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更多>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)
[ 責(zé)編:蔡琳]