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关键词:山区道路 坡面防护 植物防护 工程防护 挡土墙
在我国经济快速发展的带动下,对道路的需求量也在不断地提高,每年都有大量的新建、改建、扩建项目开工建设,而山区道路就是其中的一部分。山区道路的建设使原地面的地表植被受到严重破坏,不可避免地在道路两侧形成了大量的坡面。如果道路正适逢通过坡度较大或构造不良的地带,还有可能造成崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害,对道路使用者的安全构成很大的威胁。因此,在山区道路工程施工中,坡面的防护和加固,是保证道路安全、稳定不可或缺的工程技术措施。大量的工程经验说明,在道路建设中,必须实行行之有效的防护工程,这一点对于提高道路工程质量,确保工程投资取得必要的收益和延长道路的使用年限都具有重要的意义。
一、道路坡面防护简介
道路的坡面也叫边坡,坡面防护主要就是通过一定的技术措施来保护路基边坡表面,使其在非正常天气的情况下,减缓温度及湿度变化的影响,如在雨天让路基边坡免受雨水冲刷,有效防止和减少不良岩土表面的风化、剥落等,常用的坡面防护设施有植物防护和工程防护。目前,我国大部分道边坡的防护还基本上采用“工程措施为主、植物措施为辅”的工程技术,但随着人们对美的要求的提高,对周围环境也产生了较高的要求,且人们对保护环境的重要性的认识,这种工程技术的适用范围和适用度正在逐步缩小。因此,在一定的层面上来讲,有“生命”的植物防护在维持路基边坡稳定、提高路基强度和改善道路环境方面,要优于无机物的工程防护。
(一)植物防护
植物保护也称为生态防护,是指在边坡上种植草丛或灌木或两者兼有,以减缓边坡上的水流速度,利用植物根系固结边坡土壤以有效减轻冲刷,从而达到保护边坡的目的,同时也起到美化路容的效果。
1.植物防护的优缺点.在以往的工程施工中,植物防护一直是做为工程防护的辅助措施,但在近年的工程实践中,植物防护措施以其明显的景观、生态优势,应用程度远远多于工程防护。合理的植物防护能防治边坡水土流失、坡面失稳、塌陷或者滑坡等常见的路基病害。通过植被恢复来利用植物护坡功能来进一步稳固土体,同时植物根系起到加筋作用,防治坡面的破坏。采用植物方式进行边坡防护,由于材料成本的低廉,且使用年限会远高于工程防护,一般工程成本都会低于同样防护效果的相应工程防护措施的成本。这种良好的边坡植物系统,不仅是营造出景色宜人的路容路貌,并且可以产生可观的生态效益,大量的植物可以涵养水源,减少水土流失的发生等。在公路工程施工中,当植物防护建成后,只要经过一定时间的维护与保养,这些植被系统就会进入相对稳定的平衡状态,持续发挥起防护作用。在一般情况下,并不需要特殊的养护,后期投放的资金要远远小于工程防护,大大降低了工程造价。但植物防护也有一定的局限性,如果不能及时合理地栽植植被,就会影响边坡的稳定性,而且植物防护由于植被的生长需要一段时间,致使植物防护的见效性慢。
2.植物防护的类型。植物防护的方法主要有种草、铺草皮和植树。这几种类型可以同时选取,但要注意的是公路边坡植物防护的主要目的是提高路基的稳定性,其次是美化道路沿线景观环境。因此,要求植物防护选择的植物根系一定要深,能快速覆盖地表,尽快达到防护效果。
(二)工程防护
工程防护是一种传统的防护措施,在我国公路建设中已被成熟应用多年。这种防护主是针对不适宜植物生长的土质填、挖方边坡或风化严重、节理发育的岩石路基边坡,以及碎(砾)石土的挖方边坡等或者是为了就地取材,降低工程成本时采用的。通常采用砂石、水泥、石灰等矿质材料进行坡面防护。
1.工程防护的优缺点。工程防护技术初期防护效果好,修建后见效快,作用也非常显著,经过多年的施工已逐步形成针对不同条件下的较成熟的设计、施工、维护技术措施。由于工程防护所用原材料比较容易取得,且可以提前预制,因此在施工中具有进度快、工期短的优点。但工程防护对自然环境破坏程度较大,生态环境效益极差,在路基施工中已经损坏的自然植被无法快速得到恢复。公路修建之处,只见黑、白两色,周围环境单调乏味,易对在公路行驶的人员造成视觉上的疲劳和厌倦的情绪,给公路行驶带来安全隐患。而且工程防护工程施工结束后,随着时间的推移,不论采用何种材料施工的防护措施,都将面临着老化、破坏的风险,这势必会带来十分巨大的后期维护费用。
2.工程防护的类型。工程防护的类型有主要有砂浆抹面、勾缝或喷涂以及石砌护坡或护面墙等。这几种防护要分不同情况具体选择使用。当坡面比较完整、尚未有大范围剥落的坡面,一般可选用抹面防护。如果路基材料是易风化而边坡坡面是不平整的岩石挖方边坡,可选用喷浆防护,此种防护施工简便、效果较好。但由于水泥用量较大,会加大工程造价,重点工程可选用。这两种方法在坡面防护时着色或修饰,有助于改善道路景观。当坡面为比较坚硬的岩石坡面,以防止有水渗入缝隙给路基带来的损害,可采取勾缝与灌浆。上述几种防护针对的都是没有大的河流经过的路基,当路基和大的河流交汇时,为防止地面水流或河水冲刷边坡一般应设置干砌片石护面。护面墙是一种造价比较高的坡面防护措施,防护效果较好,设计、施工都较复杂,应该根据边坡地质条件合理选用。
二、针对山区道路坡面防护的几点想法
1.由于山区道路地形复杂,高填方、高挖方现象是非常的普遍,对这种坡面防护就需要采用植物防护和工程防护相互结合的方法,已达到最好的防护效果。
2.在采用植物防护的时候,在草种和树种方面应逐渐走本地化道路,这样才能使植物更能适应当地气候,更能与自然融为一体。多采用草种和小灌木树种进行混播,通过植草提供的初期植被,通过灌木生长来提供长期植被,从而达到“还林于山”的目的。只有这样,才能使植物防护的成本真正降低下来,走一条“低投入低养护”的路。
3.在采用工程防护的时候,尽量采用山区自有石材,以降低工程成本;坡顶采用浆砌防洪沟,以阻挡山体雨水对坡面的冲刷;坡脚采用小挡墙,以减少对自然山体的破坏,防止滑坡等自然灾害的产生。
参考文献
[1]邓学钧.路基路面工程(第二版).人民交通出版社,2005.
