生态袋理化性能

生态袋是采用高分子聚乙烯(聚丙烯)及其它材料制成的一种新型土工材料，耐腐蚀性强，抗UV，耐降解，具有透水不透土的过滤功能，对植物友善。通过生态袋在生态边坡防护及绿化中的使用情况，从力学性能(耐断裂、耐撕破、耐穿刺)、植生性能(透水性能、植生孔径)及老化性能(抗紫外线性能、冻融性能)几个方面着手分析生态袋体物理性能。柔性生态袋边坡生态技术主要是由生态袋、排水联接扣、加筋格栅及植被等共同构成护坡主体结构。柔性生态袋边坡生态施工流程主要由坡面清理、基层处理、土壤配置与填充、袋体堆砌及植被建植（点播、插播、压条、喷播等）与后期管养等组成, 施工工艺流程相当简单。待整个生态护坡工程完成后，植被得到了快速恢复，植物根系很好的完成了防止水土流失的任务。实现工程护坡和生态治理的完美结合。在工程应用过程中，相比作为辅材的排水联接扣和加筋格栅，生态袋袋体本身无疑是整个生态护坡体系最重要的组成部分，袋体本身的性能也决定了整个生态护坡的工程质量。

 

1. 生态袋的特点

生态袋是用高分子材料聚丙烯添加其它添加剂制成的一种新型土工合成材料，耐腐蚀性强，抗UV，耐降解，对植物友善，具有透水不透土的过滤功能，既能防止填充物 (土壤和营养成分混合物) 流失，又能实现水分在土壤中的正常交流，使植物生长所需的水分得到了有效的保持和及时的补充，使植物穿过袋体自由生长，根系进入工程基础土壤中，如无数根“锚杆”来实现袋体与主体（坡体）间的稳固作用，时间越长，越加牢固，达到稳定性永久边坡，降低后期维护费用。

生态袋力学性能：作为土工织物的最基本属性，具有良好的力学性能是生态袋必须具备的性能，考虑到生态袋体在护坡功能中所起到的力学作用和要承担的荷载负担，一般在工程应用过程中选用以下三类强度性能指标作为生态袋的主要控制指标：

A.拉伸性能：(1) 宽条拉伸强度：可以反映袋体在纵横向单位宽度范围内能承受的外部拉力，以及相应方向的最大延展性。(2) 握持强度：考察袋体抵抗外来集中荷载的能力可以选择测试相应的横、纵向握持强度，土工织物对集中荷载的扩散范围越大，则强度越高，在实际工程使用中就能承受更大的外部集中荷载。（3）撕裂强度：反映沿袋体某一裂口将裂口逐步扩大过程中的最大拉力，可以真实反映袋体在遭受破损时的抗破坏能力。（4）袋体抗冲击性能：考量袋体抵抗外部冲击荷载的能力可以选用不同的技术指标：(a) 胀破强度 (b) CBR顶破强度 (c) 圆球顶破强度，差别是试验尺寸、顶头尺寸和加荷方式不同。具体可以根据实际工程的外部环境特点甄选。

 

B.生态袋植生性能：根据生态袋在整个生态护坡系统中发挥的植生作用，袋体必须具备透水不透土的过滤功能，既要能防止袋内的填充物 (植生土、养分等混合物) 流失，又不能完全密封成为封闭结构，要能够实现水分在袋体与袋体、袋体与土壤等多层面的高效流动，使得植被生长所需的水分得到有效保持和及时补充，而实现生态袋上述机能，关键指标就是袋体等效孔径及透水性能。由于生态袋属于土工合成织物，其力学性能指标建议参照目前比较完善的土工合成材料试验标准进行测试 (表1) 。

表1 生态袋力学性能测试标准

 

表2 几种不同等效孔径生态袋透水系数的比较

 

（1）生态袋等效孔径：如果袋体材料过薄，孔径太大，填充物在遭自然雨水或人为流水冲刷时会大量流失，造成整个袋体的单位重量迅速减小，使护坡的力学结构发生巨大变化，偏移原有力学设计，, 容易造成护坡结构的破坏。相反如果袋体材料过厚，孔径太小，会产生下列不利影响 (a) 会对植被生长以及根系延伸形成阻碍，不利于植被的快速形成，无法按时完成绿化效果及护坡目的；(b) 袋体填充物的重量是在边坡力学结构设计时的固定数值，孔径太小，透水能力降低，当水分逐步渗入袋体时，其单位重量将大大升高，使结构受力增大，造成结构变形，坍塌；(c) 透水迟缓易造成静水压力急增，导致护坡工程易于塌陷。鉴于以上原因，建议使用ASTM D4751《测定土工织物表观露缝尺寸的试验方法》对袋体的孔径进行测试，目前，国内大部分袋体的等效孔径检测结果均在0.07-0.2mm之间，工程试验证明，这个尺寸基本可以保证填充物不会流失，且能够满足实际工程中生态护坡的质量要求。

