（地质工程专业论文）工程边坡绿色防护机理与设计指标研究.pdf

西南交通大学硕士学位论文第1 页 摘要 坏境保护是人类社会发展的重大课题。在铁路、公路、水电等工程建设 中，大量岩土体边坡开挖，无疑会破坏当地的自然环境。对工程边坡进行绿 色防护，绿色植被不仅对边城浅层起到防护作用，而且能够起到恢复己破坏 的植被，保持水土，美化环境的作用。对工程边坡进行绿色防护可以有效的 解决工程建设与环境保护之间的矛盾，实现人类活动与自然环境的和谐共处。 论文在参考国内外岩土体边坡绿色防护研究资料的基础上，对绿色防护 与常觌边坡防护技术进行对比分析，研究表明绿色防护技术不仅在边坡加固、 防水冲刷等方面起到与常规边坡防护类似的作用，而且更有利于边坡植被恢 复，保护我们赖以生存的生态环境。 在对渝怀铁路5 个工点的边坡进行调查研究的基础上，根据其岩体性质、 岩体结构与绿色防护特点，将其分为具有整体结构、块状结构、碎裂结构、 散体结构几种类型，分别对不同植物根系与不同边坡类型护坡机理、固坡作 用进行力学分析。对不同延展方向植物根系对边坡的加固作用进行定性研究 得出，生长方向与水平面夹角为( 口一p ) 的植物根系对边坡起到的加固作用 最大。 本文对坡面径流冲刷与边坡坡度的关系进行了理论研究，推导出在考虑 雨滴降落方向时，坡面受雨水冲刷的临界坡度。 采用有限元法对坡面表层土体的变形与坡高和坡度的关系进行分析。计 算表明，不考虑降雨等其它因素的影响，边坡设计高度不应高于5 m ，坡度 不宣大于4 5 。 另外，本文首次提出根据潜水水位曲线确定边坡几何形状的理论。并采 用具体的计算证明了台阶型边坡更易于坡面植被的水分供给。这也正是植被 在边坡下部更易成活的原因之一。 本文研究对边坡植被绿化设计指标的确定提供了理论依据。 关键词：工程边坡；绿色防护；临界坡度；坡面径流；潜水；有限元法 西南交通大学硕士学位论文第页 a b s 仃a c t t h ei m p o r t a n ts u b j e c to ft h es o c i e t y d e v e l o p m e n t i st h ep r o t e c t i o no f e n v i r o n m e n t i nt h ec o n s t r u c t i o no f r a i l w a y 、r o a d 、w a t e r p o w e re n g i n e e r i n g ，t h e r ew i l l b el o t so fe n g i n e e r i n gs l o p e s ，w i t h o u tq u e s t i o n ，t h i sw i l ld e s t r o yt h el o c a l e n v i r o n m e n t w h e ng r e e n i n gp r o t e c t i o no nt h ee n g i n e e r i n gs l o p e ，g r e e n i n g v e g e t a t i o nw i l lb ef u l l yc o v e r e do nt h er o c ko rs o i ls l o p e ，i tn o to n l yp r o t e c t st h e s h a l l o ws l o p e ，b u ta l s or e n e w st h ed e s t r o y e dv e g e t a t i o n ，b e a u t i f i e st h ee n v i r o n m e n t ， p r e s e r v e st h ew a t e ro rs o i l ，w h i c hw i l ld e a lw i t ht h ec o n t r a d i c t i o no fe n g i n e e r i n g s l o p ea n de n v i r o n m e n te f f i c i e n t l ya n d s om a na n de n v i r o n m e n t sh a r m o n i o u sc o e x i s t w i l ic o m et r u e b a s e do nt h ei n f o r m a t i o no fh o m ea n da b r o a d ，b yc o m p a r i n gt ot h et r a d i t i o n a l a n dt h eg r e e n i n gs l o p ep r o t e c t i v em e t h o d s ，t h eg r e e n i n gs l o p ep r o t e c t i o ni sn o to n l y p l a yt h es i m i l a rr o l e si ns l o p ep r o t e c t i o na n df l o wp r o t e c t i o n ，b u ta l s oa d a p tt ot