关键词:路基边坡;稳定分析;边坡设计
路基边坡包括填方路堤边坡和挖方路堑边坡,是公路的重要组成部分。长期以来,路基边坡的综合防护技术一直是公路修筑中的一个常见但研究程度低的课题。80年代中期以前,我国主要以低等级公路建设为主,深挖高填较少,公路建设投资不大,因而路基边坡稳定问题较少,坡面防护工程不作为道路建设的主体工程,在公路工程建设中对边坡的防护常常被忽视。进入90年代以后,我国大量修建高等级公路,遇到大量的高填深挖路基,边坡稳定问题日渐突出。90年代初期,边坡防护与加固仍主要沿用低等级公路的边坡工程技术或借鉴铁道部门的经验来实施局部处理,由于在边坡处治时缺乏综合考虑,为工程埋下隐患。例如早期建成通车的沈大高速公路、深汕高速公路等。通车后路基边坡发生滑塌,造成了较大的经济损失和不良的社会影响。90年代后期,中国公路建设进入了前所未有的高速发展阶段,吸取前期公路建设的经验教训,高等级公路路基边坡的综合治理受到重视。各地结合当地工程实践开展了一系列公路路基边坡防护与加固技术研究,路基边坡工程理论与实践取得了很大的进展。
一、公路边坡现状及防治工程
1.公路边坡问题研究现状
研究分析阶段:人们已逐渐认识到岩体结构对边坡稳定的控制作用。边坡稳定性的可视化建模和非线性理论评价阶段:大量基础资料的积累和边坡工程实例的增加,使得可视化 建模在边坡稳定性评价和治理中的应用将表现出较强的实用性和光明的应用前景。
2.公路边坡工程设计的特点和要求
2.1 边坡工程设计的特点
非标准设计:不同类型的边坡有不同的特点,同类边坡和灾害也会因形成条件、成因机制、稳定状态等的差异而具有各不相同的特点,边坡治理工程设计对每个边坡的治理部位和范围、采取的方案和措施也是互不相同的。所以,边坡治理工程设计属非标准设计,必须对每个边坡进行具体的针对性设计。
风险性设计:a.不稳定边坡都是不良的复杂地质体;b.治理工程承受来自边坡体和外界的各种荷载,不仅自身应具有足够的抗变形和破坏的能力,而且还要求下伏的地质体也具有优良的性质;c.边坡治理工程技术迄今还是一门不严谨、不完善、不成熟的科学技术。因此,边坡治理工程设计必然存在着相当大的风险性。
应急设计:边坡形成虽然都有一个较长的孕育过程,但其发生灾害却往往具有突发性。 为了防止边坡地质灾害的发生或减轻其危害程度,在边坡灾害发生前后开展的防治工程设计,不少情况下具有应急设计的特点。此种情况下,通常是边勘察、边设计、边监测、边施工。
综合防治设计:单一的治理工程措施有时难以承受来自边坡体和外界的荷载,从而导致工程失效。因此,针对每个边坡的特点,在不同部位采取不同的措施,进行综合防治是非常 重要的。即使工程投资不能一次到位,也应在治理方案的基础上,进行分解,采取分期、分步实施的办法进行综合防治。
2.2 边坡工程设计的基本要求
在特殊荷载组合条件下,防治工程仍能保证灾害体的整体稳定性,不致造成危及人员生命等重大的地质灾害。在正常荷载组合条件下,防治工程应保证灾害体无明显的破坏,不会造成危及建筑物安全的地质灾害。应注意与公路、当地环境发展相适应,与市政规划、环境保护、土地管理和开发相结合,并在安全、经济、适用的前提下尽量做到美观。
2.3 防治工程设计的依据和基础资料
地形资料:地形图及平面、高程控制。气象水文资料:气温、降雨、冻结深度、暴雨;水文、流量、淹没、冲淤等。防治工程勘察资料:地质体的类型、年代、成因、产状、分布;岩土的工程性质及变异性;地质构造的性质、展布及对工程的影响;自然或人为不良地质现象及对工程的影响;地下水类型、水位及埋深、动态、补给排泄条件及地层渗透系数;水与土对建筑材料的腐蚀性;地震基本烈度,地震动参数;特殊岩土的测试与评价。
二、 路基边坡工程设计理论
公路是沿地表建设的线状构造物,延伸长度非常长,对环境影响大,跨越的地质地貌单元多,所遇到的工程地质条件好坏不一、复杂多样。判断一处边坡是否安全,取决于对边坡所处自然环境与地形地质环境的了解程度,以及能够把握住保持边坡安全的基本条件。工程边坡设计是否合理要综合考虑其安全性、经济性和环保性。现行的路基边坡设计在整个公路设计过程中受重视程度较低,究其原因,主要是在路线勘测设计阶段对工程地质条件了解不够充分,设计缺乏针对性,往往导致施工时边坡失稳,频繁变更设计,造成很大经济损失。反过来说,如果片面要求公路全线进行详细的工程地质勘察,同样也会由于路线长、工程地质条件好坏不一,增大很多投资,造成一些不必要的浪费,而且对地质资料的掌握仍然不容易满足设计要求。因此有必要调整边坡的设计思路。公路路基边坡加固与防护设计应遵循以下几个原则:
1.并行性。并行设计是现代设计的重要内容,在综合集成制造系统(CMIS)领域中广为应用。由于边坡工程条件非常复杂,因此严格按照岩土工程要求将滑坡治理过程明确划分为勘察、设计和施工几个阶段是不现实的。但是并行设计必须建立在非常充分的可行性研究基础上,国内典型滑坡治理工程中,长江三峡链子岩危岩治理过程是成功的并行设计范例,公路高边坡治理中,应用并行性思路进行设计的报道还未见。
2.反馈性。反馈设计又可称为动态设计或信息设计,它建立于监测基础上。90年代以来,以潘家铮院士为代表的学者在设计和加固水利工程边坡时提出了该方法。其基于施工期逐步明朗的地质条件及监测结果,对岩体工程进行动态设计,达到优化设计结果。反馈设计的前提是要根据现场施工监测资料对原设计进行正确的反分析,在此基础上进行反馈设计,目前在深基坑支护,高边坡工程得到初步应用。
3.智能性。如前所述,智能科学应用于边坡工程领域是一个具有重要意义的研究方向,目前正处于开创性阶段。对复杂边坡工程系统,通过智能科学方法进行规划、决策和设计是二十一世纪的发展方向。
4.绿色性。绿色设计已成为现代边坡工程设计的重要组成部分。半个多世纪以来,发达国家高速公路建设和公路环境建设的发展里程清楚地告诉我们:生物环境工程是公路环境治理工程的主体,必须在公路规划、设计的同时予以考虑,应用先进的绿化工程技术恢复与重建植被是公路生物环境工程的内涵。因此在路基边坡加固与防护设计时,应当结合公路沿线的地形、地质、气候特征,正确设计边坡植被防护与加固工程。
三、结语
总之,搞好公路建设,确保路基边坡稳定、安全,搞好环境保护,要深入了解现场,针对不同的工程土质、水文、气候等特点设计灵活的防护形式,并加强施工管理,这样才能建设―条安全之路、生态之路、人文之路。
参考文献
关键词:高速公路;防护技术;边坡加固
前言
一个国家要想发展经济,道路建设是非常重要的组成部分,随着我国经济的不断发展,西部大开发战略的顺利进行,我国建设高速公路的地理环境越来越复杂,为了使高速公路能够更长久的为人们服务,避免复杂的环境对高速公路的破坏,就要求高速公路的边坡加固技术水平不断提高,并能够根据公路铺设环境的具体情况制定相应的加固方案,以达到最好的加固效果,本文主要对新时期的高速公路边坡加固和防护技术进行了探究。
一、影响边坡稳定的因素
对于目前的高速公路的建设,其环境因素较为复杂,并且高速公路在使用的过程中,会有很多原因而导致边坡受到影响,其主要因素可分为两大类:第一类是自然因素,高速公路不同于城市道路,其本身就带有很强的特殊性,它的路线相对较长需要经过很多不同的地区和相对复杂的地形,然而不同地区的地质环境存在较大的差异,那么就必然导致一成不变的加固技术和防护技术不能满足高速公路多地质条件建设的需求,使得边坡加固和防护在技术和施工上受到严重的影响。总之,气候条件、地形条件、地质条件等自然因素都是影响高速公路边坡稳定的因素;第二大类是人为因素,高速公路从需求分析到路线设计到最后的施工都需要人为因素的参与,对于加固方式方法的最终裁定等都会在一定程度上影响高速公路边坡的稳定,因此在高速公路边坡稳定因素上认人为因素也占有相当大的比例[1]。
二、边坡加固与防护类型
高速公路的建成都需要对边坡进行加固处理,然而根据不同的地理地质条件需要采用不同的加固措施和类型,目前常用的类型有抗滑墙、抗滑桩、护脚墙、排水固结、预应力锚索等加固类型。
在高速公路边坡加固的同时仍然少不了边坡的防护,根据学者的研究目前应用最广泛的防护措施主要有两类,对于地质环境多为砂石,不利于植物生长的高速公路边坡通常采用第一类防护措施,第一类防护措施是圬工防护,其主要原理是将菱形网和石片及墙面等加设在高速公路边坡位置,使其起到一个阻挡滑坡及落石的作用。对于植物生长环境良好的高速公路边坡主要采用第二类防护措施,第二类防护措施是生物防护,其防护原理是指在高速公路边坡上种植生物,如植草皮、植树、植灌木等,以植物的根须对边坡土质进行防护[2]。
三、高速公路边坡加固与防护技术
1、高速公路边坡加固技术
高速公路边坡常见的地质灾害有错落、剥落、滑坡、坍塌、泥石流等,在高速公路设计之初,技术人员会根据勘测尽量避免有坍塌、滑坡、泥石流等大型灾害的地理位置,然而根据高速公路铺设的具体方案也会不得不穿越存在地质灾害的地区。一旦出现影响高速公路稳定因素出现的时候,就要采取简单有效的加固处理措施,常用的边坡加固方法有减载、排水、支挡、改良土质等,在采用加固处理时,一定要很据不同的影响因素采用最科学合理的加固措施[3]。
减载是指移除边坡上部的岩体,对边坡进行削头和削坡,减轻坡的总体高度使坡型变缓,在加大了滑坡的阻力同时也消除了下滑因素,减载可以在高速公路建造前期和建造中期进行。排水是指在高速公路的建造过程中排除铺设区域的地表水和地下水,减少因水分对高速公路失稳的影响,可以通过建设截水沟等措施完成排水,排水这种加固方法相对于其他方法更快速、更经济。支挡包括防滑墙、防滑柱等,其拥有布置灵活,施工方便、抗滑能力强的优点通常应用于中型或者小型的滑坡。土质改良方法是以改变土质达到抗滑强度,其主要的实现方法有动力固结法、石灰土加固法、喷浆注浆法、电渗法等。因其实现方法不利于实现经济效益,所以没有得到广泛的应用[4]。
2、高速公路边坡防护技术
近年来,随着科技的发展,高速公路边坡绿化恢复技术的提高,环保、生态、经济的防护方案已经渐渐地取代了传统的圬工防护技术。按照高速公路边坡破坏类型和特征大致可将防护措施分为坡面防护、落石防护、泥石流防护、滑坡防护等几大类[5]。
坡面防护主要是指防止因雨水冲刷、风化等自然因素对坡面产生的影响,按照生态防护的要求,可以将坡面运用种植植被的方法,这样不仅可以起到防护坡面的作用,也能更好的绿化高速公路沿途的风景,具有很高的经济效益和社会效益。落石防护主要是对于一些小规模的存在落石危险的区域运用铁丝拉网和植被护坡等技术,在前期保证无落石的基础上植被固土。泥石流的产生需要具有一定的地形和强降雨因素而产生,其危害远远大于其他的因素对高速公路的影响,一旦发生泥石流灾害就会造成巨大的经济损失,所以在高速公路建设时一定要尽量避免在泥石流多发区域,而大量种植植被防止严重的水土流失是防止泥石流产生的重要措施。
结语:通过本文以上的研究,笔者认为,对于我国新时期的、复杂的、高难度的高速公路铺设现状,高速公路边坡的加固和防护是非常重要的,而且高速公路边坡的加固防护本身就是一个长期性的工程,其加固措施是否合理,防护技术是否恰当都会影响高速公路能否保持稳定。因此在高速公路的铺设过程中,需要技术人员仔细勘测实际的铺设环境,总结出影响高速公路稳定的因素,并根据具体因素分析研究出最适合本段公路的加固措施和防护形式,为延长高速公路的使用寿命奠定坚实的基础。
参考文献
[1]许湘华,陆万鹏,程日涛,等. 浅变质岩变形特征与边坡支护设计方法研究[D].中南大学,2012.
