生態(tài)混凝土護(hù)坡技術(shù)

新型邊坡生態(tài)防護(hù)、植生技術(shù)日本JCK株式會(huì)社北京特希達(dá)新材料有限公司楊才千吳智仁1報(bào)告內(nèi)容邊坡防護(hù)技術(shù)概述新型現(xiàn)澆透水·植生生態(tài)混凝土邊坡保護(hù)、植生技術(shù)W-OH邊坡保護(hù)、植生技術(shù)

2護(hù)坡、植生技術(shù)設(shè)計(jì)流程開始邊坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與否Yes植生與否植生與否NoYesNoYesNo結(jié)構(gòu)穩(wěn)定工程1）框架+錨固+砂漿2）框架+砂漿3）混凝土+砂漿4）預(yù)制混凝土塊等植生群落設(shè)計(jì)確保設(shè)施安全工程拋石護(hù)坡法1）貼草皮2）植生墊及植生布3）厚層客土噴施法4）種子+客土噴施纖維基材植生法生物植生袋法植生群落設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定工程+植生工程++邊坡穩(wěn)定工程+植生工程只有邊坡穩(wěn)定工程錨桿+混凝土噴漿3國內(nèi)外邊坡治理主要技術(shù)被動(dòng)式現(xiàn)場澆筑混凝土鋪設(shè)石塊或石板鋼混框架+砂漿混凝土柵欄金屬塑網(wǎng)、碎石堆積錨桿+砂漿擋土墻、扛滑樁等

主動(dòng)式綠化植生技術(shù)（W-OH植生技術(shù)、客土噴施、植生墊以及植生帶等方法）上述固定技術(shù)+植生技術(shù)透水﹒植生生態(tài)混凝土技術(shù)等4一、生態(tài)混凝土國內(nèi)外研究現(xiàn)狀二、SR-3/SR-4材料及現(xiàn)澆透水·植生生態(tài)混凝土性能特征三、透水及植生護(hù)坡原理四、基于SR-3/SR-4現(xiàn)澆透水·植生生態(tài)混凝土的邊坡保護(hù)、植生技術(shù)五、所取得成果及其效應(yīng)透水·植生生態(tài)混凝土的護(hù)坡植生技術(shù)5一、概念及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀概念：通過材料篩選，采用特殊工藝制造的具有特殊結(jié)構(gòu)與表面特性的，能減少環(huán)境負(fù)荷，與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)，并能為環(huán)保做出貢獻(xiàn)的混凝土。（1995年日本混凝土協(xié)會(huì)）英國19世紀(jì)50年代初，起初在無細(xì)骨料的情況下制成了多孔混凝土；1965年前后，傳到北歐等寒冷地區(qū)國家，用于絕熱保暖；國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀在美國，關(guān)于透水性混凝土的研究始于1956年。日本發(fā)展現(xiàn)狀上世紀(jì)80年代，日本少數(shù)私營企業(yè)開始研發(fā)并應(yīng)用生態(tài)混凝土（亞洲產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社、小澤混凝土工業(yè)株式會(huì)社等）；61995年，日本混凝土工學(xué)協(xié)會(huì)提出了生態(tài)混凝土的概念，并設(shè)立了生態(tài)混凝土研究委員會(huì)；2001年，出版《多孔性混凝土河川護(hù)岸方法的手冊》，主要用于河道、蓄水池斜面邊坡的生態(tài)治理；2001年，同年成立了名為“關(guān)于確立多孔性混凝土的設(shè)計(jì)及施工方法的研究委員會(huì)”。中國的研究發(fā)展現(xiàn)狀研究起步較晚，但近年來，國家逐漸重視生態(tài)材料、技術(shù)方面的研究，啟動(dòng)了863計(jì)劃，投入大量的資金，在8個(gè)基地進(jìn)行開發(fā)研究。如，國家863“十五”重大科技專項(xiàng)“鎮(zhèn)江城市水環(huán)境質(zhì)量改善與生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究與示范”。JCK株式會(huì)社與國內(nèi)清華大學(xué)、東南大學(xué)、青海大學(xué)等院校、科研機(jī)構(gòu)，建立了長期穩(wěn)定、緊密協(xié)作的合作關(guān)系；并與北京特希達(dá)新材料有限公司共同成立合資公司致力于將國際領(lǐng)先水平的新型現(xiàn)澆透水·植生生態(tài)混凝土技術(shù)在中國應(yīng)用和推廣。7