h e r e n e wo fv e g e t a t i o ne f f e c t i v e l y , p r o t e c t i n ge n v i r o n m e n tt h a tw ea r el i v i n go n b y5s i t e so fy u h u a ir a i l w a y se n g i n e e r i n gs l o p e si n v e s t i g a t i n g ，u n d e r t h e c o n s i d e r a t i o no f r o c km a s sp r o p e r t y , r o c km a s ss t r u c t u r ea n dg r e e n i n gp r o t e c t i o n ，t h e s l o p e sc a nb ed i v i d e di n t o4t y p e s ：i n t a c tr o c ks t r u c t u r e ，b l o c kr o c ks t r u c t u r e ，f i s s u r e r o c ks t r u c t u r em a ds c a t t e r e dr o c ks t r u c t u r e b ym e c h a n i c a la n a l y s i so nt h ep r o t e c t i o n m e c h a n i s mo fv a r i e dv e g e t a t i o nr o o t sa n dv a r i e dt y p e so fs l o p e sa n db y m a t h e m a t i c a 】c a l u c l u l a t i n go fv e g e t a t i o n r o o t so nv a r i e dd i r e c t i o nf o rs l o p e p r o t e c t i o n ，t h e nw ec a l lo b t a i nt h eb e s tv e g e t a t i o nf o rs l o p ep r o t e c t i o nd e g r e e ： a 一口( v e g e t a t i o nr o o t sd i r e c t i o na n dt h el e v e id e g r e e ) i nt h i sp a p e r , t h e o r yo ft h er e l a t i o nb e t w e e ns u r f a c ef l o wa n dc r i t i c a ls l o p ew a s i n t r o d u c e d t h ed i r e c t i o no ft h er a i nc o n s i d e r e d ，t h ec r i t i c a ls l o p ed e g r e eo fs u r f a c e e r o s i o nw a sw o r k e do u t t h e nb yt h ef i n i t ye l e m e n tm e t h o d ，t h er e l a t i o no ft h es u r f a c ed e f o r m a t i o na n d t h es l o p eh e i g h tw a ss t u d i e d w i t h o u te f f e c t i o no ft h er a i na n ds oo n ，t h ec r i t i c a l h e i g h to f t h es l o p ee q u a lo rb e l o w5 m ，a n dt h es l o p ed e g r e ei sb e l o w4 5 t h et h e o r yo ft h ep h r e a t i cw a t e rl e v e lc o n f i r m st h es l o p ef o r mw a sf i r s tp r e s e n t e d b yc o n c r e t ec a l c u l a t i n g ，s t e p p e ds l o p ew i l lb ef a v o rt of u r n i s hw a t e rt ot h es l o p e v e g e t a t i o n a n dt h i si st h ev e r ym a t t e ro f w h yv e g e t a t i o na tt h eb o t t o mo f t h es l o p e i s e a s i l ys u r v i v e d t h es t u d yo ft h i sp a p e ro f f e r st h et h e o r yf o u n d a t i