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經濟效益近2億元
該技術為我國多個重點工程項目實現了提高坡面綠化率、邊坡穩定性與工程經濟性的目標。截至目前，研究成果先後在我國6省區、1條高速公路建設中推廣應用，產生直接經濟效益近2億元，減少削坡佔地1524畝。
“在我國南方地區，如湖南、廣西、廣東等地，分佈有大量軟巖地質體，這讓交通基礎設施建設中產生大量軟巖邊坡，這類邊坡被雨水反覆入滲侵蝕，極易形成漸進式失穩。不僅易導致交通中斷，甚至會造成嚴重的山體滑坡等災害，大幅增加了公路建設和養護成本，是公路建設與運營中難以攻克的難題。”2月1日，長沙理工大學，公路養護技術國家工程實驗室內，該校岩土工程學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，團隊承擔了“炭質泥岩路堤濕化變形機理及控制研究”“複雜環境中炭質泥岩—土分層填築路堤強度劣化機理及控制研究”“温濕交互作用下粉砂質泥岩邊坡損傷演化及災變機理研究”等多個國家自然科學基金科研項目。
日前，作為項目負責人，他還正帶領團隊攻關國家自然科學基金重點項目“濕—熱—力耦合作用下泥岩人工邊坡災變機理、評價方法與防控措施研究”。“千里之堤，潰於蟻穴。只有徹底解決軟巖邊坡在降雨入滲下的失穩問題，才能切實保障道路交通安全。”
據悉，在南方地區軟巖邊坡失穩災變機理及防控技術上，團隊的研究在理論和成果應用上都有了重要突破。該技術為我國多個重點工程項目實現了提高坡面綠化率、邊坡穩定性與工程經濟性的目標。截至目前，研究成果先後在我國6省區、12條高速公路建設中推廣應用，產生直接經濟效益近2億元，減少削坡佔地1524畝。
十年攻關 應對邊坡失穩問題中的“戰鬥機”
邊坡失穩是公路建設領域重大災害之一。據不完全統計，近10年，我國因泥岩邊坡引發的滑坡事件達數萬起。“十二五”期間，我國在南方泥岩類地質體災害治理上的投入高達175億元，佔南方地質災害防治總投入的78%。“十三五”期間，僅廣東省就發生各類公路地質災害5000餘處，造成經濟損失超80億元，威脅總人口近30萬人。
“這其中80%以上的工程災害，與降雨造成的邊坡失穩有關。”團隊成員、長沙理工大學副教授曾鈴説。
軟巖邊坡失穩，又算得上邊坡失穩中的“戰鬥機”，尤為難以“搞定”。曾鈴給出了簡單解釋。
理論上看，首先，雨水在軟巖邊坡內部的流動規律尚不明確。其次，現有巖體遇水後的強度變化理論，遇到軟巖也猶如一拳打在棉花上。“包括現下較為常用的邊坡穩定性分析方法，對軟巖邊坡也不適用。”曾鈴説。
同樣顯得無力的，還有常規的邊坡防護方法。
“我們在廣西一些高速公路調研時發現，部分通過表面噴漿防護的軟巖邊坡，經降雨反覆入滲沖蝕後，會出現板底掏空（邊坡表面被水泥密封，但水泥層內部岩石卻已隨水崩解流走，形成了表面水泥板下的空洞）現象。部分採用框架樑防護的邊坡也發生了變形。遇到滑坡嚴重路段，只能通過大幅放緩邊坡，增加佔地面積的方法來防護。”付宏淵説。
儘管這一難題很棘手，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部入滲、聚集及排出的全過程演化規律，提出了軟巖抗剪強度參數取值新方法，為提出考慮軟巖強度劣化和暫態水壓力的邊坡穩定性分析方法奠定了基礎。“這對實際應用中防護體系的設計，有很好的參考價值。”
一項發明 讓邊坡防護“可守可攻”
在工程應用研究上，團隊不斷進行應用創新。其中讓記者頗為感興趣的，是一項邊坡綜合生態防治結構和防治方法的發明專利。
“這是我們正在做的一個示範工程。”付宏淵指着一組對比圖説。
圖片上是國家交通運輸部科技示範路——常祁高速公路的一個示範工程段。路段應用了團隊提出的軟巖邊坡綜合生態防治結構進行邊坡防護。
記者看到一張圖上的邊坡，大部分是裸露的岩石。另一張圖中的邊坡，則綠得“發光”。“用我們的技術，等這段高速公路建成後，不僅不用擔心邊坡表層反覆滑塌，還能解決復綠難的問題。到時候你們看到的，就是穩固又能達100%綠化的‘新’邊坡。”付宏淵很自信地講述了這項“可攻可守”的技術。
據瞭解，該技術集合了新型結構防護、表層防護及疏排水技術於一體。在結構防護上設計了新型植生、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，研究團隊則發明了超疏水材料，噴塗在邊坡表面，可有效防止雨水滲入，同時在材料外層噴射厚層植生土，實現對邊坡的有效復綠。
“這項技術的應用，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%。經濟又環保。”常祁高速公路負責人馮宇點贊。
解決“腸梗阻” 整體成果成軟巖邊坡失穩的剋星
排水管之於邊坡，猶如腸道系統之於人體。一旦不順暢，會導致坡內積水水壓增大，同時軟巖在水長期浸泡下強度會大幅降低，最終嚴重影響邊坡穩定性。
“大量工程應用發現，傳統排水管存在一些比較明顯的缺陷。”曾鈴説。比如，傳統排水管開孔率較小，天然排水能力不足；排水管四周開孔，導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；排水管通常採用整體設計，發生淤堵就無法更換，導致無法正常排水……這些缺陷對軟巖邊坡而言，更致命。“軟巖崩解後所產生的碎屑，極易讓排水管更加堵塞。”
針對這個問題，團隊提出了一種新型排水管設計思路，促使坡內水分“自主”流出。不過，經反覆測試及現場應用後，這種設計依然不能滿足軟巖邊坡排水的“胃口”。
是否可以設計一種主動吸水的模式來排水？曾鈴又提出了一個新思路。在查閲大量文獻資料後，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。“排水管利用吸濕—放濕性纖維層，吸收管體周邊較大範圍岩土體中的水，再利用毛細原理及蒸發作用將管內水體排出。”
2019年4月，以業內權威專家、長安大學教授王秉綱為組長的專家團隊，對“降雨入滲邊坡失穩災變機理及控制技術”的多項成果開展了評價。專家組一致認為成果總體達國際先進水平，社會、經濟和環境效益顯著，推廣應用前景廣闊。
目前，成果已在湖南省益婁高速公路進行粉砂質泥岩邊坡治理，累計應用路段5.7公里。相對原支護方案，造價降低20%，節約1200餘萬元。廣佛肇高速公路採用該技術的邊坡，過去數年，都穩穩接住了數次大級別暴風雨考驗。
成果應用還在繼續。“我們的技術還將在湖南龍琅高速，以及廣西、廣東等省份多條在建高速公路中應用。研究成果有望推廣到南方地區即將實施的近2萬公里高速公路建設中。當然，它也適用‘一帶一路’沿線氣候相似的國家和地區，應用前景十分廣闊。”付宏淵説。（記者 俞慧友）