[2]朱益军,李春郁,冯丽君,等. 基于GIS公路边坡稳定评判与防护决策系统研究[D].浙江大学,2013.
[3]秦凤艳,杨富莲,葛清蕴,等. 山区高速公路边坡生态防护技术的分析与应用[J]. 赤峰学院学报(自然科学版),2013,11(10):176-178.
【关键词】公路建设;边坡防护;功能
0 引言
公路建设是经济和国防建设中不可或缺的重要基础设施。建设中不仅要求稳定,确保安全,随着公路等级不断提高,人们环保及交通安全观念的转变,边坡防护设计和施工越来越收到人们关注[1]。由于我国对公路边坡技术的研究起步较晚,要提高防护意识,确保公路建设对环境影响最小化。
1 概念
公路边坡防护是采取一系列技术达到安全环保的一套综合防护措施。应遵守设计、施工、养护原则,结合设计对象气候环境、工程地质等特点,结合路面排水,因地制宜,在保证公路边坡稳定、安全情况下,选用适当的工程类型或采取综合措施保障公路主体即达到安全标准,又做到环境保护[2]。
2 我国边坡防护技术发展
自建国以来我国边坡防护技术经历了五个时期的发展,在不同时期拥有不同的边坡防护技术,根据公路建设的具体情况比如土质和坡度等同样也采取不同的防护技术[1]。
第一个阶段是填土反压、边坡放缓、地表排水、清方减载措施;
第二阶段是抗滑桩措施;
第三阶段抗滑桩支挡为主;
第四阶段锚喷防护为主;
第五阶段多措施综合治理基础上采用植物防护措施。
总之,我国边坡防护主要是侧重预防,因地制宜的考虑各种因素做到预防为主,在考虑各类因素的时候要做到主次分明,有选择有针对的对边坡进行防治。目前防治技术是抗滑支挡、完善排水系统、滑带良等措施[3]。
3 边坡防护技术类型
在《公路路基设计规范》中提出边坡防护技术的类型共分三种,分别是圬工防护、骨架护坡、植物防护。
圬工防护包括护坡、锚杆挂网喷浆、喷护、护面墙。是由片石砌筑、砖砌而形成的路基防护结构,需要注意的是采用该种防护时不宜采用锚杆挂网喷浆。
骨架护坡包括锚杆砼框架植物防护、多边形水泥砼空心块植物护坡、浆砌片石或水泥砼骨架植草护坡,是在路基边坡使用浆砌片石或混凝土形成框架式构筑物,通过框架植草而防止路基边坡溜坍的防护工程。
植物防护包括客土喷播、三维植被网防护、植被防护、湿法喷播。
生物防护有植被混凝土、种草、铺草皮、植树等。是以植物为材料,达到边坡稳定的目标属传统防护形式主要用于下边坡[1]。
4 边坡防护技术的功能性
边坡防护技术是在公路建设和养护阶段中在考虑道路的安全性、耐久性、便利性和可驶性的同时考虑环境与人文美化的综合防范措施。合理的边坡防护能有效的防治坡面失稳、水土流失、滑坡、塌陷等公路问题。具功能性主要体现在以下几点。
①水土防护功能
在公路设计中尤其是经过山区的公路,怎么解决边坡失稳的问题尤为重要,经研究边坡失稳与坡体水压力的有密切关系,而降雨是诱发边坡土壤重力侵蚀重要因素,通过种植浅根性的草本植物,让植物的垂直根系穿过浅层土壤,同时锚固到深层的岩土层,形成预应力锚杆作用,同时植物通过吸收和蒸腾作用降低边坡内的水分和孔隙水压力,提高抗剪强度。在降雨量大的地区,在降雨到达坡面之前,就被
坡体内水分、降低土体的孔隙水压力,提高土体的抗剪强度,进而促覆盖植被截流,植被的茎叶对雨滴和集中股流进行销能,可有效防止边坡水土流失。
②安全行驶功能
合理的公路边坡设计能有效提高行驶安全。周边植物能够过减缓路面温差变化,降低路表的温度延缓路面老化。可在事故高发地段在边坡种植视线诱导种植,通过植被变化提醒人们路型的变化。可在有隧道的地段种植命案植被,缩短驾驶员明暗变化的适应时间。可在夜间车流量大的地段种植遮光植物,提高夜间行车的安全性。
③生态恢复功能
公路建设对周边生态环境影响非常大,合理的边坡植物能够对颗粒污染物阻挡和吸滞,研究表明草坪的滞留颗粒物能力比土地高70倍,同时植物能够有效减弱交通噪声。边坡植物形成公路构造物对周围环境过渡缓冲,同时植物群落可成为生物栖息地,逐渐恢复因坡体开挖破坏的生物链,最大程度上恢复生态环境,降低公路建设对生物多样性影响。
④美观功能
公路建设过程中对路面进行开挖,原有的自然景观遭到破坏,在保障安全通车的同时,如何恢复被破坏的自然环境尤为重要。通过不同植物品种和不同造型的配置,使的地表展现出不同生态景观效果。
对生硬的公路构造物产生丰富的美观效果,提高行驶在公路的人们的舒适性。
5 结语
公路建设过程中既要保证交通运输,又要考虑沿线环境的影响。随着公路边坡发展经历了多个发展阶段,从混凝土、钢筋构造物防护,到目前的生物防护演变,是植物防护与工程措施相结合的结果,研究公路边坡技术有利于解决公路建设与生态破坏的矛盾,从而保证了边坡稳定和沿线生态快速恢复的目标。
参考文献:
[1]常斐,李彩霞.高速公路边坡防护技术探讨[J].公路与汽运,2006,120.
关键词 路基边坡 边坡病害 侵蚀机理 防护适用性 植物防护 防护区划综合防护设计
Stuedy on Side Slope Protection System of Expressway
AbstractThis paper analyses the types of side slope damages,reasons and principles of the damages.This paperalso explain the types,characters and selecting principles of protection methods.
