透水性混凝土护坡板应用研究

摘要：透水性混凝土作为一种新型的生态材料，其本身的多孔隙特征，能够降低城市噪音、缓解城市的热岛效应，透水性混凝土已经作为路面材料在国内外广泛应用。本文研究了诱发滑坡的原因；透水性混凝土护坡板的制备，施工工艺等，在保证一定的稳定性前提下，缓冲降水对坡体的影响。

关键词：透水性混凝土；孔隙率；护坡板；施工工艺

中图分类号： TU528 文献标识码： A

近年来，国家的建设速度大幅增加，道路交通、矿山开采、大坝水库、河流运输的开发建设，带来了大量的坡面，随之而来的问题就是水土流失和地质灾害隐患。因此，加强对边坡灾害防治是一个长期、紧迫的维护生态安全的重要任务。

一.诱发滑坡的主要原因

造成山体滑坡的因素有多，降雨是其中最重要的诱发因素，在雨季或大的降雨之后，常常会发生边坡破坏，降雨对边坡的稳定性的影响是通过地表水转化为地下水，通过地下水和岩土体的共同作用影响边坡稳定.

作为护坡材料，可以具有一定的透水能力来避免坡体表面径流的产生，同时也需避免渗水太多造成坡体土的饱和，反而造成滑坡。本试验研究的透水性混凝土具备一定的强度、渗透系数可以根据坡体土质的特征来改变，将其制备称透水性混凝土护坡板具有一定的应用前景，透水性混凝土护坡板一方面能满足一定的强度要求，而且对于护坡土质、雨水控制方面有一定的作用，降雨时可以防止雨水冲刷，缓冲雨水入渗速度，避免了土体流失和短时间内达到饱和，对坡体土质起到保护作用，另一方面，透水性混凝土护坡板的多孔隙，能够有效地铺筑于土质边坡上，提高护坡板与土体的结合程度，对于护坡板和土体间由于刚度差异产生的剥离有很好的缓解作用。

二.透水性混凝土定义

目前，对透水性混凝土的定义有多种说法，美国混凝土协会在2002年将此种混凝土描述成“一种由水泥结合而成的开放级配混凝土”；日本混凝土协会在2004年对透水性混凝土的描述为“拥有连续孔隙率约20%的混凝土”；我国建筑科学研究院对它的描述是“由水泥、粗集料和水拌合而成的无砂混凝土” [1],结合前人研究，笔者将透水性混凝土定义为：一种多孔混凝土、无砂混凝土，通过不同的材料、制作工艺制成的，具有特殊结构和表面特征，有一定的强度，且有透水性的一种生态混凝土。

三.透水性混凝土护坡板的制备

(一)厚度设计

透水性混凝土护坡板的厚度设计可以参考《堤防工程设计规范》（GB50286-98）附录D中的公式（D3.3）计算，计算公式如式。

该公式考虑了水文、风向等条件，设计相对比较保守，而公路护坡同堤防工程不一样，对于透水性混凝土护坡板，厚度影响雨水入渗路径和时间，厚度越大，雨水渗透的时间越长，越能缓冲对坡体的冲刷，但是另一方面随着厚度的增加，透水性混凝土的自重增加，增加了对坡体的负荷，加上雨水的动力效应，反而对坡体稳定不利，容易造成滑坡。本研究在参考堤防规范规定的护坡厚度同时，考虑透水性混凝土护坡板的自身特点及施工荷载，拟确定透水性混凝土护坡板的厚度60mm。

（二）形状设计

透水混凝土护坡板的形状应遵循以下原则：

1．避免铺筑时产生通缝，保证铺装完成后的整体性

2．形状均匀、力学性能好

笔者分析研究了以下几种形状的优劣（如图1）

图1各种形状铺装简图

由图1的铺装简图可以看出，正方形、长方形、梯形、L形、三角形无论是采取平砌、竖砌、斜砌还是交错砌，都必定会在横向或者竖向方向上产生通缝，这样容易造成护坡板在坡体上分层自身解体，对坡体整体性及稳定性不利。

从形状本身角度来讲，十字形、T形、H形虽然不会产生通缝、但是90度的弯折对于材料的抗剪性能不利，在荷载的作用下，容易造成剪应力集中而产生剪切破坏，这对于护坡板单体本身的整体刚度也是不利的；H型、方形斜砌、六边形从形状上来讲能够很好的咬合，且在铺装过程和使用过程中，不会因为单个板块的破损或者破坏而影响整个护坡，如图2(图示阴影部分为破损、破坏板块)。因此，笔者综合以上分析，认为透水性混凝土护坡板的形状选取以正六边形为最优。

