新型邊坡生態防護、植生技術日本JCK株式會社北京特希達新材料有限公司楊才千吳智仁1報告內容邊坡防護技術概述新型現澆透水·植生生態混凝土邊坡保護、植生技術W-OH邊坡保護、植生技術

2護坡、植生技術設計流程開始邊坡結構穩定與否Yes植生與否植生與否NoYesNoYesNo結構穩定工程1）框架+錨固+砂漿2）框架+砂漿3）混凝土+砂漿4）預制混凝土塊等植生群落設計確保設施安全工程拋石護坡法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計結構穩定工程+植生工程++邊坡穩定工程+植生工程只有邊坡穩定工程錨桿+混凝土噴漿3國內外邊坡治理主要技術被動式現場澆筑混凝土鋪設石塊或石板鋼混框架+砂漿混凝土柵欄金屬塑網、碎石堆積錨桿+砂漿擋土墻、扛滑樁等

主動式綠化植生技術（W-OH植生技術、客土噴施、植生墊以及植生帶等方法）上述固定技術+植生技術透水﹒植生生態混凝土技術等4一、生態混凝土國內外研究現狀二、SR-3/SR-4材料及現澆透水·植生生態混凝土性能特征三、透水及植生護坡原理四、基于SR-3/SR-4現澆透水·植生生態混凝土的邊坡保護、植生技術五、所取得成果及其效應透水·植生生態混凝土的護坡植生技術5一、概念及國內外發展現狀概念：通過材料篩選，采用特殊工藝制造的具有特殊結構與表面特性的，能減少環境負荷，與生態環境相協調，并能為環保做出貢獻的混凝土。（1995年日本混凝土協會）英國19世紀50年代初，起初在無細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國家，用于絕熱保暖；國內外發展現狀在美國，關于透水性混凝土的研究始于1956年。日本發展現狀上世紀80年代，日本少數私營企業開始研發并應用生態混凝土（亞洲產業株式會社、小澤混凝土工業株式會社等）；61995年，日本混凝土工學協會提出了生態混凝土的概念，并設立了生態混凝土研究委員會；2001年，出版《多孔性混凝土河川護岸方法的手冊》，主要用于河道、蓄水池斜面邊坡的生態治理；2001年，同年成立了名為“關于確立多孔性混凝土的設計及施工方法的研究委員會”。中國的研究發展現狀研究起步較晚，但近年來，國家逐漸重視生態材料、技術方面的研究，啟動了863計劃，投入大量的資金，在8個基地進行開發研究。如，國家863“十五”重大科技專項“鎮江城市水環境質量改善與生態修復技術研究與示范”。JCK株式會社與國內清華大學、東南大學、青海大學等院校、科研機構，建立了長期穩定、緊密協作的合作關系；并與北京特希達新材料有限公司共同成立合資公司致力于將國際領先水平的新型現澆透水·植生生態混凝土技術在中國應用和推廣。7