摘要:公路建设的飞速发展,公路边坡防护也随着发展,在设计边坡的防护时,需要在讲求一定规范的情况下,掌握新的发展趋势,以便应对时代对公路边坡设计上提出的新要求。本文将对公路边坡防护设计的原则和发展趋势进行浅论。
关键词:防护设计;设计原则;设计趋势
边坡是公路工程中一个重要的组成部分,对公路的安全使用,降低自然灾害对公路的威胁,减少公路交通事故等方面起着重要的作用,是一切公路工程设计中不可忽视的因素。现在人们的交通安全观念逐渐加强,公路边坡安全护防的设计与施工已经引起人们的高度重视。因此,在现代公路工程中,边坡防护的设计就显得尤为重要。要做好公路边坡的设计工作,就必须重视对公路边坡护防深入观察和研究,在依据一定原则设计,确保公路边坡在稳定、安全的前提下,还要对其他因素,如环境保护、景观设计等方面进行综合考虑。针对公路施工地的地质特征和环境等特点,在设计时根据实际需要采取相应的防护型式,保证公路边坡稳定和安全。
1 公路边坡防护设计的主要原则
1.1 安全第一.质量保证
公路边坡的防护直接影响到公路交通的安全,目前,我国公路的防护工作主要是由边坡起防护作用,对自然灾害和人为因素造成的公路塌方、陷落等起到很好的防护作用,对公路交通设施的安全顺畅运行,对车辆行使的安全,起着巨大的作用。因此,在设计公路边坡时,首先要考虑的是边坡的质量问题,要在保证边坡防护设施自身的质量过硬的情况下,考虑防护设施起到的安全作用,要以防护坡的安全系数为设计的首要考虑因素。要从设计上保证公路边坡防护设施的防护质量,以安全作为防护的第一要素,确保边坡的防护能在实际中起到防护的作用.为公路的安全使用、交通的顺畅起到应有的作用。
1.2 考虑地理环境。因地制宜
随着我国公路交通设施的进一步完善,公路穿越范围越来越广,所处的地形地貌多种多样,各有特点,各不相似。因此,就给公路边坡防护的设置带来了许多复杂的问题,在不同的地方因为地质情况的差异、气候情况的不同、环境的差别等,公路边坡的建设情况也不一样。一般边坡崩塌所遇到的问题可以归为3类,即落石型、滑坡型、流动型,而这3种坍塌形式是由于不同的地质地理环境造成的。比如落石型一般是发生在较陡的岩石边坡,因为在一定的条件下岩石边坡的岩层会产生裂缝、渗水,经过长时间的风化和外力作用,裂缝会逐渐扩大,在雨水侵蚀下,裂缝中充满水,产生侧向静水压力作用,造成崩坍。在设计时,就必须注意对岩石裂缝产生进行控制,采取积极的防水措施。所以因为所面临的防护问题不一致,因此在设计边坡的防护设施时,必须因地制宜,在充分了解工程所在地区的地理和环境及气候等具体的情况下,对公路所面临的各种潜在隐患进行预测,进而根据防护的需要,设计出与该地区相匹配的防护手段。绝对不能教科书式的照搬照抄,就把其他地段的公路防护设计方案依葫芦画瓢的照搬过来,这样会造成该地段的公路边坡防护设施“防而不护”,边坡的防护没有起到实际的作用,严重的威胁公路交通的安全。
1.3 多层防护相结合.防护措施相协调
由于地理环境的复杂,在公路穿行的同一区域内可能会在很小的范围内出现多种地质情况和地形差异,因此在相近的边坡上,或者在同一边坡上,就有可能处于各方面的考虑,采取多种防护措施。因此,在防护设计时,必须要考虑到这一情况,在设计上对多种防护措施在同一边坡上采用,或相邻边坡群采用不同的防护措施时,必须根据实际的环境和施工情况考虑防护措施间的协调。公路边坡的防护是一项复杂的工程,需要多种防护措施和手段的结合才能真正的对公路起到防护作用,因此在较近距离,不同的防护措施不能孤立存在,不考虑其他措施的存在,应该相互协调,比如在护面墙防护与植被防护间,就不能只看一面,而要两者相结合,才能设计出合理科学的防护措施来。
1.4 统一规划.具体实施
在公路边坡的设计中,必须要注意边坡防护各方面的区别。毕竟一道坚固的边坡防护线是由许多部分组成的,所以必须要有统一的设计,把边坡的各方面联系起来,比如在设计时要把边坡的范围与具体的防护设施,如护面墙、矮墙等各部分统一设计。同时还要注意对边坡、上下坡设计的区分。因为当路基的下边坡为填土路堤时,边坡坡面就会受雨水的直接冲刷和因降雨造成的坡面径流的冲刷,而造成路基边坡沿坡面流水方向,因流水冲刷形成冲沟,冲沟的扩大则会致使路基发生破坏。此外受洪水及河道影响较大的路堤,会导致路堤坡脚被毁坏,进而导致边坡破坏。因此,在边坡设计时,根据这种情况必须对边坡的下边坡采取增强压实度的措施,以增强边坡耐冲刷能力。而公路上边坡通常是人工开挖的斜坡,边坡在降雨、冰冻等形式的外力风化作用下,会造成崩坍等危险。因此,应该根据具体的地质气候情况,制定出相应的计划,予以防治。
因此,在边坡防护设计时,必须从整体的防护出发,把各种防护设施统一联结起来规划,同时也要根据不同的坡面和防护设施的需要,进行有区分的设计,要具体问题具体分析,具体情况具体设计。
2 公路边坡防护设计的主要发展趋势
2.1 刚性结构与柔性结构相结合
传统的公路边坡防护设计主要是着重对钢性结构防护措施的设计,在设计上,主要是采用可以确保边坡稳定的砌石防护和架防护钢网的形式。钢性结构的边坡防护措施,对维护边坡的安全,起着有效的作用,是边坡防护设计中常用的一种,它即简单又有效,可以切实的起到公路边坡防护的作用。
然而,近年来随着社会对环保工作的重视,国家实施交通基础建设时,对自然生态环境予以了更多的关注,在建设交通设施时,把保护环境作为工程设计的重要环节。因此,这就对公路边坡的柔性防护提出了要求,在确保边坡稳定的前提下,适当的改变钢性砌石防护单一的模式,进一步采用柔性防护。通过植物防护,在进一步巩固边坡稳定性的同时,也起到了防护边坡的措施。植物防护一般包括在边坡上种草、植草皮、植树等。根据具体的地理和气候环境选择不同的方式,或者多种方式相结合,比如种植草皮与植树相结合,增强公路边坡的水土稳定性,可以有效的防雨水冲刷,限制泥石流和坡土坍塌的事故发生的机率。同时,柔性防护,对公路周围环境的保护和美化也起到了重要的作用,可以减少司机行车的疲劳。
在环保意识不断加强的今天,有必要把钢性结构与柔性结构的防护措施结合起来,在设计公路边坡的防护时,可以通过具体路段的实际情况,充分考虑两者的结合,设计出符合时代要求和趋势的防护设计方案。
2.2 发展生态型防护.注重景观设计
生态型防护是今后公路边坡设计发展的必然,一是因为人类生态保护意识的加强,开始减少因为人为的施工项目造成生态环境破坏的行为,重视公路施工地区生态系统的保护,二是生态型的防护坡,还可以保护边坡表面免受雨水冲刷,减缓软弱岩土表面的破坏速度,保持边坡的整体稳定性。而且,随着公路施工技术的发展,人们对公路的审美开始逐渐关注起来,在现代的公路设计中,公路的景观设计已经成为整个公路设计蓝图中重要的一部分,许多地区的公路景观成了地区标志性的风景,成为地区文化内涵的承载体。因此,对公路边坡的防护设计而言,加强对边坡的美化,是边坡防护设计中重要的环节。因为公路的边坡景观是公路景观的主要组成部分,要建设具有审美情趣的公路,就必须在边坡的防护设施上进行美化,以此作为整条公路美化的基础。在防护设计上,从环境保护、美学观感上考虑防护措施的选择与调整,在可以保证防护坡安全有效的同时,优先考虑景观效果,力求设计出具有生态美感的防护设计方案,以协调自然为准则,充分考虑公路与沿线景观的和谐、防护措施与公路景观的和谐,是今后公路边坡防护设计的主导思想。