o nf o r t h ed e s i g n i n gs t a n d a r do f s l o p eg r e e n i n gp r o t e c t i o n k e y w o r d s ：e n g i n e e r i n gs l o p e ；g r e e n i n gp r o t e c t i o n ；c r i t i c a ls l o p e ；s u r f a c e f l o w ； p h r e a t i cw a t e r ；f i n i t ye i e m e n tm e t h o d 匿南交通大学硕士学位论文第1 页 第一章绪论 1 1 刖舌 边坡的绿色防护技术，主要是指利用植被涵水固土的原理稳定岩土边坡坡 面，同时美化生态环境的一种新技术，是涉及岩土工程、恢复生态学、植物学、 土壤肥料学等多学科于一体的综合植被护坡工程技术。国外一般对“边坡绿色 防护”解释为：“采用活的植物，单独用植物或植物与土木工程和非生命的植物 材料相结合，以减轻坡面的不稳定性和侵蚀”。因此，边坡绿色( 植物) 防护， 实质上是在工程建设中实施生态建设措施，把工程建设和生态环境建设结合起 来。在我国土木工程、水土保持、园林等学科都针对自己的学科特点进行过 些研究。由于不同研究机构学科之i 刨的差异，除植被护坡这个名称外还有生态 工程、坡面生态工程、生态护坡、植物固坡、边坡绿化等名称。 1 2 边坡绿色防护及研究意义 开展绿色护坡技术的研究主要有以下几方面的意义： 首先，“人类活动与自然和偕共处，经济发展与环境保护协调并进”是人类 生存和发展的基本要求。公路、铁路、水电等基础设施建殴工程的施工，无疑 将带柬生态环境的破坏。边坡绿色防护可以有效的解决工程建设与生态环境破 坏的矛盾。“十五”期间，伴随着西部大丌发步伐的加快，我国将继续加大铁路、 公路、水电等基础设施的建设。在铁路、公路、水电等工程建设中，经常要丌 挖大量的边坡，边坡的丌挖破坏了原有的植被，导致产生大量的次生裸地以及 严重的水土流失，加剧了生态环境的退化。过去对这些岩质路新边坡防护，片 面地追求强度功能，大多采用石料及混凝土等白色防护，使工程所到之处，绿 色清溪一去不复返，取而代之的是坚硬呆板的土石混凝土通道，大大恶化了动、 植物的栖息生存条件。采用绿色防护技术，绿色植物完全覆盖岩土边坡，不仅 能防护浅层边坡，而且能恢复已破坏的植被，美化环境，保持水土，有效的解 决了工程建设与环境破坏的矛盾，实现人类活动与自然环境的和谐共处。 其次，有助于贯彻落实国家环保方针政策。人口、资源、环境问题成为当 今人类社会可持续发展的三大制约因素，是2 l 世纪人类所面临的最严重的挑战， 项目丌发与环境保护兼顾是经济可持续发展的重大课题，世界各国都非常重视。 对于1 ：= _ 程建设来说，合理利用保护资源，保护环境，是我们必须t | ；= ：视和认真对 西南交通大学硕士学位论文第2 页 待的问题，近年来，国家加大了环境保护的力度，取得了一定的成绩，但是发 展很不平衡。为此国务院加大了“绿色通道建设”的力度。国务院( 2 0 0 0 ) 3 1 号文件中明确提出了“全国绿色通道建设的目标是：到2 0 0 5 年，全国的高速公 路、6 0 的现有铁路、国道、省道、河渠、堤坝实现绿化。到2 0 1 0 年，力争全 国所有可绿化的公路、铁路、河渠、堤坝全面绿化，形成带、网、片、点相结 合，层次多样、结构合理、功能完备的绿色长廊，使绿色通道与生态环境、城 乡绿化美化融为一体。”要实现这一目标，时l 剞紧任务重。因此，进行植被护坡 工程技术研究有助于国家环保政策的实施。 植被护坡与岩土体的性质、气候、水文等因素密切相关，因此，结合我国 工程建设丌展工程边坡植被恢复技术研究，有利于推广和完善适合我国特点的 植被护坡技术。 1 。3 国内外研究现状 边坡绿色防护实践的历史由来已久，但其形成一门技术，按规范有程序的 实施还是近十几年的事，国际上专门以植被护坡为主题的首次国际会议于1 9 9 4 年9 月在牛滓举行。边坡的绿色防护技术从观念、技术、设计、施工等都经历 了一个逐步发展的过程，如从简单的人工播种草籽、铺草皮发展到机械喷播植 草、草皮卷工厂化生产，从单一的草种发展到科学的植物配置，从土质边坡植 生发展到岩质边坡植生，边坡绿色防护技术得到了全面发展。 国外对边坡的绿色防护技术研究起步较早，欧美、同、韩等发达国家在2 0 世纪3 0 年代己对工程建设中的生态环境问题引起重视，将生态保护和恢复纳入 了公路、铁路等工程建设中，并为此丌展了相应的技术研究。近十多年来，固 ；燃还丌展了诸如“s o i l g u a r d ”、h y c e l o h 等有机液化学植草新技术。通过专 用机械将新型化工产品用水按一定比例稀释后与草籽一起喷洒于岩( 土) 质边 坡上，较好地解决了贫瘠土质和风化严重的工程边坡的绿化问题。此外还开发 了绿化网、草坪卷等工厂化生产技术；在英国、意大利，将加筋土技术与植被 护坡技术有机地结合起来，用植被墙面代替传统的钢筋混凝土墙面，成功的修 建了包裹式的加筋二七植草墙面挡土墙。 对于岩质边坡，r 本绿色防护技术的研究开发和应用走在世界各国的前列， 其植被护坡技术几乎与公路建设同步发展。