基于石笼排水技术提升森林道路稳定性与承载力的实证研究——以瑞典达拉纳郡为例

这篇综述探讨了石笼（stone mattresses）作为森林道路稳定和排水技术的有效性。研究通过现场试验（LWD测量、剖面调查等）证明，石笼可显著提升动态变形模量（Evd）12-23%，减少车辙形成，同时优化水文管理。其创新性在于结合地理织物（geotextile）与粗粒岩石，为高湿度环境下的道路耐久性提供可持续解决方案，成本效益分析（SEK 231-351/米）进一步支持其工程应用价值。

　　

引言

高效可持续的森林道路建设对林业至关重要，需平衡交通需求与生态影响。瑞典达拉纳郡的试验首次系统评估石笼（又称French mattresses）技术——粗粒岩石包裹地理织物（N1级）的复合结构，兼具排水与稳定功能。气候变暖加剧极端降雨，传统道路易受侵蚀，而石笼通过促进水流分散，理论上可减少50%维护成本（Dirt and Gravel Road Studies 2022）。

材料与方法

试验选址与设计

试验道路位于Gr?ngesberg附近，由Kopparfors Skogar AB管理。两段200米道路分别设置石笼（间距40米/25米）与对照段。石笼宽1.5-2米，含70-150 mm碎石层（占比67%过2 mm筛）和0-32 mm表层。

建造优化

履带式挖掘机替代轮式设备可提升30%效率（实测1.5小时/石笼）。自压缩设计与机械铺展地理织物减少人力需求，成本降至SEK 231/米（4米宽道路）。

评估指标

轻质弯沉仪（LWD）测量动态变形模量（Evd），结合剖面扫描与含水率检测。49吨卡车模拟60次通行，对比气候暴露前后数据。

结果

力学性能

石笼段Evd提升显著：40米间距段Evd增长11%（对照段-1%），25米间距段达37%（对照段14%）。含水率从初始2.3%升至5.9%，但石笼段仍保持更高刚度。

形态稳定性

剖面测量显示，对照段车辙深度达12 mm（石笼段<5 mm）。视觉检查发现石笼段边缘砾石堆积较少，中心线无植被入侵（图14 vs 图17）。

讨论

石笼通过双重机制发挥作用：

1. 1.

   水力调控：地理织物阻止细颗粒流失，碎石层导流降低孔隙水压力；

2. 2.

   力学增强：Evd提升与间距负相关（r=-0.89），25米间距时刚度增益达23%。

成本分析显示，虽然石笼初期投入高（SEK 351/米），但减少50%维护频率（Kuttah et al. 2025）。生物工程兼容性使其适用于生态敏感区，如冰川遗迹带（Lyons et al. 2022）。

结论

石笼技术可操作性强，1.5小时/单元的施工效率适合大规模应用。25米间距配置实现最优性价比，Evd提升23%的同时减少车辙风险。未来研究可探索生物炭（biochar）复合石笼的低温适应性（Aldaood et al. 2021），进一步推动绿色道路建设。