【关键词】铁路工程;生态边坡;防护技术
1 铁路边坡生态防护的发展前景
对于铁道工程边坡的生态防护一般可以归结成两类:第一类是工程防护,第二类则是指生态防护。对于工程防护,指的则是在地质条件不是那么理想的地段,目的在于保持边坡的稳定所使用的有关边坡方面的防护措施,使用比较多的铁路防护措施主要有三合土抹面、喷混凝土、挂网喷锚、挡土墙等等一些其他措施。在以往的铁道工程的建设过程中,铁路边坡防护在针对它的稳定性方面考虑的比较多,一般是使用简单的工程方面的防护措施,但是对于生态上的防护却未能引起必要的关注,从而结果使得遭到破坏的植物不能够恢复成原来的样子,铁路的边坡和周围的自然环境不能够很好的得到协调,而且在视角上也显得很生硬,不仅缺少一定的美感,更重要的是,这还会带来光声上的污染,有些时候甚至会导致局部环境的恶化。生态上的防护很多时候指的就是植物防护和植物与工程措施所结合的边坡方面的防护措施,这样,既可以很好的提高道路两旁的景观同时还可以营造出一种生态环境,从而最终实现铁路边坡防护和景观绿化这两个主要功能的完美融合。铁路边坡的生态防护不仅仅对于边坡的稳定有着很大的作用,同时还可以恢复原有植被面貌,吸收周围的噪音和减少太阳辐射等一系列优势。目前这种铁路边坡的生态防护方式越来越受到社会上的关注,这一方面也是边坡防护发展的必然走向。
铁道方面的边坡生态防护的重点是维持生态的平衡,所以有着普通工程防护和一些其他铁路边坡防护类型无法代替的功能作用,它的功能主要有:
1.1 保持生态上的平衡
铁路沿线边坡的开挖,会使得大量自然植被遭到毁灭以及水土的流失,以上这些都会给自然生态环境产生很大的破坏。铁路的生态防护采用种植植物,这样可以人为的修复被毁坏的环境,通过它自己本身的自我调节功能,达到恢复原本的自然生态平衡,最终达到生态防护的目的。
1.2 减少雨水冲刷,稳固路基
开挖后的公路和铁路工程边坡,大多数边坡岩体都在外,久经雨侵蚀会引起边坡坍塌,滑坡等事故。在铁路的边坡生态防护上,铁路边坡植被可以实现能量耗散原理,降低流速,减少坡面损伤。
1.3 边坡生态防护的三维锚固作用
共同发展,断坡更严重的生态保护,一般采用三维土工网。除了加锚岩体边坡植被根系三维网状网,也可以增加破碎全岩坡,从而加固边坡的防护。
1.4 美化环境,减轻视觉疲劳
道路的使用,应该采用各种形式植物的合理匹配,形成一种植物景观生态保护,营造良好的绿色的视觉空间,这样可以降低长时间驾驶而引起的视觉疲劳,可以减少交通事故的概率。
2 铁路边坡生态防护技术原理
生态护坡技术的原理是基于生态工程,机械工程,植物学的基本原理,使用主动植被生态功能材料。在边坡防护系统中结合其它工程材料进行施工。通过生态工程,自我组织,自我支持和自我修复能力来达到抗冲刷边坡,抗滑和生态恢复,以减少水土流失,维护生物多样性、美化环境等。在土壤表层及下覆风化残积层中盘根错节的根系,可视三维加筋材料,可增加土体的凝聚力值。在土壤表面和表面风化的残积物,复杂并且难以处理,可以增加土体的粘聚力值。此外,植物对地下水蒸腾作用的影响和微生物对边坡保护自我调节功能起着很重要的作用。
3 铁路边坡生态防护主要类型
植物生态护坡已经在铁路边坡工程中使用,其主要类型有以下几种:
3.1 人工植被
人工植被包括人工草地,铺草坪和人工种植灌木等。该方法具有结构简单,成本低的优点,但往往施工效率,建设和适应性差,植物成活率低,见效慢,难以保证工程质量。该方法主要适用于小面积,土壤或砂质土边坡坡度较缓的情况。
3.2 植生带
这是一种把植物种子放在无纺土工布或多层织物和天然纤维毡再直接放在在坡面上快速绿色。该方法具有的优点是植生带里面有肥料和种子,播种和施肥量均匀,准确。草种子,肥料不易移动;植被可以避免被水冲走;种子的发芽率很高,出苗整齐,能够起到护坡的效果;施工时间短,节省劳力,操作方便,并可根据需要任意切割。缺点是在铺设的施工过程中要求比较高,因此可以应用的范围不是很大,从而适应性不是很好。该方法适用于在平坦或者砂土类的土坡。。目前,在中国北方的边坡绿化方法,城市绿化和水土保持里面得到广泛应用,但是在南方,很少使用。
3.3 液压喷播
水力播种的种子,植物肥料,木纤维,通过液压喷播机(如沥青乳液,聚醋酸乙烯酯乳液),可以使的混合液体染色剂和水均匀地分布在斜坡上,从而绿化的技术。它的优点是施工速度快,简单,草坪草的均匀性好,适用性广,工程造价低。
3.4 网袋工程
这是一种把植物的种子,肥料,放在纤维网或金属网包里来进行混合,然后固定在坡面来绿化的方式。网格袋埋入土壤后,使得一半以上处于斜坡之上,一半埋在里面,而且每袋一定要是固定的。该方法具有应用范围广,适应性强的优点;缺点是成本造价比较高具体,施工的难度比较大,可以运用在岩质边坡。
3.5 框格工程
这是一种将污工防护方面的措施和生态保护方面的措施一起运用起来的方法,它需要对砌体的斜坡装配混凝土(也可以是有着一定强度的工程材料)框架,再把袋子填埋在其中。这种方法的框架形式有:网格类型,拱型和人字形等。具体实施的次序可以是:平整坡面框格施工,回堆填土,土袋撒种子或铺草皮的前期养护。它有着抗侵蚀能力强的优点;缺点是结构复杂。适用于陡坡土壤和易风化的岩石边坡。
3.6 客土种子喷播工程
使用湿喷枪,把植物种子,肥料,土壤和水喷射在坡面,从而形成1-3cm厚的植被层,再撒上一层乳化沥青或铺无纺布减少雨水造成的土壤水分挥发。土壤种子喷涂工程和金属网或土工格栅拉力工程同时建设。这种方法具有应用范围广,适应性强,施工效率高的优点;缺点是成本高,施工复杂。适用于各种土壤成分比较少,并且硬的边坡。目前,在中国,这种方法正在进行深入的研究与实际检测。
3.7 植被型多孔混凝土护坡
对于这种技术的研究开开始于20世纪90年代中期,是在混凝土的孔里面用种子,保水剂,有机质肥料来进行填充,然后浇水。该方法在边坡栽培土壤植被填充,砂浆接缝安装,试件养护试件以及混凝土的施工的顺序是明确的。这种技术的特点是会使得边坡结构比较稳定,外形美观,整洁,而且具有良好的环境效益。缺点是结构复杂,成本高。该方法适用于风化的岩石,硬质岩石边坡,通过适当的简化也可以用在斜坡或平坦。
4 结语
铁道工程中的边坡生态防护的设计,结合工程的保护原则,基于边坡稳定,恢复和重建植被,从而达到抑制径流,控制水土流失,边坡稳定性,园林绿化,环境保护的目的。但由于我国生态护坡技术开展研究起步较晚,生态护坡技术在与发达国家相比之下,整体仍处于一个引进,消化吸收和新技术的初始阶段。生态护坡技术从植物的选择,喷播基质配方,维护和管理施工技术还不是很成熟。生态护坡的设计技术在铁路工程施工质量验收标准规范尚未形成。生态护坡技术的不足已经引起了中国的铁路方面的广泛关注。进一步的研究方向包括以下几个方面:(1)国内边坡绿化施工材料和设备,发展替代进口产品,降低成本;(2)设计理论和施工研究适合我国生态护坡方法;(3)尽快开展生态护坡技术的典型工程防护效果跟踪调查,试验研究,提出了合理的评价,质量验收标准,建立生态护坡技术标准。
【参考文献】
[1]匡星.铁路工程边坡水力侵蚀规律与评价方法研究[D].北京交通大学,2009.
[2]张震.某运煤铁路专用线路基施工方案研究[J].铁道工程学报,2013,07:22-27.
[3]肖桂蓉.铁路线下工程施工环境保护与水土保持方法探讨[D].西南交通大学,2011.