1 9 8 0 年同本开始对岩质边坡绿色防 护技术进行丌发研究，至今同本已在本国及国际上注册的植被护坡专利技术就 达4 0 余项。其中2 0 世纪8 0 9 0 年代开发的泥浆喷播技术，采用泥浆泵将沃土、 西南交通大学硕士学位论文第3 页 稳定剂、草籽等混合而成的浆体均匀地喷射到坡面上，较好地解决了平缓贫瘠 的土质和破碎岩质边坡的绿化问题。厚层基材植被护坡技术，日本从1 9 7 6 年开 发至今，2 0 余年间作了大量的试验研究工作，仅粘结剂，就有水泥、无机高分 子聚合物、浮液与凝聚剂的混合物：纤维有草本、木本、有机短纤维及连续纤 维；基本材料有砂土、壤土及有机质土，较好地解决了岩质等贫瘠高陡边坡的 绿色防护问题。此外，对多气孔生态混凝土也做了研究，取得了一定的进展。 据2 0 0 1 年2 月7 日科技日报报道，| ： 本鹿岛建设公司开发出了表面可生 长植物的环保混凝土。目前，同本不仅在新建公路、铁路的边坡工程中广泛采 用了绿色防护技术，而且对已建的圬工挡护工程也在逐步拆除，用新型的绿色 防护技术取代。从实际工程的应用情况看，岩石边坡的绿色防护技术己可应用 于坡度缓于l ：0 5 的软岩、中硬质岩、硬质岩边坡及酸性、强酸性土质边坡的绿 色防护，此外，也可应用于以往采用喷射混凝土防护的边坡及片石挡墙防护的 边坡。 欧美和日本等发达国家在工程建设项目开发中非常重视保护生态环境，他 们很早就将生态保护和生态恢复措施纳入了公路、铁路等工程建设，并为此开 展了相应的技术研究。如今这些国家在边坡防护工程中已基本上不再采用浆砌 片石、喷射水泥砂浆措施，而是广泛采用坡面绿化措施，并基本实现了全路段 绿化。预应力锚索、土工织物、厚层基质喷播( 客土喷播) 等与生念防护相结 合的技术已经成为设计、施工中的常规技术。工程边坡的柔性防护、客土喷播 等技术己成为业内的常识。 我国从2 0 世纪8 0 年代初开始重视城乡绿化，水土保持和工程建设中形成 的裸地( 边坡) 绿化工作，引进了一些先进的植物建植技术，个别行业编制了 “绿化规范”，工程建设中的生态环境建设工作发展较快。工程边坡绿色防护在 国内尚处于试验研究阶段，近几年通过在一些工程中的应用也取得了部分成果。 1 9 9 4 年，湖北宜昌久丰植生工程有限公司首先引进了台湾喷混凝土植生技术， 分别在三峡大坝料石场后花岗岩风化边坡和三峡专用公路灰岩边坡两处面积共 约3 0 0 m 2 进行尝试，取得了一定的成果。铁道第二勘察设计院于1 9 9 8 年2 0 0 0 年在襄石复线、内昆线、株柳复线对岩石绿化防护问题做了喷混凝土植生护坡 的选点工程试验，取得了一些工程实践经验。随后四川省励自生念技术有限公 司和西南交通大学在内昆线横江车站，都江堰某矿山公路上开展了新型厚层基 材植被护坡的工程试验研究。该项技术成果于2 0 0 0 年底通过了四川省科委组织 的技术鉴定，鉴定意见认为：该项技术整体上达到了国内领先，国际先进水平。 西南交通大学硕士学位论文 第4 页 从2 0 0 1 年开始，该项技术在渝黔高速、成南高速、深圳、大连、渝怀铁路进行 推广应用。此外，喷混凝土植生技术也在长荆铁路、广东高速、成惠高速公路、 京珠高速公路中得到推广应用，取得了较满意的效果。但总的来说，边坡绿色 防护技术发展相对缓慢，应用范围不广，技术水平较低，设计方法、施工规程、 验收标准等技术规范相对滞后，还有待进一步系统性开发研究和规范管理。 i 4 课题来源及研究技术路线 目前关于植被护坡研究的课题主要有：如何在岩土体边坡表面提供稳定的 植被生氏所需的条件。植物在边坡上难以生长，主要是缺乏植物生长的条件， 创造条件让植物生长是植被恢复的关键技术。 植被根系与工程边坡表层相互作用的关系研究：植物根系与工程边坡表层 的相互作用对边坡的稳定性影响有积极和消极两个方面。积极的方面是植物根 系与边坡的作用提高了土层的抗剪强度，植物根系深入岩体对工程边坡的表层 岩体起到有效的加固作用。消极影响主要是根茎增加了地表粗糙度和土层渗透 性，导致土层渗透性能增加；将风引起的动荷载传给边坡，不利边坡的稳定。 绿色防护与边坡加固防护体系有机结合研究：绿色防护工程遵循的基本原 则是绿色防护与工程加固的有机结合，建立既稳固又有生态效应的防护结构体 系。对工程边坡进行绿色防护，特别是在开挖的边坡上恢复植被，其设计、施 工方法与一般的园艺技术有很大的不同，首先要考虑采用有效的工程技术使坡 体稳定，然后再进行植被种植。 边坡在进行绿色防护时其浅层稳定性研究：特别是植被护坡后的岩体浅层 稳定性。如果边坡失稳，就会破坏已做好的植被。因此应加强工程边坡浅层稳 定性研究。 以上几方面的研究主要是绿色防护理论上的研究内容。但是要使植被护坡 工程技术得到广泛应用，除建立相应科学理论外，还应使设计、施工规范化标 准化。我国目前还没有统一的设计、施工规范，从而导致设计和施工各行其是， 工程预算很难统一，施工的质量和验收也没有统一的标准。因此很有必要提出 相应的设计、施工方法、施工质量管理和工程验收标准，使植被护坡工程技术 规范化和标准化。 