Key wordsSubgrade side slopeSide slope damageDamage principle Protection availability Plant protectionProtection district Compr ehensive protection design
1前言
随着我国公路建设的飞速 发展 ,高等级公路边坡综合防护系统 研究 日渐引起公路部门的重视。边坡综合防护设计是高等级公路设计的重要 内容 之一,需根据公路等级、降雨强度、地下水、地形、土质、材料来源等情况综合考虑,合理布局,因地制宜地选择实用、合理、 经济 、美观的工程措施,确保高等级公路的稳定和高速行车安全,同时达到与周围环境的协调,保持生态环境的相对平衡,美化高等级公路的效果。
长期以来,路基边坡的综合防护技术一直是公路修筑中的一个薄弱环节,我国在80年代中期以前,主要以低等级公路建设为主,由于 交通 量小,深挖高填较少,投资不大,因而防护工程不作为道路建设的主体工程,由此引起的损失亦不大,所以在工程中对边坡的综合防护研究常常被忽视。进入90年代以后,我国高等级公路建设方兴未艾,由于缺乏对防护技术的系统研究,没有成熟的经验供设计部门 应用 ,因此只能用低等级公路的防护技术或供鉴铁路部门的经验来实施局部防护,缺乏综合考虑,从而为工程埋下隐患,造成了巨大的经济损失和不良的 社会 影响 ,有的甚至中断交通,如沈大高速公路鲅鱼圈所以南180km长的路段,后期的工程防治费用占整个工程防治费的80%、京石高速公路在1997年遇到洪水冲击后,很多路段出现路基垮塌,路面悬空的现象,再如众所周知的昆禄路等。据交通部统计,仅1991年因水毁冲毁路基1577km,冲毁路面43733km,冲毁桥梁3606座、涵洞40343道,塌方4171万方,直接经济损失16.86亿元,因排水防护不当使基层与路基含水量增加引起公路整体强度下降造成的损失更是无法统计。 与此同时,防护技术在 理论 方面尚需进一步研究,如边坡的侵蚀机理、边坡水力学特性研究、地区差异性以及公路部门与园林部门的专业交叉研究等等,以便提供边坡综合防护的理论支持和依据。
因此,为降低工程造价,减少或防止道路病害,保持生态环境的相对平衡,确保道路的安全与稳定,急需对高等级公路的边坡综合防护加固技术进行全面系统的研究。
2国内外研究概况 随着我国公路等级和人们生活水平的提高,路基边坡防护日渐引起公路部门的重视。在我国多年的道路工程实践中,积累了不少防护与加固技术的经验。水是公路边坡上土壤侵蚀的主体,公路部门对水流的力学研究都是以明渠均匀流为研究对象,如曼宁流速公式等,利用这些公式进行排水构造物的设计取得了较满意的效果,但如果以此来描述边坡冲刷则有不妥。如我国《公路排水设计规范》(JTJ018-97)中推荐的沟管近似流速公式V=20·i1/2,即流速与坡角的平方根成正比,而在公路边坡中,随边坡坡角的增大,径流流速确有增大的趋势,但坡角增大导致汇水面积减小,必然使流速减小,所以边坡径流流速应是产流降压强度、坡长、坡度、坡面粗糙系数的综合函数;在圬工防护理论计算方面,库伦理论,朗金理论被广泛应用。随着 科技 的发展,各种新型支档结构和防护型式及CAD程序相继而生,但在设计时,仅从边坡的稳定性等因素出发,很少考虑水对防护的量化冲刷能力和环保因素,如:可否利用工程经济学研究某路段采用集中排水或分散排水?可否用混凝土预制块或网格代替费工费时的浆砌片石?可否用植被防护或综合防护替代全圬工防护等等。由于工程的千差万别,上述问题在规范中仅定性地作了限制,很少给出具体比选方法进行量化计算分析,由此设计出的结果可能一方面是工程达到了防护效果却造成了大量工程资金的浪费,另一方面是防护不当或方案错误导致防护失败,造成巨大资金重复投入,形成不良的社会影响。
高等级公路由于线形标准较高、设计人员素质低、比选方案少等因素,造成路基高填深挖现象普遍存在,同时大交通量给沿线造成的交通污染不但威胁沿线居民的身体健康,而且影响区域的生态平衡。由于诸多原因,我国公路的环保技术研究远远不能适应当今高速公路发展的道路建设要求,同时关于边坡冲刷防护、交通环境美化进行的综合设计也鲜为报道。
在国内植物防护方面,随着人们环保意识的增强和生活质量的提高,在适宜植物生长的土质边坡、服务区、立交区,根据土壤、气候特点栽种花草树木,既可防风护坡,恢复因建路而破坏的生态平衡,美化环境、吸收尾气、诱导视线,还可防止暴雨对路基边坡的击溅冲刷。西北水保所对此进行了大量的研究,并在引用美国通用土壤流失方程式方面取得了一系列成果。贵州毕节公路段做过公路绿化效应及山区公路水毁防治的研究,北京市公路管理处作了一系列公路绿化设计研究,河南省交通厅与天津大学联合完成了"土工合成材料在郑洛高速公路护坡工程中的应用及绿化研究",交通部科技信息所环保部分别在昆(明)-曲(靖)路,楚(雄)-大(理)路实施了"生物防护与景观再造工程"等等,取得了较好的防护效果,但水对边坡侵蚀冲刷的量化研究仍鲜为报道,理论上缺乏必要的支持。同时由于各处工程项目的地理气候差异性,以及公路植物防护与园林专业的交叉相容,导致了防护物种和设计方案的千差万别,所以将水对土质边坡的侵蚀冲刷研究定量化,确定护坡方法的选择原则,划分不同地区用于公路防护的植物类型及特性,从而确定最佳综合防护设计方案已势在必行。
如前所述,由于理论研究上的不足和设计上的随意性,同时由于国内外不同地区的地理、气候及工程建设规模的差异,决定了不同地区综合防护方案的差异性,所以在侵蚀冲刷机理研究的基础上,对不同地区的高等级公路边坡进行综合系统研究,提出最佳防护设计方案已迫在眉睫。 反思我省的高等级公路边坡防护现状,虽然做了许多实验性尝试,采用了多种防护型式,基本达到了预期防护效果,但仍有许多沉痛的教训值得认真 总结 ,如郑洛路九标1996年边坡水毁,开郑路边坡水毁索赔、安新路个别路段大面积边坡混凝土预制块坍滑等等,归纳起来存在的 问题 有:
(1)缺乏系统的防护方案、措施 研究 和综合设计;
(2)在防护方案、防护型式选择方面缺乏技术、工程 经济 比较 分析 ;
(3)植物物种选择方面,随意性过大,缺乏和园林部门的探讨研究;
(4)由于各地区的差异,缺乏各分区最佳防护典型型式,致使设计人员难以操作。
总之,上述问题的存在,使我省边坡防护设计可能一方面是工程达到了防护效果却浪费了大量的工程投资,另一方面是防护不当导致了路基边坡的早期病害。
3边坡侵蚀机理研究
通过对边坡力学特性研究,可得以下结论:
公路边坡由降雨产生的坡面流与明渠流具有不同的水力学特点,它应该是产流降雨强度、坡长、坡角、粗糙系数的函数。由于坡角增大一方面使势能向动能的转化加快,另一方面却使单位坡长所接受的降雨减少,因此边坡的流速应该存在一个临界坡角,从Muzik的边坡径流平衡时间关系式出发,推导出了一个公路边坡坡面径流流速的关系式(紊流): 式中,K为系数,L为坡长,a为边坡坡角,n为边坡坡面粗糙系数,δ为产流降雨强度。通过对此式的数学处理得到边坡坡面流速的临界坡角为41°左右;考虑到边坡土壤侵蚀量是流量与流速的函数,进一步推导出公路边坡土壤侵蚀量同样存在一个临界坡角,这个坡角大约在25°左右,这与公路边坡常采用1∶1.5坡率很是接近,因此对边坡的防护应引起足够重视 。
边坡在 自然 界降雨情况下不断经受降雨的袭击,其中一部分下渗,一部分在边坡汇集,形成径流,径流在土颗粒表面产生剪切力,当这种力大到能抵消土的抗侵蚀能力时,土颗粒被径流带走,从而发生侵蚀,这种径流的剪切力与土壤粒抵抗力之间的相互作用不同相可引起溅蚀、溶蚀、片蚀、沟蚀等不同的侵蚀现象。
4边坡防护类型及公路植物特性研究
作者按照材料将路基防护分为3类:植物防护、圬工防护和综合防护。防护分类如图1。
通过对公路植物的特性研究,可得以下结论:
(1)路基边坡土质、酸碱度、气候、降雨等是 影响 公路植物的主要因素,由于路基边坡防护的特殊性,故草种、树种的选择有别于园林绿化;
(2)应根据植物的类型、气候适应性、土壤适应性、抗病性、抗侵蚀冲刷,易粗放管理等要求选择适易的物种用于公路边坡防护;
(3)尽量选用本地的物种,其适应性远远优于引进物种。
5边坡综合防护设计原则与注意事项
(1)“综合设计、就地取材、以防为主、确保施工”是边坡综合防护设计的基本原则;
(2)路基防护应按照设计、施工与养护相结合的原则,深入调查研究,根据当地气候环境、工程地质和材料等情况,因地制宜,就地取材,选用适当的工程类型或采取综合措施,以保证路基的稳固。不要轻易取消或减少必要的防护工程措施,而给养护遗留繁重的工作量;
(3)路基防护措施是根据沿线不同土质岩性、水文地质条件、坡度、高度和当地材料、气候等因地制宜选择,应密切结合路面排水作综合考虑;
(4)护坡 方法 应优先考虑采用植物防护,当土质不宜植物生长及难以保证边坡稳定时,要考虑经济性、施工及效果,采用圬工防护或相应的辅助设施;