关键词:边坡;生态防护;工程措施;水土流失
1 概述
随着西部大开发这一伟大工程地逐步推进,从西气东输,到西电东送工程的稳步实施;从西部地区大规模的机场建设,到铁路、公路建设的全面启动;从大规模的城市基础设施建设,到村村通公路扎实地推进,这些工程的迅速发展,出现了大量的由于人工开挖形成的裸露边坡,严重地破坏了原有的生态植被和自然环境。容易引起边坡的冲刷、水土流失、沟渠及河道涌塞、环境污染等人为灾害。比如,青藏公路的建设对生态系统产生直接的切割,使景观更加破碎,高速公路建设直接破坏沿线植被生态系统。
2 国内外边坡生态防护进展
2.1国外边坡生态防护发展
目前,西方国家边坡生态防护手段,主要是利用先进的绿化工程技术恢复与重建边坡生态环境。一种是以欧美高养护型为代表的湿式喷播快速植草技术,另一种是以日本高投入为代表的客土及厚层生长基础喷播技术。早在20世纪30年代,美国等发达国家就开始在公路边坡和机场空地进行植草恢复技术研究。到20世纪50年代初期,美国制定了专门的法律法规,规范新建公路生态恢复技术研究和施工技术。在政府各项政策法规的扶持下,1953年Finn公司首先开发出了喷播机,实现了生态防护施工的机械化。日本的高速公路建设到20世纪60年代后期才拉开序幕,但是目前,日本的高速公路生态恢复技术处于世界领先地位,他们的策略是“环境优先、自然再生”。日本正在研究“特殊空间绿化技术”、“植被恢复技术”、“公路边坡绿化技术”、“景观仿真技术”等高新技术来恢复公路生态环境。此外,英国、意大利等国将加筋土技术与植被防护技术相结合,修建了包裹式的加筋土植草墙面的挡土墙。
2.2国内边坡生态防护最新发展
我国对边坡生态防护研究较晚,但是最近几年发展较快。20世纪90年代,通过借鉴、引进、消化、吸收和创新,开始用湿式喷播、客土喷播、土工网垫植草等新型绿色防护技术。目前,国内部分地区,根据各个工程的具体情况,从生态防护的不同角度开展了公路生态保护的研究。如1996年,首次采用瑞士湿式喷播技术对云南省昆明一曲靖的高速公路边坡进行大规模植被种植;1999年海南省开始探索海南特色生态公路;2001年新疆规划“巴音布鲁克天鹅湖”时建成了旅游生态公路;2002年修建穿越秦岭的西安到汉中的高速公路时提出了秦岭山区高速公路建设生态保护技术研究的课题;2004年国家交通部在总结四川川九生态公路保护与环境建设成功经验的基础上,将云南小磨高速公路、重庆雷崇高速公路等6条高等级公路作为生态建设典型示范公路;2005年天宝生态高速公路修筑;2006年渝湛生态型高速公路(粤境段)建成。
到目前为止,一方面特别是2000年以后经各公路局、科研单位、大专院校以及工程施工单位多方的积极配合努力下,我国在高速公路生态防护技术和工程经验方面,还是取得了不俗的科研成果;但另一方面生态防护技术还不尽完善,需要各行各业通力合作,继续深入探讨,尤其是生态防护机理还有待进一步深入研究。在高速公路边坡生态防护的设计过程中,常应用的防护方式有3种:①土工网固土(间植乔灌木)植革护坡;②废旧轮胎固土植草(间植乔灌木)护坡;③塑料盲沟加土工网(还加植被)。而活木桩生态防护方式,从国内来看,不论是对其科学研究成果,还是其工程施工经验还需要丰富和完善。
3 工程实例与现场实测结果分析
3.1研究区概况
通过对研究区高速公路两旁边坡实地调查,未发现严重崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷及地裂缝等地质灾害现象,边坡地表水多以排水沟为主排泄。随着车流量和人类活动范围日益扩大,各种粉尘和白色垃圾,经排水沟流入水塘、河或耕地,影响到地表水水质和生态环境。研究区边坡具体情况见表1。研究区范围土壤主要为黄壤、紫色土,土壤颜色多为红色、黄色、黄褐色、灰黄、黄棕色等;土层非常厚,厚度1.5m左右;通过土壤化学成分测定,研究区土壤有机质含量较低,氮、磷、钾含量较低,土壤pH值偏酸性,土壤质量属于中低下水平,见表2。
3.2边坡生态防护效果
为了研究生态防护边坡防护效果,抽样调查部分植被生长情况,具体见表3和表4。
从表3可以看出,2006年8月—2007年1月底以前,从9月份12月份,垂柳、毛白杨较早的发芽、生根,且生长速度较快。从12月份以后,由于天气情况影响,芽、根的生长速度逐渐缓慢,槐生长发芽较为缓慢,且部分活木桩的死亡率逐渐升高。从表4可以看出,2006年8月—2007年1月底以前,从9月份至12月份中旬,各种革种的生长速度逐渐加快,从12月份中旬以后,由于受天气情况的影响,生长速度逐渐缓慢,且植被对边坡覆盖率取得了显著的效果。
公路边坡生态防护的目的是采用与工程防护相结合的原则。在边坡稳定的前提下,恢复和重建坡面植被,从而抑制径流、防止冲刷、稳定坡面、美化道路景观、保护环境。边坡生态防护技术具有良好的经济效益、环境效益和社会效益,是公路建设工程中可持续发展的重要对策之一。为了探求高速公路边坡生态防护后,各边坡水土流失情况,分别在裸地和各种生态防护试验点设置了径流场,结果见表5和表6。
通过采用生态防护措施,边坡前期养护完毕后,植被生长不仅改善了道路的行车环境,植物根系已经将泥土和岩面紧紧相连。各试验点在经过一年来的大雨冲刷、凝冻天气的影响,除部分坡面出现小面积的垮塌外,其余坡面较为完好,坡面未出现任何冲蚀沟,水土流水现象得到了控制,对边坡的稳固取得了较显著的成效,因而,采用生态防护措施是一种行之有效的方法。
4 结束语
关键词:边坡生态环境生态防护灌木
在公路、铁路、水利、矿山等基础设施的施工过程中,原地貌植被的破坏不可避免,弃土、弃石、开挖等会给和谐的自然环境留下大量的边坡。这些边坡有的是岩质边坡,有的是土质边坡,或陡或平。根据恢复生态学原理,在排除环境干扰的条件下,土质边坡有自我修复、恢复的能力,但这是个漫长的过程,随着环境的变化有很多不确定性,不能及时达到防护和绿化的效果。岩质边坡因缺乏植被生长的条件,更难于自我恢复[1]。鉴于此,只有借助人工才能加快其恢复过程。利用植被稳定边坡、改善生态环境在生态学上称为边坡生态防护。近10多年来,人们开发出了多种既能起到良好的边坡防护作用,又能改善工程环境、体现自然环境美的边坡植物防护新技术。它不同于以往的工程防护措施,能与传统的坡面工程防护措施共同形成边坡工程植物防护体系,以坡面长期稳定为目的,以保护当地自然植物群落结构、恢复生态系统、防止水土流失、减轻管理工作量为宗旨,主要靠植物根系与土壤之间的附着力以及根系之间的相互缠绕来达到加固边坡的目的。边坡生态防护可以涵养水源、减少水土流失,还可以有效地净化空气、保护生态、美化环境,具有生态效益[2]。
边坡生态防护的主体是植物,目前采用最多的是豆科、禾本科等草本植物[3],对灌木、乔木等木本植物研究较少,实践中也不太成功,但木本植物在生态防护中有自己的优势。本文通过分析草本、木本植物在边坡生态防护中的作用,着重研究灌木的应用前景。
1生态防护的理论体系
生态防护的目标之一是使植物存活并正常生长。然而长期以来,人们仅把不良自然条件下树或草坪的成活作为研究目的,并在栽培方面获得了很大成功,形成了一系列在不同条件下的施工工艺或技术,如植生带、土工网、三维网、草袋、保水剂、生根粉等[4]。现代生态防护工程则不能仅以植物存活为研究目的。大量的施工实践证明,边坡防护施工后,有的看似达到了生态防护的目的,表面上植被恢复了,水土流失也得到了一定的控制,但时间一长,由于植物之间的恶性竞争或外界环境不能满足植物生态习性的要求,致使植物生长势逐渐减弱,群落开始逆行演替,刚刚恢复植被覆盖的土地又会退化为裸地,形成水土流失现象[5]。