傳統被動護坡技術示意圖

砌塊或混凝土碎石反濾層傳統護坡技術傳統護坡技術的不足1）被動防護，堤體與外部處于物質、能量的隔離狀態，內部不穩定；2）需鋪設反濾層，施工麻煩；3）壩體與保護層協調變形能力差，故抗震動能力差，耐久性能不好。4）無環境、生態和景觀附加功能等。8二、現澆透水?植生生態混凝土護坡原理透水生態混凝土透水生態混凝土護坡法混凝土的堿性降低土中小動物低成本的自然填充土陸生昆蟲植生生態混凝土護坡法透水·植生生態護坡技術的優點1）主動防護，水及空氣等可在堤體與外部自由流通，處于動態平衡狀態；2）無需反濾層，可現澆施工，施工性良好；3）壩體與保護層協調變形性能好，故抗震動能力好，抗凍融性好，耐久性好；4）具有植生性能，改善生態環境和景觀，可實現可持續性長期生態護坡；5）消波和吸附噪音及有害氣體等附加功能等。9與普通混凝土的護坡效果比較比較因素現澆透水·植生生態混凝土普通混凝土（現澆）透水性①具有良好的透水性，可實現自由排水，故堤體及坡面都具有高度的安全性；②連續孔隙可設計性強，反濾效果很好，不會發生管涌及土沙等顆粒流失現象。①不具備透水性，其排水只能通過排水孔來實現；②無反濾性能，混凝土與被保護體之間的界面必須設置防止土質細顆粒流出的材料。消波、抗震性能①生態混凝土具有猶如米花糖狀的表面，其消波效果好；②生態混凝土與堤體相容性及具有多孔性等特點，對地震時的變形適應性強。①施工面平滑，無消波效果，波浪上揚厲害；②與堤體的剛度差別甚大，地震時由于兩者動態特性不同而導致變形過大而斷裂。抗洗掘、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，土粒子流失較嚴重。景觀性能在生態混凝土上實現植生綠化，不僅改善景觀，又能進一步加強坡面的穩固。景觀型一般較差。生態親和性能及特征其最大優點是具有良好的生態和環境親和性能：內部的連續孔隙可使水、空氣等自由滲透，為動植物及微生物提供棲息和活動空間，而且還可有效地提高水質的自然凈化能力。無生態親和性能及特征。10三、SR-3/SR-4現澆透水·植生生態護坡技術介紹類別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、機能性無機鹽及木質素磺酸?羥基羧酸組成的復合物碳酸鈣、硅石粉、機能性無機鹽及改性聚羧酸組成的復合物固含量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促進水泥的水合反應，提高混凝土早期強度，確?？紫毒鶆蚝涂刂瓶讖酱笮　Ｔ黾铀衔锱c骨料的附著能力，增強骨料間粘結層的強度，提高了耐久性。在骨料表面形成致密的保護層，提高抗化學的侵蝕能力，同時防止Ca(OH)2的溶出，改善了生態混凝土的環境親和性。促進植物的光合作用，便于動植物及微生物棲息，提高了和生物共生能力，有效促進水質的自然凈化作用。提高了力學、耐久性等結構性能改善了生態親和性和環境協調性12現澆透水·植生生態混凝土性能特征生態特性：可實現植生綠化、生物共存、水質凈化等功能；施工特性：施工性能良好，凝固時間快，保水性能良好，適宜現場澆筑；力學特性：抗壓、抗彎強度大，與普通混凝土相當；其他特性：耐久性、耐化學侵（腐）蝕性能良好。結構特性：具有大量連通的孔隙，且孔隙率、孔徑分布可控性好；13現澆生態混凝土與同類產品的性能比較對比試驗配方表配方粗骨料細骨料普通水泥SR-3/SR-4高效減水劑水實施方案(一)58~70%12~20%12~15%0.2~0.4%無3.5~4.5%實施方案(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各指標比較結果匯總表測定指標比較方案實施方案(一)實施方案(二)普通混凝土抗壓強度(28d)10~15MPa15~25MPa10~25MPa18~30MPa凍融試驗30次循環以下80次循環以上80次循環以上60-150次循環透水系數(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養護條件蒸汽養護自然養護自然養護養護箱養護15新型現澆透水·植生生態混凝土施工程序整理施工面、框架內清掃SR-3/SR-4現場加入高速攪拌3-4分鐘澆筑生態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輸或現場攪拌16施工方面的優勢(與普通生態混凝土比較）適合斜面現澆施工適合現澆和各種施工作業面，包括平面和斜面等；施工簡便，不需機械碾壓設備新型現澆透水·植生生態混凝土工藝簡單，在現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度發展快：4小時可達5MPa；工藝控制簡單水灰比誤差控制在±3%時，其結構和各項性能指標不受影響；受氣候、溫度等影響小，可在-15℃以上施工；自然養護。17四典型的應用領域及示例大型水庫堤壩的防護與治理河道周邊生態環境治理及防護湖泊、蓄水池的生態環境保護道路邊坡的生態治理與防護其他一些應用（人行道、停車場等）18示例1：農村渠道生態治理(日本岡山縣)

19示例2：城市河道生態治理(日本名古屋市山崎川)

施工中施工完1月后3月后20示例3：一級河川生態治理(歧阜縣土歧川)

21示例4：中國長江江堤生態防護(鎮江世業洲)

22示例5：中國西寧市湟水河河道生態治理與防護23示例1：日本河內水庫堤體邊坡保護工程24示例2：日本輝北水庫周邊堤岸及邊坡保護工程25示例1：日本高峰湖生態環境保護工程26示例2：日本鹽田蓄水池生態環境保護工程27示例：日本道路邊坡環境治理與防護工程2號西有年地區國道鹽澤線村道28示例：其他一些應用（人行道、停車場等）29五、基于SR-3/SR-4的研究和應用總結1)工程業績僅在日本已經有350多個工程施工實例，總施工面積達65萬平方米以上。2)國家發明專利（1）通氣透水性混凝土蓄水側坡面的建造方法，申請號200510040877.4；（2）針對加氣混凝土絕熱和材料力學性能提升的關鍵技術方案，申請號200710190806.1。303)技術鑒定：結論：上述研究成果具有創新性，對生態混凝土的制備及耐久性設計相關標準的制定具有重要的參考價值，研究成果總體達到國際先進水平。314)技術規范《土地改良事業設計指針「蓄水池整備」》

