“水土保持”生态护坡砌块.doc

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1、II “水土保持水土保持”生态护坡砌块生态护坡砌块 北京金阳新建材有限公司北京金阳新建材有限公司 III 摘摘 要要 在水土保持监测工作中发现，日益增多的立交桥、河道、公路、铁路等基 础设施的护坡工程中普遍存在着极其严重的土壤流失问题。根据多处六角空心 砖护坡工程的数据分析，单块砖内土壤流失体积 40%80%的现象普遍存在，经 计算，每 1m2土壤流失量约在 30.1360.53 kg，折合 3-6 万 t/km2。这种目前 被忽视的“剧烈”土壤流失，形成了“生态护坡反而造成剧烈土壤流失”的尴 尬局面，是与发展经济和生态环境建设的大背景严重不符的。 通过创新性地提出“坡改平”生态护坡理念，利用

2、新式“坡改平”生态护 坡砌块把不稳定的坡面分解为若干个小的水平面，实现整个坡面的稳定，使坡 面的土壤流失状况由“剧烈”程度，变成少流失，甚至不流失。这种保土效果 显著的“坡改平”生态护坡理念和技术一旦得到推广，将在全国范围内减少上 亿吨土壤流失的同时，开辟一片生态护坡的新领域。 关键词：关键词：土壤流失，生态护坡，坡改平 III 目目 录录 摘摘 要要IIII 目目 录录IIIIII 绪绪 论论- - 1 1 - - 一、问题的提出一、问题的提出- - 2 2 - - 1、一种“隐蔽”的土壤流失 .- 2 - 2、原因分析 .- 3 - 3、老式护坡砖存在的不足 .- 3 - （1）砖内土体不

3、稳定 .- 3 - （2）植物措施单一 .- 3 - （3）后期管理成本高 .- 3 - 4、危害分析 .- 4 - （1）造成土壤资源的浪费 .- 4 - （2）对排水系统构成严重威胁，缩短设施服务年限 .- 4 - （3）形成了“生态护坡措施不生态”的尴尬局面 .- 4 - 二、新型护坡砖的研发二、新型护坡砖的研发- - 4 4 - - 1、常见生态护坡技术的现状分析 .- 4 - 2、新型“坡改平”生态护坡砖的研发 .- 5 - （1）新型护坡砖的设计原理 .- 5 - （2）新型护坡砖的设计 .- 5 - （3）稳定及力学性能 .- 6 - （4）砖体与不同坡面的兼容性 （5）施工工艺

4、 .- 6 - （6）护坡植物的选择 .- 6 - （7）应用领域 .- 7 - 3、试验示范及推广工作 .- 8 - （1）试验示范 .- 8 - IV （2）推广工作 .- 8 - 三、结论及建议三、结论及建议- - 9 9 - - 新型护坡砖具有良好的推广价值和发展前景 .- 10 - - 1 - 绪绪 论论 “水土流失是中国头号环境问题”1，这一结论已经得到全社会的认可。 从 1995 年开发建设项目水土保持方案编报审批管理规定(水利部第 5 号令) 颁布实施以来，全国的开发建设项目水土保持监督管理工作走上一个新的台阶， 水土保持科研、开发建设项目水土保持方案编制和监测工作也在生产实践

5、中不 断地创新，不断地发展完善，在全国生态环境建设中发挥着主力军的作用。 基础设施建设快速发展的同时也带来了新的水土流失问题，在近年来的水 土保持监测工作中发现，公路、河道等开发建设项目护坡工程中使用量非常大 的六角空心护坡砖也存在着剧烈土壤流失问题。大量的查询和检索表明，六角 空心护坡砖水土流失问题至今没有相关研究和报道这是一种目前仍被忽视、 隐蔽性极强的水土流失。所以，更加坚定了我们解决这一技术难题的决心。 在与多年从事水土保持应用技术研究和水土保持监测工作的科研机构及专 家们一起研究的基础上，我们创新性地利用“坡改平”治坡理念，研发了一种 施工简单、保土效果显著、经济合理的生态护坡产品，

6、为解决生态护坡工程中 这种“隐蔽”的土壤流失问题探索了一条切实有效的途径。可以预见，这种产 品在全国推广将会减少上亿吨的土壤流失，为全国的生态环境建设和开发建设 项目水土保持工作立下新功。 - 2 - 一、问题的提出一、问题的提出 1 1、一种、一种“隐蔽隐蔽”的土壤流失的土壤流失 在水土保持监测工作中发现，目前在高速公路、铁路、河道、立交桥护坡 中常用的六角空心生态护坡砖（以下称“老式护坡砖”）存在着极其严重的土 壤流失问题。 通过对北京境内的多处六角砖护坡工程的调查，除个别处于城市中心区、 灌溉条件充分的护坡工程外，绝大多数护坡工程的老式护坡砖内土壤流失体积 约在 40%80%。仅延庆县康

