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关键词:高边坡;防护工程;动态设计;信息化施工;勘察设计 文献标识码:A
中图分类号:U416 文章编号:1009-2374(2016)04-0108-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2016.04.054
在全国经济迅速发展的背景下,贵州省的经济发展也不甘落后,取得了可喜的成绩,为了进一步促进经济的发展,建立完善的公路网已经是大势所趋。不过,该省的相当大一部分地区的地形都是崎岖不平的,这给高速公路的建设带来一系列的困难。虽然建设路基高边坡可以有效解决这一问题,但是如果在勘察设计和施工中处理的过程中稍有不慎,就有可能造成山体滑坡等严重的地质灾害,这在一定程度上会使得原本就复杂而又脆弱的地质条件遭到严峻的挑战,破坏生态环境。综合上述情况,在整个公路网建设的过程中对高边坡点的特有勘察和设计工作的要求就非常高了,同时也要加强对施工过程的管理。
1 高边坡防护的勘察与设计要求
国家在公路建设方面的法律条令指出:土质挖方边坡的高度不能少于20米,岩质挖方边坡的高度不能低于30米。在对不良地质以及特殊岩土地段进行挖方边坡时,要做出局部细致的勘察和设计。这些规定鲜明地揭示了路堑高陡坡所具有的性质是特殊的。
1.1 高边坡防护工程的勘察
高边坡实施工程的地质以及水文条件是对高边坡防护措施做出正确选择的重要因素,所以首先应该采用有效的方法对高边坡做较为权威的地质勘察,比如钻探以及物探相结合的方法,用以确定边坡附近的地质环境条件;其次对防护施工图进行设计,这样提供给边坡防护设计的数据才是可靠的。第一,要清楚施工地的地形地貌特征。在做这一工作时,我们可以采用测量的方法,使得对其能够有整体的把控,并且要清楚坡向以及路线之间的联系;第二,勘察岩土的特征。目的是要弄清岩土的类型、形成原因以及风化的程度等,在这个过程中可以采用钻探与物探等方法;第三,对主要结构面的勘察。主要是利用调查以及勘探的方法对施工地质进行岩土结构面的勘察,岩土结构面之间的组合关系、力学属性等是主要的研究内容;第四,先进行资料收集,了解相关理论知识,再实地进行钻孔水位操作,理论结合实际,最终得到精确的施工的气象、水文地质条件等所需参数;第五,查清楚不良地质的哪些固有属性会对边坡产生影响,调查内容包括范围以及性质等;第六,对岩土体的物理力学性能进行确定,这是要通过不断的试验才能下定论的;第七,查清坡顶临近建筑的符合能力以及稳定状态等。
1.2 高边坡防护工程的动态设计
在对施工图进行设计时,会对边坡的开挖、防护做出专门的设计,设计的来源是调查的结果。不过这种调查的范围有限,不能逐个点进行排查,因此只能用局部来代替整体,这样由于实际的地形变化又是难以控制的,所以理论和实际之间会存在一定的误差。因此,在施工的阶段要加强对调查结果的可靠性以及防护设计的精确性的分析验证。此时,施工开挖过程实际上是对之前勘察结果的一种补充。再结合实际,将这些信息传达到设计人员,如果在设计过程中需要通过勘察来确定一些信息,那就要及时进行实地勘察,然后对防护方案进行适当调整,以上所述即为动态设计的理念。所谓动态设计,首先是筛选信息施工以及施工勘察所得到的记录结果,然后对地质结构以及设计方案进行科学的分析以及验证。在这个过程中如果发现原来的设计条件变化比较大,就要及时对原先的设计进行修改进而使得设计得以完善。所以,在施工过程中,地质勘查工程师以及设计工程师要确认边坡开挖的实际的地质情况,审核设计所适用的条件的正确性,监理工程师在这一项工作也是不可或缺的。进一步讲,在施工过程中,监理单位要让勘查单位以及设计单位明白这样一个概念:对施工的监督以及管理的配合是非常重要的。
2 高边坡的施工技术的探究
实际操作中,高边坡的施工大部分都是采用逆作法施工的施工方法。具体来讲,就是按照自上而下的顺序,局部进行开挖与防护,这样能够使得开挖与防护同时进行。逆作法施工存在明显的优势,它的开挖幅度小,有效减弱对边坡稳定性的影响,并且它的边坡形变不大,这对附近的建筑也是一种保护;由于它是局部开挖的,因此能够在一定程度上减少边坡的暴露高度以及暴露的时间,做到对坡面的防护及时有效,进而保证它的受力状态处在可以承受的范围内;另外,开挖平台同时也能作为防护平台使用,不需要额外搭建防护的平台以及内部支撑,这样能够省掉大笔的费用。要想使得高边坡防护逆作法取得成功,就必须要将信息化施工、动态设计工作进行落实,此外,管理的强化工作也是必不可少的。
2.1 逆作法施工要点
第一,按照施工设计图放线;第二,依据设计中的边坡的比例以及坡的高度对最高一级的坡进行开挖,然后是对地质情况以及防护设计的参数验证时要根据实际情况进行展开,最后是确认施工安全性并对防护措施以及施工方案进行有效的休整;第三,确定新的方案后,依据新的设计方案进行边坡的开挖;第四,循环操作以上三个步骤,按照从上到下的顺序完成剩余各级边坡的开挖和防护;第五,边坡绿化工作是必不可少的。
2.2 施工监控