图2块体损坏示意图

（三）配合比选取

考虑公路边坡土质问题，主要以目标孔隙率作为配合比设计的重要指标。强度与透水系数呈反比关系，透水性混凝土护坡板的强度要求虽然不高，但是必须要能满足施工期间基本荷载、竣工后使用过程中的基本荷载或维护荷载，从获得透水性混凝土抗压强度值可知，目标透水系数根据边坡土体的透水系数来确定，透水性混凝土护坡板的透水系数一方面不能超过土体的透水系数，另一方面必须满足当地降水时最大降水量的排解，避免雨水汇集产生径流。

（四）透水性混凝土护坡板厚度、宽度计算确定

由于透水性混凝土护坡板不含钢筋，且强度比普通混凝土要低，如何根据试验测得的透水性混凝土试块抗压强度来推算透水性混凝土护坡板的厚度以及边长是研究的重点。为了确定合理的尺寸，给实际应用一定的参考建议，本研究做了如下的假定：

1．六边形板按面积相等用正四边形近似代替计算，其形心重合。

2．透水性混凝土护坡板极限承载力按试验获得的数据14.8MPa，其抗拉强度取抗压强度的1/10，为1.48MPa。

3．此法为近似算法，计算时荷载考虑施工荷载，即施工时人站在透水性混凝土板上不发生破坏，人荷载取800N，按集中荷载布置于跨中，暂不考虑板自身重量。

4．计算时考虑最不利状态，两边铰支，考虑最大弯矩状态。

图形变换及计算简图如图3。

图3计算简图

5．计算过程

当不考虑板自身重量时：

当最大正应力小于其抗拉强度时，可以认为其达到最大承载能力，即tσ45.3mm。

考虑正常施工时的搬运，透水性混凝土护坡板的边长不宜过大，同时为了方便生产方便，规模化。暂取透水性混凝土护坡板的边长为200mm，厚度适当增大取60mm，经计算得六边形透水性混凝土护坡板自重为11.2kg，此重量能够满足普通搬运要求。

四.透水性混凝土护坡板施工工艺

透水板的施工工艺基本顺序为：施工前期准备工作材料准备铺筑清理场地

(一)施工前期工作

施工前期准备工作包括：勘察地质条件、边坡稳定性分析评价、确定削坡施工方案、平整坡体四个部分。

（二）材料准备

透水性混凝土护坡的主要材料为透水性混凝土护坡板，此板可以在工厂定做或者现场制作，预制的透水性混凝土进场施工前必须对其进行外观检测，要求透水性混凝土护坡板无边角破损、无块体孔隙过大等现象；透水板的形状、平面尺寸和厚度等均符合要求。

（三）铺筑

透水性混凝土护坡板在铺筑前，必须先定好铺筑起始点和铺筑高度，次序可以采用自下而上、自坡体始发段到结束段。铺筑时注意轻装轻卸，认真仔细，块与块之间搭接紧密，一般块与块之间的缝宽不超过5mm，铺筑时注意左右均衡，避免发生斜向的折裂。

五.透水性混凝土护坡板施工特点

1.透水性混凝土护坡板为预制构件铺筑，施工现场作业无需大型机械的进场，对施工队伍的专业技术素质要求不高，有基本的混凝土预制件砌筑能力即可。

2.预制构件的现场施工速度快，少量构件出现破损或破坏时及时检查补齐即可，不会影响其他构件的工作性能。

3.透水性混凝土施工采用简单铺筑方式，雨季对透水性混凝土护坡的施工影响较小。

六.结论

从理论上简单设计了透水性混凝土护坡板的厚度、形状，且对透水性混凝土护坡板的边坡稳定进行了分析，简单介绍了透水性混凝土护坡板的施工工艺，得出以下结论：

1．透水性混凝土护坡板形状拟确定为正六边形，建议边长可取200mm，厚度可取60mm。

2．从坡体滑坡的原因，确定了透水性混凝土护坡坡体稳定性分析应采用透水介质边坡稳定分析方法。

3．透水性混凝土护坡板施工工艺初步确定为：施工前期准备工作材料准备铺筑清理场地。

4．透水性混凝土护坡板对施工要求不高，受雨季的影响较小。

由于未进行现场施工试验，本章给出的透水性混凝土护坡板的形状和厚度仅供生产和施工参考之用。

参考文献

[1]廖秀华.透水性混凝土的研究.广西大学.2006