傳統(tǒng)被動(dòng)護(hù)坡技術(shù)示意圖

砌塊或混凝土碎石反濾層傳統(tǒng)護(hù)坡技術(shù)傳統(tǒng)護(hù)坡技術(shù)的不足1）被動(dòng)防護(hù)，堤體與外部處于物質(zhì)、能量的隔離狀態(tài)，內(nèi)部不穩(wěn)定；2）需鋪設(shè)反濾層，施工麻煩；3）壩體與保護(hù)層協(xié)調(diào)變形能力差，故抗震動(dòng)能力差，耐久性能不好。4）無環(huán)境、生態(tài)和景觀附加功能等。8二、現(xiàn)澆透水?植生生態(tài)混凝土護(hù)坡原理透水生態(tài)混凝土透水生態(tài)混凝土護(hù)坡法混凝土的堿性降低土中小動(dòng)物低成本的自然填充土陸生昆蟲植生生態(tài)混凝土護(hù)坡法透水·植生生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)1）主動(dòng)防護(hù)，水及空氣等可在堤體與外部自由流通，處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)；2）無需反濾層，可現(xiàn)澆施工，施工性良好；3）壩體與保護(hù)層協(xié)調(diào)變形性能好，故抗震動(dòng)能力好，抗凍融性好，耐久性好；4）具有植生性能，改善生態(tài)環(huán)境和景觀，可實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性長期生態(tài)護(hù)坡；5）消波和吸附噪音及有害氣體等附加功能等。9與普通混凝土的護(hù)坡效果比較比較因素現(xiàn)澆透水·植生生態(tài)混凝土普通混凝土（現(xiàn)澆）透水性①具有良好的透水性，可實(shí)現(xiàn)自由排水，故堤體及坡面都具有高度的安全性；②連續(xù)孔隙可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，反濾效果很好，不會(huì)發(fā)生管涌及土沙等顆粒流失現(xiàn)象。①不具備透水性，其排水只能通過排水孔來實(shí)現(xiàn)；②無反濾性能，混凝土與被保護(hù)體之間的界面必須設(shè)置防止土質(zhì)細(xì)顆粒流出的材料。消波、抗震性能①生態(tài)混凝土具有猶如米花糖狀的表面，其消波效果好；②生態(tài)混凝土與堤體相容性及具有多孔性等特點(diǎn)，對地震時(shí)的變形適應(yīng)性強(qiáng)。①施工面平滑，無消波效果，波浪上揚(yáng)厲害；②與堤體的剛度差別甚大，地震時(shí)由于兩者動(dòng)態(tài)特性不同而導(dǎo)致變形過大而斷裂?？瓜淳?、流失性能由于自身的過濾效果和消波效果，對洗掘，流失具有高抵抗性能。使用排水孔等方法，易造成流線集中且流速較快，土粒子流失較嚴(yán)重。景觀性能在生態(tài)混凝土上實(shí)現(xiàn)植生綠化，不僅改善景觀，又能進(jìn)一步加強(qiáng)坡面的穩(wěn)固。景觀型一般較差。生態(tài)親和性能及特征其最大優(yōu)點(diǎn)是具有良好的生態(tài)和環(huán)境親和性能：內(nèi)部的連續(xù)孔隙可使水、空氣等自由滲透，為動(dòng)植物及微生物提供棲息和活動(dòng)空間，而且還可有效地提高水質(zhì)的自然凈化能力。無生態(tài)親和性能及特征。10三、SR-3/SR-4現(xiàn)澆透水·植生生態(tài)護(hù)坡技術(shù)介紹類別SR-3（透水）SR-4（植生）外觀棕褐色懸濁液棕黃色懸濁液主要成分碳酸鈣、硅石粉、機(jī)能性無機(jī)鹽及木質(zhì)素磺酸?羥基羧酸組成的復(fù)合物碳酸鈣、硅石粉、機(jī)能性無機(jī)鹽及改性聚羧酸組成的復(fù)合物固含量40~46%42~48%pH4.5±0.53.5±0.5比重1.28±0.021.30±0.02SR-3/SR-4材料性能11SR-3/SR-4主要成分的功效SR-3/SR-4成分1成分2成分3成分4促進(jìn)水泥的水合反應(yīng)，提高混凝土早期強(qiáng)度，確?？