7、张公路 0.5km 长的一段挖方道路两侧护坡工程的水 土流失量就约为 47.3t。通过对坡比为 1：1.5（坡度约为 34）的边坡上常用 的外边长为 20cm,砖壁厚 3cm，砖内深 10cm 的老式护坡砖分析（见图 1-1、图 1-2），1m2土壤流失量约在 30.2660.53kg，由此推算，一处 10000m2的护坡工 程在施工结束后的几年中其土壤流失总量有可能达到 302.64605.31t，折合 3.026.05 万 t/km2（甚至更多）。 由此我们可以推算在全国范围内这类被普遍采用的护坡措施带来的土壤流 失量是相当惊人的，这无疑形成了“生态护坡反而造成剧烈土壤流失”的尴尬 局面。

8、 经查询检索，目前国内还未有过对此类问题的研究和报道，由此可见，这 是一种被人们忽视且隐蔽性极强的土壤流失。 图 1-1 夏季的护坡砖图 1-2 冬季的护坡砖 - 3 - 2 2、原因分析、原因分析 造成这种土壤流失的原因是由于老式护坡砖是顺坡铺设，空心部分填充的 土壤处于斜面不稳定状态；当遇首次降雨（或灌溉）时，砖内土体会发生沉降， 使砖内上部土体与砖壁间产生一个缝隙；当坡面径流继续流入砖内时，从缝隙 处开始发生对土壤的冲淘，随着坡面汇集的雨水逐步累积并加速下冲，使土壤 在水力冲蚀和重力作用下逐渐被冲向下部。随着时间的推移，直至砖内剩余土 壤在砖的下边框阻挡下，表面达到趋于稳定的“水平状态”

9、时，坡面才进入稳 定状态，但遇强降雨时，土壤流失仍会继续这就是坡面土壤流失的过程。 根据在北京地区的调查数据分析，这一过程约需要 35 年。 3 3、老式护坡砖存在的不足、老式护坡砖存在的不足 （1 1）砖内土体不稳定）砖内土体不稳定 老式护坡砖内的土体处于“斜面”不稳定状态，存在土壤流失的可能，虽 然植被具有保持水土的作用，但当植被的生长状况不良，不足以提供保持水土 的功能时，斜面上不稳定的土体将发生流失。 （2 2）植物措施单一）植物措施单一 实际应用中老式护坡砖的植被措施以种草或铺草皮为主，虽然也有采用沙 地柏、连翘、地锦等植物进行景观绿化的，但保土效果较差，主要原因是砖内 的客土量较少

10、（土层10cm），可选择的植物措施配置形式不多。 （3 3）后期管理成本高）后期管理成本高 通过对老式护坡砖护坡措施的监测，个别植被护坡效果较好的后期灌溉成 本较高。而其它后期灌溉条件较差的护坡工程，植被生长状况不良，没有发挥 起到固土护坡的作用。可见，采用老式护坡砖护坡要想取得较好防护效果，后 期管护成本将会很高。 - 4 - 4 4、危害分析、危害分析 （1 1）造成土壤资源的浪费）造成土壤资源的浪费 在经济发展与资源环境矛盾日趋尖锐的今天，老式护坡砖带来大量土壤流 失，浪费了宝贵的土地、土壤资源，既不符合经济与生态环境可持续、协调发 展的原则，又与全国正在开展的节能减排行动相背离。 （2

11、 2）对排水系统构成严重威胁，缩短设施服务年限）对排水系统构成严重威胁，缩短设施服务年限 开发建设型水土流失已经成为危害生态环境建设的重要问题之一，引起了 人们的高度重视。 大量流失的土壤顺水而下，流入城市排水管网或沟道、水库，产生大量淤 积，缩短了排水系统或水利工程的服务年限，使得各部门投入大量的人力、物 力、财力进行清淤，造成了社会财富的极大浪费。 （3 3）形成了）形成了“生态护坡措施不生态生态护坡措施不生态”的尴尬局面的尴尬局面 老式护坡砖具有一定的绿化和防护功能，但却伴随着在生态防护表象掩盖 下的大量土壤流失，失去了生态保护的意义，护坡工程反而存在剧烈土壤流失， 形成了“生态护坡措施