(5)在防护方案设计时,应参照上述设计原则,初步选出护坡方法。在施工阶段,要对每个边坡的排水、土质等调查,根据调查结果变更原设计;
(6)在不良的气候和水文条件下,对粉砂、细砂与易于风化的岩石边坡,以及黄土和黄土类边坡,均宜在土石方施工完成后及时防护。路堑边坡应根据边坡岩层组成及坡面弱点分布情况考虑全面防护或局部防护;
(7)对于土路堤的坡面铺砌防护工程,最好待填土沉实或夯实后施工,并根据填料的性质及分层情况决定防护方式。铺砌的坡面应预先整平,坑洼处应填平夯实; (8)对于不宜采用植物或混凝土网格中空植草的破碎岩路堑边坡,应综合考虑地形关系、基岩风化破碎程度、地震、暴雨、漏水、施工难易及经济性等因素,慎重选择喷浆(混凝土)、护面墙,落石防治等方案;
(9)混凝土网格中空植草护坡的目的,是防止受雨水侵蚀和风化严重的土质产生沟槽,及不适宜植物生长的土质和由于周围环境需要绿化的地方。该护坡方法不能承受土压力且造价高于植物护坡,使用时须充分分析;
(10)对于水流、波浪、风力、降水以及其它因素可能引起起路基破坏的,均应设置防护工程。在冲刷防护设计中,可综合考虑河道整治,使防护工程收到更好的效果;
(11)对于冲刷防护,一般在水流流速不大及水流破坏作用较弱地段,可在沿河路基边坡设砌石护坡、石笼和混凝土预制板等,以抵抗水流的冲刷和淘刷。需要改变水流或提高坡脚处的粗糙率,以降低流速、减缓冲刷作用时,可修筑坝类构造物。对于冲刷严重地段(急流区、顶冲地区),可采用加固边坡(砌石护坡)和改变水流情况的综合措施;水下部分可视水流的淘刷情况,采用加固边坡(砌石护坡)和改变水流情况的综合措施;水下部分可视水流的淘刷情况,采用砌石、石笼或混凝土预制板等护底护脚。砌石基础应置于冲刷线以下0.5~1.0m,水上部分采用轻型防护即可;
(12)综合防护应遵循"实用、经济、美观"的指导思想,明确"为行车服务"的目的,在实用、经济的前提下,力求边坡绿化三季有花。
6高等级公路防护区划的思想
为了区分地理区域自然条件对公路防护影响的差异性,并在高速公路边坡设计中对施工防护型式、植物物种选择时有章可依,确保路基边坡的稳定并节约投资,同时按照《公路自然区划标准》(JTJ003-86)中关于"三级自然区划由各地按有关规定自行划分"的指导思想,有必要划分不同地区植物防护主要类型。
我省植物防护主要类型区划以公路自然区划标准为基础,结合高等级公路边坡防护的特点和我省已建高速公路的建设经验,按照气象、地质、地形、物种分布等因素的差异性,将全省划分为A、B、C三个防护类型区(如河南省公路防护类型区划图)。
7河南省高等级公路边坡综合防护推荐方案
7.1河南省A区边坡综合防护推荐方案
主要为黄河冲积所成的低液限粘土和低液限粉土,同时雨量集中,但年降雨量不大,四季分明,所以防护要求不高。间有盐碱地,同时石料缺乏。结合上述研究结果,故推荐A区边护综合防护方案为:沿线路基边坡除桥头路基、水稻田等局部特殊路段采用浆砌混凝土预制块防护外,一般采用植草或种草籽护坡,喷播更佳。
7.2河南省B区边坡综合防护推荐方案 7.3河南省C区边坡综合防护推荐方案 8主要结论
通过对高等级公路边坡防护系统的综合研究,得到以下主要结论和研究成果:
(1)剖析了路基边坡的病害类型和原因,提出了在边坡防护方面 理论 上的欠缺和在工程中缺乏综合设计的观点; (3)通过对各种边坡防护类型的分析及其特点研究,提出了防护类型选择的原则;
(4)通过对公路植物的特性研究及适应分析,推荐了公路常用植物的外观特征、气候、土壤适应性及建植、管理特点,使植物防护的选择有据可循;
(5)根据公路自然区划和地质特点,首次提出了公路防护区划的思想,并建立了河南省公路 防护类型区划;
(6)提出了高等级公路边坡综合防护的设计原则;
关键词:路基边坡;边坡病害;侵蚀机理;防护适用性;植物防护;防护区划综合防护设计
1 前言
随着我国公路建设的飞速发展,高等级公路边坡综合防护系统研究日渐引起公路部门的重视。边坡综合防护设计是高等级公路设计的重要内容之一,需根据公路等级、降雨强度、地下水、地形、土质、材料来源等情况综合考虑,合理布局,因地制宜地选择实用、合理、经济、美观的工程措施,确保高等级公路的稳定和高速行车安全,同时达到与周围环境的协调,保持生态环境的相对平衡,美化高等级公路的效果。
长期以来,路基边坡的综合防护技术一直是公路修筑中的一个薄弱环节,我国在20世纪80年代中期以前,主要以低等级公路建设为主,由于交通量小,深挖高填较少,投资不大,因而防护工程不作为道路建设的主体工程,由此引起的损失亦不大,所以在工程中对边坡的综合防护研究常常被忽视。进入20世纪90年代以后,我国高等级公路建设方兴未艾,由于缺乏对防护技术的系统研究,没有成熟的经验供设计部门应用,因此只能用低等级公路的防护技术或供鉴铁路部门的经验来实施局部防护,缺乏综合考虑,从而为工程埋下隐患,造成了巨大的经济损失和不良的社会影响。
随着高等级公路的加快修建和交通量的急剧增加,环境破坏与环境污染与日俱增。随着环境问题的日益严峻,为了环境的持续发展,环境会计学诞生了,国际社会第一次认真地考虑把环境和资源的损失计算到经济成本中去,经济增长必须考虑到环境的代价,即由环境问题引起了环境会计和环境审计。如何在加快公路建设和汽车工业发展的同时,减少对环境的损坏。降低噪音,吸收汽车排放物,恢复自然生态平衡已成为目前公路设计部门的当务之急。
与此同时,防护技术在理论方面尚需进一步研究,如边坡的侵蚀机理、边坡水力学特性研究、地区差异性以及公路部门与园林部门的专业交叉研究等等,以便提供边坡综合防护的理论支持和依据。
因此,为降低工程造价,减少或防止道路病害,保持生态环境的相对平衡,确保道路的安全与稳定,急需对高等级公路的边坡综合防护加固技术进行全面系统的研究。
2 国内外研究概况
国际上有关道路防护与加固技术的研究,多年来一直是广大道路工作者关注的焦点之一。有的研究已开始将水对边坡的侵蚀冲刷定量化。根据降水侵蚀力系数,土固有的侵蚀性参数、地形分类及侵蚀控制参数等计算边坡上的平均流失,从而更科学地选择合适的边坡防护措施。
随着我国公路等级和人们生活水平的提高,路基边坡防护日渐引起公路部门的重视。在我国多年的道路工程实践中,积累了不少防护与加固技术的经验。水是公路边坡上土壤侵蚀的主体,而在公路边坡中,随边坡坡角的增大,径流流速确有增大的趋势,但坡角增大导致汇水面积减小,必然使流速减小,所以边坡径流流速应是产流降压强度、坡长、坡度、坡面粗糙系数的综合函数;在圬工防护理论计算方面,库伦理论,朗金理论被广泛应用。随着科技的发展,各种新型支档结构和防护型式及CAD程序相继而生,但在设计时,仅从边坡的稳定性等因素出发,很少考虑水对防护的量化冲刷能力和环保因素,如:可否利用工程经济学研究某路段采用集中排水或分散排水?可否用混凝土预制块或网格代替费工费时的浆砌片石?可否用植被防护或综合防护替代全圬工防护等等。由于工程的千差万别,上述问题在规范中仅定性地作了限制,很少给出具体比选方法进行量化计算分析,由此设计出的结果可能一方面是工程达到了防护效果却造成了大量工程资金的浪费,另一方面是防护不当或方案错误导致防护失败,造成巨大资金重复投入,形成不良的社会影响。
高等级公路由于线形标准较高、设计人员素质低、比选方案少等因素,造成路基高填深挖现象普遍存在,同时大交通量给沿线造成的交通污染不但威胁沿线居民的身体健康,而且影响区域的生态平衡。由于诸多原因,我国公路的环保技术研究远远不能适应当今高速公路发展的道路建设要求,同时关于边坡冲刷防护、交通环境美化进行的综合设计也鲜为报道。
在国内植物防护方面,随着人们环保意识的增强和生活质量的提高,在适宜植物生长的土质边坡、服务区、立交区,根据土壤、气候特点栽种花草树木,既可防风护坡,恢复因建路而破坏的生态平衡,美化环境、吸收尾气、诱导视线,还可防止暴雨对路基边坡的击溅冲刷。
如前所述,由于理论研究上的不足和设计上的随意性,同时由于国内外不同地区的地理、气候及工程建设规模的差异,决定了不同地区综合防护方案的差异性,所以在侵蚀冲刷机理研究的基础上,对不同地区的高等级公路边坡进行综合系统研究,提出最佳防护设计方案已迫在眉睫。
3 边坡侵蚀机理研究
通过对边坡力学特性研究,可得以下结论:公路边坡由降雨产生的坡面流与明渠流具有不同的水力学特点,它应该是产流降雨强度、坡长、坡角、粗糙系数的函数。由于坡角增大一方面使势能向动能的转化加快,另一方面却使单位坡长所接受的降雨减少,因此边坡的流速应该存在一个临界坡角。
边坡在自然界降雨情况下不断经受降雨的袭击,其中一部分下渗,一部分在边坡汇集,形成径流,径流在土颗粒表面产生剪切力,当这种力大到能抵消土的抗侵蚀能力时,土颗粒被径流带走,从而发生侵蚀,这种径流的剪切力与土壤粒抵抗力之间的相互作用不同相可引起溅蚀、溶蚀、片蚀、沟蚀等不同的侵蚀现象。
4 边坡防护类型及公路植物特性研究