紫毒鶆蚝涂刂瓶讖酱笮　Ｔ黾铀衔锱c骨料的附著能力，增強(qiáng)骨料間粘結(jié)層的強(qiáng)度，提高了耐久性。在骨料表面形成致密的保護(hù)層，提高抗化學(xué)的侵蝕能力，同時(shí)防止Ca(OH)2的溶出，改善了生態(tài)混凝土的環(huán)境親和性。促進(jìn)植物的光合作用，便于動(dòng)植物及微生物棲息，提高了和生物共生能力，有效促進(jìn)水質(zhì)的自然凈化作用。提高了力學(xué)、耐久性等結(jié)構(gòu)性能改善了生態(tài)親和性和環(huán)境協(xié)調(diào)性12現(xiàn)澆透水·植生生態(tài)混凝土性能特征生態(tài)特性：可實(shí)現(xiàn)植生綠化、生物共存、水質(zhì)凈化等功能；施工特性：施工性能良好，凝固時(shí)間快，保水性能良好，適宜現(xiàn)場澆筑；力學(xué)特性：抗壓、抗彎強(qiáng)度大，與普通混凝土相當(dāng)；其他特性：耐久性、耐化學(xué)侵（腐）蝕性能良好。結(jié)構(gòu)特性：具有大量連通的孔隙，且孔隙率、孔徑分布可控性好；13現(xiàn)澆生態(tài)混凝土與同類產(chǎn)品的性能比較對比試驗(yàn)配方表配方粗骨料細(xì)骨料普通水泥SR-3/SR-4高效減水劑水實(shí)施方案(一)58~70%12~20%12~15%0.2~0.4%無3.5~4.5%實(shí)施方案(二)72~81%4.5~12%8.5~12.5%0.2~0.4%無2.5~3.5%比較方案74～81%無16～22%無0.1~0.3%2.5~4.0%14各指標(biāo)比較結(jié)果匯總表測定指標(biāo)比較方案實(shí)施方案(一)實(shí)施方案(二)普通混凝土抗壓強(qiáng)度(28d)10~15MPa15~25MPa10~25MPa18~30MPa凍融試驗(yàn)30次循環(huán)以下80次循環(huán)以上80次循環(huán)以上60-150次循環(huán)透水系數(shù)(定水位法)5.0cm/s以上0.1cm/s以上0.1cm/s以上1.0×10-9～5.0×10-7cm/s反濾作用反濾效果差反濾效果顯著反濾效果顯著不存在此功能空隙率25%以上20±5%25±5%3％~4％單位容重1.8t/m32.0±0.2t/m31.8±0.2t/m32.3t/m3養(yǎng)護(hù)條件蒸汽養(yǎng)護(hù)自然養(yǎng)護(hù)自然養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)15新型現(xiàn)澆透水·植生生態(tài)混凝土施工程序整理施工面、框架內(nèi)清掃SR-3/SR-4現(xiàn)場加入高速攪拌3-4分鐘澆筑生態(tài)混凝土混凝土體初加工、表面精加工最后整理第一次攪拌混凝土攪拌車運(yùn)輸或現(xiàn)場攪拌16施工方面的優(yōu)勢(與普通生態(tài)混凝土比較）適合斜面現(xiàn)澆施工適合現(xiàn)澆和各種施工作業(yè)面，包括平面和斜面等；施工簡便，不需機(jī)械碾壓設(shè)備新型現(xiàn)澆透水·植生生態(tài)混凝土工藝簡單，在現(xiàn)場完成攪拌后由普通施工人員用普通工具在各種各樣的施工面敷料涂抹即可強(qiáng)度發(fā)展快：4小時(shí)可達(dá)5MPa；工藝控制簡單水灰比誤差控制在±3%時(shí)，其結(jié)構(gòu)和各項(xiàng)性能指標(biāo)不受影響；受氣候、溫度等影響小，可在-15℃以上施工；自然養(yǎng)護(hù)。17四典型的應(yīng)用領(lǐng)域及示例大型水庫堤壩的防護(hù)與治理河道周邊生態(tài)環(huán)境治理及防護(hù)湖泊、蓄水池的生態(tài)環(huán)境保護(hù)道路邊坡的生態(tài)治理與防護(hù)其他一些應(yīng)用（人行道、停車場等）18示例1：農(nóng)村渠道生態(tài)治理(日本岡山縣)