本课题正是针对这一需要，结合在建渝怀铁路边坡绿色防护的试验工点对 不同类型植物对边坡的防护作用、边坡岩体结构与绿色防护的关系、植被与坡 度的关系、坡面表层土体变形与坡高和坡度的关系、地下水潜水的渗流对植被 西南交通大学硕士学位论文第5 页 护坡的影响等进行分析研究，以求对植被护坡工程技术的规范和标准制定提供 依据。根据此内容本课题主要完成工作和工作步骤如下( 研究流程见图1 1 ) ： l 工程边坡的绿色防护技术与常规工程护坡技术的比较研究，植被护坡对保 持入类生态环境更有重要意义。 2 根据渝怀铁路试点工程边坡的岩体结构、性质，进行与绿色防护有关的边 坡分类。 3 从力学角度阐述了植物根系对不同类型工程边坡的加固作用，对在不同生 长方向的根系对边坡的加固作用进行分析。 4 从边坡表层土体变形、降阿冲刷、潜水渗流等方面，对边坡的绿色防护 与边坡坡度、坡高、边坡形式的关系进行研究。 一程边坡绿色防护机理与设计指标研究 批被护救资料查i 列：f 滴怀铁j ! 鲁边坡现场嘲研 带捌 边坡 防护 力法 边坡 绿色 防护 戳b 试验 1 ：点 的地 质概 况 边垃 的坡 度| ；5 乏 几何 参数 植被 护坡 的舫 护措 施 植被护坡的防护机理li 植被护坡设汁指标研究 驯鍪 黧蚓雠刘攀鬈架 剽别蒺 图1 1 研究流程图 西南交通大学硕士学位论文第6 页 1 5 主要工作及时间安排 ( 1 ) 国内外研究现状及资料收集 包括国内外植被护坡资料及文件的阅读和摘录工作。先后共阅读国内外边 坡支护、绿色防护科技论文及其它数学理论文章近1 0 0 篇。 ( 2 ) 渝怀铁路试验工点的现场调研( 2 0 0 3 年3 月) 对渝怀铁路试验工点的地质条件，边坡参数及绿色防护措施进行现场调查。 ( 3 ) 室内资料整理( 2 0 0 3 年4 5 月) 对渝怀铁路现场调研资料进行整理，对渝怀铁路试验边坡及英植被护坡方 式进行分析研究。 ( 4 ) 植被护坡的理论计算分析( 2 0 0 3 年6 , - - 1 0 月) 针对植被护坡的特点，对渝怀铁路工程边坡进行分类； 对表层具有不同结构的工程边坡的护坡机理进行研究： 对植被护坡与边坡坡度、高度的关系进行研究： 对其它影响植被护坡的因素进行分析，并对渝怀铁路植被护坡工程进行 评价。 ( 5 ) 论文的撰写( 2 0 0 3 年1 1 月- 2 0 0 4 年3 月) 完成论文初稿，并进行修改。 西南交通大学硕士学位论文第7 页 第二章常规工程防护与绿色防护类型概述 2 1 常规工程防护类型介绍 2 1 1 概述 在铁路、公路工程建设中，必须开挖岩土形成工程边坡，易于冲蚀的土质 边坡和易于风化的岩质路颦边坡，簏工后如果长期裸露，在自然风化营力和雨 水冲刷的作用下，将会发生冲沟、溜坍、剥落、掉块和坍塌等坡面变形，进而 影响到工程安全，所以必须及早采取相应的防护措施。 坡面变形的轻重程度，除与边坡的岩土性质有关外，还与当地的气候环境 以及地层、地质构造及边坡所处方位等密切相关，必须综合考虑这些因素，并 结合当地的材料条件，选择合适的防护类型。 2 1 2 设计原则 铁路工程中对岩土质： 程边坡的防护设计一般遵从以下原则 i 】： ( 1 ) 儿易风化或易受雨水冲刷的岩石和土质( 软质粘土岩或泥岩、松软粘性 土，松散碎石类土，粉细砂、黄土等) 边坡及严重破碎的岩石边坡，均 应及时加以防护。 ( 2 ) 软硬岩层相间的路新边坡，应根掘岩层的情况采用全部防护或局部防护。 ( 3 ) 在多雨地区，用砂类土填筑的路基，其路肩和边坡坡面易受雨水冲刷流 失，应根据具体情况将坡面防护。 ( 4 ) 凡适于生长植物且坡度不大于l ：1 的边坡，应优先采用植物防护。对植 物不易生长的边坡，可根据其土石性质、高度及陡度，选择其它合适的 防护类型。 ( 5 ) 坡面防护结构一般不考虑边坡地层或人工填土的侧压力，其所防护的边 坡应有足够的稳定性，但护墙可用于极l i l 穗, 定边坡的情况。 ( 6 ) 护面要紧贴边坡，基础要牢固并与护面很好衔接，顶部及两侧边缘应适 当嵌入边坡内，并整修与坡面齐平，防止雨水从接缝渗入。 ( 7 ) 采用封闭式的坡面防护( 抹面、捶面、喷浆、锚杆铁丝网喷浆、浆砌片 石护坡及护墙等) ，应在坡面留泄水孔和伸缩缝。 ( 8 ) 对高而陡的护坡，应在中部适当位置设置耳墙，并应由检查维修用的安 全设备。 西南交通大学硕士学位论文第8 页 2 2 3 常用的坡面防护类型介绍 ( 1 ) 抹面与捶面 适用条件 适用于各种易风化的软岩层( 如泥质砂岩、页岩、千枚岩、泥质板岩等) 边坡，对有煤系岩层及成岩作用很差的红色粘土岩组成的边坡不适用。 所防护的边坡本身必须是稳定的，其坡面形状不受限制，捶面坡度一般 不大于1 ：o 5 。 坡面必须是干燥的。 结构要求 抹面厚度3 7 c m ，为2 3 层，捶面厚度为1 0 15 c m ，般采用等厚 截面，当边坡较高时，采用上薄下厚截面。 抹面护坡时周边与未防护坡面衔接处应严格密封，其措施有：凿槽嵌入 岩石内，嵌入深度不小于1 0 c m ，并与衔接面平顺；两侧凹槽嵌入坡面岩石内至 少1 0 c m 。坡脚宜设1 2 m 的浆砌片石护坡。 在软硬岩层相间的坡面上，仅对软岩层抹面，在分界处，抹面应嵌入硬 岩层内至少1 0 c m 。 大面积抹面或捶面时，每隔5 l o m 应设伸缩缝( 见图2 - 1 ) 。 