路基防护分为3类:植物防护、圬工防护和综合防护。通过对公路植物的特性研究,可得以下结论:
(1)路基边坡土质、酸碱度、气候、降雨等是影响公路植物的主要因素,由于路基边坡防护的特殊性,故草种、树种的选择有别于园林绿化;(2)应根据植物的类型、气候适应性、土壤适应性、抗病性、抗侵蚀冲刷,易粗放管理等要求选择适易的物种用于公路边坡防护;(3)尽量选用本地的物种,其适应性远远优于引进物种。
5 边坡综合防护设计原则与注意事项
(1)“综合设计、就地取材、以防为主、确保施工”是边坡综合防护设计的基本原则;(2)路基防护应按照设计、施工与养护相结合的原则,深入调查研究,根据当地气候环境、工程地质和材料等情况,因地制宜,就地取材,选用适当的工程类型或采取综合措施,以保证路基的稳固。不要轻易取消或减少必要的防护工程措施,而给养护遗留繁重的工作量;(3)路基防护措施是根据沿线不同土质岩性、水文地质条件、坡度、高度和当地材料、气候等因地制宜选择,应密切结合路面排水作综合考虑;(4)护坡方法应优先考虑采用植物防护,当土质不宜植物生长及难以保证边坡稳定时,要考虑经济性、施工及效果,采用圬工防护或相应的辅助设施;(5)在防护方案设计时,应参照上述设计原则,初步选出护坡方法。在施工阶段,要对每个边坡的排水、土质等调查,根据调查结果变更原设计;(6)在不良的气候和水文条件下,对粉砂、细砂与易于风化的岩石边坡,以及黄土和黄土类边坡,均宜在土石方施工完成后及时防护。路堑边坡应根据边坡岩层组成及坡面弱点分布情况考虑全面防护或局部防护;(7)对于土路堤的坡面铺砌防护工程,最好待填土沉实或夯实后施工,并根据填料的性质及分层情况决定防护方式。铺砌的坡面应预先整平,坑洼处应填平夯实;(8)对于不宜采用植物或混凝土网格中空植草的破碎岩路堑边坡,应综合考虑地形关系、基岩风化破碎程度、地震、暴雨、漏水、施工难易及经济性等因素,慎重选择喷浆(混凝土)、护面墙,落石防治等方案;(9)混凝土网格中空植草护坡的目的,是防止受雨水侵蚀和风化严重的土质产生沟槽,及不适宜植物生长的土质和由于周围环境需要绿化的地方。该护坡方法不能承受土压力且造价高于植物护坡,使用时须充分分析;(10)对于水流、波浪、风力、降水以及其它因素可能引起起路基破坏的,均应设置防护工程。在冲刷防护设计中,可综合考虑河道整治,使防护工程收到更好的效果;(11)对于冲刷防护,一般在水流流速不大及水流破坏作用较弱地段,可在沿河路基边坡设砌石护坡、石笼和混凝土预制板等,以抵抗水流的冲刷和淘刷。需要改变水流或提高坡脚处的粗糙率,以降低流速、减缓冲刷作用时,可修筑坝类构造物。对于冲刷严重地段(急流区、顶冲地区),可采用加固边坡(砌石护坡)和改变水流情况的综合措施;水下部分可视水流的淘刷情况,采用加固边坡(砌石护坡)和改变水流情况的综合措施;水下部分可视水流的淘刷情况,采用砌石、石笼或混凝土预制板等护底护脚。砌石基础应置于冲刷线以下0.5~1.0m,水上部分采用轻型防护即可;(12)综合防护应遵循“实用、经济、美观”的指导思想,明确“为行车服务”的目的,在实用、经济的前提下,力求边坡绿化三季有花。
7 主要结论
关键词:高速公路;边坡;防护加固
高速公路是国家进行经济建设与发展的重要的基础设施。当前我国高速公路建设正在飞速发展,高速公路的等级不断提高,施工的环境更加复杂,边坡稳定越来越受到关注,边坡防护与加固显得尤为重要。因此,在高速公路建设过程中,要根据工程的实际状况,全面分析影响边坡稳定的主要因素,科学合理选择边坡防护与加固的施工工艺,采取措施进行高速公路的边坡防护与加固。
一、边坡防护与加固类型
1、边坡防护类型
边坡防护的类型主要有生物防护与圬工防护。生物防护主要有植草、植树、铺草皮以及植被混凝土等。圬工防护主要有护面墙与片石护坡、菱形网格护坡、窗孔肋式护坡、六角空心砖护坡、喷射混凝土护坡等。
2、边坡加固的类型
加固类型主要有护脚墙、抗滑柱、抗滑墙、压浆锚柱、预应力锚索、排水固结等。
二、影响边坡稳定的因素
高速公路建设的环境比较复杂,边坡稳定受到很多因素的影响,主要包括两类:自然因素与人为因素。
1、自然因素
高速公路是特殊的工程,公路建设要穿越很多地区,各地区的地形条件与地质构造都是有区别的。高速公路施工环境复杂且持续变化,对于高速公路边坡的防护与加固具有重要影响。总体来说,影响边坡稳定的主要自然因素包括地形、地质、水文条件以及气候条件等。
2、人为因素
所有工程建设的主体都是人,高速公路的建设与使用管理都是通过人的行为实现的。人的行为对于高速公路各个施工阶段都会产生重要影响。依据高速公路的建设内容与程序,并综合考虑已经建设完成的高速公路的实际状况,总结出影响高速公路边坡稳定的主要人为因素包括设计因素、施工因素以及养护管理方面。
三、各类边坡防护和加固要点及主要施工工艺
1、护面墙与片石护坡
片石护坡可以分为干砌与浆砌,护面墙要比护坡厚,具有抗推力。护面墙与片石护坡这种防护可以就地取材,施工工艺简单,但是自重比较大,不能在高边坡上使用。
2、菱形网格护坡
菱形网格护坡可以进行预制安装,也可以利用混凝土现浇与石砌,菱形网格可以种草,施工工艺简单。但是这种防护措施不利于边坡稳定,只适用填方。
3、窗孔肋式护坡
窗孔肋式护坡通常选用片石混凝土或是浆砌片石做肋,拱形窗台用预制混凝土制作,将坡面水向上排除,在窗内种草。窗孔肋式护坡是比较理想的边坡防护形式,但是需要加强质量的监控与施工管理。
4、六角空心砖护坡
六角空心砖护坡是利用预制混凝土进行安装的边坡防护形式,在空洞内可以填土种草,施工工艺比较简单,但是成本高,且会造成边坡排水不畅,自重比较大,厚度难以控制。
5、喷射混凝土护坡
喷射混凝土护坡就是将添加外加剂的水泥浆注入地层以达到改变岩土的物理力学性质,进行边坡的稳定。这种防护形式施工设备的简易,占地面积比较小,工期周期短,地层加固的深浅可以自由控制,但是对于加固的范围与状态难以检测。
6、抗滑柱
抗滑桩是用于防止边坡下滑或是处理滑坡的钢筋混凝土结构,是具有较好抗滑作用的设施,但是成本较高。
7、护脚墙和抗滑墙
护脚墙和抗滑墙没有根本的区别,只是在埋深与断面上有区别。护脚墙可以防护坡脚免受破坏与冲刷,但是不具有抗推力。抗滑墙除了具备护脚墙的作用之外,具有抗推力的作用。
8、排水固结
排水固结主要被用于边坡表层的地下水较多边坡稳定,主要方法有塑料排水管边坡、树枝状盲沟以及土质挖方边坡。
9、生物防护
生物防护的种草、铺草皮以及植被混凝土是新兴的绿色防护形式,生物防护可以在短期内防止公路边坡的冲刷,恢复高速公路沿线景色,但是这种防护形式成本较高。植被混凝土主要适用于岩层破碎、风化严重的岩质边坡。植被混凝土的基质主要有水泥、有机质、混凝土绿化剂以及水。施工的步骤:
首先,根据施工地区的气候与地质特点进行标准试验,确定配合比,确定混合植被种子与绿化基材料的混合物的物质组成;其次,修整已经开挖成型的边坡,沿坡面搭建钢管架的工作平台,在底排锚杆与平台高相距50厘米处进行布孔钻眼。孔径一般为50毫米,孔间距为1.5米,孔深要符合工程设计的要求。要与坡面垂直进行钻孔。在边坡还要设置排水孔,横向与竖向间距都为3米,排水孔深为30厘米。钻孔完成要测量孔深以符合设计要求,然后穿插锚杆,注入水泥浆。最后,注浆完成,进行镀锌机编网。喷射绿化基材混合物,再喷播种草,进行后期养护提高草籽成活率以达到绿化目的。
10、预应力锚索
预应力锚索主要是根据边坡高度与地质条件,采用预应力锚索与全长粘结型锚杆对稳定性较差的挖方路堑边坡进行锚固的防护形式。
(1)边坡加固原则
高速公路路堑边坡加固要以稳定作为根本,以边坡加固为主,并且防护与排水并重,综合处理自然景观的额回复与绿化环保等多种因素,以保证高速公路施工临时稳定以及使用后的长期稳定。
(2)预应力锚索的施工要点
首先,边坡施工要边开挖边加固,不能开挖到底;其次,根据工程立面图与设计要求,在坡面上准确放置锚孔位置,误差不能超过5厘米;再次,采用干钻方式进行锚孔钻孔,以保护边坡岩体的地质条件与孔壁粘结性,并且实际的钻孔深度要比设计深度大30厘米;再次,在钻孔的过程中,要详细记录每个钻孔的钻进状态、地质变化以及地下水等状况;再次,锚孔钻好以后要经过相关质监部门的严格检验以后,才可以进行下一道工序;然后,在锚束编束之前,应该确认每一根钢绞线能够排列均匀,剔除存在机械损伤与死弯的;最后,分级进行锚索的张拉和锁定,并且按照相关规范进行操作。
(3)高速公路边坡稳定监测与锚固方案的设计
在高速公路建设中,对于路堑高边坡与在较差地质条件下的边坡要进行施工监测,并坚持动态设计的思想,对于施工状况、地质条件以及应力监测等信息全面了解和掌握,及时修改与更新原设计方案;并且要取得边坡的移动范围、移动方向与速度、爆破振动以及地下水等因素的定量数据;测量锚固设施的变形、受力等,检验是否达到预期作用与效果,如果没有达到预期作用要及时采取措施。
四、稳定边坡的措施或方案
1、合理确定坡比和台高
