阴阳坡效应对黄土边坡破坏特点分析及防护措施

谭建德

（甘肃省公路建设管理集团有限公司，甘肃兰州730030）

阴阳坡效应对黄土边坡破坏特点分析及防护措施

谭建德

（甘肃省公路建设管理集团有限公司，甘肃兰州730030）

边坡是公路的重要组成部分，稳定的边坡可以保障路基稳定、排水系统畅通、路面系统完好和道路的安全运营，防止公路边坡发生蠕动、滑坡、崩塌、剥落、塌陷等病害，对公路建设质量和安全运营有着非常重要的意义，因此对边坡稳定技术的研究和创新一直是公路建设、养护管理部门和研究机构关注的热点问题。本论述综合对比传统意义的各种防护技术，就阴阳坡效应对黄土边坡破坏特点进行分析总结，简要介绍了植物纤维坡面防护技术的施工方法及优点，并结合十天高速公路及兰永一级公路试验段修筑情况，对阴阳坡效应下的黄土边坡施工建设及生态保护通过试验对比后得出，植物纤维坡面防护较为理想的结论。

阴阳坡效应；黄土边坡；破坏特点；防护措施

我国黄土分布面积很广，黄土和黄土状土分布面积约64万km2，其中湿陷性黄土约为38万km2，约占黄土分布面积的60%。甘肃省黄土地区高等级公路里程大约5 000 km，区内公路黄土边坡都不同程度上出现了多种病害。已有研究表明，不同坡向的边坡其受到的辐射、所处环境的温度和湿度明显不同，由此导致不同坡向边坡的土质、性状、变形状况以及植被覆盖度不同，阴阳坡效应由此产生。

阴阳坡效应对公路工程的选线、设计、施工、防护以及后期的运营养护都有十分重要的影响。长期以来，甘肃省公路边坡运营情况较差，水土流失问题严重，路域景观差，其客观原因是科研、设计水平较低、理念陈旧，而主观原因则是对边坡坡面防护以及绿色交通理念缺乏应有的重视。随着“西部大开发战略”的不断深入和丝绸之路经济带甘肃段“6873”交通突破行动的实施，甘肃省在今后的五年内，将形成通达州市、对接周边的高速公路网络和安全畅通、衔接高效的干线公路网络，建立起资源节约、环境友好的绿色交通体系。因此，在甘肃省今后的公路建设过程中，如何改善黄土地区公路边坡坡面病害频发、严重的水土流失以及单调的道路景观等问题，成为科研技术人员研究的重点。

1　阴阳坡效应对黄土边坡特点分析

黄土边坡阴阳坡病害特征差异明显，与坡面植被覆盖密切相关。在西北干旱区，阴坡受到太阳辐射少，蒸发量少，坡面土体保水性强，坡面表层土体风化作用弱，同时阴坡有利于坡面植物生长，植物根系增强坡面土体整体性，有利于坡面土体稳定，并对降水有截留作用，因此，阴坡坡面病害较少；而阳坡接受太阳辐射远大于阴坡，蒸发量大，土体风化作用强，并且阳坡坡面植被稀疏，导致坡面破坏严重。

在湿陷性黄土区，水是产生边坡病害的主要因素，因此，应注意截水、排水，减少水对坡面的冲刷；同时，应采取坡面防护措施，增强坡面抗冲刷能力。在今后的设计、施工过程中，建议在坡顶设置截水沟，将坡顶以外的汇水排走；在坡面及马道处设置排水沟，及时排走坡面流水。采用圬工护坡、植草护坡或者两者相结合的生态护坡方法，增强坡面土体稳定性。

通过对巉柳高速公路、天巉汽车二级专用公路、平定高速公路的挖方路堑边坡进行调研发现。

（1）湿陷性黄土边坡主要病害为坡脚剥蚀、坡面冲沟、陷穴等。

（2）未进行防护的边坡病害较多，且剥蚀病害最为常见；坡脚进行防护的边坡病害较少，边坡防护能显著降低边坡病害。

（3）阳坡植被稀疏，阴坡植被覆盖较好，阳坡病害明显高于阴坡。

（4）菱形格网护坡效果较好，拱形骨架护坡效果次之。

2　植物纤维坡面防护

黄土边坡坡面破坏机理研究表明，干湿循环和冻融循环对黄土性质影响极大，因此，要减少边坡坡面破坏，应从减小边坡土体干湿循环和冻融循环作用角度出发，控制边坡土体含水率和温度，增强坡面抗剪强度，加强坡面绿化。综合对比传统意义的各种防护技术，生态防护无疑是首选，结合甘肃省地区特点，采用植物纤维防护为最佳选择。

植物纤维坡面防护是将植物纤维（麦秸秆）、草种、肥料、保水剂、黄土等与水搅拌均匀后，通过喷射机械（水泥混凝土干喷机）喷射到坡面，在坡面形成一定厚度植物纤维层，以此保护坡面，减少坡面冲刷和坡面剥蚀。由于喷出的混合物具有很强的附着力和明显的颜色，喷射时可以不遗漏、不重复，均匀地将混合物喷射到坡面。同时，在良好的保湿条件下，草种迅速发芽生长，不仅能起到防护坡面的作用，还能起到美化环境、维持路域生态环境的作用。因此，植物纤维护坡是一种有效、经济、环保、施工效率高的边坡防护新技术。

