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1、环 境 岩 土 工 程 第三讲人工边坡防护与绿化,一、山区高等级公路路堑边坡综合治理二、植被护坡工程技术,一、山区高等级公路路堑边坡综合治理,（一）前言 （二）路堑边坡主要变形破坏形式 （三）路堑边坡综合治理措施,随着我国基础设施建设的飞速发展，高速公路不断向边远山区辐射。在山区、重丘陵区修建高等级公路，不可避免遇到深挖高填路基，为此，路堑边坡工程成为高速公路设计研究的重要内容之一。,路堑边坡失稳的危害：,造成交通中断 经济损失 不良社会影响 增加后期维护处理费用,（一） 前言,山区高等级公路路堑边坡特点： 地域的分散性 地质条件的复杂性 边坡工程规模不一性 边坡破坏类型多样性 环境影响因素的
2、随机性 路堑边坡治理存在的问题： 勘察工作的深度和广度不够 对边坡治理设计缺乏系统研究 施工技术落后 管理重视不够,（二）路堑边坡主要变形破坏形式,路堑边坡的破坏形式,整体失稳破坏,局部失稳破坏,平面滑动 弧形滑动 大规模崩塌、倾倒,坠落 塌滑 局部倾倒 块体滑动 岩屑或土体流动,平面滑动主要发生在顺向岩质边坡和流塑、软塑状土构成的缓倾角土质边坡、以及古滑坡中。坡脚开挖后，边坡岩土体沿某一软弱面滑动。,（二）路堑边坡主要变形破坏形式,弧形滑动主要发生在粘土边坡中，边坡中部和后缘可见多道拉裂缝和错动面，前缘剪出口土体上翘，开始滑动速度较慢，但坡面拉裂后，随着雨水的渗入，加剧了边坡的变形破坏，最终
3、导致边坡整体失稳。,（二）路堑边坡主要变形破坏形式,倾倒变形一般发生在反倾向岩质边坡（岩层倾角5080）和岩层近乎直立的顺向坡中，路基开挖后，岩层发生明显的弯曲和拉裂变形，坡面出现多到反坎，其岩层为强风化和弱风化的薄层砂岩、泥岩、页岩。,（二）路堑边坡主要变形破坏形式,塌滑破坏主要出现残坡积土、崩坡堆积物、风化碎石土构成的边坡和碎裂结构的岩质边坡中，一般在亚粘土、全强风化的砂岩、页岩构成的高陡边坡上浅表部岩土体受卸荷和雨水作用会迅速解体破坏。,（二）路堑边坡主要变形破坏形式,散落主要发生在极为破碎的岩质边坡中，风化破碎的岩石受雨水冲刷时岩石碎块顺坡落下。如红砂岩边坡中散落普遍存在，节理切割岩体
4、中也常见坠落和块体滑动。,（二）路堑边坡主要变形破坏形式,土体流动主要发生在风化土边坡中，特别是灰岩与上覆土体构成的边坡中。由于雨水入渗或基岩裂隙水渗出，土体饱和后极易产生流动，在路面上形成泥滩。,（二）路堑边坡主要变形破坏形式,（三） 路堑边坡综合治理措施,一般原则 路堑边坡治理的作用改善边坡的力学平衡状态，提高边坡的稳定性，保护环境。 边坡治理目的可分两类，即预防性处理和补救性处理，前者适合于潜在不稳定边坡；后者适用于正在变形破坏的边坡和已破坏边坡。 路堑边坡综合治理设计的基本原则是：“因地制宜、综合设计、就地取材、防治结合、确保施工”。 路堑边坡治理措施选择应以保障安全、节省投资、施工方
5、便为前提，同时考虑实施后应达到协调周围环境、保持生态平衡的效果。,措施分类 路堑边坡治理措施按作用和目的可分为开挖卸载、支挡加固、排水和坡面防护。 开挖卸载是选择一个稳态坡形； 支挡加固的主要手段为：挡土墙、护面墙、抗滑桩、树根桩、砂浆锚杆、预应力锚索等。 排水措施为：边沟、坡顶截水沟、坡面排水沟、地下盲沟、坡内排水孔。 坡面防护手段为：圬工防护、混凝土网格、挂钢筋网喷射混凝土、植草、植树等。,（三） 路堑边坡综合治理措施,开挖卸载 由于边坡的稳定性受坡形的控制，设计合理的边坡坡形对于保证边坡稳定方面尤为重要。 就高速公路运行安全而言，路堑边坡坡形设计只要达到良好的通视条件和环境协调即行。 为