为发挥植物持续永久的综合生态功能,应运用生态学原理构建一个和谐有序、稳定的植物群落,这一点非常重要,其关键是护坡植物的选择。下面研究在不同的边坡上制定物种配方应遵循的原则。
1.1遵从植物生态习性,因地制宜
植物的生态习性是指植物生长对环境条件的要求,包括气候生态条件、土壤生态条件、生物生态条件等。气候生态条件(光照、湿度、温度等)影响植物的生长繁殖,决定植物能否顺利越冬、越夏;土壤生态条件(养分、肥力、结构、pH值、盐分等)与植物的生长密切相关;生物生态条件关系着植物的生长发育。如果外界环境不能满足植物的生态习性,植物生长就要受到阻碍甚至发生退化。因此,在选配植物时应综合考虑环境条件,因地制宜合理种植。
1.2保持物种多样性,建立自然群落结构
目前,学术界就物种多样性在生态系统中的作用提出了很多假设,如冗余种假设[6]、零假设、特异反应假设、铆钉假设等,对这个问题的看法还没有完全一致的认识。多数生态学家认为,物种多样性是群落稳定的一个重要尺度,物种多样性指数高的群落,物种之间往往形成比较复杂的关系,植物链或植物网更加趋于复杂,当面对来自外界环境的变化或群落内部种群的波动时,群落有一个较强的反馈系统,可以缓冲干扰。当某一物种发生病虫害时,不可能侵染所有的物种,即病虫害不易传播。植物的自然群落结构是草、灌、乔三位一体的多层次的复杂结构,物种多样性指数高,在一般的情况下抗外界干扰的能力强,即使群落中一种或几种植物受到病虫害的危害而死亡,其他的植物也会填补其留下的空白。
1.3遵从生态位原则,优化植物配置
基于物种多样性的考虑,在利用植物进行边坡防护时采用的植物种类较多,这就要求拟定一个合理的配方,因自然群落中的物种、种群不是偶然的组合,而是生态上的协调与组合[7]。绿化植物的选配除了要考虑它们的生态习性外,实际上还取决于生态位的配置,这是生态防护工作关键的一步,它直接关系到系统生态功能的发挥和景观价值的提高。因此,在选配植物时,应充分考虑植物在群落中的生态位特征,从空间、时间和资源生态位上的分异来合理选配植物种类,使所选择植物生态位尽量错开,从而避免种间的直接竞争[8]。
1.4遵从互惠共生的原理,协同植物之间的关系
在植物生长发育过程中,根系作为植物和土壤的重要界面,不仅是重要的吸收和代谢器官,而且是重要的分泌器官[9]。它一方面从生长介质中摄取养分和水分,另一方面也向生长介质中分泌离子和大量的有机物质。当一些植物的分泌物对另一些植物的生长发育有利时,他们互惠共生,相互促进生长,如皂荚与七里香在一起生长时,互相都有促进作用;当一些植物的分泌物对其他植物的生长发育不利时,就会影响其生长。群落中植物的分泌物对其他植物的生长发育有很大的影响,在选配植物种时应高度重视。
2生态防护的现状
目前,在生态防护中草坪应用比较广泛。根据草种对气候的适应性,可将草种分为冷季型草种(早熟禾属、羊茅属、黑麦草属、胡枝子属、苔草属、三叶草属、百脉根属等)、暖季型草种(狗牙根属、狼尾草属、地毯草属、钝叶草属、假俭草属、马蹄金属、画眉草属等)、过渡型草种(野牛草属、结缕草属等)。在边坡防护工程中大都选择一些根系发达、固土能力强的草种,如早熟禾、黑麦草、羊茅草、狗牙根、假俭草、钝叶草、马蹄金等[10],然后采用合理的施工技术播种,并精心呵护以保证一定的成活率。早期,种子发芽率高、出芽整齐,如黑麦草,播种7天后,发芽率可达90%以上,1个月后,原来的边坡就披上了绿装。表面上看,植被恢复了,水土流失得到了控制,生态环境得到了改善,但这种好景不长,短则一年半载,长则2~3年就会发生衰退现象。如华南地区引进的多年生黑麦草,不耐高温、不能越夏,在夏天很快就消失,不能完成世代交替[11],但麦草在初期生长非常旺盛,有竞争优势。为达到四季常青的效果,在护坡工程中还常常采取冷季型草与暖季型草混播的措施,但因暖季型草在冬天枯萎后常阻碍冷季型草的发芽、繁殖,冷季型草在夏天又阻碍暖季型草的发芽、繁殖,还是很难达到四季长青的效果。究其原因,我们认为这种生态防护工程旨在利用人工的方法加快植被恢复过程,往往违背了自然演替规律,在选配植物时,大多只考虑单个物种的生态习性,欠考虑物种间的竞争关系,忽略了物种多样性对生态系统功能的贡献。另外,草本植物在水土保持功能上也有一定的缺憾:一是根系较浅,固坡护坡效果较差;二是群落易发生衰退,二次恢复很困难;三是管理费用高;四是外来种的大量采用,对生态安全有很大风险。
3灌木在生态护坡中的作用
我国的边坡坡度一般为45°,有的甚至达到60°以上,单纯用草本植物虽然覆盖度大、美观,初期植被均匀整齐,但防护效果不太理想,而栽植乔木又会提高坡面负载,在风力作用下极易造成坡面的不稳定或坍塌。随着实践经验的提高,人们逐渐认识到灌木绿化具有的优势。灌木不仅具有良好的抗旱、保水、保土、防风沙、降尘土、抗盐碱等优点,而且生长快、耐贫瘠、对土壤环境要求不高,和草本植物相比,优势相当明显:一是灌木类木本植物根系的先端部位能向土壤母质内部延伸,在吸取其营养的同时固持风化土层,增强边坡的稳定性。二是维护管理作业量小,灌木对水、肥的需求少,适应性强。三是对小气候的改善作用明显,能缓和阳光的热辐射,使酷热的天气降温、失燥,给人以舒适的感觉。同时由于灌木的生物量比草本植物大,进行光合作用吸收的二氧化碳多,吸滞烟灰粉尘,稀释、分解、吸收和固定大气中的有毒有害物质也较多,能更好地净化空气。但单一的灌木群落也易产生表土侵蚀,对初期的水土保持不利。因此,在边坡防护过程中,植物种的选择以草本植物与灌木配合为宜,二者结合,可起到快速持久的护坡效果,有利于生态系统的正向演替。
但采用草本植物种子和灌木种子混合播种时,有时会不尽如人意,常常形成稀树草原的格局,这是因为草本植物一般发芽早、成坪快,往往扼杀刚刚发芽的灌木幼苗。所以在当今的绿化施工过程中,一般先种植生长速度快、成坪快的先锋草本植物[12],以达到快速恢复植被,控制早期水土流失的目的,然后因地制宜栽植灌木。
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关键词:公路边坡防护技术;坡体稳定性;浆砌片;石护坡
边坡是公路工程中最常见的形式,随着我国公路事业的快速发展,对边坡的要求也越来越高,仅仅满足边坡稳定性已不能适应公路发展的要求。在现代公路修筑中,边坡的美观和环保要求越来越受到人们的重视,生态型护坡越来越多地在新建公路边坡中得到应用。边坡防护技术主要从坡面的防护技术和坡体稳定性两方面考虑。目前,针对坡面防护主要有浆砌片石护坡,浆砌格栅拱架护坡,挂网喷射混凝土护坡以及土工格室植草护坡等几种形式。本文主要对坡面防护技术进行研究,给出边坡设计的基本原则,并探讨了其适应性及发展趋向。
一、边坡处理技术
公路边坡的治理技术发展很快,形式也越来越丰富,目前的防治方法主要有以下几种:
(一)排水工程
排水工程一般包括地表排水和地下排水。它是指设置良好的地表排水和地下排水系统,做好拦截、疏干和排除滑动区域内外的地表水和地下水的工作,并采取防护措施以防止地表水渗入坡体或冲陶坡脚。排除地表水目的在于拦截、引离边坡范围外的地表水,使其不致进入边坡区或不致渗入边坡体内。地表排水以拦截和旁引为原则,常采用的排水工程措施有:边沟、截水沟、排水沟、垂直排水井和急流槽等形式。排除地下水的目的在于降低孔隙水压力,增加有效正应力从而提高抗滑力。常采用排水工程措施有:暗沟、渗井、排水孔、灌浆阻水及渗沟等。排水工程简单易行且加固效果好、工程造价低,应用广泛,但往往需要与其它的治理工程结合在一起,配套使用。
(二)改变边坡形态
