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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,工程投资小,因而防护工程不作为道路建设的主体工程,因防护工程不当造成的道路损坏引起的损失也不大。
所以边坡防护工程常常被忽略,进入90年代以后,随着大量高等级公路的修建,路基边坡防护技术愈来愈受到人们的重视,但尚无完备的设计与施工规范,采用不同的防护技术措施对边坡进行防护处理,其效果差异较大,有的过于保守而造成浪费,有的不够安全而产生损坏。
由于路基边坡防护不当,造成重大经济损失的事例屡见不鲜。
如沈-大高速公路以南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,很多路段出现路基边坡垮塌,路面悬空的水毁现象;
河南的开-洛高速公路因防护不当使边坡土壤大量侵蚀淤塞边沟,造成边沟水流漫溢,淹没大片农田,每年都造成巨大的经济损失;
内蒙古东部地区在1998年的特大洪涝灾害中,全区共有12条国道、25条省道、150条旗县公路、17条边防公路遭水毁;
9784km的路面被冲毁,723座桥梁,1771道涵洞被坏,直接经济损失达10.7亿。
而且交通部曾统计表明,仅因水毁造成路基损坏在1991年就达15477km,经济损失巨大.如不加以解决,待高速公路投入运行后,损失将更加严重。
公路建设给自然环境带来了许多影响,这种影响主要指公路两侧离中心线各几百米到公里甚至十公里范围内的自然环境受到公路交通的侵入,整条公路在原来的自然环境中形成了一定宽度的具有新环境特征的变化地带,可称这一地带的环境特征为公路路界环境系统,它主要包括路界生态环境、路界大气环境、路界声环境以及路界景观.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.如何在加快公路建设和汽车工业发展的同时,减少对环境的破坏,降低噪音,吸收汽车排放物,恢复自然生态平衡已成为公路建设过程中关注的问题,目标是真正把公路建设成为一条具有地方特色的绿色通道,而这与路基边坡的合理防护有着密切的关系。
通过调查分析已有的路基边坡防护工程实例,总结各种防护型式的特点及适应性.结合路基边坡的冲刷和侵蚀机理的研究,归纳出典型的边坡防护型式,以期对工程实践进行指导正是本课题研究的目的,也将是一项非常有意义的工作。
随着我国基础建设力度的加强,公路、铁路、水利设施等关系国民经济发展的基础建设方兴未艾,为有关设计部门提供了机遇,同时也带来了挑战。
传统的手工计算与绘图已远远不能满足要求,为适应这一需求,CAD技术的引进与开发已取得了一定的成果,它在工程设计中的应用已带来了良好的社会效益与经济效益,极大地提高了生产力,使设计人员从繁重的手工计算与绘图工作中解放出来,从而提高设计质量,它正逐渐成为工程设计人员必备的工具。
1.2国内外研究现状
道路建设在国外起步较早,防护方面的研究也不例外,而且他们较早的认识到了生物防护有着硬防护无可比拟的经济效益、社会效益和生态效益。
日本、美国、加拿人、瑞典等国近十几年来,对于公路的边坡防护技术十分重视,设计与施工规定严格、详实,边坡防护技术先进、效果良好.德国最早将公路景观设计的思想引入,使高速公路不仅是一条行车通道,而且是一个风景独特雅致的空间走廊.由于他们较早的意识到公路应与环境相协调,他们的高等级公路边坡大都采用1:
2~1:
5的平缓边坡,同时坡面大都采用植物防护,使公路边坡防护起到防护功能的同时,与周围环境形成一体。
经过多年的研究工作和实践经验,他们的高等级公路边坡的绿化进入了一个高层次规范化的水平。
国内在路基边坡防护方面,与这些发达国家相比,相对重视不够,目前尚未系统进行公路路基边坡防护技术的研究,也没有指导路基边坡防护工程设计和施工的标准规范。
长期以来,我国边坡防护一般采用传统的硬结构工程防护,造价高而且防护作用随时间的推移而减小,相比之下,植物防护既经济、又可以通过经营手段来达到长期的防护效果。