19示例2：城市河道生態(tài)治理(日本名古屋市山崎川)

施工中施工完1月后3月后20示例3：一級河川生態(tài)治理(歧阜縣土歧川)

21示例4：中國長江江堤生態(tài)防護(hù)(鎮(zhèn)江世業(yè)洲)

22示例5：中國西寧市湟水河河道生態(tài)治理與防護(hù)23示例1：日本河內(nèi)水庫堤體邊坡保護(hù)工程24示例2：日本輝北水庫周邊堤岸及邊坡保護(hù)工程25示例1：日本高峰湖生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程26示例2：日本鹽田蓄水池生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程27示例：日本道路邊坡環(huán)境治理與防護(hù)工程2號(hào)西有年地區(qū)國道鹽澤線村道28示例：其他一些應(yīng)用（人行道、停車場等）29五、基于SR-3/SR-4的研究和應(yīng)用總結(jié)1)工程業(yè)績僅在日本已經(jīng)有350多個(gè)工程施工實(shí)例，總施工面積達(dá)65萬平方米以上。2)國家發(fā)明專利（1）通氣透水性混凝土蓄水側(cè)坡面的建造方法，申請?zhí)?00510040877.4；（2）針對加氣混凝土絕熱和材料力學(xué)性能提升的關(guān)鍵技術(shù)方案，申請?zhí)?00710190806.1。303)技術(shù)鑒定：結(jié)論：上述研究成果具有創(chuàng)新性，對生態(tài)混凝土的制備及耐久性設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定具有重要的參考價(jià)值，研究成果總體達(dá)到國際先進(jìn)水平。314)技術(shù)規(guī)范《土地改良事業(yè)設(shè)計(jì)指針「蓄水池整備」》