边坡失稳破坏通常是由于边坡过高、坡度太陡所致。通过改变坡体形态,削掉边坡一部分不稳定岩体,或增加阻止滑坡产生区的物质,使边坡坡度放缓,提高其稳定性。常用的工程措施是减重反压。这种措施主要是将边坡顶部的土石挖除从而减小下滑力和在原堤脚处加设反压护道以增大抗滑力,以提高边坡稳定性。该方法是一种经济有效的防治边坡失稳的措施,技术上简单易行,效果明显,并积累了丰富的经验,但该方法整治效果的好坏主要取决于削减和堆填的位置是否得当,且该法对边坡改造较大,扰动严重,不利于环保。
(三)支挡与锚固工程
该技术措施主要包括挡土墙、抗滑桩、锚杆、预应力锚索、SNS柔性防护系统。
1.挡土墙形式。挡土墙是边坡治理工程中最常见的一种技术手段,它位于失稳边坡的前缘,借助于自身重量从而抵抗侧向土压力,防止墙后土体坍塌和增加其稳定性的建筑物。常见的挡土墙形式有:重力式、悬臂式、扶壁式等。在公路工程中,挡土墙可用以支撑路堤或路堑边坡,防止水流冲刷路基,同时也常被用于处理路基边坡滑坡崩坍等路基病害。挡土墙设计简单,适用范围很广泛,但容易出现“越顶”现象,且设置位置具有局限性。
2.抗滑桩是一种大界面侧向受荷桩,是承受侧向荷载、整治滑坡的支撑建筑物。该方法是将一定规格的桩体埋入稳定的地层中,依靠桩及其周围岩土体的相互嵌制作用,以承受由上部桩身传来的推力。抗滑桩一般成群布置,多用于滑体厚度不大,刚度较大的情况,常沿垂直与滑体运动方向排列。在间歇型滑坡的静止期进行抗滑桩施工,效果最理想。在布置时应合理排布,使两桩间的滑体不至由于拱起作用从其间滑出,同时还应保证沿坡体不越过桩顶,以免产生次生失稳状况。抗滑桩按其埋入情况可以分为以下几种形式:全埋式桩、悬臂桩、埋入式桩、椅式桩、排架桩、刚架桩等。工程实践表明,抗滑桩桩位灵活,施工方便,能迅速安全地解决一些比较困难的工程,但对于正在滑动的边坡,应尽量避免采用抗滑桩。
3.锚杆、预应力锚索是常用的锚固工程,它是一种把受力拉杆埋入地层的技术。它可以充分提高岩土自身强度和自稳能力,增强滑动面上的抗滑力,从而获得良好的稳固效果。
4.SNS柔性防护是一种以钢丝绳网为主要构件并以覆盖和拦截来防治崩塌落石、风化剥落等边坡坡面地质灾害的柔性防护系统技术。该防护系统包括主动系统和被动系统两大类型。主动系统是通过固定在锚杆和支撑绳上并施以一定预张拉的钢丝网覆盖在有潜在地质灾害的坡面上,阻止崩塌落石的发生和活动范围;被动系统是一种能拦截和堆存落石的柔性拦石网,由钢绳网、固定系统、减压环和钢柱四部分组成,通过拦截的手段控制灾害体的运动范围。该防治方法工程量小、施工简单、且不改变坡体形态和植被生长,但是多适合于方量比较小的边坡或者仅对于崩塌类灾害具有明显效果。
(四)生态护坡技术
生态护坡技术是在边坡上种植植物,利用植物根系固着边坡表层土壤以减轻水流冲刷,从而达到保护边坡的目的。该技术是将岩土工程、生态学、土植物学等多学科结合成一体的综合工程技术。生态护坡在首次成功应用之后便得到迅速发展,是今后公路建设发展的一种趋势,它使公路具有安全、舒适、美观、与环境相协调等特点。
二、边坡防护技术发展趋向
(一)工程防护逐渐减少
工程防护形式的防护能力强,但是美化效果差。修建较早的公路边坡防护大都是不见草木,尤其在北方地区更普遍。采用浆砌片石网格,预制混凝土网格,预制混凝土六角块等相对美观,但从与周围环境相协调的角度来看,都有明显的人工迹象。随着我国公路的高速发展,对公路沿线景观的要求不断提高,美观及与自然环境相协调越来越受到人们的重视。工程防护的应用在不断减少,除了有些地方必须采用这种防护方式外,许多高速公路都尽量避免这种形式,以达到较好的环境景观效果。
(二)大力发展生态型防护
生态型植被护坡不仅能起到保护边坡表面免受雨水冲刷,减缓温差及温度变化的影响,防止延缓软弱岩土表面的风化,破碎,剥蚀演变进程,保护边坡的整体稳定性,而且在一定程度上还可以兼顾美化,恢复生态环境和协调自然环境的作用。在当今全社会对环境保护非常重视的环境中,生态型护坡必然成为今后公路边坡防护的主流形式。大力发展和研究新型的边坡生态防护技术是今后发展的趋向。目前,许多高速公路边坡上还大量采用了植被防护的形式,并采用了不同的植被类型,取得了较好的环境景观效果。
关键词:公路路基;边坡防护;破坏因素;设计要点
Abstract: The slope is the most common form of highway engineering, the design of slope protection is an integral part of the whole highway design, on the highway side slope protection design emphasis is on the whole highway construction attention. This paper first introduces the main cause of destruction of highway slope, at the same time design points on slope protection are expounded.
Key words: highway subgrade; slope protection; damage factor; design points
中图分类号:TU2
1、公路路基边坡破坏的影响因素
1.1 下边坡一般为填土路堤,边坡的破坏,主要表现为坡面及坡脚的冲刷。坡面冲刷主要来自大气降水对边坡的直接冲刷和坡面径流的冲刷,冲刷使路基边坡沿坡面流水方向形成冲沟,冲沟不断发展导致路基发生破坏;沿河路堤及修筑在河滩上、滞洪区内的路堤,还要受到洪水的威胁,这种威胁表现为冲毁路堤坡脚导致边坡破坏。
1.2 上边坡是人工开挖的斜坡,其强度应满足边坡稳定的要求。在降雨、融雪、冻胀及其它形式的作用下,边坡主要破坏形式为冲刷、崩塌等。冲刷破坏一般发生于较缓的土质边坡,如砂性土、亚粘土、黄土等,在大气降水的作用下,沿坡面径流方向形成许多小冲沟,如不采取措施,有逐年扩大的趋势;在边坡坡脚,冬季往往发生积雪,造成坡脚湿软,强度降低,上部土体失去支撑,发生破坏;同时,高速行驶的汽车溅起的雨雪水,也易冲刷坡脚。根据边坡土质类别、破坏原因和规模不同,路基边坡的滑塌主要破坏形式为溜方、滑坡、剥落和碎落、崩塌。①溜方通常是由于降水、降雨、等流动水冲刷边坡或施工不当而引起的。②滑坡是指一部分土体在重力作用下沿边坡的某一滑动面滑动,主要是因土体的稳定性不足引起的。路堤边坡发生滑坡的主要原因是边坡坡度过陡或坡脚被挖空,或填土层次安排不合适等;路堑边坡发生滑坡的主要原因是边坡高度和坡度与天然岩石层次的性质不相适应。③剥落和碎落是指边坡风化岩石表面沿坡而滚落下来。
2、公路路基边坡防护的设计要点
路基防护是保证路基强度和稳定性的重要措施之一,防护的重点是路基边坡,由于地形的变化,适路设计标高与天然地面标高的相互关系不同,会出现高于天然地面的填方路基即路堤、低于天然地面的挖方路基即路堑和介于前两者之间的半填半挖路基。由岩土体填挖而成的路基,改变了原地层的天然平衡状态,且暴露于自然环境中,长期受各种自然因素的影响,岩土体的物理力学性质会发生较大的变化,引起岩土体变形、移动,破坏边坡的稳定,甚至导致一系列环境地质问题和生态环境问题,如崩塌滑坡、泥石流、土壤侵蚀和植被破坏等。因此为保证路基的稳定和防治各种路基病害,除做好路基排水工作外,还需结合当地水文、地质及材料等情况,采取有效措施,对各类土、石边坡进行必要的防护。
边坡破坏与路基填料的性质、路基边坡高度、路基压实度有关系。一般地,较高的路基边坡较较低的路基边坡更容积遭受坡面流水冲刷,砂性土边坡较粘性土边坡易遭受冲刷而破坏,压实度较好的边坡比压实度较低的边坡耐冲刷。