但现在高等级公路的边坡植物防护仍处在一个初始性的探索试验阶段,边坡的绿化水平进展缓慢。
理论方面,西北水保所的朱显漠、王万忠等人进行了大量的研究,并引用美国通用土壤流失方程式得到了一系列成果,但由于自然条件的千差万别和高等级公路边坡的特殊性,至今未能得到广泛的推广.铁路、公路工程人员在植物对公路边坡的防护作用方面也做了许多应用性的探索,如北方交大的满开颜进行了植被对边坡防护作用的研究,北京市公路管理处的赵宏生作了一系列的公路绿化设计研究,陕西省交通厅做过路基边坡栽种小冠花的防护试验,沪嘉高速公路管理所的瞿琳瑾进行了高速公路地被植物的选择与管理的研究.近年来在高等级公路的建设中,植物防护得到越来越多的重视。
交通部信息环保部分别在昆-曲路、楚雄-大理路实施了生物防护与环境景观再造工程等等,取得了较好的效果,且成功的引入了新的植物护坡施工方法。
沈-大高速公路用早熟禾、柴羊茅、小冠花进行边坡绿化,效果良好。
贵-黄公路采用黑麦草、三叶草、小冠花、进行边坡防护,边坡稳定,节约了123.61万元。
广西引入台湾〈aname=baidusnap0>
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树种子进行坡面绿化,1994年绿化路基在特大洪水中得到了较好的保护.但由于各项工程的地理和气候差异性,道路工程人员缺乏对防护植物的了解,而农林工作人员对公路边坡的特殊性缺乏感性的认识,导致了防护物种和设计方案的千差万别,其中有些设计很具有随意性,导致了不必要的损失,所以关于防护方法的选择原则应早日出台,划分不同地区用于公路防护的植物类型及特性,并将理论研究进一步深入,将水对土质边坡冲刷研究定量化,并注意积累实践经验,早日制定公路边坡防护设计的相关规范。
如前所述,由于理论研究的不足加上设计的随意性,同时由于气候、地理环境的差异,决定了不同地区边坡防护方案的差异性,这方面的系统研究已不容忽视。
3主要研究内容
为系统研究我国公路的边坡防护,本文主要论述以下几个方面的问题1通过对现有高等级公路边坡防护工程进行大量调查研究,剖析路基边坡的病害类型和原因。
2通过研究各种边坡防护类型与气候条件、工程地质条件和水文地质条件的关系,总结各种防护类型的使用原则及条件3通过对典型地形地质条件下的路基边坡防护类型、施工中出现的问题、以及建成营运后使用效果进行实地调研,归纳出各种地质条件下边坡防护的有效措施及适宜各地使用的边坡防护类型和构造设计图.
2.1一般路基边坡常见病害
由于路基边坡大面积裸露于空间,长期受自然因素的强烈作用,常发生物理力学性质的变化,浸水后湿度增大,强度降低;
岩性差的岩体,在水温变化条件下,加剧风化:
路基边坡表面在温差作用下形成胀缩循环,在湿差作用下形成干湿循环,从而导致强度衰减和剥蚀;
地表水冲刷,地下水侵入,使岩土表面失稳,极易加剧边坡的病害;
沿河路堤在水流冲击、淘刷和侵蚀作用下,地基承载力下降,引起路基沉陷,导致边坡病害;
边坡防护型式不当,导致防护失败;
边坡或桥台背填料压实度不足以及偷工减料、植物防护由于物种选择不当遭受虫害或成活率降低等等,均是导致边坡破坏的原因。
1边坡坍方
路基边坡的坍方是最常见的边坡病害,亦是水毁的普遍现象。
按照破坏规模与原因的不同,路基边坡坍方可以分为剥落、碎落、滑坍、崩坍及塌坍等,
2边坡冲沟
多发生在汇水集中区或高填路段,诱发原因有:
急流槽位置或间距设置不当;
边坡压实度不足;
防护型式不当多为分散排水时;
边坡土质不良等因素。
3防护体滑落
诱发原因有:
水毁;
圬工砌筑质量不符合要求;
勾缝不密;
未设粗砂滤层或泄水孔;
坡脚支撑不稳.
4防护剥蚀
风化;
假缝;
温差胀缩;
干湿胀缩。
5急流槽悬空
诱发原因有:
急流槽尺寸偏小导致泄水不及;
数量过少导致排水不及;
槽内泄水不畅导致溅水;
急流槽基础不实等。
6路堑塌方
岩土地质不良;
路堑顶部水浸入;
风化等.