在高速公路边坡工程中,要注意不能出现由于施工质量造成渗漏水的问题,并且在路基的侧沟边缘要设置抗滑桩或是抗滑墙,避免滑坡产生。挖方边坡要考虑防止风化与防止冲刷,合理确定坡度,一般采用l:0.5~1:2的比例范围,填方边坡一般采用1:1.5~1:1.75的比例范围。
2、边坡防护与加固的设计方案
防护是在边坡稳定的前提下进行的,因此,边坡加固非常重要,可以采用抗滑桩、抗滑墙以及预应力锚索等方法,其中也要重视边坡防水排水等间接加固边坡的方法。
(1)下边坡
下边坡一般采用菱形网格护坡,并进行植草与加密排水沟进行护坡。
(2)上边坡
根据不同的地质条件,在上边坡第一台要采用护面墙、片石护坡、六角空心砖护坡、窗孔肋式护坡等防护形式;以后各台根据地质条件可以采用喷射混凝土、窗孔肋式护坡、菱形网格等形式。并且除了片石护坡、护面墙以及喷射混凝土的防护形式,其他形式可以进行种草防护,具有美化与恢复景观作用。此外,岩质较好地区不需要进行圬工防护。可以在低洼处设耕植土,种植耐旱的爬藤植物以达到美化与绿化的效果。
3、稳定边坡的具体措施
(1)对边坡的几何形态进行调整
滑动变形边坡破坏的主要原因是边坡的力学平衡条件被破坏,抗滑力变小。所以,对于这种状况要减小滑动力,增大抗滑力,努力保持两者之间的平衡是非常重要的,针对滑动变形的边坡主要采用反压、减重、削坡以及设置抗滑桩与抗滑挡墙等措施,以达到增加防止滑坡产生区与减少促使滑坡产生区物质的目的。
(2)减少或消除水对边坡稳定的破坏
水是影响边坡稳定的重要因素。在维护边坡稳定过程中,要积极采取措施以减少水对边坡稳定的危害,以达到减小渗透水的压力,减少水的冲刷与对边坡岩土体的溶蚀与软化等作用。通常状况下,一般采用地表排水与地下排水相结合的措施稳定边坡。其中地表排水措施的设计要注意夯实裂缝,填平坑洼,并且要在综合分析各项条件的基础上,科学合理地确定边坡截水沟平面位置。
(3)支挡构筑物稳定边坡
在稳定边坡工程中,可以采取支挡构筑物的方式,例如,被动桩、沉井、挡墙或者是包括锚固、加筋土、土锚钉等在内的斜坡内部的加固措施以控制与防止斜坡岩石或土体的运动。对于这种措施进行合理的设计可以有效的稳固大多数的体积较小的滑坡,并且也可以运用到不能利用改变斜坡的几何形态的边坡稳固中。
结语:
高速公路边坡防护与加固是一项复杂的长期的工程,对于高速公路的正常运行以及自然生态环境有重要影响。因此,要重视高速公路的边坡防护与加固。在工程建设中,要综合分析影响边坡稳定的因素,根据工程所在地区的地质条件等实际工程状况,选择合适的边坡防护方式和防护措施,以保证高速公路边坡的稳定与高速公路的正常运营。
参考文献:
[1]贾跃斌,苏桂萍. 高速公路边坡防护探讨[J]. 技术与市场,2012(6)
[2]张晓芳. 浅谈高速公路边坡防护[J]. 技术与市场,2010(3)
关键词路基边坡边坡病害侵蚀机理防护适用性植物防护防护区划综合防护设计
StuedyonSideSlopeProtectionSystemofExpressway
AbstractThispaperanalysesthetypesofsideslopedamages,reasonsandprinciplesofthedamages.Thispaperalsoexplainthetypes,charactersandselectingprinciplesofprotectionmethods.
KeywordsSubgradesideslopeSideslopedamageDamageprincipleProtectionavailabilityPlantprotectionProtectiondistrictComprehensiveprotectiondesign
1前言
随着我国公路建设的飞速发展,高等级公路边坡综合防护系统研究日渐引起公路部门的重视。边坡综合防护设计是高等级公路设计的重要内容之一,需根据公路等级、降雨强度、地下水、地形、土质、材料来源等情况综合考虑,合理布局,因地制宜地选择实用、合理、经济、美观的工程措施,确保高等级公路的稳定和高速行车安全,同时达到与周围环境的协调,保持生态环境的相对平衡,美化高等级公路的效果。
长期以来,路基边坡的综合防护技术一直是公路修筑中的一个薄弱环节,我国在80年代中期以前,主要以低等级公路建设为主,由于交通量小,深挖高填较少,投资不大,因而防护工程不作为道路建设的主体工程,由此引起的损失亦不大,所以在工程中对边坡的综合防护研究常常被忽视。进入90年代以后,我国高等级公路建设方兴未艾,由于缺乏对防护技术的系统研究,没有成熟的经验供设计部门应用,因此只能用低等级公路的防护技术或供鉴铁路部门的经验来实施局部防护,缺乏综合考虑,从而为工程埋下隐患,造成了巨大的经济损失和不良的社会影响,有的甚至中断交通,如沈大高速公路鲅鱼圈所以南180km长的路段,后期的工程防治费用占整个工程防治费的80%、京石高速公路在1997年遇到洪水冲击后,很多路段出现路基垮塌,路面悬空的现象,再如众所周知的昆禄路等。据交通部统计,仅1991年因水毁冲毁路基1577km,冲毁路面43733km,冲毁桥梁3606座、涵洞40343道,塌方4171万方,直接经济损失16.86亿元,因排水防护不当使基层与路基含水量增加引起公路整体强度下降造成的损失更是无法统计。
随着高等级公路的加快修建和交通量的急剧增加,环境破坏与环境污染与日俱增。自1972年联合国斯德哥尔摩环保会议以来,由于公路工程修建等因素导致水土流失和耕地占用,农民们失去了5000多亿吨的表层土;同时由于植被破坏导致温室效应的CO2增加了10%,世界在以每年80亿吨的巨量排放CO2和硫化物,臭氧层日益遭到破坏。自1950年以来,世界经济增长了5倍,人口从26亿上升到58亿,但这一切增长完全建立在对地球的超负荷掠夺上。地球退化、土地减少、每年对农作物和牲畜业造成的损失达430亿美元,相当于美国一年的粮食收入。1950年~1984年世界粮食产量以每年3%的速率增长,1984年以后放慢,1984~1992年增长率仅为0.7%,不及人口增长率的一半;与此同时,全世界的森林覆盖率也由工业革命前的55%降至25%左右,我国森林覆盖率由50年代的30%降至1997年的12%左右。随着环境问题的日益严峻,为了环境的持续发展,环境会计学诞生了,国际社会第一次认真地考虑把环境和资源的损失计算到经济成本中去,经济增长必须考虑到环境的代价,即由环境问题引起了环境会计和环境审计。如何在加快公路建设和汽车工业发展的同时,减少对环境的损坏。降低噪音,吸收汽车排放物,恢复自然生态平衡已成为目前公路设计部门的当务之急。
与此同时,防护技术在理论方面尚需进一步研究,如边坡的侵蚀机理、边坡水力学特性研究、地区差异性以及公路部门与园林部门的专业交叉研究等等,以便提供边坡综合防护的理论支持和依据。
因此,为降低工程造价,减少或防止道路病害,保持生态环境的相对平衡,确保道路的安全与稳定,急需对高等级公路的边坡综合防护加固技术进行全面系统的研究。
2国内外研究概况
国际上有关道路防护与加固技术的研究,多年来一直是广大道路工作者关注的焦点之一。有的研究已开始将水对边坡的侵蚀冲刷定量化。根据降水侵蚀力系数,土固有的侵蚀性参数、地形分类及侵蚀控制参数等计算边坡上的平均流失,从而更科学地选择合适的边坡防护措施。Eillison提出击溅板得出雨滴的击溅侵蚀公式:G=K·V4.22·d1.07·i0.05(G:侵蚀量;V:雨滴下降速度;d雨滴直径;i:降雨强度;K:系数),开创了植物防护定量研究的先河,以后经多人的努力,如50年代美国学者Wischmeiere.W.H和simithD.D等人利用美国35个土壤保持试验站8250个休闲小区的降雨侵蚀实测资料,进行了降雨量、降雨动能、最大时段降雨、前期降雨以及各种复合因子与土壤流失量的回归分析,最后得到一个通用土壤流失方程式,至今在国际上广泛采用。同时许多国家都针对各自国家或地区的不同情况,确定最佳参数,推导土壤流失方程式,取得了丰硕的成果。日本、美国等国家在设计规范中明确了防护设计和公路园林的设计重点、原则和具体措施,如日本《高等级公路设计规范》(日本道路公团,1983,4)中,比较大的篇幅对护坡的方法、分类、方案设计以及公路园林设计的基本原则,不同物种在本地区的适应性均作出了详细的规定,具有很强的设计指导性。在边坡防护的系统设计中,国际上特别是发达国家尤为重视植物防护或植物与圬工防护相结合的方法,以期达到同时发挥防护与美化的作用。