z2 - 1r一-1r 一 广 伸缩缝 ， 7 么 鏊塑苎互 詹 芗j 侧沟底线 ， ( 2 ) 喷浆及喷射混凝土 适用条件 图2 - 1 抹面护坡 西南交通大学硕士学位论文第9 页 易风化但未遭严重风化的岩石边坡，坡面较干燥。 对高陡的边坡，上部岩层较破碎而下部岩层完整的边坡和需大面积防护 的边坡，采用此种类型更为经济。 成岩作用差的粘土边坡不宜使用。 结构要求 喷浆厚度不宜小于5 c m ，喷射混凝土厚度以8 c m 为宜。分2 3 次喷射。 喷浆与喷射混凝土护坡的周边与未防护边坡坡面的衔接与护面相同。坡 脚应作l 2 m 高的浆砌片石护坡。 ( 3 ) 锚杆铁丝网喷浆( 喷射混凝土) 护坡( 见图2 2 ) 适用条件 岩石边坡坡面切割破碎，需加强防护稳定性时采用。 结构要求 锚杆锚固深度铁丝网孔密度，视边坡岩石性质及风化程度而定，一般锚 固深o 5 1o m ，铁丝网i 司距2 0 2 5 c m 。 锚杆孔深应比锚固深度深2 0 c m 。 其它要求与喷浆喷射混凝土防护相同。 图2 - 2 锚杆铁丝网喷浆( 喷射混凝土) 护坡 ( 4 ) 单层干砌片石护坡 适用条件 土质路堤边坡，易受地表水冲刷或边坡经常有少量地下水渗出而产生小 型溜坍等病害时。 土质路堑边坡下部局部嵌补。 边坡坡度不大于1 ：1 2 5 。 匿南交通大学硕士学位论文第1 0 页 誓、一一簪，蒡b 鼍 、钞一一等、矿1 兰碰一嵩彩。| 。： 西南交通大学硕士学位论文第1 1 页 骨架应嵌入坡面一定深度，其表面与草皮或捶面平顺。降雨量大且集中 的地区，骨架做成截水沟式，以分流排除地表水。 浆砌片石骨架也可采用拱形。主骨架间距4 6 m ，拱高4 6 m ，视岩层 的软硬程度和坡面变形等情况选定。 浆砌片石骨架还可采用人字形，主骨架间距6 8 m ，人字骨架高3 5 m ， 根据边坡岩土性质和变形情况而定。 为便于养护，应在适当位置设台阶梯形踏步。 图2 4 拱型浆砌片石骨架 ( 7 ) 浆砌片石护墙川 适用条件 浆砌片石护墙能防止比较严重的边坡变形，适用于各种土质边坡及易风 化剥落的岩石边坡。 实体护墙，适合一般土质和破碎的岩石边坡。 边坡坡度不大于1 ：o5 。 结构要求 护墙高度，变截面护墙，当边坡为l ：o 5 时，不宜超过6 m ，当坡度小于 1 ：o 5 时，不宜超过i o m 。 变截面护墙，单级不宜超过2 0 m ，否则应采用双级或三级护墙，但总高 度一般也不宜超过3 0 m ，双级或三级护墙的上墙高不宜超过下墙高，f 墙的截 西南交通大学硕士学位论文第1 2 页 面应比上墙大，上下墙之l 刨应设错台，其宽度应使上墙修建在坚固牢靠的基础 上，一般不宜小于l m 。 护墙厚度，等截面护墙厚度一般为0 5 m ，变截面护墙顶宽b 一般为04 m 底宽b 根据墙高h 而定。 玎 口= b 十羔 ( 边坡坡度为l ：o5 时) ； i u 玎 b = b 十羔 ( 边坡坡度为1 ：0 5 - - 1 ：o 7 5 时) 。 二u 护墙墙身坡度，等截面护墙时墙背坡n 与墙面坡m 相同： 11 变截面护墙墙背坡n = 聊一三或h = 卅一土。 2 0j o 护墙基础，基础应置于冻结线以下，基础底承载力一般不宜小于3 0 0 k p a ， 否则应予加固。墙底一般做成倾斜的反坡。土质地基采用o 2 ：l 或0 1 ：1 ，岩石 地基采用o2 ：1 或m ：l 。 2 2 边坡的绿色防护类型介绍 2 。2 1 概述 通常的工程护坡往往过分强凋工程强度效应，忽视生态效应，破坏了自然 生态的多样性。为了解决环境保护与工程建设之间的矛盾，对大量的工程开挖 边坡进行绿色植被恢复显得更加重要而迫切。根据边坡类型与植被生长的特点， 边坡绿色防护有很多不同类型。下面从设计原则与防护类型两方面进行简单介 绍。 2 2 2 设计原则 在开挖后的岩土体边坡进行植被恢复与一般的园艺技术有很大的不同：首 先，要进行植被俄复的边坡必须是稳定的。其次，在斜坡上栽种植被与平地【： 不同，斜坡上松散的表层土体可能由于重力作用或其它如降雨等因素造成坡面 滑动下落和水土流失，这对植物的生长不利。另外，坡面土层的水分很难保持， 在做好坡面排水的同时又要进行水分保持工作。因此，选择适合坡面生长而且 根系发达的植被就是坡面植被与平地植被的区别。 在坡面上进行绿色防护设计遵循的原则是绿色防护要和工程加固防护有机 结合，建立既稳固又有生态效应的防护结构体系。不能仅仅是单一的绿化，应 西南交通大学硕士学位论文第1 3 页 根据边坡工程情况综仓考虑草、灌、花、树等多种植物结合形成优美协调的景 观。同时所选植被还要兼顾经济效益。 纵观国外边坡绿色坊护技术的发展和工程实践经验，其边坡绿色防护遵循 的基本原则可概括为：稳定为本、刚柔相济、草木结合、经济美观四个方面。 2 2 3 边坡绿色防护技术介绍 ( 1 ) 铺草皮川 铺草皮是较常用的一种护坡绿化技术，是在土质边坡、全风化的岩质和强 风化的软质岩边坡上，按照一定的规格把培养的草坪重新铺设，使坡面迅速形 成草坪的护坡绿化技术。 铺草皮防护有如下特点：施工简单，造价较低，成坪时间短，护坡功效见 效快，施工受季节的限制相对较少，除寒冷的冬季外，其它季节都可施工。新 铺的尊：皮，容易遭受各种灾害，如病虫害、缺水、缺肥等，因此，在新铺草皮 养护期f h j 的管理难度较大。 