7坡脚淘蚀
护面墙设置不当;
排水沟尺寸偏小;
护面墙基础不牢等。
8草皮冲蚀
坡陡,水流流速1。
2m/s;
草种不适;
边坡压实度不足等。
9植草枯死
土质、环境不适;
草种不适;
病虫害;
寿命终止。
2.2特殊路基边坡病害
超过规定范围的高填或深挖路基,以及地质和水文等条件特殊,例如:
黄土、膨胀土、盐渍土、泥石流、岩溶、冻土、雪害、浸水、滑坡、岩堆、软土、涎流冰及地震等地区的路基,称为特殊路基,为保证路基具有足够的强度与稳定性,路基的横断面和边坡防护需要针对各种不同不良情况,进行特殊设计。
由于土质的截然不同,造成边坡病害的原因也各有特征,下面仅就上述三种特殊路基的边坡病害简析如下:
1膨胀土路基边坡
膨胀土系指粘粒成分主要由强亲水性矿粉组成,具有显著湿胀干缩和反复湿胀干缩性质的特殊粘性土.同时还具有多裂隙性,超固结性及强度衰减性等特殊性质。
膨胀土路基边坡常大量出现坍方、滑坡,有“缝堑必滑,无堤不坍”之说,故不得用于高等级公路填方路基。
其路堑边坡的常见病害有:
a剥落,b冲蚀,c泥流,d溜塌,e坍滑,f滑坡。
2黄土路基边坡
黄土是第四纪的一种特殊堆积物。
其主要特征为:
颜色以黄色为主,有灰黄、褐黄等色;
含有大量粉粒,一般在55%以上;
具有肉眼可见的大孔隙,孔隙比大,在1左右;
富含碳酸钙成分及其结核;
无层理,垂直节理发育;
具有湿陷性和易溶蚀,易冲刷,各向异性等工程特性.上述特征和特性,导致黄土地区的路基容易产生多种特有的问题和病害:
a剥落,b冲刷,c滑坍,d崩坍,e泥流等.
3盐渍土路基边坡
地表lm内易溶盐含量超过0。
3%时即属盐渍土.易溶盐类主要有NaCI、Na2SO4、Na2CO3等。
由于土中含有易溶盐,土的物理力学性质和筑路性质发生变化,引起许多路基病害:
a溶蚀,b盐胀,c冻胀,d翻浆。
3防护工程的设计
3.1根据路基横断面形式的边坡设计
1填方路基
a.填方路基高度≤4米的采用植草防护;
b。
填方路基高度>4米的采用拱形骨架+植草防护;
2挖方路基
a。
路基高度≤4m的挖方采用护脚+植草防护,岩质边坡时取消植草;
b.路基高度4mH≤24m的土质挖方采用2米护面墙+植草防护;
c。
路基高度24mH≤40m的土质挖方采用8米护面墙+植草防护;
d。
路基高度>40米的土质挖方采用一级8米护面墙+二级窗孔式护面墙防护+三级以上绿化植草防护;
e.路堑边坡高度4mH节理裂隙发育、风化严重的砂岩、泥岩边坡采用全护面墙防护;
f.微风化的岩质边坡采用光面爆破。
2根据土质的边坡设计
max.book118。
com膨胀土地区
膨胀土地区的边坡防护应遵循下列规定:
1可能发生浅层破坏时,宜采取半封闭的相对保湿防渗措施;
2可能发生深层破坏时,应先解决整体边坡的长期稳定,并采取防止浅层破坏的措施;
边坡设计应遵循:
“缓坡率、宽平台、固坡脚”的原则。
边坡坡率及平台宽度可按表3。
1设计。
边坡高度大于10m时应进行个别设计,必要时应与隧道方案进行比较。
表3。
1膨胀土边坡坡率和平台宽度
膨胀土
类别边坡高度(m)边坡坡率边坡平台宽度(m)碎落台宽度(m)弱膨胀土<61:
5/1.06~101:
5~1:
2.01。
5~2。
01.5~2。
0中等膨胀土<61:
751。
0~2。
06~101:
1.75~1:
02.02.0强膨胀土<61:
75~1:
02.06~101:
2.0~1:
5≥2。
0≥2.0边坡应设置完善排水系统,及时引排地面水(包括坡面积水)和地下水。
根据地下水发育情况,可采用仰斜式排水孔、支撑渗沟和纵向渗沟排水。
路堤边坡的防护根据填土的工程地质条件及高度可按表3.2确定。
表3。
2膨胀土路堤边坡防护措施
边坡高度(m)弱膨胀土中膨胀土≤6植物骨架植物>6植被防护,骨架植物支撑渗沟加拱形骨架植物2挖方路基
路堑边坡的防护和加固类型依据工程地质条件、环境因素和边坡高度,边坡开挖后应及时防护封闭。
边坡植物防护时,不应采用阔叶树种.圬工防护时,墙背应设置缓冲层.