2.1 路基边坡防护设计的主要原则
①安全第一,质量保证。路基边坡的防护直接影响到公路交通的安全,对自然灾害和人为因素造成的公路塌方、陷落等起到很好的防护作用,对公路交通设施的安全顺畅运行,对车辆行使的安全,起着巨大的作用。因此,在设计公路边坡时,首先要考虑的是边坡的质量问题,要以防护坡的安全系数为设计的首要考虑因素,确保边坡的防护能在实际中起到防护的作用,为公路的安全使用、交通的顺畅起到应有的作用。
②结合当地的水文地质情况,合理地设计路基边坡。随着我国公路交通设施的进一步完善,公路穿越范围越来越广,所处的地形地貌多种多样。因此,就给公路边坡防护的设置带来了许多复杂的问题,在不同的地方因为地质情况的差异、气候情况的不同、环境的差别等,公路边坡的建设情况也不一样。因此,在设计边坡的防护设施时,必须因地制宜,在充分了解工程所在地区的地理和环境及气候等具体的情况下,对公路所面临的各种潜在隐患进行预测,进而根据防护的需要,设计出与该地区相匹配的防护手段,绝对不能教科书式的照搬照抄,就把其他地段的公路防护设计方案依葫芦画瓢的照搬过来,这样会造成该地段的公路边坡防护设施“防而不护”,边坡的防护没有起到实际的作用。
③多层路基防护相结合、防护措施相协调。由于地理环境复杂,在公路穿行的同一区域内可能会在很小的范围内出现多种地质情况和地形差异,因此在相近的边坡上,或者在同一边坡上,就有可能处于各方面的考虑,采取多种防护措施。因此,在设计上对多种防护措施在同一边坡上采用,或相邻边坡群采用不同的防护措施时,必须结合实际的环境和施工情况考虑防护措施间的协调。公路边坡的防护是一项复杂的工程,需要多种防护措施和手段的结合才能真正的对公路起到防护作用,因此在较近距离,不同的防护措施不能孤立存在,应该相互协调,才能设计出合理科学的防护措施来。
④统一规划,具体实施。在公路边坡的设计中,必须要注意边坡防护各方面的区别,要有统一的设计,把边坡的各方面联系起来,同时还要注意对边坡、上下坡设计的区分。在边坡设计时,根据这种情况必须对边坡的下边坡采取增强压实度的措施,以增强边坡耐冲刷能力。对于公路上边坡,应该根据具体的地质气候情况,制定出相应的计划,予以防治。 在边坡防护设计时,必须从整体的防护出发,把各种防护设施统一联结起来规划,同时也要根据不同的坡面和防护设施的需要,进行有区分的设计,要具体问题具体分析,具体情况具体设计。
2.2 路基边坡防护设计的方法
①植草防护。植物防护是在边坡上种植草或植树,以减缓边坡上的水流速度,利用植物根系固结边坡表层土壤以减轻冲刷,从而达到保护边坡的作用。植物防护不仅可以美化公路环境,调节边坡的湿温,起到固结和稳定边坡的作用,而且又比较简单、经济。
②工程防护。工程防护主要是针对不适宜植物生长的土质填、挖方边坡或风化严重、节理发育不良的岩石路基边坡等,采取工程防护措施即设置人工构造物防护。
③干砌片石。干砌片石适用于保护边坡免受大气降水和地面径流的侵害以及保护浸水路堤边坡免受水流冲刷。对严重潮湿或有冻害的路段、长期承受主动土压力地段一般不宜采用干砌片石防护,可用于下边坡中的土质边坡防护。
④浆砌片石。浆砌片石设置在浸水路堤及可能发生坡面被冲刷的土质边坡,应做好排水与防护的结合,否则不宜采用。
⑤拱式、网格防护。这种防护方式克服了鱼鳞状砌石防护排水抗冲刷能力弱和圬工量大的特点,最大限度地绿化坡面,外观较好,在高填方、长直线的护坡段,能达到美化、绿化的双重效果,是近年来公路防护常用的方法之一。缺点是施工较繁琐,劳动强度大,对坡面要求严格,拱内必须填土植草或进行其他工程防护,否则易被雨水冲蚀。
⑥预制块铺砌防护。这是目前高速公路上应用较多的护坡方法之一,由于预制块的规格一致,易于施工,外观整齐,最大限度地减少了坡面防护对植草绿化的依赖性,缺点是造价高,施工难度大。
⑦喷射混凝土防护。喷射混凝土法分为素喷法和锚喷法。素喷法用于表层易松散的风化岩面。锚喷法适用于大部分岩石土和碎石土等地质结构山体和易产生滑坡地段,它可预防早期滑坡的产生。
关键词:道路地基施工;边坡加劲;公路
引言
最近几年以来,随着经济水平的不断提高,我国高速公路的建设得到了迅猛发展,截止到2013年底,全国高速公路通车总里程已经达到了95856公里。路基高填深挖路段多是高速公路区别于普通公路的一个最主要特点,在建设高速公路的时候要确保路基、路面的稳定性,安全性,增长道路使用寿命,必须加强道路地基施工和路基边坡防护的综合研究。为保证边坡及其环境安全,往往会对边坡应采取支挡、加固与防护措施。文章主要阐述道路地基施工的注意事项和边坡加劲的相关分类等内容。
1 道路地基施工
工程建设质量的好坏影响着整个建设工程,由于道路地基是公路建设工程中的一个极为重要的组成要素,地基不仅是公路的主体,同时也是公路路面的基础,因此,道路地基施工的质量关系到整条公路的质量,直接影响日后车辆在公路上的行驶。因此,随着经济发展对公路的等级要求的日渐提高,对路基的质量要求也越来越重视。下面结合实践经验,谈谈道路地基施工的相关注意事项。
首先,水是影响道路地基质量的一个极为重要的要素,它与道路地基的稳定性有着特别密切的联系。如果道路地基遭到浸水时,这将导致道路地基的承载力的下降,同时,如果道路地基施工过程中道路地基的填土料的含水量比标准含水量高,这将会造成道路地基的压实出现困难。需要注意的是,如果道路的设计没有对地下水相关的具体操作方案,承包商应该将相关的地下水处理(例如:疏导和隔离等)的工程措施上报给相关的监理工程师进行审查和批示,在施工过程中按照其批示进行具体的操作。道路地基在施工之前也必须对地面水的处理进行提前准备,必须设置好相关的截水沟、排水沟、盲沟。道路地基施工过程中必须处理好临时排水和永久排水的关系。总而言之,在道路地基施工过程中要想使得路基保持稳定,必须消除各种因为水的因素所造成的危害,只有这样才可以保障地基工程项目的质量。
其次,道路地基施工过程中要充分重视道路地基的清表碾压工作。如果道路地基的表层的种植土里面含有大量的草根或者其他不宜讲解的杂质,这样过段时间以后,草根或者杂质就会腐烂,从而会导致地面路基发生沉陷事故,因此,道路地基施工过程中必须清除原地面的表土,同样的,对于相关高等级公路而言,必须全部清除道路地基范围内的所有树根和杂质,在清除完毕以后,所产生的坑穴要整平压实。路堤基底原状土的压实度应该大于等于百分之八十,路堤填土高度小于路床厚度(85cm)时,基底压实度应该大于等于百分之九十五。
2 边坡加劲
迄今为止,国内使用加劲挡土结构的工程实例已经经常出现,边坡防护加劲的设计经验和施工技术都已经趋于成熟,但是随着边坡防护工程技术的迅速发展,工程项目在完工后有时会产生大量沉陷或滑动破坏等失败现象,这种现象也经常发生,它不仅会造成工程成本的增加,也间接造成社会资源大量的浪费,严重的甚至会危害公共安全。边坡的加劲防护技术主要有坡面防护和冲刷防护两种边坡防护加劲形式。
2.1 坡面防护
坡面防护的最主要的目的就是防止路基地表水流对路基的冲刷、地基坡面的风化破坏和相关环境保护等,在实际的道路地基施工和边坡防护的建设过程中,坡面防护是极为重要的一个建设环节。近几年以来,随着社会对环境保护、生态保护的不断重视,国内的高等级公路的边坡很多都采用了砌石框格种草对坡面进行相关的保护和防护工作。这个过程中,路面边坡草的种植选择就变的极为重要,现在国内施工单位很多利用草坪植生带的措施进行坡面防护,草坪植生带是指将草籽、肥料和土拌匀并放置在土工物的内部,这样以来,在草种发芽生长的过程中,外面包裹的无纺布纤维就会自然讲解,这种方式不会对环境产生污染和破坏,环境保护和路基防护的效果较好。
2.2 冲刷防护