《土地改良事業(yè)計(jì)劃設(shè)計(jì)基準(zhǔn)「堤壩設(shè)計(jì)」》

日本農(nóng)林水產(chǎn)省已經(jīng)將基于SR-3/SR-4的現(xiàn)場澆筑透水?植生生態(tài)混凝土技術(shù)作為大壩、水庫、蓄水池、河道等水利工程治理和保護(hù)的最有效方法和措施之一進(jìn)行推廣和應(yīng)用，如日本的輝北水庫、石川水庫、長柄水庫、上津水庫、東金水庫、土歧川河道等的生態(tài)治理和保護(hù)。325)科研項(xiàng)目及論文863課題鎮(zhèn)江城市水環(huán)境質(zhì)量改善與生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究與示范，863重大科技專項(xiàng)（2003AA601100-3-7）,《現(xiàn)場澆筑型植生生態(tài)混凝土護(hù)坡技術(shù)研究》子課題負(fù)責(zé)人。（研究成果被鑒定為“國際領(lǐng)先”）科研成果發(fā)表論文及工程設(shè)計(jì)報(bào)告書近20篇。其他效應(yīng)該產(chǎn)品的推廣應(yīng)用同時(shí)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效應(yīng)。33W-OH護(hù)坡植生技術(shù)一、W-OH系列高新材料性能及其特征二、護(hù)坡和植生原理三、施工設(shè)備及技術(shù)四、基于W-OH的邊坡植生保護(hù)示例五、所取得成果及其效應(yīng)34一、W-OH系列生態(tài)材料及其特征W-OH系列:

一種親水性氨基樹脂，呈淡黃色乃至褐色油狀體，遇水后極易溶解或乳化，并迅速形成有彈性的抱水凝膠體；該凝膠體遇水不再溶解，具有高度安全性。W-OH系列組份A

(親水性聚氨酯)組份B(乳化劑)遇水可迅速反應(yīng)固化，生成具有彈性抱水凝膠體提高和控制所形成凝膠體的抗紫外線性、耐久性各組份及其作用35W-OH系列材料的特性極易溶解于水，和水反應(yīng)可迅速聚合形成彈性凝膠體，且不再溶解于水；能以任何濃度與海水在內(nèi)的各種水質(zhì)的水發(fā)生反應(yīng)；耐久性良好，凝膠體的降解周期可控制；與多種材質(zhì)(土、沙、混凝土等)具有很強(qiáng)的附著力；通過選擇W-OH的種類及調(diào)整其濃度，可設(shè)計(jì)凝膠體的性能及用途，如固土、固沙、防塵、止水等；具有高度的安全性，對植被不產(chǎn)生藥害，對生態(tài)環(huán)境不造成二次污染。36W-OH系列產(chǎn)品性能一覽系列外觀比重粘度mpa.s硬化時(shí)間特點(diǎn)主要用途W(wǎng)-OH1A淡黃色液體1.18350240彈性凝膠體通用型固土、固沙、防塵W-OH3X褐色液體1.1712050彈性凝膠體低粘度防涌水快速止水W-OH15X褐色液體1.16350600彈性凝膠體延緩型大壩薄漿用、深層注入止水以上數(shù)據(jù)均在20oC，W-OH濃度為10%的條件下測得37W-OH的濃度和硬化時(shí)間特性(例)38固化層風(fēng)洞試驗(yàn)試件制作與準(zhǔn)備風(fēng)洞設(shè)置情況（0°,20m/s）風(fēng)洞設(shè)置情況（60°,20m/s）風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中W-OH防護(hù)層抗風(fēng)蝕能力及強(qiáng)度W-OH固化層39耐久性能和抗紫外線性能P5%-A0%P5%-AMN5%P5%-AMN6%P5%-AMN7%P5%-AMN8%P5%-AMN9%基于有機(jī)復(fù)合固化液（濃度2-7%）試樣可控降解時(shí)間評價(jià)：第一組：六月以上第二組：一年以上第三組：三年以上40W-OH安全性能試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果（1）W-OH系列產(chǎn)品不含任何重金屬離子，對包括魚類在內(nèi)的動(dòng)、植物的安全性均得到公共權(quán)威機(jī)關(guān)的確認(rèn)；（2）W-OH可與水以任何比例反應(yīng)，不會(huì)以W-OH的狀態(tài)殘留在水或土壤中。41第一階段：種子、肥料等的混合、撒播、平整壓實(shí)肥料、種子混合撒播平整掩埋碾壓壓實(shí)二、基于W-OH的護(hù)坡和植生機(jī)理土（沙）42界面均勻空隙及土(沙)施工設(shè)備噴灑作業(yè)固化后表面第二階段：噴灑W-OH固化液（少量藥劑與大量的水）43植物多孔固化體第三階段：可持續(xù)性生態(tài)固土（沙）植生綠化植生效果1植生效果3植生效果244試樣(固化劑5%)2周后(功能乳劑0%)