表3.3膨胀土路堑边坡防护措施
边坡高度(m)弱膨胀土中等膨胀土≤6植物骨架植物>6骨架植物,植物防护,浆砌片石护坡拱形骨架植物、支撑渗沟加拱形骨架植物
表3.4膨胀土路堑边坡支挡措施
边坡高度
(m)弱膨胀土中等膨胀土强膨胀土≤6不设坡脚墙护墙、挡土墙>6护墙、挡土墙挡土墙,抗滑桩桩基承台挡土墙,抗滑桩、边坡锚固黄土地区
当路堤地基情况良好或经过处理、边坡高度不大于30m时,路堤的断面形式及边坡坡率可按表3.5选用。
阶梯形断面适用于年平均降水量大于500mm的地区,在边坡高20m处设宽为2.0m~2.5m的边坡平台,边坡平台宜设截水沟,并作防渗加固处理。
表3.5路堤断面形式及边坡坡率
断面形式路基以下边坡分段坡率0H≤10m10H≤20m20H≤30m折线形1:
1.51:
1.751:
2阶梯形1:
1.51:
1.751:
1.75
当路堤边坡高度大于30m时,宜与桥梁方案相比较.路堤边坡形式及边坡坡度应根据路堤本体及地基土的性质、边坡高度、公路等级,采用力学分析法经稳定性验算确定,并结合所处地形、地层及水文等不同条件论证采用。
黄土路堑边坡形式,应根据黄土类别及其均匀性、边坡高度按表3。
6确定。
高速公路、一级公路黄土路堑边坡宜采用台阶形.边坡小平台宽度为2。
0m~2.5m,边坡大平台宽度应根据稳定计算确定,宜为4m~6m。
年平均降水量大于250mm的地区,平台上应设截水沟,并应予以防护。
挖方边坡高度不超过30m时,边坡坡率应根据黄土的地貌单元、时代成因、构造节理、地下水分布、降雨量、边坡高度、施工方法,并结合自然或人工稳定边坡坡率按表3.7确定。
表3.6路堑边坡形式及适用条件
边坡形式适用条件直线形(一坡到顶)均质土层,Q4、Q3黄土边坡高度H≤15m;
Q2、Q1黄土边坡高度H≤20m;
非均质土层,边坡高度H≤10m;
折线形(上缓下陡)非均质土层,边坡高度H≤15m;
台阶形小平台均质土层,Q4、Q3黄土边坡高度15m<H≤30m;
Q2、Q1黄土边坡高度20m<H≤30m;
非均质土层,边坡高度15m<H≤30m;
宽平台边坡高度H>30m;
表3.7黄土地区路堑边坡坡率
分区分类边坡高度m≤66~1212~2020~30Ⅰ东南区新黄土
Q3Q4坡积1:
0.51:
0。
5~1:
751:
75~1:
1.0―洪积1:
0.2~1:
0.31:
3~1:
51:
1.0新黄土Q31:
0.3~1:
51:
0.4~1:
61:
6~1:
0老黄土Q21:
1~1:
31:
41:
0.3~1:
0.51:
0.75Ⅱ中部区新黄土
5~1:
0.751:
1.0―洪积、冲积1:
2~1:
31:
0.5~1:
0.751:
0.75~1:
41:
4~1:
0.75~1:
0老黄土Q21:
0.1~1:
2~1:
0.75红色黄土Q11:
21:
0.2~1:
0.4~1:
6Ⅲ西部区新黄土
Q3Q4坡积1:
0.5~1:
1.01:
0~1:
25―洪积、冲积1:
0.41:
4~1:
61:
0.6~1:
0新黄土Q31:
4~1:
0.5~1:
751:
1.25老黄土Q21:
0.41:
3~1:
75Ⅳ北部区新黄土
0.75~1:
01:
0~1:
25―洪积、冲积1:
0.61:
0.61:
6~1:
1.0老黄土Q21:
0.1~1:
75红色黄土Q11:
1~1:
0.21:
0.6注:
表内边坡值为设平台后的平均值
盐渍土地区
盐渍土地区路堤边坡坡率,应根据填筑材料的土质和盐渍化程度,按照表3.8确定。
8盐渍土地区路堤边坡坡率
土质类别填料盐渍化程度弱、中盐渍土强盐渍土砾类土1:
5砂类土1:
1.5~~~~~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。