6、了安全需要，开挖边坡一定要满足稳定要求，有时要进一步放缓边坡或降低坡高。 对于潜在不稳定边坡和已变形破坏边坡治理，开挖卸载是主要考虑方案之一，边坡卸载具有经济实用的特点。,（三） 路堑边坡综合治理措施,开挖卸载 开挖卸载的目的是放缓边坡、减小边坡潜在滑体的有效高度，从而提高边坡的稳定性。 边坡开挖的负面影响是破坏自然植被，加快雨水入渗速度和加大入渗量。就高速公路运行安全而言，路堑边坡坡形设计只要达到良好的通视条件和环境协调即行。 合理采用开挖卸载方案是边坡设计中应该研究的内容之一。,（三） 路堑边坡综合治理措施,实例,开挖线1,开挖线2,减少植被 破坏范围,原地形线,开挖卸载方案分析： 开挖方
7、案是否从根本上提高边坡的稳定度； 卸载开挖是否造成更大的植被破坏和水土流失问题； 卸载开挖与加固防护处理方案的经济比较、工期比较、环保比较。,（三） 路堑边坡综合治理措施,边坡支挡加固措施应根据边坡的规模、地质条件和变形破坏类型确定。 对于低矮的不稳定边坡一般采用挡土墙、砌石护面墙和砌石拱形骨架进行支挡防护； 对于规模较大的边坡，必须通过稳定验算来确定边坡的加固方案和加固度，同时经过技术经济比较选定加固措施。 有些边坡采用单一方法加固，有些边坡根据需要可同时采用了几种措施综合加固。,（三） 路堑边坡综合治理措施,支挡加固,支挡结构分析比较 传统边坡加固设计中，处理措施主要沿点线布置，如抗滑挡墙
8、和抗滑桩，一般说是有效的，但是使用几年之后，常出现加固结构产生位移甚至被推倒的事例，并且产生的危害比较大。其原因是这种被动支挡结构侧向压力会由于岩土体蠕变和水文地质条件的改变而增加，发展到一定程度，往往由于某种激发因素使结构破坏。 现代边坡加固设计更强调处理措施沿面布置，并从改善岩土体力学性质出发，如灌浆、加筋土、锚杆支护等，其加固作用是提高了岩土体的整体性和强度，从而达到稳定边坡的目的。在较大规模边坡治理措施的选择时应优先考虑中整体性加固措施。,（三） 路堑边坡综合治理措施,锚固技术应用,锚杆、锚索,树根桩,锚杆挡墙,实例,边坡排水措施包括： 边沟、坡顶截水沟、坡面排水沟、地下盲沟、坡内排水
9、孔。 施工临时排水问题：国内有些项目施工过程中的临时排水设施设置很少，临时排水设置没有系统地进行设计，使得很多地表水直冲路基边坡。坡面没做临时的防护，挖方时不按规范的操作程序进行，出现边挖塌，诱发了很多工程滑坡、边坡坍塌、侵蚀等问题。,（三） 路堑边坡综合治理措施,排水措施,植物护坡的一般作用： 保持生态平衡、美化环境，使工程建设更人性化、景观化、自然感。 实施植物护坡，可以防止坡面水土流失、提高边坡稳定性外，起到吸收噪音的作用。 对于规模较小的路堑开挖边坡，植物护坡可以是主要手段； 而对于深切路堑边坡，植物护坡可配合其它支挡措施进行表面防护。,（三） 路堑边坡综合治理措施,植物护坡,有关植物
10、护坡的具体内容，将在下一部分进行详述。,二、植被护坡工程技术,（一）绪论 （二）植被护坡基本理论 （三）植物护坡的基本原则及设计要求 （四）一般边坡的植物护坡方法 （五）高陡边坡的植物护坡方法 （六）植物护坡实例,武汉市青郑高速,清江隔河岩,混凝土坡面，坡比1:0.75，坡高35m，坡面面积3800。,沪蓉西高速公路,东莞塘厦龙林高速入口,（一） 绪论,植被护坡是利用植被涵水固土的原理稳定岩土边坡，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工程技术。,其主要意义在于解决边坡工程建设与生态环境破坏的矛盾。,必要性,生态环境保护的需要； 护坡工
11、程的需要； 经济规律的需要。,1.植物护坡的意义及必要性,深根的锚固作用； 浅根的加筋作用； 降低坡体孔隙水压力； 降雨截留、削弱溅蚀； 控制土粒流失。,2. 植被护坡的功能,护坡功能,改善环境功能,恢复被破坏的生态环境； 降低噪声、光污染，保证行车安全； 促进有机污染物的降解、净化大气、调节小气候。,景观功能,（一） 绪论,3. 植被护坡与工程护坡功能对比,（一） 绪论,3. 植被护坡与工程护坡功能对比,工程措施护坡： 对减轻坡面修建初期的不稳定性和侵蚀方面效果很好； 过分追求强度功效，破坏了多样性自然生态的和谐； 而且随着时间的推移，混凝土面、桨砌片石面都会风化、老化，甚至造成破坏，后期整