《土地改良事業計劃設計基準「堤壩設計」》

日本農林水產省已經將基于SR-3/SR-4的現場澆筑透水?植生生態混凝土技術作為大壩、水庫、蓄水池、河道等水利工程治理和保護的最有效方法和措施之一進行推廣和應用，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治理和保護。325)科研項目及論文863課題鎮江城市水環境質量改善與生態修復技術研究與示范，863重大科技專項（2003AA601100-3-7）,《現場澆筑型植生生態混凝土護坡技術研究》子課題負責人。（研究成果被鑒定為“國際領先”）科研成果發表論文及工程設計報告書近20篇。其他效應該產品的推廣應用同時帶來巨大的經濟、社會和生態效應。33W-OH護坡植生技術一、W-OH系列高新材料性能及其特征二、護坡和植生原理三、施工設備及技術四、基于W-OH的邊坡植生保護示例五、所取得成果及其效應34一、W-OH系列生態材料及其特征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的各種水質的水發生反應；耐久性良好，凝膠體的降解周期可控制；與多種材質(土、沙、混凝土等)具有很強的附著力；通過選擇W-OH的種類及調整其濃度，可設計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，對植被不產生藥害，對生態環境不造成二次污染。36W-OH系列產品性能一覽系列外觀比重粘度mpa.s硬化時間特點主要用途W-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據均在20oC，W-OH濃度為10%的條件下測得37W-OH的濃度和硬化時間特性(例)38固化層風洞試驗試件制作與準備風洞設置情況（0°,20m/s）風洞設置情況（60°,20m/s）風洞實驗中W-OH防護層抗風蝕能力及強度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%基于有機復合固化液（濃度2-7%）試樣可控降解時間評價：第一組：六月以上第二組：一年以上第三組：三年以上40W-OH安全性能試驗試驗結果（1）W-OH系列產品不含任何重金屬離子，對包括魚類在內的動、植物的安全性均得到公共權威機關的確認；（2）W-OH可與水以任何比例反應，不會以W-OH的狀態殘留在水或土壤中。41第一階段：種子、肥料等的混合、撒播、平整壓實肥料、種子混合撒播平整掩埋碾壓壓實二、基于W-OH的護坡和植生機理土（沙）42界面均勻空隙及土(沙)施工設備噴灑作業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：可持續性生態固土（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個月后(功能乳劑0%)1個月后(功能乳劑7%)1個月后(功能乳劑8%)1個月后(功能乳劑9%)室內植生試驗研究在日本的研究狀況45有機復合固化液噴灑植物生物性能(3個月)植物生長性能(3個月)植物生長性能(5個月)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有機復合固化液濃度對植生性能的影響室外植生試驗研究47有機復合固化液噴灑

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

48三關鍵施工方法及設備邊坡保護施工設備中國日本49高效護坡和植生技術特性結構及植生機能：空隙率大小、孔徑分布等可通過調整W-OH的溶度和噴灑量進行控制，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，適合大規模生態環境治理；力學特性：具有較強的抗拉、抗壓強度；其他特性：降解周期可通過調整乳化劑進行控制，耐久性良好，降解產物對生態環境無副作用。經濟特性：用量小，工藝簡便單一，綜合成本較低；50剛施工后一個月后示例1：山體邊坡生態環境治理(日本大分縣)

四典型的邊坡保護和植生應用示例51示例2：高速公路分離帶邊坡生態治理

（日本佐賀県鳥棲～久留米間）

52示例3：鐵道路基邊坡生態環境治理53示例4：青藏鐵路固沙生態治理示范工程（青藏鐵路五道梁）施工前期，噴灑固化劑施工三個月后，植被生長情況54五、所取得的成績及效應1、技術鑒定結論：首次開發了OH固沙植生技術，該技術成本低，材料可降解，施工簡單方便，固沙效果明顯。專家委員認定該研究成果總體達到國際先進水平。552、國家發明專利植生綠化用固沙工法，已在日本申請發明專利（特許號2007-192065）；基于有機復合材料的化學固沙綠化技術的沙漠治理方法（申請中）。3、有關重大科研項目1、【三江源地區脆弱生態系統修復與可持續發展關鍵技術研究及其應用示范】，國家“十一五”科技支撐計劃，作為主持人提交的項目建議書已經獲科技部批準，2008年；2、【青藏鐵路防沙治沙關鍵技術研究】，（青海省重大科技攻關項目，項目編號∶20