5坡面防护一般不考虑边坡地层的侧压力,故要求防护的边坡有足够的稳定性。
但护面墙可用于极限稳定边坡。
6对高而陡的防护构造物,设计时要考虑设置便于维修检查的安全设施。
5路基边坡防护型式的分类
公路边坡防护型式按照防护材料和造型的不同,将其划分为:
植物防护,圬工防护,骨架植物防护及捶面、抹面四大类,具体见图5.1。
图5.1路基边坡典型防护分类图按材料划分
《公路路基设计规范》中把路基防护根据边坡防护的使用性质大致分为两类:
坡面防护和冲刷防护。
其中冲刷防护可分为直接和间接两种,直接防护是指在坡面加铺护面墙、混凝土板、或采用砌石护坡以及土工织物护面等,亦包括浸水防护;
间接防护则指沿河路堤修筑调治构造物和对河道进行整治,如下图:
路基防护分类图按使用性质划分
6路基边坡典型防护类型特性
6.1植物防护
植物防护在稳定边坡的同时,可以保护和恢复生态环境,在选择防护类型时,宜采用植物防护的边坡优先采用植物防护.
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种草
1适用性
种草防护适用于边坡稳定,坡长较短,坡面冲刷轻微,边坡坡度缓于1:
1,且宜于草类生长的上质路堤或路堑边坡以及经改良的边坡,用以防止表面水土流失,固结表土,增强路基的稳定性,同时美化环境。
经常浸水或长期浸水的路堤边坡,种草不宜成活和生长,不宜采用。
当边坡较高、坡度大于1:
1时,可用土工网、土工格式与种草结合防护。
2土工合成材料种草
近年来,国内外开始采用土工合成材料等先进技术与产品结合植草,进行边坡防护与绿化。
这种新型的采用土工合成材料与植草绿化相结合的方法,不仅提高单纯植草边坡的防护能力,满足高等级公路路基边坡的防护要求高度可达8m,而且与传统的浆砌片石或混凝土预制块防护方式相比,具有造价低,工业化生产程度高、施工速度快,美化环境和减轻环境污染等优点,是公路边坡防护发展的一个方向。
土工合成材料品种繁多,主要有编织物,非编织物、格栅织物、网状织物、复合织物、无纺布等品种。
应用于路基边坡防护的主要有草籽无纺布,土工格栅室、固格网布、三维网等。
可单独埋入土中,也可覆盖边坡表面,以提高边坡防护能力.
各种土工合成材料的特点各不相同,实际应用中,应根据具体情况选用,做好施工前准备,并严格按照施工技术规程施工,以确保收到满意的防护效果。
3客土喷播
主要形式有:
框架式喷锚+客土喷播和土工网+客土喷播等.
客土喷播是一种融合土壤学、植物学、生态学理论的生态防护技术。
它在这些理论的指导下精心配制适合于特殊地质条件下的植物生长基质客土和种子,然后用挂网喷附的方式覆盖在坡面,从而实现对岩石边坡的防护和绿化。
设计时首先是根据地质和气候情况确定边坡的植物生长基质配方,同时确定喷播厚度。
然后根据坡面稳定性确定锚杆的长度和金属网的尺寸.施工顺序为:
清理坡面,钻孔打锚杆,挂网,喷射客土。
4设计要点
a草籽选择应注意当地的土质和气候条件,应以容易生长、根系发达、叶茎低矮、枝叶茂密或有葡匐茎且易粗放管理的多年生草种为宜,如狗牙根、百喜草等;
混播效果更佳。
b撒播和喷播时,草料应与混合料充分拌和,以使播种均匀;
播种季节按草种而定,多为春、秋季。
c土壤硬度在15~20mm左右时,最适合植物生长,超过27mm时应采用挖坑或挖沟借土植草。
d酸性土壤PH值在4以下或盐碱地边坡常对植物发展生长不利,需测定土壤酸度等指标,对强酸性土壤或盐碱性土壤,应选择合适草种或土壤改良.
com铺草皮
路基坡面上铺草皮防护,其作用与种草防护相同,适合于当地有足够供挖取使用的草皮地
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