（2）生态袋透水性能：对于袋体透水性能的测试，可以依据GB/T15789《土工布及其有关产品无负荷时垂直渗透特性的测定》测定垂直渗透系数、透水率等指标，从而计算出袋体单位面积单位时间下的透水量，明确袋体的透水能力。就目前国家建筑材料测试中心对国内的几家生态袋体厂家采样检测结果 (表2) 分析，袋体等效孔径在0.15-0.2mm之间时，垂直渗透系数≥0.12cm/s透水能力较好，能够较好的执行水分自由流通的机能，因此建议实际工程中尽量使用等效孔径在该范围的生态袋。

 

C.生态袋老化性能:生态袋体的老化损耗主要有以下四个方面：(1) 紫外线老化；(2) 酸雨或碱性液体的侵蚀；(3) 冷暖环境的变化对袋体的损坏；(4) 微生物的降解，其中微生物降解的情况较为复杂, 本文不做讨论，重点探讨前三种情况对生态袋理化性能的影响。(1) 袋体抗紫外线性能:生态袋在运输、施工过程及植被生长的初期往往直接暴露在外，接受阳光直晒，如果没有良好的抗紫外线性能，将直接导致袋体强度的迅速损失，影响使用，因此生态袋在使用聚丙烯 (PP) 为原材料的同时，必须添加抗氧剂、光稳定剂和深色碳黑等，以增强其抗紫外线 (光氧化) 、抗老化 (热氧化) 能力，在实际检测过程中建议参照ASTM D 4355《在紫外线辐射和水浸下土工纺织品损伤的标准试验方法》进行测试，测试时间可以根据实际光照情况进行选择，通常有150小时、300小时、500小时三种情况下，检测袋体在紫外线辐照下的强度保持率，在某些情况下可以参考JT/T 514《公路工程土工合成材料有纺土工织物》标准进行分级。

表3 JT/514《公路工程土工合成材料有纺土工织物》中土工织物光老化分级

 

(2) 袋体耐酸、碱性能:生态袋的绝大部分工程环境都在室外，非常容易遭受到酸性雨或碱性液体的侵蚀,酸、碱液对生态袋体的破坏或腐蚀，会降低袋体强度，破坏袋体完整性，对工程安全带来极大的隐患，并且施工完成后，袋体被植被所覆盖，后期不易排查袋体损坏情况，因此，此项指标在护坡设计初期就必须进行使用环境考察，建议按照土工合成材料耐酸碱性的测试标准GB/T 17632《土工布及其有关产品抗酸、碱液性能的试验方法》对袋体进行测试，使用0.025mol/L的硫酸和2.5g/L的Ca(OH)2溶液进行浸渍试验，考察袋体在以上酸、碱破坏介质环境下的外观变化、质量损失、强度保持率等。袋体耐酸、碱性能是生态袋关键指标尤为重要，因为该指标将直接关系到袋体的使用寿命。

(3) 袋体耐候性能:生态袋的使用环境较为复杂，使用温度基本等同于环境温度的变化，且会经受风吹、雨淋、浸泡以及高、低温环境的考验，因此，有必要重点考察生态袋体在耐候环境下的力学性能变化，以保证袋体不会在极端气候环境下发生严重的性能变异。建议根据地域位置和实际使用环境状况，制定具体的冻融循环等试验方案，对袋体的耐候性进行测试。目前，国内大部分生产厂家都会采取水融12小时，加-40℃冷冻12小时为1循环的测试方法，通常进行7~15个循环的试验，就目前试验结果分析，袋体的冻融循环强度保持率基本都在90%以上。鉴于目前国内生态护坡使用年限还不长，此项试验结果的适用性还有待实际工程进一步检验。

 

通过检测和工程应用论述生态袋及袋体关键理化性能与生态边坡工程质量的内在关系，确立影响生态袋、生态袋体及生态边坡工程质量的关键物理参数、取值范围和测试方法，为生态袋在植被坡面恢复中的应用提供更加可靠的技术支撑。在矿山、交通、水电、市政等工程建设边坡柔性生态防护中选择生态袋护坡技术，生态袋作为核心材料必须严格按照有关指标性能进行甄选，并且在专业的技术指导下开展施工。其中除了材料本身的优势以外，我们必须对袋体内的基质材料进行合理的配置，在袋体上实现植物种植也得选择合理的植物配置和种植模式。