2周后(功能乳劑8%)2周后(功能乳劑9%)1個(gè)月后(功能乳劑0%)1個(gè)月后(功能乳劑7%)1個(gè)月后(功能乳劑8%)1個(gè)月后(功能乳劑9%)室內(nèi)植生試驗(yàn)研究在日本的研究狀況45有機(jī)復(fù)合固化液噴灑植物生物性能(3個(gè)月)植物生長性能(3個(gè)月)植物生長性能(5個(gè)月)在中國青海的研究狀況草的種類：緘茅草、披肩草、冷地早熟禾、中華羊茅46有機(jī)復(fù)合固化液濃度對植生性能的影響室外植生試驗(yàn)研究47有機(jī)復(fù)合固化液噴灑

固化劑3%+功能乳劑0%

日本種

固化劑3%+功能乳劑5%日本種固化劑3%+J功能乳劑

5%

中國種固化劑3%+功能乳劑7%

中國種固化劑3%+功能乳劑9%

中國種不同種子對植生性能的影響研究

48三關(guān)鍵施工方法及設(shè)備邊坡保護(hù)施工設(shè)備中國日本49高效護(hù)坡和植生技術(shù)特性結(jié)構(gòu)及植生機(jī)能：空隙率大小、孔徑分布等可通過調(diào)整W-OH的溶度和噴灑量進(jìn)行控制，具有通氣透水、保水、保溫等特性，利于植生綠化；施工特性：僅需噴灑施工、固化迅速、施工性良好，適合大規(guī)模生態(tài)環(huán)境治理；力學(xué)特性：具有較強(qiáng)的抗拉、抗壓強(qiáng)度；其他特性：降解周期可通過調(diào)整乳化劑進(jìn)行控制，耐久性良好，降解產(chǎn)物對生態(tài)環(huán)境無副作用。經(jīng)濟(jì)特性：用量小，工藝簡便單一，綜合成本較低；50剛施工后一個(gè)月后示例1：山體邊坡生態(tài)環(huán)境治理(日本大分縣)

四典型的邊坡保護(hù)和植生應(yīng)用示例51示例2：高速公路分離帶邊坡生態(tài)治理

（日本佐賀県鳥棲～久留米間）

52示例3：鐵道路基邊坡生態(tài)環(huán)境治理53示例4：青藏鐵路固沙生態(tài)治理示范工程（青藏鐵路五道梁）施工前期，噴灑固化劑施工三個(gè)月后，植被生長情況54五、所取得的成績及效應(yīng)1、技術(shù)鑒定結(jié)論：首次開發(fā)了OH固沙植生技術(shù)，該技術(shù)成本低，材料可降解，施工簡單方便，固沙效果明顯。專家委員認(rèn)定該研究成果總體達(dá)到國際先進(jìn)水平。552、國家發(fā)明專利植生綠化用固沙工法，已在日本申請發(fā)明專利（特許號(hào)2007-192065）；基于有機(jī)復(fù)合材料的化學(xué)固沙綠化技術(shù)的沙漠治理方法（申請中）。3、有關(guān)重大科研項(xiàng)目1、【三江源地區(qū)脆弱生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)與可持續(xù)發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)研究及其應(yīng)用示范】，國家“十一五”科技支撐計(jì)劃，作為主持人提交的項(xiàng)目建議書已經(jīng)獲科技部批準(zhǔn)，2008年；2、【青藏鐵路防沙治沙關(guān)鍵技術(shù)研究】，（青海省重大科技攻關(guān)項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)∶20