在施工期间,做好施工人员的安全保护工作是必不可少的,因此,就要求所建设的防护措施是安全可靠的。一般情况下,会在大型的高边坡施工过程中以及竣工两年内对其采取监控的措施。在施工过程中,除了有相关人员进行日常的安全监督工作,还要对敏感易出现问题的坡体和防护结构等采取额外的监测措施,再结合监测的结果对边坡开挖以及防护结构设计做进一步的完善。监测点的选取应该考虑边坡上稳定性能差、受外界干扰大以及防护结构上受复合力多的部位,这样能够从多方面进行验证,并且相互之间可以进行补充。监测内容主要包括地面的形变以及地表裂缝与地下水位等。为了能够真实地反映边坡的形变以及稳定特征,监理要在施工过程中加强对施工监测的监督以及管理,这样才能给予勘察设计人员真实的信息。
2.3 施工过程
高边坡防护工程与地质环境的联系密切,受多种条件的影响,比如地质、水文、气候环境等。从工程的开始到结束,每一个环节都是紧密联系、相互影响的,不论哪一个环节出现差错都会对其他环节造成严重影响。施工时连接着设计意图和实际产品的重要一环。在这一过程中,一些在勘察阶段隐藏的问题会在开挖过程中凸显出来,也可能会在以后的使用或者维护过程中出现,不容忽视,并且它的每一个程序都会对整个工程的质量产生影响。施工过程的管理模式是:工程实施和施工监控的任务在施工单位的管辖范围内,勘察和设计单位的主要工作是对配合施工单位进行配合,监理单位则是负责对施工过程以及施工的质量进行监督。
3 结语
高边坡防护工程在实际施工过程中会受到水文地质、气候环境以及施工水平等多种因素的影响,而这些问题的解决都需要在施工过程中做好管理工作。高坡防护工程的失败可能是由施工过程中任意的一个小失误引起的。事实证明,高边坡工程的管理工作必须要加强,而且在整个施工过程中都要对此格外重视。此外,还要重视对勘察结果的确认和验证,将动态设计与信息化施工有机结合,最终使得高边坡的防护工作成功实施。
参考文献
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关键词:路基边坡;路基;预应力锚索;边坡
中图分类号:U445.4文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
1工程概况
某高速公路合同段起讫里程K29+860~K36+300,路线全长6.44km。按双向四车道高速公路标准建设,设计车速为80km/h,设计荷载采用公路-I级。本合同段主要工程项目为隧道工程、桥涵工程、路基挖填、防排水工程及防护工程等。其中,路基工程含路基挖土、石方1423478m3,挖淤泥13.9万m3,光面爆破3506.7m3,控制爆破石方30 476m3,路基填方67万m3以上;针对本高速公路的边坡问题,对其采取预应力锚索设计以达到公路边坡的防护作用。针对该高速公路ZK31+500~ZK31+638段左侧边坡,边坡设计最高为5级,各级边坡设计坡率及防护加固工程措施为:第一级1∶0.75~1∶1.25,预应力锚索框架、非预应力锚杆框架等防护;第二级1∶0.75~1∶1.25,预应力锚索框架与镀锌网植草灌或客土喷播植草灌交错,交错间距8.0m;第三级1∶1.0~1∶1.25,预应力锚索框架与客土喷播植草灌交错,交错间距8.0m;第四级1∶1.0~1∶1.25,客土喷播植草灌;第五级1∶1.25,客土喷播植草灌。
2 施工技术分析
预应力锚索(杆)施工主要包括施工准备、锚孔钻造、锚筋制安、锚孔注浆、砼结构钢筋制作与安装、混凝土浇灌、锚孔张拉锁定和验收封锚等工作流程。其中有两个主要环节,一是锚孔成孔,二是锚孔注浆,其中锚孔成孔的技术关键是如何防止孔壁坍塌、卡钻;注浆的技术关键是如何将孔底的空气、岩(土)沉渣和地下水体排出孔外,保证注浆饱满密实。在注浆浆体与台座混凝土强度达到设计强度80%以上时,方可进行张拉锁定作业。锚斜托台座的承压面应平整,并与锚筋的轴线方向垂直。锚具安装应与锚垫板和千斤顶密贴对中,千斤顶轴线与锚孔及锚筋体同轴一线,确保承载均匀。
2.1 预应力张拉前后做技术交底工作
施工现场配置具备预应力施工知识和正确操作的项目部施工技术人员,张拉机械操作人员必须经培训合格。施工现场具备确保全体操作人员和设备安全的必要的预防措施。实施张拉时,应使千斤顶的张拉力作用线与预应力筋的轴线重合一致。同时在锚索正式张拉前,应取10%~20%的设计张拉荷载,对其预张拉1~2次,使其各部位接触紧密,钢绞线完全平直。对于压力分散型锚索,因各单元锚索长度不同,张拉应注意严格按设计次序分单元采用差异分步张拉,根据设计荷载和锚筋长度计算确定差异荷载,并根据计算的差异荷载进行分单元张拉。压力分散型锚索各单元差异伸长量和差异荷载增量计算公式(以三单元共六束压力分散型锚索为例)如下:
差异伸长量:
差异荷载增量:
式中:
L1,L2,L3———分别为第一 、二、三单元锚索的长度,且L1>L2>L3;
ΔL1,ΔL2,ΔL3———各单元锚索在给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下的伸长量;