使用的草皮应选用根系发达、茎矮叶茂的耐早草种，尽量使用当地的草种。 铁路工程设计技术手册规定草皮规格一般为宽2 0 c m ，长3 0 c m ，厚5 1 0 c m ， 干燥炎热地区厚度可增加到1 5 c m 。 适用条件：各地均可应用，但在干旱、半干旱地区就保证养护用水的保持供 给。 ( 2 ) 植生带护坡【5 7 植生带是采用专用机械设备，依据特定的生产工艺，把草籽、肥料、保水 剂等按一定的密度定植在自然降解的无防布或其它材料上，并经过机器的滚压 和针刺的复合定位工序，形成一定规格的产品。 植生带建植草坪，是草坪建植中的一项新技术，在国外应用较早，我幽在 2 0 世纪8 0 年代丌始试制和应用。目前，植生带已广泛应用于城市园林绿化、水 土保持以及边坡绿化中。植生带护坡有以下特点： 植生带集草籽与肥料于一体，播种施肥均匀，数量精确，草籽、肥料不 易移动。 植生带具有保水和避免水流冲失草籽的作用。 草籽出苗率高、出苗整齐、建植成坪快。 采用可自然降解的纸或无纺布等作为底布，与地表吸附作用强，腐烂后 可转化为肥料： 体积小、重量轻、便于贮藏，可根据需要常年生产，生产速度快，产品 西南交通大学硕士学位论文第1 4 页 成卷入库，贮存容易，运输、搬运轻便灵活； 施工省时、省工，操作简便，并可根据需要任意裁剪。 ( 3 ) 液压喷播植草护坡刚( 见图2 5 ) 液压喷播植草是一种现代植草新技术，它是将草籽、木纤维、保水剂、粘 合剂，肥料、染色剂等与水的混合物通过专用喷播机喷射到预定区域建植草坪 的绿化技术。液压喷播植草护坡有以下特点： 机械化程度高，喷播机械包括汽车、喷播机、管道等设施，因此必须是 专业化的施工，并有一定的行车道和作业规模。 旋工效率高，液压喷播的机械化施工，有效地提高了工作效率。 成坪时间快，草坪均匀。 图2 - 5 液压喷播植草护坡典型设计图 ( 4 ) o h 液化学植草防护p ” o h 液化学植草防护是国外近十年针对不同坡度的各种土质边坡、全肛l 化的 岩质和强风化的软质岩石边坡开发的一项化学植草防护新技术。o h 液植草防护 是通过专用机械将化工产品h y c e l o h 液用水按一定比例稀释后和草籽一起 喷洒于平整坡面，使之在极短时间内硬化，而将边坡表土固结成弹性固体薄膜， 达到初期边坡防护目的，3 6 个月后其弹性固体薄膜开始逐渐分解，此时草籽 已发芽、生长成熟，植物开始起到边坡绿色防护作用。 0 h 液化学植草有施工迅速，边坡绿化效果好等特点。 ( 5 ) 三维植被网护坡( 5 7 】( 见图2 7 ) 三维植被网是以热塑性树脂为原料、经挤出、拉伸等工序相互缠绕，在接 点上相互熔合，底部为高模量基础层的三维立体结构网挚( 见图2 - 6 ) 。 维植被网护坡_ = ：要有以下特点： 西南交通大学硕士学位论文第1 5 页 固土，三维植被网表面有波浪起伏 的网包，对覆盖于网上的客土、草籽有良 好的固定作用。 消能作用，对于三维植被网出于网 包层的存在，缓冲了雨滴的冲击能量，减 弱了雨滴的溅蚀，通过“网包”的作用减 缓雨水的流速，从而有效的防治地表水冲 刷坡面。 固定草籽的作用，草籽及部分土壤 能均匀的被固定在坡面上，可减少雨水的 冲刷。 浅层加筋作用，三维植被网垫在表 层起到浅层加筋作用，可有效的防治表层 滑落。 网络作用，对草的根部系统进行加强，使之成为相互咬合的网络覆盖层 增强防冲刷能力。 图2 7 三维植被网护坡典型设计图i ”i ( 6 ) 土工格室植草护坡 5 7 】( 见图2 - 9 ) 土工格室( g e o c e l l ) ( 见图2 - 8 ) 是2 0 世纪8 0 年代国外开发的- - e o 新型特 种土工合成材料。主要用于加筋、挚层，近年来用于植被护坡工程。 西南交通大学硕士学位论文第1 6 页 土工格室主要由p p 、p e 材料经过一定工序形成工程所需的片材，经专用 焊接机焊接形成的立体格室。应用时，通过单元间的连接，可组成工程中需要 的规格。 土工格室植草护坡是指在展开并固定在坡面上的土工格室内填充改良客 土，然后在格室上挂三维植被网，进行喷播施工的一种护坡技术。利用土工格 室为草坪植物生长提供稳定、良好的生存环境。 图2 8 土工格室 土工格室护坡的施工工序为：平整坡面一排水设施施工一土工格室施工一 回填客土一三维植被网施工一喷播施工一盖无纺布一前期养护。 平整坡面，坡面平整关系到土工格室植草护坡工程的成败，坡面凹凸不 平时铺设土工格室易产生应力集中，使得格室焊点丌裂，造成格室垮塌等。因 此，需对坡面进行整平，并清除坡面浮石、危岩等。 排水设施施工，边坡排水系统的设置是否合理直接影响到边坡植草的生 长环境，对于长大的边坡、坡脚及平台均需设置排水沟。并根据坡面流量的大 小设置坡面排水沟。一般坡面排水沟的横向间距为4 0 5 0 m 。 土工格室施工，采用插件法连接土工格室单元，连接时将未展开的土工 格室组件并齐，对准相应的连接塑件，插入特制的圆销，然后展开。