随着我国公路等级和人们生活水平的提高,路基边坡防护日渐引起公路部门的重视。在我国多年的道路工程实践中,积累了不少防护与加固技术的经验。水是公路边坡上土壤侵蚀的主体,公路部门对水流的力学研究都是以明渠均匀流为研究对象,如曼宁流速公式等,利用这些公式进行排水构造物的设计取得了较满意的效果,但如果以此来描述边坡冲刷则有不妥。如我国《公路排水设计规范》(JTJ018-97)中推荐的沟管近似流速公式V=20·i1/2,即流速与坡角的平方根成正比,而在公路边坡中,随边坡坡角的增大,径流流速确有增大的趋势,但坡角增大导致汇水面积减小,必然使流速减小,所以边坡径流流速应是产流降压强度、坡长、坡度、坡面粗糙系数的综合函数;在圬工防护理论计算方面,库伦理论,朗金理论被广泛应用。随着科技的发展,各种新型支档结构和防护型式及CAD程序相继而生,但在设计时,仅从边坡的稳定性等因素出发,很少考虑水对防护的量化冲刷能力和环保因素,如:可否利用工程经济学研究某路段采用集中排水或分散排水?可否用混凝土预制块或网格代替费工费时的浆砌片石?可否用植被防护或综合防护替代全圬工防护等等。由于工程的千差万别,上述问题在规范中仅定性地作了限制,很少给出具体比选方法进行量化计算分析,由此设计出的结果可能一方面是工程达到了防护效果却造成了大量工程资金的浪费,另一方面是防护不当或方案错误导致防护失败,造成巨大资金重复投入,形成不良的社会影响。高等级公路由于线形标准较高、设计人员素质低、比选方案少等因素,造成路基高填深挖现象普遍存在,同时大交通量给沿线造成的交通污染不但威胁沿线居民的身体健康,而且影响区域的生态平衡。由于诸多原因,我国公路的环保技术研究远远不能适应当今高速公路发展的道路建设要求,同时关于边坡冲刷防护、交通环境美化进行的综合设计也鲜为报道。
在国内植物防护方面,随着人们环保意识的增强和生活质量的提高,在适宜植物生长的土质边坡、服务区、立交区,根据土壤、气候特点栽种花草树木,既可防风护坡,恢复因建路而破坏的生态平衡,美化环境、吸收尾气、诱导视线,还可防止暴雨对路基边坡的击溅冲刷。西北水保所对此进行了大量的研究,并在引用美国通用土壤流失方程式方面取得了一系列成果。贵州毕节公路段做过公路绿化效应及山区公路水毁防治的研究,北京市公路管理处作了一系列公路绿化设计研究,河南省交通厅与天津大学联合完成了"土工合成材料在郑洛高速公路护坡工程中的应用及绿化研究",交通部科技信息所环保部分别在昆(明)-曲(靖)路,楚(雄)-大(理)路实施了"生物防护与景观再造工程"等等,取得了较好的防护效果,但水对边坡侵蚀冲刷的量化研究仍鲜为报道,理论上缺乏必要的支持。同时由于各处工程项目的地理气候差异性,以及公路植物防护与园林专业的交叉相容,导致了防护物种和设计方案的千差万别,所以将水对土质边坡的侵蚀冲刷研究定量化,确定护坡方法的选择原则,划分不同地区用于公路防护的植物类型及特性,从而确定最佳综合防护设计方案已势在必行。
如前所述,由于理论研究上的不足和设计上的随意性,同时由于国内外不同地区的地理、气候及工程建设规模的差异,决定了不同地区综合防护方案的差异性,所以在侵蚀冲刷机理研究的基础上,对不同地区的高等级公路边坡进行综合系统研究,提出最佳防护设计方案已迫在眉睫。反思我省的高等级公路边坡防护现状,虽然做了许多实验性尝试,采用了多种防护型式,基本达到了预期防护效果,但仍有许多沉痛的教训值得认真总结,如郑洛路九标1996年边坡水毁,开郑路边坡水毁索赔、安新路个别路段大面积边坡混凝土预制块坍滑等等,归纳起来存在的问题有:
(1)缺乏系统的防护方案、措施研究和综合设计;
(2)在防护方案、防护型式选择方面缺乏技术、工程经济比较分析;
(3)植物物种选择方面,随意性过大,缺乏和园林部门的探讨研究;
(4)由于各地区的差异,缺乏各分区最佳防护典型型式,致使设计人员难以操作。
总之,上述问题的存在,使我省边坡防护设计可能一方面是工程达到了防护效果却浪费了大量的工程投资,另一方面是防护不当导致了路基边坡的早期病害。
3边坡侵蚀机理研究
通过对边坡力学特性研究,可得以下结论:
公路边坡由降雨产生的坡面流与明渠流具有不同的水力学特点,它应该是产流降雨强度、坡长、坡角、粗糙系数的函数。由于坡角增大一方面使势能向动能的转化加快,另一方面却使单位坡长所接受的降雨减少,因此边坡的流速应该存在一个临界坡角,从Muzik的边坡径流平衡时间关系式出发,推导出了一个公路边坡坡面径流流速的关系式(紊流):
V=K·L0.3976·cos0.3976a·sin0.3012a·n-0.6024·δ0.3976
式中,K为系数,L为坡长,a为边坡坡角,n为边坡坡面粗糙系数,δ为产流降雨强度。通过对此式的数学处理得到边坡坡面流速的临界坡角为41°左右;考虑到边坡土壤侵蚀量是流量与流速的函数,进一步推导出公路边坡土壤侵蚀量同样存在一个临界坡角,这个坡角大约在25°左右,这与公路边坡常采用1∶1.5坡率很是接近,因此对边坡的防护应引起足够重视。
边坡在自然界降雨情况下不断经受降雨的袭击,其中一部分下渗,一部分在边坡汇集,形成径流,径流在土颗粒表面产生剪切力,当这种力大到能抵消土的抗侵蚀能力时,土颗粒被径流带走,从而发生侵蚀,这种径流的剪切力与土壤粒抵抗力之间的相互作用不同相可引起溅蚀、溶蚀、片蚀、沟蚀等不同的侵蚀现象。
4边坡防护类型及公路植物特性研究
作者按照材料将路基防护分为3类:植物防护、圬工防护和综合防护。防护分类如图1。
通过对公路植物的特性研究,可得以下结论:
(1)路基边坡土质、酸碱度、气候、降雨等是影响公路植物的主要因素,由于路基边坡防护的特殊性,故草种、树种的选择有别于园林绿化;
(2)应根据植物的类型、气候适应性、土壤适应性、抗病性、抗侵蚀冲刷,易粗放管理等要求选择适易的物种用于公路边坡防护;
(3)尽量选用本地的物种,其适应性远远优于引进物种。
5边坡综合防护设计原则与注意事项
(1)“综合设计、就地取材、以防为主、确保施工”是边坡综合防护设计的基本原则;
(2)路基防护应按照设计、施工与养护相结合的原则,深入调查研究,根据当地气候环境、工程地质和材料等情况,因地制宜,就地取材,选用适当的工程类型或采取综合措施,以保证路基的稳固。不要轻易取消或减少必要的防护工程措施,而给养护遗留繁重的工作量;
(3)路基防护措施是根据沿线不同土质岩性、水文地质条件、坡度、高度和当地材料、气候等因地制宜选择,应密切结合路面排水作综合考虑;
(4)护坡方法应优先考虑采用植物防护,当土质不宜植物生长及难以保证边坡稳定时,要考虑经济性、施工及效果,采用圬工防护或相应的辅助设施;
(5)在防护方案设计时,应参照上述设计原则,初步选出护坡方法。在施工阶段,要对每个边坡的排水、土质等调查,根据调查结果变更原设计;
(6)在不良的气候和水文条件下,对粉砂、细砂与易于风化的岩石边坡,以及黄土和黄土类边坡,均宜在土石方施工完成后及时防护。路堑边坡应根据边坡岩层组成及坡面弱点分布情况考虑全面防护或局部防护;
(7)对于土路堤的坡面铺砌防护工程,最好待填土沉实或夯实后施工,并根据填料的性质及分层情况决定防护方式。铺砌的坡面应预先整平,坑洼处应填平夯实;(8)对于不宜采用植物或混凝土网格中空植草的破碎岩路堑边坡,应综合考虑地形关系、基岩风化破碎程度、地震、暴雨、漏水、施工难易及经济性等因素,慎重选择喷浆(混凝土)、护面墙,落石防治等方案;(9)混凝土网格中空植草护坡的目的,是防止受雨水侵蚀和风化严重的土质产生沟槽,及不适宜植物生长的土质和由于周围环境需要绿化的地方。该护坡方法不能承受土压力且造价高于植物护坡,使用时须充分分析;
(10)对于水流、波浪、风力、降水以及其它因素可能引起起路基破坏的,均应设置防护工程。在冲刷防护设计中,可综合考虑河道整治,使防护工程收到更好的效果;
(11)对于冲刷防护,一般在水流流速不大及水流破坏作用较弱地段,可在沿河路基边坡设砌石护坡、石笼和混凝土预制板等,以抵抗水流的冲刷和淘刷。需要改变水流或提高坡脚处的粗糙率,以降低流速、减缓冲刷作用时,可修筑坝类构造物。对于冲刷严重地段(急流区、顶冲地区),可采用加固边坡(砌石护坡)和改变水流情况的综合措施;水下部分可视水流的淘刷情况,采用加固边坡(砌石护坡)和改变水流情况的综合措施;水下部分可视水流的淘刷情况,采用砌石、石笼或混凝土预制板等护底护脚。砌石基础应置于冲刷线以下0.5~1.0m,水上部分采用轻型防护即可;
(12)综合防护应遵循"实用、经济、美观"的指导思想,明确"为行车服务"的目的,在实用、经济的前提下,力求边坡绿化三季有花。
6高等级公路防护区划的思想
为了区分地理区域自然条件对公路防护影响的差异性,并在高速公路边坡设计中对施工防护型式、植物物种选择时有章可依,确保路基边坡的稳定并节约投资,同时按照《公路自然区划标准》(JTJ003-86)中关于"三级自然区划由各地按有关规定自行划分"的指导思想,有必要划分不同地区植物防护主要类型。
我省植物防护主要类型区划以公路自然区划标准为基础,结合高等级公路边坡防护的特点和我省已建高速公路的建设经验,按照气象、地质、地形、物种分布等因素的差异性,将全省划分为A、B、C三个防护类型区(如河南省公路防护类型区划图)。
7河南省高等级公路边坡综合防护推荐方案
7.1河南省A区边坡综合防护推荐方案