ΔL1-2,ΔL2-3———各单元锚索在给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下的差异伸长量;
σ———给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下钢绞线束应力;
P———给定最终张拉(设计锁定)荷载作用下单根钢绞线束荷载;
A———单根钢绞线束的截面面积;
E———钢绞线的弹性模量;
ΔP1,ΔP2———分步差异张拉之第一、二步级张拉荷载增量。
锚索的预应力在补足差异荷载后分五级按有关规范或规定施加,即设计荷载的25%、50%、75%、100%和110%。在张拉最后一级荷载时,应持荷稳定10~15min后卸荷锁定。锚索锁定后48h内,若发现明显的预应力损失现象,则应及时进行补偿张拉。
2.2 预应力锚索张拉过程
对预应力筋和锚、夹具的安装检验;张拉设备由有资质的试验单位进行标定,确定油压与张拉力关系公式。通过搭设张拉操作平台,采用钢管支架加木板搭设平台放置千斤顶。安装工作锚板,夹片,并将夹片轻轻敲实,然后安装千斤顶、工具锚、夹片。安装时使千斤顶与锚垫板垂直。张拉时开动油泵,给千斤顶张拉油缸缓慢供油,直至油压设计值。预应力筋的张拉采用以应力控制为主,伸长量为辅。
张拉完成后采取锚固,轻轻松开油泵截止阀,使油压缓慢降至零,则完成了对钢绞线的锚固。油泵向回程油缸供油,活塞慢慢回程到底。卸下工具锚。千斤顶、限位板。张拉最终锁定后将锚具外多余的钢绞线须用机械切割,并应留长5~10cm外露锚索,以防滑落。采用砂轮机切断,严禁使用电弧切割,以免火花烧伤接触处的钢绞线,降低强度。
3施工注意事项
对于高速公路路堑边坡土石方开挖施工,应严格按照具体有关设计要求进行。对于设有锚固工程的边坡工程开挖,严格按照从上至下的开挖施工顺序逐级开挖,待上级边坡锚固工程全部实施并产生加固作用后方可进行下级边坡的土石方开挖作业,逐级开挖,逐级加固,直至全部防护工程结束,确保坡体稳定和结构安全。尤其对于陡坡加固段边坡,除要求严格按“开挖一阶,加固一阶”的原则进行外,其单阶施工工序如下: 开挖上部4m,施打预应力锚索(杆)注浆,至龄期后30#槽钢预张拉开挖下一个4m坡面,同上施工坡面锚索(杆)并预张拉至全阶坡面浇筑框架梁(跳开分片解除,浇筑砼3~7d后预张拉30%~50%)框架梁砼达到强度张拉至设计吨位施工下一阶坡面。
锚索(杆)预张拉方法一般是采用轨枕或槽钢等构件作为坡面反力抑制结构,预张拉宜在锚孔注浆施工完成7d后进行,预张拉力值不超过设计拉力值的30%。框架和地梁砼施工时,应按设计框架或地梁间隔分批解除预张拉,严禁大面积一次性解除。逐片解除,逐片浇灌框架或地梁混凝土,并及时按设计要求进行张拉锁定,必再时在地梁或框架混凝土浇灌完成7d后进行预张拉,预张拉力值不超过设计拉力值的50%。张拉时油泵的使用方法
张拉时,开动油泵,张拉油缸进油后退,张拉钢绞线束;同时调节节流阀,以控制油压高低和张拉速度。在活塞外伸时,工具锚夹片可自行夹紧钢绞线。工作锚中的夹片此时因受限位板的支托,只可被带出一些而不会很多。当活塞行程还余10~20mm时 ,立即停止供油 ,此时可将节流阀回旋 ,同时回转截止阀。由于钢绞线的回缩,活塞将备拉回若干毫米,这时工作锚的夹片被带入而自行夹紧。关闭截止阀,节流阀控制升压,活塞回程,留10~20mm即可停泵,至此完成一次张拉循环。如果钢束较短,可一次达到张拉控制应力σk;如果钢束较长,一次达不到要求,则必须进行二次张拉,每一轮的初始油压为上一轮的最终油压。此时,自动工具锚的夹片已与锚板自行脱离,因此二次张拉前需将工具锚夹片重新推入工具锚板锥孔中,重复以上动作,反复张拉,直到达到设计要求为止。
若有滑丝现象,则采用千斤顶和卸荷座,将卸荷座支撑在锚具上,用千斤顶张拉滑丝钢绞线,直至将滑丝夹片取出,换上新夹片,张拉至设计应力即可。同时针对断丝的处理,应当提高其他钢丝的控制张力作为补偿,但在任何情况下最大超张拉力不得超过0.8Rby(钢绞线)。换束、卸荷、松锚,换束、重新张拉至设计应力值。另外在张拉过程中为防止工具锚退不下来的情况,在安装工具锚时,在锚环内壁涂退锚灵。
4结语
通过对某高速公路某标段地质灾害的调查,对其采取预应力锚索抗滑支挡结构进行治理,详细地总结了预应力锚索的工程施工现场检测及其相应的施工工艺,为同行提供参考。
参考文献
[1] 漆贵荣,罗勇. 预应力锚索钢管桩应急加固治理边坡研究[J]. 公路交通科技(应用技术版). 2009(07)
[2] 胡杰. 九寨环线铜匠沟滑坡治理设计与施工[J]. 西南公路. 2003(03)
关键词:公路边坡,防护技术,施工
中图分类号: X734 文献标识码: A
1.前言
我国公路建设迅猛发展,边坡防护也越来越受到重视。边坡是公路建设中最常见的形式,随着公路路基变宽、挖填变大,怎样确保公路安全稳定,延长公路使用寿命,都必须加强边坡防护。公路边坡防护从设计到施工应紧密结合工程实际,灵活有效的防护方式和环境保护并重,在保证边坡安全稳定的前提,加大植被面积,建造生态公路,人文公路。