12、治费用高; 边坡坡面采用工程防护措施后，由于缺乏植物生长的环境，被破坏了的植被很难迅速恢复。,（一） 绪论,植被护坡： 初期作用弱，后期作用越来越大； 恢复生态环境，保持生态平衡； 根系延伸使土体产生裂隙，增加渗透力； 无法控制更深层滑动； 对高陡边坡，生长基质难于附于坡面。,植被护坡技术与工程措施结合，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谐共处。,二、植被护坡工程技术,（一）绪论 （二）植被护坡基本理论 （三）植物护坡的基本原则及设计要求 （四）一般边坡的植物护坡方法 （五）高陡边坡的植物护坡方
13、法 （六）植物护坡实例,（二） 植物护坡基本理论,1. 植被护坡机理,根系的力学效应,木本类根系,草本类根系加筋,垂直（锚固）,水平（支撑）,茎叶的水文效应,降雨截留,抑制地面径流,削弱溅蚀,（1）草本类根系与边坡岩土体的相互作用,草本根系的分布特征,0-30cm土层急剧减少，在30-70cm土层逐渐减少及在70-150cm土层保持最低水平。 总根数的90集中分布在0-30cm的土层内， 30-70cm土层内根数约占总根数的8，70cm以下土层仅占总根数的2 左右。,1. 植被护坡机理,（1）草本类根系与边坡岩土体的相互作用,草本根系土体相互作用力学模型,抗剪强度,（2） 木本类根系与边坡岩土
14、体的相互作用,木本根系的分布特征,主直根系,散生根系,水平根系,根系形态取决于植物本性、外界条件及人为作用。,1. 植被护坡机理,（2） 木本类根系与边坡岩土体的相互作用,垂直木本类根系与边坡岩土体的相互作用（50cm）,垂直根系木本植物的主根扎入土体的深层，通过主根和侧根与周边土体的摩擦作用把根系与周边土体联系起来，结合垂直根系分布特点，可以把根系简化为以主根为轴向、侧根为分支的全长粘接型锚杆来分析其对周边 土体的力学作用，其锚固力的大小可通过计算各侧根与周边土体的摩擦力以及主根与周边土体的摩擦力的累加而获得。,（2） 木本类根系与边坡岩土体的相互作用,水平木本类根系与边坡岩土体的相互作用（
15、50cm）,下 滑土体把剩余推力作用于主根及树干，主根及树干再把所受的力传递给各水平侧根，通过侧根与土体的摩擦阻力来平衡下滑土体的剩余推力。,（3） 植被的水文效应,降雨截留,一部分降雨在到达坡面之前就被植被茎叶截留并暂时贮存在其中，以 后再重新蒸发到大气中或落到坡面。植被通过截留作用降低了到达坡面的有效雨量，从而减弱了雨水对坡面土体的侵蚀。,削弱溅蚀,植被能够拦截高速落下的雨滴，通过地上茎叶的缓冲作用，消耗掉雨滴大量的动能，并且能使大雨滴分散为小雨滴，从而把雨滴的动能大大降低。,1. 植被护坡机理,（3） 植被的水文效应,抑制地表径流,地表径流集中是坡面土体冲蚀的主要动力，土体冲蚀的强弱取决
16、于径流流速的大小、径流所具有的能量。草本植物能够有效地分散、减弱径流，而且还阻截径流改变径流形态。,1. 植被护坡机理,（二） 植物护坡基本理论,2. 植被护坡土壤学理论,土壤是植物生长繁育的基础，不同土壤的物理、化学特性以及它的水 、肥、气、热状况对植物的生育有着重要的影响。,土壤的物理特性,物质组成 土壤质地 土壤结构,土壤的水、气、热状况,土壤水分 土壤通气性 土壤温度,土壤的化学特性,土壤酸碱度 土壤养分,（二） 植物护坡基本理论,3. 植被护坡生态学理论,植被护坡功能的实现以坡面植物的健康生长为前提。要保障坡面植物的健康生长，必须在坡面建立稳定的植物群落，以抵御自然界各种各样的灾害。植物群落是在一定生境条件下由某些植物构成的一个总 体，在一个植物群落内，植物与植物之间、植物与环境之间都具有一定的相互关系并形成一个特有的内部环境或植物环境。,演替理论,限制因子原理,与空间有关的生态原理,生物多样性原理,自生原理,二、植被护坡工程技术,（一）绪论 （二）植被护坡基本理论 （三）植物护坡的基本原则及设计要求 （四）一般边坡的植物护坡方法 （五）