12、不生态”的尴尬局面，与全国加快经济建设和保护生态 环境的社会背景严重不符，在某种意义上甚至是背道而驰。 二、新型护坡砌块的研发二、新型护坡砌块的研发 1 1、常见生态护坡技术的现状分析、常见生态护坡技术的现状分析 目前常见的生态护坡技术包括老式护坡砖、连锁护坡砖、植生袋、生态混 凝土、土工格室、各类喷播、鱼巢砖等，老式护坡砖的使用较为普遍，这主要 - 5 - 是由于同其它生态护坡技术相比具有施工简单、工程造价低、开孔率高等优点， 但这项技术却存在着土壤流失量巨大的弊端。 2 2、新型、新型“坡改平坡改平”生态护坡砌块的研发生态护坡砌块的研发 （1 1）新型护坡砌块的设计原理）新型护坡砌块的设计

13、原理 在分析各种护坡技术优缺点的基础上，我们着手研发了一种新型生态护坡 砖，它既具有其它护坡技术的优点，又能克服其它护坡技术的弊端。 受山区梯田、水平条等工程形式的启发，我们设想通过把坡面分解为若干 个水平面，达到护坡工程土壤稳定的技术，解决坡面土壤流失问题。 通过多方案的论证，最终确定了一种新型的“坡改平”生态护坡砌块（以 下称“新型护坡砌块”），通过“坡改平”技术把整个坡面分解为一个个“小 平面”，以“小平面”土体的稳定，进而实现整个坡面的稳定。 （2 2）新型护坡砌块的设计）新型护坡砌块的设计 新型护坡砌块为正六边形，中空，内空部分为正六边形或圆形，底端面与 水平面成一夹角 ，夹角 的大

14、小与所护边坡坡度相匹配（如图 2-1），这样， 在坡面铺设护坡砌块时，护坡砌块底部也与坡面相吻合，上端能够保持水平， 确保砌块内土体的表面保持水平稳定状态，最大程度地保持土壤。 图 2-1 新型护坡砖透视图 坡面 砖体 20cm 5cm 3cm - 6 - 通过论证和试验，新型护坡砌块形式的变化，带来了自重变大的问题，为 了克服砌体自重分力产生的下滑力，减少因重量累加可能对坡面下部砌体的挤 压破坏，新型护坡砌块的底端设计至少一组阻滑齿（见图 2-2、图 2-3），齿长 2cm（可 23cm），护坡砖通过阻滑齿与基础的“咬合”，可以将每块砖体的 重力就地传导到坡面上，可以显著减少砖体向下层的重力

15、传导。 （3 3）稳定及力学性能）稳定及力学性能 由于新型护坡砌块的材料沿用了混凝土，一般混凝土与坡类基土之间的摩 擦系数 f 为 0.60.65，加之底部设有 23cm 阻滑齿以削减斜面重力分量，可 确保砌块整体稳定。护坡砌块砌筑采用面-面镶嵌连接，经分析砖内无土，砖壁 应力最大时能够满足稳定要求。初步对比试验表明，新型护坡砌块的横向抗压 强度远大于老式护坡砖。 （4 4）施工工艺）施工工艺 施工工艺与老式护坡砖基本相同，坡下部应根据坡长计算并设置趾墙，铺 设时按照“自下而上”的顺序进行，相邻护坡砌块要挤紧，做到横、竖、斜线 对齐。 护坡砌块铺设完成后，将种植土填入护坡砌块中，植物措施施工完

16、毕后轻 轻拍实。首次灌溉或降雨后砌块内土壤发生沉降，以土壤表面低于上沿 12cm 为宜，有利于蓄水保土。对于靠近边墙和趾墙的空档，可以铺砾石，以防土壤 流失。 图 2-2 顶部侧视图图 2-3 底部侧视图 - 7 - （5 5）护坡植物的选择）护坡植物的选择 这种新型护坡砌块把坡面植物栽植转化为平面植物栽植，由于新型护坡单 块砖体内栽植植物的土壤容积由现有护坡砖的 6394cm3增大到 13256cm3，是老 式护坡砖容积的 2.07 倍，更有利于植物生长，涵养水源的能力也比老式护坡砖 大大增强，护坡植被的选择也可以由原来的单一植草护坡改善为“灌木+草+藤 本”护坡，甚至还可以栽植小乔木（栽植

17、模式见图 2-4），既提高了护坡的防 护标准，也可以更好地满足了景观建设要求。 （6 6）性能对比性能对比 项目项目 老式护坡砖老式护坡砖 新型生态护坡砖新型生态护坡砖 土壤资源 浪费 节约 砖内土体 不稳定 稳定 植物措施 单一 多样 植物保存率 低 高 景观效果 一般 美观 后期管理 成本高 成本低 图 2-4 “坡改平”新型护坡砖栽植模式图 - 8 - 土壤流失 剧烈 基本不流失 排水系统 严重威胁 缩短设施服务年 限 有效保持 延长设施服务年限 （7 7）应用领域）应用领域 考虑施工、边坡稳定和经济合理性等因素，这种新型生态护坡砌块适用于 1：11：4 的土质边坡防护，尤其适用用高速公