2.边坡防护技术
2.1边坡防护与加固的类型
边坡防护技术主要从坡面防护和坡体稳定两个方面考虑。坡面防护主要是保护路基边坡表面免受降水、日照、气温、风力等自然力的破坏,从而提高边坡的稳固性。边坡稳定采用的加固措施有护脚墙、抗滑墙、抗滑桩、预应力锚索、压浆锚柱、排水固结等。边坡防护包括植物防护和工程防护。植物防护:植被混凝土、种草、铺草皮、植树等;工程防护:片石护坡和护面墙、网格护坡、喷射砼护坡等。
2.2边坡防护技术的现状
2.2.1浆砌片石护坡
浆砌片石护坡是工程中坡面防护普遍应用的方法,是采用砂浆与毛石料砌筑的砌体结构,主要有片石护坡和片石护面墙两种方式。通过浆砌片石防护坡面,可防止雨水对坡面的冲刷,同时对坡体也具有一定的稳定作用。护面墙是浆砌片石的坡面覆盖层,用于封闭各种软质岩层和较破碎的挖方边坡,多用于易风化和风化严重的软质岩层以及较破碎的岩石地段,以防止继续风化。可以有效地防止边坡冲刷,防止滑动型、流动型及落石型边坡崩塌,最常用于上边坡。护面墙除自重外,不负担其他荷载,亦不承受墙后土压力,因此护面墙所防护的挖方边坡坡度应符合极限稳定边坡的要求。浆砌片石护坡施工工艺简单,但由于其形式单一,与环境协调效果差,在现代公路边坡防护中,其应用有不断减少的趋势。
2.2.2骨架植被防护
骨架护坡和生态防护相结合的防护措施是指浆砌片石在坡面形成框架,在框架里面铺填种植土,再铺草皮、喷播草种和种植灌木等的一种防护措施。与浆砌片石护坡相比较,该方法在能满足坡面防护功能的情况下,还具有节省材料、降低工程造价、对高边坡降低坡体荷载、较好地协调周围环境等优点,因而在边坡防护工程中得到了广泛应用。骨架可以采用拱形、人字形、菱形、矩形等多种形式,骨架形式与尺度应从美学和当地的文化背景方面多加考虑。当要突出骨架时,骨架施工应精细。骨架内的植被防护可结合边坡岩土性质、坡率,采用前述植被防护的各种措施。一般情况下,浆砌片石或混凝土骨架植被防护、多边形混凝土空心块植被防护适合于坡率缓于1∶0.75的土质和全、强风化岩石边坡。
2.2.3挂网喷射混凝土护坡
挂网喷射混凝土护坡也是常用的护坡方法,主要应用在石质边坡且岩石比较破碎的地段。当石质边坡很高、岩质较差、坡面岩石易风化、坡面岩石切割破碎严重、节理发育易受外界影响而产生危害时,或其他防护措施造价较高或难以实施时,为了防止高陡石质边坡坠石砸伤行人或车辆,采用坡面挂网喷射混凝土的方法防护。它是依靠锚杆、钢筋网和喷射混凝同负荷来提高边坡岩体的结构强度和抗变形刚度,以减少岩体侧向变形,增强边坡整体稳定性和耐久性。有些地段岩石较好,可不挂网,直接喷射混凝土进行防护。
2.2.4土工格室植被护坡
土工格室是一种新型的土工合成材料,具有强度高、抗腐蚀、抗老化性能好等特点,其在坡面防护方面具有独特的优势。将其张拉开固定在坡面上,在其格室内填入腐殖土,种上草,不但可起到坡面防护的作用,还可起到恢复生态环境的作用。土工格室边坡绿化防护适合于坡率缓于1∶0.5的各类边坡。这种方法操作简单,施工速度快,工程造价低,尤其在缺少石料或生态环境要求高的地方具有很大优势。
2.2.5喷混植生防护
喷混植生防护是当前边坡生态修复的最新模式,是岩石边坡工程防护与生态绿化并重的新技术,能使植物在短时间内快速生长覆盖。喷混植生技术是在稳定岩质边坡上施工短锚杆、铺挂镀锌铁丝网后,采用专用喷射机,将拌合均匀的种植基材喷射到坡面上,植物依靠“基材”生长发育,形成植物护坡的施工技术,具有防护边坡、恢复植被双重作用。该技术使用的种植基材由种植土、有机核心料、粘结剂、稳定剂、水、植物种子等混合组成,种植基材的良好是成功的关键。粘结剂使喷混基质与岩面粘结,并使喷混基质硬化,从而避免雨水等对种植基质造成冲刷侵蚀。不仅喷混基材有很强的抗侵蚀性能,在灌草植被与基材的共同作用下,基材的抗侵蚀性又得到进一步的增强。另外以客土为主的喷混基层的厚度为10cm,能确保植物安全生长的极限需求,可以保障植被快速成型及生态稳定性。石质边坡上喷混植生后,60d能全面覆盖,1年灌草立体生态成型。该方法适用于坡率缓于1∶0.75稳定土质与风化较为严重的岩石路堑边坡,该技术已广泛应用于各类岩石边坡的生态防护工程。
2.3边坡防护的基本原则
(1)在满足功能和安全的条件下,边坡防护应选择刚性结构与柔性结构、多层防护与生态植被防护相结合的方式。在防护方案选择时,需要考虑实际工程中的边坡岩土性质、环境气候条件、排水条件等多种因素影响,选择合理的防护措施。从安全稳定、节约费用、环境保护、美学观感上综合考虑防护措施的选择与调整,保证安全的前提下优先考虑绿化防护,以取得良好的景观效果。
(2)边坡防护贯彻协调自然的原则,应充分考虑防护措施与沿线景观的协调、防护措施自身的协调,力求避免采用连续的大面积护面墙,使公路与沿线景观达到有机的统一。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,应考虑防护措施间的协调。稳定的岩质边坡有时不防护比进行不必要的人为防护更好;自然的边坡坡形、坡面有利于与周围环境相协调;适当保持稳定的孤石能增加公路景观的情趣。边坡防护应树立“尊重自然、恢复自然”的理念,使防护工程于周围环境融为一体。