冲刷防护的是指路面防护的过程中按照相关的水流的动水压力和水流的冲刷作用等相关特征,并实际结合公路所处的路线位置以及公路的相关地形地质,来建立科学合理的道路地基冲刷防护工程,从而防止公路地基因水流的冲刷而出现破坏,进而全面合理的保障公路路基的稳定和公路的可靠运营。直接防护是冲刷防护中使用最多的一种防护措施。
3 结束语
公路的使用性能的一个重要影响因素是公路的路基质量的高低。因此,在进行公路的道路地基施工过程中应该针对不同的路基,分析其所处的相关地质、环境以及地理因素,从而确定所采取的道路地基防护措施和手段,同时还应该在时间的过程中不断地总结各种实践经验,对各种事故发生的原因进行深入分析,不断的找出道路地基施工和边坡防护建设过程中潜在的威胁因素,努力克服施工过程中可能的威胁,进一步提高道路地基施工和边坡防护的质量,从未提高整体公路工程的建设质量和使用性能,为国家经济社会的大发展打好坚实的基础。
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【关键词】路基;边坡;工程;防护技术
一、前言
在公路路基施工的过程中,边坡的防护技术对公路的路基质量有着重要的影响,正确的防护形式能保证公路在使用过程的安全。不同的防护形式,对路基边坡的防护重点也不相同,工程防护技术是路基边坡防护工程经常用到的防护技术。
二、路基边坡防护技术的重要性
公路边坡长期暴露在自然界,并受到日照、雨水冲刷、风力和气温变化等自然因素反复的侵蚀作用。在这样一个干湿、冲刷、冻融和吹蚀不断、强烈而反复的作用之下,边坡岩土经常发生物理力学性质的变化就难以避免,容易形成并且加剧边坡的水毁和病害。边坡的绿化防护,能够保护路基边坡的表面免于遭受雨水的冲刷和洗涤,从而大大减缓温度变化和温差对其造成的影响,从整体上来保护路基边坡的稳定性。所以,在公路工程的施工过程中,一定要采取相关措施,保障路基的强度从而增加其稳定性。保护路基稳定性的重要举措就是对于路基进行防护和加固,也是其中一个必不可少的工程技术措施。在公路工程的建设中,要实行彻底而有效的防护工程,来充分提高公路的工程质量,对于工程投资获取必要的收益有着重要的保障作用,对于延长公路的使用年限也具有十分重要的意义。
三、工程防护
在植被不宜成活的岩石表面一般选用工程措施进行防护。工程防护的形式一般分为框格、抹面和捶面、喷浆、护面墙、护坡等。框格的设计工艺在选择材料方面一般选用混凝土等材料,其工程原理就是通过混凝土形成的骨架加大边坡的摩擦力,降低水流的流速。框格一方面起到了工程防护的作用,另一方面也对路面美化有一定的效果。通过混凝土的可塑性可将框格设计成六角形混凝土块、浆砌片石拱形以及浆切片石等不同的形状。需要提到的一点是框格施工前要清除各种表面杂质,施工在镶槽中进行,施工具有一定的难度,因此框格施工为起到美化效果只在某些旅游特殊景点实行。抹面、捶面防护是目前较为少用的防护措施,一般在路基较低、坡面易风化的情况下使用,抹面防护通过掺杂草籽,弥补边坡岩石的裂缝,阻止水流的侵蚀,从而防止边坡的坍塌。抹面、捶面防护可以起到很好地防护和美化作用,其缺点是使用寿命较短。喷浆防护可以防止水泥的硬化收缩,使用金属网或是土工格栅通过喷浆固定,从而起到防护的效果。护面墙防护可以保证软质岩层、破碎的挖方边坡、侵蚀严重的土质边坡不会继续受大气的侵蚀,目前在路基防护中使用较为普遍。护面墙具体可以分为实体护面墙、窗孔护面墙以及拱式护面墙三种。三种护面墙的使用条件有本质的区别,实体护面墙在土质以及岩石边坡的防护中使用较为普遍; 窗孔护面墙对1:075的边坡有较好的防护作用;在上部边坡需要防护的边坡中一般采用拱式护面墙。在我国的公路防护中实体护面墙是最有效的防护手段,同时由于边坡高度、岩石风化程度的不同可采用全防护或者半防护的形式。半防护措施采用坡脚护面墙,可以最大程度的减小水流对坡脚的冲刷。护坡防护对路基边坡的防护比较普遍,通过浆铺或干铺各种石质材料可以减轻水流对坡面的冲刷。在软土地基的防护中一般采用干砌片护坡,干砌片护坡可以最大程度的避免路基的变形。
四、工程防护的类型和优势
相对比较传统的防护措施,工程防护在我国的公路工程建设中已经被应用了很多年。这是一种针对不适合植物生长的土质挖填方的边坡以及节理发育和风化严重的岩石路基的边坡,另外还有碎石土的挖方边坡等为了降低工程成本而采用就地取材等方式的一种防护措施。一般情况下,采用石灰、水泥和砂石等矿质材料,对于坡面来进行有效防护。
1、工程防护类型
工程防护的类型,一般以勾缝、喷涂、砂浆抹面、护面墙和石砌的护坡等为主,这几类防护措施的实施,都应该根据不同的情况区别选择使用。选用抹面防护,一般适用于坡面整体比较完整、暂时还没有大面积坡面剥落的情况; 采用喷浆防护. 基材料容易风化,而边坡的坡面又是不平整岩石挖方的边坡的情况下才能采用,并且这个防护措施施工简单方便且效果又好,缺点是使用水泥量比较大,从而大大增加了工程的造价,此缺点使得这个防护方式应用在重点工程领域的情况比较多。上述两种方式在对坡面进行防护的时候一般加以修饰和着色,因此很大程度改善了道路的景观。采取灌浆和勾缝的防护方式,一般是用在坡面都是非常坚硬的岩石坡面的时候,可以用来防止有水渗透进缝隙从而给路基带来损害。上述几种防护方式都没有考虑经过大河流冲刷的路基防护的情况: 如果有大河流与路基交汇的情况出现,那么就应该用到护面墙的防护方式了。护面墙的防护方式虽然造价比较高昂,但是能较好的起到防止河水和地面水流冲刷边坡带来的作用,护面墙就是设置干砌片石护面。这种防护方式设计和施工都比较复杂,要根据边坡的地质条件有效而合理的选用。
2、工程防护的优劣势分析
工程防护技术在施工初期防护效果非常好,修建之后的作用非常显著且见效也快。通过多年施工实践经验的累积,已经形成了一套在不同条件下,非常成熟的设计、施工和维护技术的作业流程,同时工程的材料可以提前预制,所用的这些材料因素的取得就变得非常方便,在施工中具有工期短、进度快等巨大优势。同时应该指出的是,对于自然环境而言,工程防护带来的破坏性非常大,生态环效益就非常差,因在路基施工过程中而造成损坏的自然植被很难快速得到恢复。在公路施工所修建的地方,周围的环境比较单调和乏味,通常只有黑、白两色,容易对行驶在公路上的人员造成厌倦的情绪和视觉上的疲劳,从而在一定程度上对公路的安全驾驶带来隐患。公路的防护工程施工结束以后,不管采取什么材料的施工防护措施,随着时间的加长,都会面临老化和破坏的风险,给后期的维护造成巨大的后续费用。
五、土钉墙防护技术
1、作用机理
土钉墙对边坡稳定的主要作用是注浆土钉通过置换和护渗,改变土体性质,土钉与土体间相互作用,土钉自身承受拉、压、弯、剪及面层土压力,有效地提高土体的抗剪强度和整体刚度,土钉在土钉墙复合体内有如钢筋网架一样,具有骨架作用,并与土体形成一个完整的整体,如同挡土墙共同承担土压力和外荷作用,制约边坡变形,从而使开挖边坡稳定。
2、适用条件
土钉墙适用于具有一定粘性的杂填土、粘性土、粉土、黄土与弱胶结的砂性土边坡,适用于地下水位低于土坡开挖段或经过降水使地下水位低于开挖层的情况。同时对标准贯入击数N < 10的砂性土坡,是不宜采用土钉法支护的;对于塑性指数I > 20 的土,必须仔细评价其蠕变特性后,才可用土钉作为永久的支护结构;对于不均匀系数小于2的级配不良的砂土, 土钉应用时应慎重;对于有腐蚀性的土,土钉不能用作永久性支护结构。
六、结束语
在公路路基边坡的防护过程中,工程防护技术也有很多不同的方式和类型,在工程防护选择的过程中我们要根据各种防护技术的优缺点和其基本机理进行掌握,使采用的防护技术能适应工程施工的需要。
参考文献