植物纤维坡面防护技术源于液压喷播植草技术，但又有所不同。植物纤维坡面防护材料中的植物纤维为北方地区极为常见的麦秸秆，黄土可利用公路修筑时产生的弃方，材料来源广泛，施工成本较低。植物纤维坡面防护施工后1～2个月，植被基本覆盖原坡面，达到了绿化效果；同时，经历了较大程度的降雨后，植物纤维层未出现明显冲蚀与剥落现象，有效地保护了坡面，起到了稳定坡面，减少冲刷、冲沟、剥蚀等病害的作用，形成了良好的沿线绿化景观和生态保护效应。

3　结论

（1）通过病害调研发现，黄土区路堑边坡主要病害为坡脚剥蚀、坡面冲沟、陷穴，而水是产生这些病害的主要因素；未进行防护的边坡病害较多，且剥蚀病害最为常见；坡脚进行防护的边坡病害较少，边坡防护能显著降低边坡病害；阴坡植被覆盖较好，病害明显低于阳坡；菱形格网护坡效果较好，拱形骨架护坡效果次之；

（2）现场地温和气温监测结果表明，由于线路走向影响，路堑边坡都存在较明显的阴阳坡现象，同一监测断面一处边坡地温始终高于另一边坡，阳坡冻结深度小，且冻结时间短；路堑边坡开挖，改变了坡面与外界热交换条件，由于路线走向的影响，两侧边坡受到的太阳辐射、对流换热等边界条件不同，造成两侧边坡热交换不同，从而导致边坡下土体温度不同，阳坡坡面下土体温度高于相同位置阴坡坡面下土体温度，阳坡冻结期和冻结深度明显小于阴坡，冻融循环对阴坡土体的影响大于阳坡；两侧边坡浅层土体在6月至8月间较为接近，表明夏季浅层土体温度可能主要受气温影响，导致两侧边坡浅层土体温度较为接近，而冬季除受气温影响外，还受太阳辐射和对流的影响，导致浅层土体温度差异较大。

（3）现场含水率和降水监测结果表明，阴阳坡土体各层含水率与地温间并不存在明显的对应关系，阴阳坡土体含水率均受降水控制，并且由于阴阳坡土体渗透性的差异，导致阳坡含水率高于阴坡，阴坡受降水影响深度远大于阳坡，表明阴坡干湿循环影响深度大于阳坡；阴阳坡坡面下浅层土体含水率变化规律基本一致，且变化较大，说明水分在两侧边坡浅层土体中迁移速度基本相同，边坡下浅层土体渗透性基本相同。

（4）室内干湿循环试验表明，随着干湿循环次数的增加，原状黄土的黏聚力逐渐减小，且减小幅度较大，最后趋于稳定，内摩擦角逐渐增大，增大幅度较小，最后趋于稳定，干湿循环对原状黄土的强度有较大影响；环刀上部易溶盐总量逐渐增加，环刀下部易溶盐总量逐渐减小，干湿循环对原状黄土的盐分迁移有较大影响；随着干湿循环次数的增加，试样的质量损失呈线性增加。

（5）室内冻融循环试验表明，随着冻融循环次数的增加，原状黄土的黏聚力先增加，且增加幅度较小，后趋于稳定，而内摩擦角先减小，减小幅度较小，之后趋于稳定；环刀上下部易溶盐总量变化不明显，说明冻融循环对盐分迁移现象不明显；冻融循环作用对原状黄土的强度和盐分迁移影响较小，表明冻融循环作用对黄土边坡坡面破坏的影响明显弱于干湿循环作用。

（6）通过室内压实黄土的干湿循环、冻融循环试验，研究了干湿循环、冻融循环作用对对压实黄土的湿陷性及强度的影响，结果表明：随着干湿循环次数的增加，压实黄土的湿陷系数逐渐增加，干湿循环使已消除湿陷性的压实黄土重新具有了湿陷性，并且随着干湿循环次数的增加压实黄土的黏聚力逐渐减小，最后趋于平缓，逐渐稳定，而内摩擦角的变化规律不明显；随着冻融循环次数的增加，压实黄土湿陷变形逐渐增加，并且随着冻融循环次数的增加，压实黄土的黏聚力逐渐减小，内摩擦角变化较小，压实黄土的抗压强度与模量逐渐减小。

（7）十天高速K725+500～K733+400段和兰永一级路K23+450～K23+560段植物纤维边坡坡面防护示范工程表明，植物纤维坡面防护施工后1～2个月，植被基本覆盖原坡面，达到了绿化效果；同时，经历了较大程度的降雨后，植物纤维层未出现明显冲蚀与剥落现象，有效地保护了坡面，起到了稳定坡面，减少冲刷、冲沟、剥蚀等病害的作用，形成了良好的沿线绿化景观和生态保护效应。

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U416.1+4

A

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.11.001

2016-8-3

谭建德（1976-），男，汉族，青海格尔木人，大学本科，高级工程师，主要从事高等级公路项目建设管理工作。