3.边坡防护技术发展趋向,工程防护逐渐减少
工程防护的防护能力强,但是美化效果差,不利于生态环保。修建较早的公路边坡防护大都不见草木,普遍采用浆砌片石、预制混凝土网格等,虽然相对美观,但人工迹象明显,与自然环境不协调。随着我国公路建设技术的高速发展,对公路沿线景观的要求不断提高,美观、生态和环保越来越受到人们的重视。因此,工程防护的应用在不断减少,除非必要,一般都会尽量避免采用这种单一的方式。生态型植被护坡能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,从而保护边坡的整体稳定性,同事兼顾美化环境、恢复生态环境和协调自然环境的作用。生态边坡防护技术符合可持续发展的理念,其效益是巨大的,必将得到普遍推广应用。
4.结语
边坡防护是公路工程的重要组成部分,采用合理的边坡防护技术,以达到节约费用、美化和保护生态环境的效果。本文对常见的边坡防护技术进行了,并探讨了边坡防护技术今后的发展方向,生态边坡防护技术是今后发展的主流。
参考文献:
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生态建设和环境保护是21世纪人类共同关注的热门话题,也是世界各国政府和人民为之不懈努力解决的焦点问题。基本建设的快速发展与生态环境的不协调,导致了人类赖以生存环境的生态破坏,同时也制约了社会经济的可持续发展,对人类的生存和社会发展构成了威胁。因此,项目开发与环境保护兼顾是经济可持续发展的重大课题,在工程建设中合理利用资源、保护环境、美化环境,是我们必须正视和认真对待的问题。
公路、铁路、水利等工程建设与自然环境密切相关。其工程规模大、项目多、涉及面广,土石填挖工程形成的大量土石边坡,破坏了既有植被,对当地生态环境影响较大,以往通常采用单纯的工程防护,如浆(干)砌片石、喷锚防护等,这些工程措施都导致原有植被破坏、水土流失、滑坡、边坡失稳等一系列生态环境和工程问题。国家已经十分重视工程建设中的生态建设和环境保护,国务院下达了[2000]31号文件“关于进一步推进绿色通道建设的通知”,工程建设中的生态建设、环境保护已提上议程,这对整个工程建设的可持续发展战略的实施起到了推动作用。
2.边坡生态防护现状
近十多年来人们开发出了多种既能起到良好边坡防护作用,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,与传统的坡面工程防护措施共同形成了边坡工程植物防护体系。
根据不同的边坡土质条件,采用不同的施工方法和施工工艺可将边坡植物防护技术分为:①人工种草护坡;②平铺草皮护坡;③液压喷播植草护坡;④土工网植草护坡;⑤OH液植草护坡;⑥行栽香根草护坡;⑦蜂巢式网格植草护坡;⑧客土植生植物护坡;⑨喷混植生植物护坡。各类边坡植物防护技术的主要作用及应用条件各不相同。
2.1人工种草护坡
人工种草护坡,是通过人工在边坡坡面简单播撒草种的一种传统边坡植物防护措施。多用于边坡高度不高、坡度较缓且适宜草类生长的土质路堑和路堤边坡防护工程。具有施工简单、造价低兼等特点。但由于草籽播撒不均匀,草籽易被雨水冲走,种草成活率低等原因,往往达不到满足的边坡防护效果,而造成坡面冲沟,表土流失等边坡病害,导致大量的边坡病害整治、修复工程,使得该技术近年应用较少。
2.2平铺草皮护坡
平铺草皮护坡,是通过人工在边坡面铺设天然草皮的一种传统边坡植物防护措施。具有施工简单、工程造价较低等特点。适用于四周草皮来源较易、边坡高度不高且坡度较缓的各种土质及严重风化的岩层和成岩作用差的软岩层边坡防护工程,是设计应用最多的传统坡面植物防护措施之一,但由于施工后期养护治理困难,平铺草皮易被冲走,且成活率低,工程质量往往难以保证,达不到满足的边坡防护效果,而造成坡面冲沟,表土流失、坍滑等边坡病害,导致大量的边坡病害整治、修复工程。近年来,由于草皮来源紧张,使得平铺草皮护坡的作用逐渐受到了限制。
2.3液压喷播植草护坡
液压喷播植草护坡,是国外近十多年新开发的一项边坡植物防护措施,是交草籽、肥料、粘着剂、纸浆、土壤改良剂上、色素等按一定比例在混合箱内配水搅匀,通过机械加压喷射到边坡坡面而完成植草施工的。其特点是:①施工简单、速度快;②施工质量高,草籽喷播均匀发芽快、整洁一致;③防护效果好,正常情况下,喷播一个月后坡面植物覆盖率可达70%以上,二个月后形成防护、绿化功能;④适用性广;⑤工程造价低。目前,国内液压喷播植草护坡在公路、铁路、城市建设等部门边坡防护与绿化工程中使用较多。
2.4土工网植草护坡
土工网植草护坡,是国外近十多年新开发的一项集坡面加固和植物防护于一体的复合型边坡植物防护措施。该技术所用土工网是一种边坡防护新材料,是通过非凡工艺生产的三维立体网,不仅具有加固边坡的功能,在播种初期还起到防止冲刷、保持土壤以利草籽发芽、生长的作用随着植物生长、成熟,坡面逐渐被植物覆盖,这样植物与土工网就共同对边坡起到了长期防护,绿化作用,土工网植草护坡能承受4m/s以上流速的水流冲刷,在一定条件下可替代浆(干)砌片石护坡。目前,国内土工网植草护坡在公路、堤坝边坡防护工程中使用较多,铁路部门相对较少。