18、路路基边坡的生态防护，能够 有效解决老式护坡砖带来的土壤流失问题，可广泛应用于公路、铁路、河道边 坡防护以及公园景观建设等领域。 3 3、试验示范及推广工作、试验示范及推广工作 （1 1）试验示范）试验示范 经 2007 年延庆县上辛庄试验区同期建设的 5m10m 试验区的对比试验观测， 老式护坡砖试验小区在建成后的 1 个月后就发生了明显的土壤流失(见图 2-5)， 流失土壤达 189kg，而同样管护条件下的新型护坡砖试验小区未发生土壤流失， 保土效果非常显著，1 年后，坡改平护坡砖内的灌木长势远远超过老式护坡砖， 可有效提高坡面防护标准和绿化效果。 、 坡改平护坡砖 坡改平护坡砖（灌木长生

19、良好坡改平护坡砖（灌木长生良好） - 9 - （2 2）推广工作）推广工作20092009 年年 8 8 月在北京怀柔碾子河护坡工程采用，护坡坡比月在北京怀柔碾子河护坡工程采用，护坡坡比 1:1.51:1.5 施工前施工前 20092009 年年 8 8 月施工完月施工完 - 10 - 20102010 年年 8 8 月施工一年后月施工一年后 - 11 - - 12 - 现场调查表明，由于坡改平特殊的保水结构，现场调查表明，由于坡改平特殊的保水结构， 各类植物生长迅速，试验区内的植物由一种人工绿化各类植物生长迅速，试验区内的植物由一种人工绿化 的黑麦草发展到野生的酸模叶蓼、葎草、苋菜、木麻的黑

20、麦草发展到野生的酸模叶蓼、葎草、苋菜、木麻 黄、水芹等黄、水芹等 13 种植物等，植物群落内容丰富，人工种植物等，植物群落内容丰富，人工 与野生植被演替速度明显超过传统护坡措施，有利于与野生植被演替速度明显超过传统护坡措施，有利于 野外护坡植物群落的良性持续发展，并大幅度减少后野外护坡植物群落的良性持续发展，并大幅度减少后 期人工管护费用。期人工管护费用。 通过现场观测，试验区植被以草本为主，通过现场观测，试验区植被以草本为主， 间有荆条等灌木小草，植被盖度达到间有荆条等灌木小草，植被盖度达到 95%以上，减以上，减 少土壤流失少土壤流失 90%以上，并通过访问得知，后期管理以上，并通过访问得

21、知，后期管理 投入减少投入减少 90%以上。保土效益和绿化效果非常显著，以上。保土效益和绿化效果非常显著， 用户反映良好。用户反映良好。 阜石路西延工程阜石路西延工程 - 13 - 阜石路西延工程四个月后阜石路西延工程四个月后 完全植被自然恢复完全植被自然恢复 - 14 - - 15 - 朝阳小厂沟边坡治理工程朝阳小厂沟边坡治理工程 （未使用该产品前）（未使用该产品前） 施工后施工后 - 16 - 朝阳小厂沟边坡治理工程朝阳小厂沟边坡治理工程 （使用两个半月后）（使用两个半月后） 使用半年后使用半年后 - 17 - 凉水河管理处莲花河生态护坡（凉水河管理处莲花河生态护坡（原状原状） 施工后施工

22、后 - 18 - 示范工程：京开高速公路求贤收费站示范工程：京开高速公路求贤收费站 示范工程：京开高速公路求贤收费站示范工程：京开高速公路求贤收费站 - 19 - 丰富的绿化造型，使生态护坡工程不再机械、呆板。丰富的绿化造型，使生态护坡工程不再机械、呆板。 三、结论及建议三、结论及建议 新型护坡砌块具有良好的推广价值和发展前景新型护坡砌块具有良好的推广价值和发展前景 新型护坡砌块的研究和试验表明，它具有保土蓄水效果好、 坡面绿化措施选择空间大、稳定性好、施工简单、经济实用、 后期成本低等特点，是一种保土保水效益显著、实用性强的创 新产品，“坡改平”生态护坡技术在国内属首例，具有良好的 推广价值和发展前景。 - 20 - 初步的示范推广，使我们看到这是一项生态友好、减少土 壤侵蚀和蓄水保墒效益显著、具有巨大生态、经济和社会效益 的自主知识产权的水土保持应用好技术。 将在全国范围内减少将在全国范围内减少上亿吨土壤的流失，为全国的生态环上亿吨土壤的流失，为全国的生态环 境境建设和水土保持作出贡献。建设和水土保持作出贡献。 “剧烈”为土壤侵蚀强度分级标准表的最高级别。土壤侵蚀分类分级标准 (SL190-96)，P7。