主要为黄河冲积所成的低液限粘土和低液限粉土,同时雨量集中,但年降雨量不大,四季分明,所以防护要求不高。间有盐碱地,同时石料缺乏。结合上述研究结果,故推荐A区边护综合防护方案为:沿线路基边坡除桥头路基、水稻田等局部特殊路段采用浆砌混凝土预制块防护外,一般采用植草或种草籽护坡,喷播更佳。
7.2河南省B区边坡综合防护推荐方案
B区内岭坡连绵,沟壑纵横、切割严重,地表多为黄土覆盖,浅层地层主要分布有第四系中新更新统黄土状粘土圾上第三系上新统杂色泥岩,局部有寒武系、石灰岩出露。同时夏季雨量集中,冲刷防护极为重要。结合上述研究结果,故推荐B区边坡综合防护方案为:填方边坡按8m、20m和大于20m分别采用边坡坡度为1∶1.5、1∶1.75和1∶2,挖方边坡根据土质不同采用不同边坡坡度。应采用集中排水方式。沿线在综合排水设施的基础上,根据路堤、边堑高度不同、淋雨坡面和地面径流冲刷程度不同,采用浆砌片石护坡,浆砌片石护脚、浆砌砌片石挡土墙(该区内片石圬工较混凝土预制块经济)、预制混凝土网格中空植草、坡面喷草等综合防护措施。
7.3河南省C区边坡综合防护推荐方案
C区属淮河冲湖积平原和江淮丘陵区,主要以严粘土及亚砂土为主,呈软塑性。河道较为发育,水位深3~10m,多稻田和滞洪区。春旱秋雨,夏热冬寒,干湿剧差,年降雨量在794~924mm以上,气候相对多雨潮湿。因此必须采取有效的排水与防护措施,及时排除公路范围内的水,并作好路基边坡的浸水冲刷防护。推荐C区边坡综合防护方案为:沿线路基边坡除桥头路基(含锥坡)采用浆砌片石防护,局部特殊路段(水稻田、滞洪区等)采用浆砌片石或混凝土预制块防护外,一般路段均采用路基下部0.5高度用浆砌片石或混凝土预制块防护,上部采用植草或种草籽护坡。路基两侧的护坡道采用绿化或浆砌混凝土预制块,边沟采用混凝土预制块护砌(在确保质量的前提下,优先选用浆砌片石),土路肩均用厚8cm水泥混凝土预制块铺砌。
8主要结论
通过对高等级公路边坡防护系统的综合研究,得到以下主要结论和研究成果:
(1)剖析了路基边坡的病害类型和原因,提出了在边坡防护方面理论上的欠缺和在工程中缺乏综合设计的观点;
(2)通过对边坡水力学特性和锓蚀机理的研究,建立了流速与降雨强度、坡长、坡角、粗糙系数的函数关系,确定了临界坡角(41°左右),经进一步推导得出公路边坡侵蚀量同样存在一临界坡角(25°左右);指出了公路边坡侵蚀的影响因素和侵蚀机理;
(3)通过对各种边坡防护类型的分析及其特点研究,提出了防护类型选择的原则;
(4)通过对公路植物的特性研究及适应分析,推荐了公路常用植物的外观特征、气候、土壤适应性及建植、管理特点,使植物防护的选择有据可循;
(5)根据公路自然区划和地质特点,首次提出了公路防护区划的思想,并建立了河南省公路防护类型区划;
(6)提出了高等级公路边坡综合防护的设计原则;
关键词:高等级公路;边坡;防护与加固
随着我国公路建设的飞速发展,高等级公路边坡防护系统研究日渐引起公路部门的重视。边坡综合防护设计是高
等级公路设计的重要内容之一,需根据公路等级、降雨强度、地下水、地形、土质、材料来源等情况综合考虑,合理布局,因地制宜地选择实用、合理、经济、美观的工程措施,确保高等级公路的稳定和高速行车安全,同时达到与周围环境的协调,保持生态环境的相对平衡,美化高等级公路的效果。
一 边坡稳定的因素及措施
(一)影响边坡稳定的因素很多,总的归纳起来可分为两大类:即自然因素和人为因素。
1、自然因素:公路是特殊的带状构造物,每条公路都要穿越很多地区,由于受地质构造和地形条件等因素的影响,每一个小区域都有不同的地质和气候条件。
2、人为因素:一条公路的建设和使用管理,都是由人去实现的,根据建设程序和内容,并结合已建公路的情况看,影响边坡稳定的人为因素可归集为三个方面:即设计因素,施工因素和养护管理因素。
(二)稳定边坡的措施。
坡比与台高:首先值得注意的是:公路边坡不能太陡,但也不是越缓越好,对于填方边坡采和1:1.5=1:2基本适合,而挖方边坡特别是高边坡却值得认真研究。土质或强化石尽边坡。第一台高6M,坡比取1:0.75——1:1以后各台高不大于8M,坡比取1:1-1:2.25
石质边坡。第一台高8M,坡比1:0.5—1:0.75,以后各台高不大于12M。边坡的防护与加固:
1、 加固措施。防护是在边坡自身稳定的基础上进行的,首先应当考虑边坡的加固,加固的方法很多,较有效的方法有:抗滑墙、抗滑桩、预应力锚索、压浆锚柱等。这里值得一提的是:“边防排水”也应作为间接加固边坡的一种方法给予重视,边坡坍塌几乎都是在雨季出现,所以,其作用是显而易见的。对防排水系统的设置为坡顶截水沟按常规方式设置,而坡面碎落台水沟不必每台都设置,在第一台上设备一道水泥混凝土截水沟即可。以上各台浇筑坡度1.5%,厚度20CM的水泥混凝土封闭,在边缘设置拦水带,每25M左右设一道排水沟,将水排入第一台截水沟就能达到理想的排水效果,此外所设竖向排水沟还可以起到对边坡加肋的作用,取消高边坡碎落台上的截水沟可以避免由于施工质量不佳而造成的渗漏水现象。另一非常值得重视的问题是,在土质或强风化岩石上边坡的坡角也就是路基侧沟边缘,应设置抗滑墙或抗滑桩,以避免牵引式滑坍的产生。
2、 防护措施。以往的边坡的防护主要考虑防冲刷,防风化即可,现在的边坡防护还要考虑美观利用环保问题。为减少水对边坡的危害,就加上防渗水问题,根据以上几方面的要求,对边坡防护问题提出如下建议:
下边坡。下边坡采用菱形网格加植草防护并加密排水沟。
上边坡。上边坡第一台,根据不同地质情况采用护面墙,浆砌片石护坡,窗孔肋式护坡,六角空心砖护坡等防护形式。
以上根据不同地质情况,采用菱菜风格,窗孔肋式护坡,喷射混凝土等防护形式。上述防护形式除护面墙,浆砌片石护坡和喷射混凝土外,其他都可以在其上加植草防护,以恢复自然环境和美化公路,另外,稳定性较好的岩石边坡不必再进行污工防护,只需在一些低凹处放置一点耕植土,种植耐旱性较好的抓藤植物起到美化作用。
二、边坡防护的植物类型及特性
在国内植物防护方面,随着人们环保意识的增强和生活质量的提高,在适宜植物生长的土质边坡、服务区、立交区,根据土壤、气候特点栽种花草树木,既可防风护坡,恢复因建路而破坏的生态平衡,美化环境、吸收尾气、诱导视线,还可防止暴雨对路基边坡的击溅冲刷。由于各处工程项目的地理气候差异性,以及公路植物防护与园林专业的交叉相容,导致了防护物种和设计方案的千差万别,所以将水对土质边坡的侵蚀冲刷研究定量化,确定护坡方法的选择原则,划分不同地区用于公路防护的植物类型及特性,从而确定最佳综合防护设计方案已势在必行。
如前所述,由于理论研究上的不足和设计上的随意性,同时由于国内外不同地区的地理、气候及工程建设规模的差异,决定了不同地区综合防护方案的差异性,所以在侵蚀冲刷机理研究的基础上,对不同地区的高等级公路边坡进行综合系统研究,提出最佳防护设计方案已迫在眉睫。
(一)边坡防护类型及公路植物特性
按照材料将路基防护分为3类:植物防护、圬工防护和综合防护。通过对公路植物的特性可得以下结论:
1、路基边坡土质、酸碱度、气候、降雨等是影响公路植物的主要因素,由于路基边坡防护的特殊性,故草种、树种的选择有别于园林绿化;
2、应根据植物的类型、气候适应性、土壤适应性、抗病性、抗侵蚀冲刷,易粗放管理等要求选择适易的物种用于公路边坡防护;
3、尽量选用本地的物种,其适应性远远优于引进物种。
(二)边坡综合防护设计原则与措施
1、路基防护应按照设计、施工与养护相结合的原则,深入调查研究,根据当地气候环境、工程地质和材料等情况,因地制宜,就地取材,选用适当的工程类型或采取综合措施,以保证路基的稳固。不要轻易取消或减少必要的防护工程措施,而给养护遗留繁重的工作量;
2、路基防护措施是根据沿线不同土质岩性、水文地质条件、坡度、高度和当地材料、气候等因地制宜选择,应密切结合路面排水作综合考虑;
3、护坡方法应优先考虑采用植物防护,当土质不宜植物生长及难以保证边坡稳定时,要考虑经济性、施工及效果,采用圬工防护或相应的辅助设施;
4、在防护方案设计时,应参照上述设计原则,初步选出护坡方法。在施工阶段,要对每个边坡的排水、土质等调查,根据调查结果变更原设计;
5、在不良的气候和水文条件下,对粉砂、细砂与易于风化的岩石边坡,以及黄土和黄土类边坡,均宜在土石方施工完成后及时防护。路堑边坡应根据边坡岩层组成及坡面弱点分布情况考虑全面防护或局部防护;
6、对于土路堤的坡面铺砌防护工程,最好待填土沉实或夯实后施工,并根据填料的性质及分层情况决定防护方式。铺砌的坡面应预先整平,坑洼处应填平夯实;
7、对于不宜采用植物或混凝土网格中空植草的破碎岩路堑边坡,应综合考虑地形关系、基岩风化破碎程度、地震、暴雨、漏水、施工难易及经济性等因素,慎重选择喷浆(混凝土)、护面墙,落石防治等方案;
8、混凝土网格中空植草护坡的目的,是防止受雨水侵蚀和风化严重的土质产生沟槽,及不适宜植物生长的土质和由于周围环境需要绿化的地方。该护坡方法不能承受土压力且造价高于植物护坡,使用时须充分分析;