2.5OH液植草护坡
该项技术是国外近十多年新开发的一项边坡化学植草防护措施。它是通过专用机械,将新型化工产品HYCEL_OH液用水按一定比例稀释后和草籽一起喷洒于坡面,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,达到植草初期边坡防护目的,3~6个月后其弹性固体薄膜开始逐渐分解,此时草种已发芽、生长成熟,根深叶茂的植物已能独立起到边坡防护、绿化双重效果,具有施工简单、迅速,不需后期养护,边坡防护、绿化效果好等特点。尽管OH液植草护坡具有理想的边坡防护、绿化效果,但由于该技术所用的这种HYCEL_OH液还末能实现国产化,使得其工程造价较高综合造价达40元/m2左右,故目前还无法推广应用。只是在京九铁路等个别工点进行了尝试性试验。
2.6行栽香根草护坡
香根草是近十多年才被人们“重新发现”的一种禾本科植物,具有长势挺立,在3~4月内可长成茂密的活篱笆;根系发达、粗壮,一年内一般可深入地下2~3m;根系抗拉强度大,达75MPa,耐旱、耐涝、耐火、耐贫瘠、抗病虫、适应能力极强等特点。行栽香根草护坡就是在土质边坡上行栽香根草进行边坡防护的一种工程措施,该技术充分利用了香根草的优良特征,具有显著增强边坡稳定性和理想的固土护坡功能,大有取代传统片石护坡之趋势。目前国内应用较少,还有待于在公路、铁路、堤坝、城市建设等边坡防护工程中进一步试验推广。
2.7蜂巢式网格植草护坡
蜂巢式网格植草护坡,是一项类似于干砌片石护坡的边坡防护技术。是在修整好的边坡坡面上拼铺正六边形混凝土框砖形成蜂巢式网格后,在网格内铺填种植土,再在砖框内栽草或种草的一项边坡防护措施。该技术所用框砖可在预制场批量生产,其受力结构合理,拼铺在边坡上能有效地分散坡面雨水径流,减缓水流速度,防止坡面冲刷,保护草皮生长。这种护坡施工简单,外观齐整,造型美观大方,具有边坡防护、绿化双重效果,工程造价适中,略高于浆砌片石骨架护坡,该技术多用于填方边坡的防护。
2.8客土植生植物护坡
客土植生植物护坡,是在边坡坡面上挂网机械喷填(或人工铺设)一定厚度适宜植物生长的土壤或基质(客土)和种子的边坡植物防护措施。该技术的特点是可根据地质和气候条件进行基质和种子配方,从而具有广泛的适应性,多用于普通条件下无法绿化或绿化效果差的边坡。由于客土可以由机械拌和,挂网实施轻易,因此施工的机械化程度高,速度快,无论从效率和成本上都比浆砌片石和挂网喷砼防护要优越,而且植被防护效果良好,基本不需要养护即可维持植物的正常生长。该技术在公路边坡防护中已被大量应用,在日本等国家已经被作为边坡绿化的常规方法加以应用。
2.9喷混植生植物护坡
喷混植生植物护坡,是在稳定岩质边坡上施工短锚杆、铺挂镀锌铁丝网后,采用专用喷射机,将拌和均匀的种植基材喷射到坡面上,植物依靠“基材”生长发育,形成植物护坡的施工技术,具有防护边坡、恢复植被双重作用,可以取代传统的喷锚防护、片石护坡等圬工措施。该技术使用的种植基材由种植土、混合草灌种子、有机质、肥料、团粒剂、保水剂、稳定剂、PH缓解剂和水等组成,其种植基材的配方是成功的要害,良好的配方能够达到在陡于1∶0.75的岩质边坡上既具备一定的强度保护坡面和反抗雨水冲刷,又具有足够的空隙率和肥力以保证植物生长。该技术已广泛应用于铁路、公路、水利等各类岩石边
坡绿化防护工程。
3.边坡绿化工程中的难点问题
随着边坡植物防护技术的推广应用,各类边坡植物防护技术已发展成为公路、铁路绿色通道建设中的重要组成部分,但也存在一些难点问题。
3.1边坡植草的退化
在公路、铁路等工程建设中,其边坡绿化防护上投入的资金比例较低,在低投入、低养护或无养护情况下,边坡草坪处于自生自养状态,极易退化、死亡。因为人工种植草种生长较弱、品种单一,随着时间的增长,在养分水分供给较差的边坡上都会呈现不同程度的草坡退化现象,这是一个十分突出和严重的问题,若草被退化得不到解决,不仅造成重复建设、资金浪费,而且起不到边坡绿化防护效果,最终可能会引起水土流失、坡面坍塌等许多不良后果。
3.2喷播时的植物种子配比与最终植物状态
在较短的时间内把开挖的边坡恢复到自然状态,施工者将面临:①植物种子的配比如何确定;②如何考虑当地自生优势群落的结构特点进行种子配比;③如何确定喷播时的植物配比与最终形成的植物群落之间的动态关系。只有对这些问题作详尽的调查研究分析,才能正确指导施工,否则边坡的植物生长将无法实现人工强制绿化向原始植物群落的顺利演替。
3.3干旱对土体很薄的坡面植物构成威胁
开挖后的岩石边坡,岩石层厚、整体性好,坡体高陡,对边坡进行植物绿化后,随着时间的增长,秋冬季干旱、夏伏季炎热,土体养分逐渐流失,土壤肥力降低,如何解决边坡呈现的无土、缺水、缺肥的状态及边坡植被面临的干、热威胁,这将直接影响到边坡最终的绿化效果和生态效益。
4.边坡绿化工程可持续发展的着眼点