连接时根 据不同坡率的边坡采用不同单元形式；在坡面上按设计锚杆放样，采用中3 8 4 2 钻杆进行钻孔，孔径可达由5 0 ，按要求进行冲孔，在钻孔内灌注3 0 号砂浆： 按设计要求弯制锚杆，并除锈、涂防锈油漆，悬在坡面外的锚杆应套内径为咖 2 5 的聚乙烯或聚丙烯塑料管，管内所有空间应用油脂充填，端部应密封：铺设 时在坡顶先用固定钉或锚柯进行固定，按设计图纸要求丌展，在坡脚用固定钉 或锚杆固定，中间按图纸要求用锚杆固定。土工格室应系土工绳，以备与三维 西南交通大学硕士学位论文第17 页 网连接。 回填客，土工格室固定好后，即可向格室内填充改良客土，充填时要 使用震动板使之密实，靠近表面时用潮湿的黏土回填，并高出格室面1 2 c m ， 并保持预系的土工绳露出坡面。第一段铺设完毕后，即可进行第二段的铺设直 至最终完成。土工格室内填要从最上层丌始分段进行，初期铺设时，卜端 定要固定好，可新增附加锚杼或锚钉，一般上部至少每隔一个格室问距布置 个锚杆或锚钉，等全部铺设完毕并填充充实后，附加锚钉可取掉。 三维植被网施工应根据三维植被网设计施工方法施工。 喷播施工，按设计比例配合草籽、木纤维、保水剂、粘合剂及水的混合 物料，通过喷播机均匀喷射于坡面。 盖无纺布，雨季施工避免受雨水冲失，并实现保温保湿，应加盖无纺布， 促进草籽的发芽生长。 前期养护，洒水养护，用高压喷雾器使养护水成雾状均匀地湿润坡面， 注意控制好喷头与坡面的距离和移动速度，保证无高压射流水冲击坡面形成径 流。 生e 衄 、士一 0 l f 寸： 刊 玉m 一 0 0 1 0v 。 一、v 图2 - 9 土工格室植草护坡典型设计图”“ ( 7 ) 浆砌片石植草护坡口7 1 浆砌片石植草护坡是指用浆砌片石在坡面形成框架，再结合铺草皮、兰维 植被网、土工格室、喷播植草、栽植苗木等方法形成的一种护坡技术。 适用条件：各地均可应用，但在干旱、半干旱地区就保证养护用水的保持 供给。 西南交通大学硕士学位论文 第1 8 页 适用的边坡类型：各类土质边坡，强风化岩质边坡可应用：路堤、路暂边 坡也可应用；坡率一般不超过1 ：1 o ；坡高一般不超过l o r e ；边坡必须是稳定的。 ( 8 ) 藤蔓植被护坡【5 ” 藤蔓植被护坡是指栽种攀缘性或藤掉性植物，以遮挡硬质岩高陡边坡、挡 土墙及其它边坡防护支挡圬工工程，起到美化环境的绿化方法。 常用的攀缘性藤蔓植物有爬山虎，常春藤等。不同植物由于其生长特性的 不同，适应不同的地区。 爬山虎，性喜荫，长攀附于背阴的岩石、树干和墙壁上。向阳处也能生长。 对二氧化硫、氯气等污染有定的忍耐力。在湿润、肥沃的土壤中生长最佳。 爬山虎根系深广，须根发达。一年内多次发根，故生长快，蔓延甚速。 ( 9 ) 其它护坡方法p “ 除以上介绍的边坡绿色防护措施外，还有喷混植生护坡、栽植木本植物护 坡等。 喷混植生护坡：喷混植生护坡是一种将含草籽、有机质的混凝土喷在岩石 坡面上的边坡绿化方法。此方法适用于开挖后的岩石坡面的植被恢复，尤其对 不宜进行植被恢复的恶劣的地质环境，如砾石层、软岩、破碎岩及较硬的岩石， 有比较明显的效果。 喷混植生护坡技术，其核心是在岩质坡面营造一个既能让植物生长发育而 种植基质又不被冲刷的多孔稳定结构。它利用特制喷混机械将土壤、肥料、水 泥、有机质、保水材料、草籽等混合干料加水后喷射到岩面上，由于水泥的粘 结作用，上述混合物可在岩石表面形成一层具有连续空隙的硬化体。一定程度 的硬化使种植基质免遭冲蚀，而空隙内填有草籽、土壤、肥料、保水材料等， 空隙既是种植基质的填充空间，也是植物根系的生长空间。 喷混植生护坡施工方法为：平整坡面锚杆、会属网施工喷混盖无纺 布前期养护。 栽植木本植物护坡：栽植灌木、小乔木等木本植物进行边坡防护是较常用 的一种方法。所有植被护坡方法在适宜的条件下均可以结合栽植木本植物进行， 实现草灌的有机结合。充分发挥二者的作用，以促进多样性的、稳定的坡面植 物群落的迅速建立，起到植物防护边坡的功能。 2 。3 绿色防护与常规防护技术的比较 对边坡坡面进行防护时，对于不稳定的边坡则先支挡再防护。支挡结构的 西南交通大学硕士学位论文第1 9 页 类型较多，常用的有：挡土墙、锚杆挡墙、抗滑桩等。这些支挡结构主要起加 固作用。 采取工程加固措施，对减轻坡面修建初期的不稳定性和侵蚀方面效果很好， 作用非常显著。但是通常的工程护坡方法，随着时间的推移，混凝土面、浆砌 片石面都会风化、混凝土的老化、钢筋的腐蚀、强度降低、效果也越来越差， 后期整治费用高。这些防护结构矗立于道路两旁，看似颦固，但生态环境效果 极差。边坡坡面采用工程防护措施后，出于缺乏植物生长的环境，被破坏了的 植被很难迅速恢复。 采用植被护坡则与此相反，丌始作用比较弱，但随着植物的生长，植物的 繁殖，强度增加，对减轻坡面不稳定性和侵蚀方面的作用会越来越大。另外， 植被护坡还有一个显著的优点，是能够恢复由于人类工程建设所破坏的生态环 境，保持生态问的平衡。但是植被护坡也有其局限性，如植被根系的延伸使土 体产生裂隙，增加了土体的渗透率；又如植物的深根锚固仍无法控制边坡更深 层的滑动，若根系延伸范围内无稳定的岩土层，则其作用便不明显，若遇大风 雨则易连根拔出。另外，对于高陡边坡，若不采取工程措施，植物生长基质也 难以附于坡面，植物当然无法生长。因此，植被护坡技术应与工程加固措施结 合，发挥二者各自的优点，可有效解决边坡工程防护与生态环境破坏的矛盾， 既保证了边坡的稳定，又实现坡面植被的快速恢复，达到人类活动与自然环境 的和