法奠定了基礎(chǔ)?！斑@對實際應(yīng)用中防護體系的設(shè)計，有很好的參考價值?！?/p>

一項發(fā)明 讓邊坡防護“可守可攻”

在工程應(yīng)用研究上，團隊不斷進行應(yīng)用創(chuàng)新。其中讓記者頗為感興趣的，是一項邊坡綜合生態(tài)防治結(jié)構(gòu)和防治方法的發(fā)明專利。

“這是我們正在做的一個示范工程?！备逗隃Y指著一組對比圖說。

圖片上是國家交通運輸部科技示范路——常祁高速公路的一個示范工程段。路段應(yīng)用了團隊提出的軟巖邊坡綜合生態(tài)防治結(jié)構(gòu)進行邊坡防護。

記者看到一張圖上的邊坡，大部分是裸露的巖石。另一張圖中的邊坡，則綠得“發(fā)光”?！坝梦覀兊募夹g(shù)，等這段高速公路建成后，不僅不用擔(dān)心邊坡表層反復(fù)滑塌，還能解決復(fù)綠難的問題。到時候你們看到的，就是穩(wěn)固又能達100%綠化的‘新’邊坡?！备逗隃Y很自信地講述了這項“可攻可守”的技術(shù)。

據(jù)了解，該技術(shù)集合了新型結(jié)構(gòu)防護、表層防護及疏排水技術(shù)于一體。在結(jié)構(gòu)防護上設(shè)計了新型植生、抗沖刷多孔纖維混凝土砌塊，及稻秸稈加筋水泥土空心砌塊。

在邊坡表層防水上，研究團隊則發(fā)明了超疏水材料，噴涂在邊坡表面，可有效防止雨水滲入，同時在材料外層噴射厚層植生土，實現(xiàn)對邊坡的有效復(fù)綠。

“這項技術(shù)的應(yīng)用，使路段邊坡綠化率提高了32%，表土沖蝕量降低了66%，工程平均造價降低了15%。經(jīng)濟又環(huán)保。”常祁高速公路負(fù)責(zé)人馮宇點贊。

解決“腸梗阻” 整體成果成軟巖邊坡失穩(wěn)的克星

排水管之于邊坡，猶如腸道系統(tǒng)之于人體。一旦不順暢，會導(dǎo)致坡內(nèi)積水水壓增大，同時軟巖在水長期浸泡下強度會大幅降低，最終嚴(yán)重影響邊坡穩(wěn)定性。

“大量工程應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)排水管存在一些比較明顯的缺陷?！痹徴f。比如，傳統(tǒng)排水管開孔率較小，天然排水能力不足；排水管四周開孔，導(dǎo)致從排水管頂部進入的水，通過排水管下部的開孔形成二次入滲；排水管通常采用整體設(shè)計，發(fā)生淤堵就無法更換，導(dǎo)致無法正常排水……這些缺陷對軟巖邊坡而言，更致命?！败泿r崩解后所產(chǎn)生的碎屑，極易讓排水管更加堵塞?！?/p>

針對這個問題，團隊提出了一種新型排水管設(shè)計思路，促使坡內(nèi)水分“自主”流出。不過，經(jīng)反復(fù)測試及現(xiàn)場應(yīng)用后，這種設(shè)計依然不能滿足軟巖邊坡排水的“胃口”。

是否可以設(shè)計一種主動吸水的模式來排水？曾鈴又提出了一個新思路。在查閱大量文獻資料后，他們選擇出了一種吸水纖維和吸水樹脂，對邊坡排水管二次改進。最終，一款能主動吸水、可更換式排水管誕生了?！芭潘芾梦鼭瘛艥裥岳w維層，吸收管體周邊較大范圍巖土體中的水，再利用毛細(xì)原理及蒸發(fā)作用將管內(nèi)水體排出?！?/p>

2019年4月，以業(yè)內(nèi)權(quán)威專家、長安大學(xué)教授王秉綱為組長的專家團隊，對“降雨入滲邊坡失穩(wěn)災(zāi)變機理及控制技術(shù)”的多項成果開展了評價。專家組一致認(rèn)為成果總體達國際先進水平，社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益顯著，推廣應(yīng)用前景廣闊。

目前，成果已在湖南省益婁高速公路進行粉砂質(zhì)泥巖邊坡治理，累計應(yīng)用路段5.7公里。相對原支護方案，造價降低20%，節(jié)約1200余萬元。廣佛肇高速公路采用該技術(shù)的邊坡，過去數(shù)年，都穩(wěn)穩(wěn)接住了數(shù)次大級別暴風(fēng)雨考驗。

成果應(yīng)用還在繼續(xù)?！拔覀兊募夹g(shù)還將在湖南龍瑯高速，以及廣西、廣東等省份多條在建高速公路中應(yīng)用。研究成果有望推廣到南方地區(qū)即將實施的近2萬公里高速公路建設(shè)中。當(dāng)然，它也適用‘一帶一路’沿線氣候相似的國家和地區(qū)，應(yīng)用前景十分廣闊?！备逗隃Y說。(俞慧友)