可持续发展,是指在人类与自然和谐的前提下,不断提高人类的生活质量和环境承载能力,满足当代人的需求又不损害对子孙后代的需求;满足一个区域或一个国家的需求面又不损害其他区域或国家的需求。根据可持续发展内涵的要求,边坡绿化工程中应着眼于与自然环境(生态系统)的协调性和环保生态功能,结合目前国内边坡绿化防护工程现状及问题,提出以下对策与建议。
4.1注重边坡生态防护的设计与资金投入
在公路、铁路设计与建设中,人们常将设计重点和大量资金放在它的工程功能及安全功能上,而生态功能的设计与投资力度不足,生态防护工程往往采取低价中标的方式,这种低投入、低质量的恶性循环,使边坡生态环境发展不够好,抗灾能力不强等。应建立和加大公路、铁路边坡建设、养护和生态环境保护的专项资金,在设计上要深入细化,根据不同气候条件、不同环境、不同区域结合具体情况单独设计,注重落实边坡的生态环境保护方案。
4.2边坡植草退化的防治技术
防治边坡草被退化的重要措施就是乔灌草相结合,尽量模拟出当地的植物群落结构,走向本地化。实际上国外已经开始流行以乔灌木为主的绿化方式。天然植被一般都是草木混生的,在较高的贫瘠土质或石质边坡上,采用草灌结合的客土喷播或喷混植生技术施工,可以将草种和灌木树种进行混播,早期以草坪防护为主,后期以灌木防护为主,构建乔灌草立体防护生态体系,达到恢复自然植被的目的。植物种子的选择及配置应走本地化的道路,以地带性植被、乡土植物为基调,适当引进适于本地生长条件的野生植物和外地植物。同时也应考虑浅根植物和深根植物的结合、豆科植物与非豆科植物的结合,还要尽可能配置抗逆性强的植物和水、肥、光、热利用率高的植物,这样才能使植物更能适应当地气候与自然植被融为一体,建设一个具有生物多样性的稳定的、生命力强的立体生态群落。
4.3积极引进开发边坡生态防护新技术
边坡绿化工程中的难点问题,是对边坡生态防护可持续发展和环境科学技术的挑战,边坡生态防护技术涉及到工程力学、生物学、土壤学、肥料学、园艺学、环境生态学等学科,必须不断在这些理论领域有所突破,
积极引进开发新材料、新工艺及配套施工机械设备,充分吸收新的科研成果、先进技术和工程施工经验,注重国际和行业间的技术交流与合作。总之,提高边坡生态防护技术的科技含量,是边坡绿化防护工程成败的重要环节。
目前在边坡绿化防护工程中,液压喷播、客土喷播、喷混植生是具有典型生态防护施工技术;在边坡绿化养护工程中,滴灌、渗灌、注水根灌、插管根灌、膜孔灌等是具有节约水资源、提高成活率、促进草灌木植物生长的浇灌技术;在土壤肥力方面,ABT生根粉、菌根菌、农菌及各种微生物肥料的应用,具有促进植物生根、生长和发育,提高植物的生理机能和抗逆性。在这些新技术的应用过程中,还有许多问题和工艺需要探讨、改进,使其成本更低、操作更为简单、效果更好。随着边坡生态防护各项科研技术的不断深入,其各项新技术新工艺的应用将日趋完善和成熟。
5.结论
①在边坡植物绿化防护施工措施中,根据目前的国情、机械化施工程度、适用性、经济性和质量效果比较,液压喷播、客土喷播、喷混植生是具有典型生态防护施工技术,符合边坡绿化工程可持续发展的理念,值得普遍推广应用。
②正确的决策必须建立在相关科学研究的基础上,在边坡生态防护方面,针对难点问题有必要开展系列研究,加大这方面的科研投入,积极引进先进的技术和设备,鼓励和扶持施工企业朝生态防护专门化队伍方向发展,为彻底解决边坡生态防护可持续发展问题提供坚定的基础。
关键词:公路;路堑边坡滑坡;处治措施
引 言:随着经济和交通的发展,近几年我国的公路行业发展迅速,由于我国地势起伏较大,地质条件复杂,在某些地区特别是山区修建公路时经常会遇到路堑高边坡。在公路工程中,一般认为土质挖方边坡高度超过20m、岩石挖方边超过30m的边坡称为路堑高边坡,在公路工程中经常能遇到路堑高边坡,由于工程的建设会在很大程度上打破原有的自然边坡的平衡状态,若控制和处理不当,有可能会造成高边坡的失稳而形成边坡地质灾害,损坏公路,带来重大损失和事故。因此进行路堑高边坡的分析和处理,对提高公路的安全性有重要的意义。
1 公路路堑高边坡的处理范围
边坡在发生失稳之前通常是稳定的,由于自然因素和人类活动等因素的影响,边坡中的土体强度逐渐降低,边坡内部的下滑力增大,而抗滑力逐渐减弱,使边坡
的稳定性遭到破坏。路堑高边坡的变形破坏的类型主要有坍塌、滑坡、崩塌、错落及倾倒。路堑高边坡稳定性评价宜综合采用工程地质类比法、图解分析法、极限平衡法和数值分析法进行。路堑高边坡的稳定性计算方法应考虑边坡的破坏形式,按下列方法确定:①规模较大的碎裂结构岩质边坡和土质边坡宜采用 Bishop计算。② 对可能产生直线型破坏的边坡宜采用平面滑动面解析法进行计算。③对可能产生折线形破坏的边坡宜采用不平衡推力法计算。
2 公路路堑高边坡的处理方法
当在公路工程中遇到路堑高边坡时候,要对高边坡进行适当的处理,才可以保证边坡的稳定和公路的安全,可以采取支挡结构、坡面防护和排水措施等进行处理,主要方法有以下几种。
2.1 分级开挖、放坡
为了保证边坡在施工工程中的稳定性,在某些地区的公路路堑开挖过程中,特别是在软质岩高边坡地段,经常采用分级开挖的方式,将坡形设置为台阶式,并对各级的坡度进行控制,适当的进行放坡处理。对于路堑高边坡的分级开挖,台阶的高度一般为8~12 m整岩体和顶级缓坡可以放缓至15m,平台宽度一般为1~3m,在路堑高边坡坡体的中部设置4~6 m中间平台以减小坡脚的应力,优化高边坡的应力状态。路堑高边坡的坡率一般根据边坡的地质岩性、风化程度等因素来选择,一般采用如下原则:微风化岩0.25~0.50,弱风化岩0.50~0.75,强风化岩0.75~1.00,坡残积层 1.00~1.25,松散软弱土层 1.25~1.50。
2.2 支挡措施
1)抗滑桩。抗滑桩是穿过滑坡体深入于滑床的桩柱,用以支挡滑体的滑动力,起稳定边坡的作用,是一种抗滑处理的主要措施。抗滑桩对路堑高边坡坡体的作用是利用抗滑桩插入滑动面以下的稳定地层对桩的抗力(锚固力)平衡滑动体的推力,增加其稳定性。由于路堑高边坡的边坡较高、较长,坡脚往往会产生应力集中,加上地质条件差,边坡极易产生坍塌滑坡的破坏,因此经常采用抗滑桩对路堑高边坡的坡脚进行加固,有利于整个边坡的稳定。
2)挡土墙。挡土墙是指支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的构造物。挡土墙能够抵抗侧向土压力,防止墙后的土体坍塌,增加稳定性。在路堑高边坡工程中,在地质条件较好的情况下,为了减少开挖工程量,加强坡脚的强度,经常采用M7.5号浆砌片石挡土墙。
3)边坡防护网。在路堑高边坡工程中,经常设置边坡防护网进行防护,边坡防护网分主动防护系统和被动防护系统。主动防护系统是以钢丝绳网为主的各类柔性网覆盖包裹在所需防护斜坡或岩石上,以限制坡面岩石土体的风化剥落或破坏以及岩石崩塌,或将落石控制于一定范围内运动。被动防护是由钢丝绳网、环形网、固定系统(锚杆、拉锚绳、基座和支撑绳)减压环和钢柱4个主要部分构成。钢柱和钢丝绳网连接组合构成一个整体,对所防护的区域形成面防护,从而阻止崩塌岩石土体的下坠,起到边坡防护的作用。路堑高边坡旁经常有岩崩、飞石,甚至有雪崩、泥石流等现象,设置被动防护系统,可以避开这些危险。
2.3坡面防护
路堑高边坡坡面在各种自然因素和人工改造的作用之下,很容易发生变形破坏。为了保证路堑高边坡的整体稳定性,要对路堑高边坡进行必要的坡面防护措施,对路堑高边坡的坡面防护有工程防护和植物防护。植物防护一般采用铺草、种草和植灌木形式,应根据当地气候、土质、含水量等因素,选用易于成活、便于养护和经济的植物种类。工程防护适用于不宜草木生长的陡坡面,一般采用抹面、捶面、喷浆、勾(灌)缝及坡面护墙等形式。有时会采取工程防护和植物防护相结合,如窗孔式护面墙和拱形骨架植物防护。
2.4排 水
边坡来水主要以降雨后地表水、地下水、裂隙渗水为主,水经常是边坡失稳的诱因,降雨、融雪形成的地表水下渗到土体的孔隙和岩石的裂隙中,一方面增加岩土的重度,加大滑坡体的质量,使下滑距离增加,另一方面使土石的抗剪强度降低;同时,降雨、融雪形成的渗透水补给到地下水中,使地下水位上升,其结果也将造成岩土体的抗剪强度降低。所以对路堑高边坡的设计、排水设计是非常重要的一部分。对于坡体地下水引排,以仰斜透水软管排水为主,结合盲沟及结构泄水孔处理,有时还用边坡渗沟、支撑盲沟及重点部位引排等措施;对地表水引排,一般在路堑高边坡的堑顶设截排水天沟,坡面设急流槽,以及平台侧沟、路堑边沟等组成综合地表排水系统。
3 合理的选择处理措施
处理措施很多,现以一工程实例进行介绍。1)工程概况。某高速公路 248km+780 m~49km+170m右侧路堑,挖方边坡最大高度 65 m,强风化基岩较破碎,属侵蚀构造的中山区陡坡地,山坡自然坡度 30°~55°。边坡的岩层主要为风化玄武岩,呈灰黄、灰绿色,隐晶结构,杏仁构造,岩石节理裂隙发育,岩体破碎,裂隙间充填黏土,路线切割基本为强分化层。边坡整体基本稳定,但岩体破碎,对局部边坡稳定性有一定影响。路堑所在山体水文地质条件简单,地下水为基岩裂隙水,受地形条件控制,地下水富水性弱,其补给来源为季节性大气降水,以蒸发和渗流方式排泄。2)处理措施。采取工程防护和绿化防护相结合的防护设计:① 采用台阶式边坡,分级开挖,分级支护,路面以上高 2m采用实体防护墙,坡率1:0.25,第一、第二级边坡坡率为1:0.75,第三级及以上坡率为1:1,每级高l0m,级间平台宽2m。②第一级边坡边部采用三维网喷播植草护坡,第二级采用预应力锚索地梁+浆砌片石护坡,中部采用锚杆混凝土框架植草护坡,第三级及以上采用三维网喷播植草护坡。③ 重点做好坡面的防护与排水,设置截水沟、急流槽排除地表水,采用遮挡、拦截方式防止雨水、地表水对边坡损害,为排除地下水,在坡面上设置直径100mm的硬塑排水管排水孔,严格控制爆破工程,不得松动设计坡面岩层并保证坡面平整,采用小孔、小药量爆破。
4 结束语
路堑高边坡是公路建设中的重要组成部分,在公路工程中,关于路堑高边坡的处理没有固定的模式可参考,只能根据现场条件,对公路路堑高边坡的特征和稳定性进行分析,并选择合理的处理措施。
参考文献: