公路边坡防护安全与生态美化

2018-02-27 10:04:54
随着人们环境保护和交通安全观念的转变,公路边坡护防设计与施工越来越引起人们的重视,要确保公路边坡稳定、安全、搞好环境保护,必须加强公路边坡护防的的综合研究。公路防护工程设计应紧紧抓住设计对象的地质、水文、气候等特点,灵活采用不同的防护型式,在保证公路边坡稳定、安全的情况下,加大植被的绿化面积,为建生态公路打下了良好的基础,使公路主体既安全又环保。下面就公路边坡常见的防护形式做一简单介绍:

    一、边坡破坏的主要型式与机理

    1、公路下边坡:路基下边坡一般为填土路堤。受力稳定的路堤边坡的破坏,主要表现为边坡坡面及坡脚的冲刷。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,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。

    边坡破坏还与路基填料的性质、路基边坡高度、路基压实度有关系。一般地,砂性土边坡较粘性土边坡易于遭受冲刷而破坏,较高的路基边坡较较低的路基边坡更容易遭受坡面流水冲刷,压实度较好的边坡,比压实度较低的边坡耐冲刷。

    2、公路上边坡

    上边坡是人工开挖的斜坡,其强度应满足稳定边坡的要求,这样的稳定边坡在降雨、融雪、冻胀,及其它形式的风化等作用下,边坡主要破坏形式为冲刷、崩坍等。

    冲刷破坏一般发生于较缓的土质边坡,如砂性土边坡、亚粘土边坡、黄土边坡等,在大气降水的作用下,沿坡面径流方向形成许多小冲沟,如不采取任何防护措施,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,也冲刷坡脚。总之,土质边坡的坡脚部位,是边坡的最薄弱环节。

    边坡的崩坍,一般分为三类:落石型、滑坡型、流动形,有时在一次崩坍中会同时具有这三种形式。

    落石型一般指较陡的岩石边坡,易产生落石的岩层必然是节理、层理、或断层影响下裂隙发育,被大小不一的裂面分割成软弱的断块,这些裂面宽而平滑,有方向性。落石和岩石滑动易沿陡的裂面发生。裂隙张开的程度用肉眼不一定就能识别,但能渗水,由于反复冻融,长时间的微小移动,裂缝逐渐扩大,由于降雨,裂缝中充满水,产生侧向静水压力作用,造成崩坍。一般裂隙发育岩体,更易发生落石现象,此外硬岩下卧软弱层时,也会发生这种现象。此类破坏型式必须严格控制,崩坍滚落的岩石极易对行车构成威胁。

    滑坡型崩坍,指岩层在外力作用下剪断,沿层间软岩发生顺层滑动,多发生于倾向于路基、层间有软弱夹层的岩体中。另外,当基岩上伏岩屑层、岩堆等松散的堆积物时,堆积物也易沿岩层的层理面、节理面或断层面发生崩坍。

    大雨时的崩坍多属于流动型,砂、岩屑、页岩风化土等松散沉积土,多会受水的影响而产生流动型崩坍,流动型崩坍没有明显的剪切滑动面。

    很显然,边坡高度大时,以上边坡破坏的类型都较低边坡容易发生。

    由上面的分析可知在边坡的防护设计中,既要做好坡面防护设计、排水防水设计、控制好水的问题,又要根据地质条件、岩体性质、岩层产状、边坡高度做好边坡坡面设计。

    二、要防护措施

    目前河北省内公路主要有以下几种防护措施:

    1、植物防护

    采用植物防护,就是利用植被对边坡的覆盖作用、植物根系对边坡的加固作用,保护路基边坡免受大气降水与地表径流的冲刷。

    采用植物防护,增加植被面积,减少地表径流,可从根本上减少路基的水土流失。植物覆盖对于地表径流和水土冲刷有极大的减缓作用。枝叶繁茂的树冠能够截留一部分降水量,庞大的根系能直接吸收和涵蓄一部分水分,还可稳定地表土层。而没有植被覆盖的地方,降水量全部落在地表面,形成径流,造成水土侵蚀和冲刷。植被的根系能与土层密切地结合,根系与根系的盘根错节,使地表层土壤形成不同深度的、牢固的稳定层,从而有效地稳定土层,固定沟坡,阻挡冲刷和塌陷,有机械的防护作用。

    在我国温暖多雨的南方地区,植物防护已较多地用于土质上下边坡的防护中,既保护了边坡,又美化了环境。在北方地区,植物防护措施还仅限于下边坡的防护,上边坡经常干旱缺水,不易养护,况且坡度较陡不利于植物生长。在西北黄土地区,黄土路堑边坡往往陡于1:0.75,边坡较高时才放缓到1:1。在河北,土质边坡坡度一般采用1:1,靠边坡自然降水维持植物生长往往比较困难,因坡面较陡,水分难以保持,植被成活率较低。

    近年来有不少绿化专家试图在北方较陡的上边坡搞公路的绿化防护,采用三维土工网等措施,但没有在公路上大面积推广。因此,上边坡植物防护问题仍需进一步研究,给北方地区光秃秃的上边坡披上绿装。

    植物防护包括在边坡上种草、植草皮、植树等。在河北,由于一般地区供挖取使用的草皮缺乏,所以,种草、植树更便利一些。种草一般选取多年生、耐寒、耐旱、根系发达的草种,植树优选容易成活的树种(包括灌木)。

    黑麦、小冠花均是耐寒、耐旱植物。黑麦、小冠花联合种植技术在北方较寒冷、干旱的一些地区获得了成功,较适用于北方地区的气候条件。黑麦生长快,当年就能长成,但其扎根较浅,适宜短期防护;小冠花生长慢,一年以后才能长成,但扎根较深,尤其耐旱,并且其蔓延繁殖能力强,适合于路基边坡的长期防护,二者结合起来就能达到短期防护与长期防护相结合的目的。

    在植树方面,河北省多年来在多条公路边坡上栽种紫穗槐,已经取得了许多宝贵的经验,比如京石高速公路、大秦铁路唐山段、石黄高速公路等,都采用了这种防护措施,并取得了成功,既防护了边坡,又美化绿化了公路。

    2、框格防护

    框格防护是用混凝土、浆砌块(片)石等材料,在边坡上形成骨架,能有效地防止路基边坡在坡面水冲刷下形成冲沟,同时,提高了边坡表面地表粗度系数,减缓了水流速度。一般冲刷仅限于框格内局部范围,采用框格防护与种草防护结合起来的方法,提高了防护效果,同时美化了环境。

    框格防护多用于路基下边坡,是一种辅助性的防护措施,除具有对路基边坡的一定防护作用外,还有对路容的美化效果,尤其在互通立交范围内边坡应用最多,近年来人们越来越重视公路对环境的影响,重视路容美化,因此往往采用这种防护形式。

    框格形状可根据人们的想象,人们对美的追求,做出各式各样的造型,如斜45度大框格,六角形混凝土预制块防护,浆砌片石拱形防护,浆砌片石或预制块做成的麦穗型等。

   

    沪宁高速公路部分路段和目前既将竣工通车的贵阳至黄果树高速公路下边坡均采用了浆砌片石拱形防护,北京八达岭高速公路下边坡部分路段采用大45度框格内镶六角形混凝土预制块的小框格,河北省石黄高速公路部分路段的麦穗型,都给人以美的享受。

    框格防护措施同时可用于土质上边坡防护,既增加美的效果,并可防止边坡出现冲刷,但由于框格需在上边坡中嵌槽镶进,施工难度大,仅在重要景点使用,一般较少采用。

    3、护坡

    在稳定的边坡上铺砌(浆砌或干砌)片石、块石或混凝土预制块等材料以防止地表径流或坡面水流对边坡的冲刷称之为护坡。铺砌方式一般采用浆砌,冲刷轻微时,可采用干砌。

    位于河滩或滞洪区内的路基,往往处于洪水的直接威胁之下,因此必须采用护坡防护措施,防护高度应至少在路基设计洪水位加浪高、壅水高及0.5米安全值以上。另外当路基沿溪,路基边坡侵占河道时,也要采取护坡防护措施。

    在软土地基上的路堤护坡,无水流冲刷影响时,可采用干砌片石护坡,以适应地基沉降引起的路堤边坡变形。

    4、封面

    封面包括抹面、捶面、喷浆、喷射混凝土等防护形式。

    1)、抹面防护、捶面防护由于其使用年限较短,各等级公路上使用较少,尤其在高速公路的边坡上尚未采用过这样防护措施,笔者认为,当路基较低时采用抹面防护合理掺加草籽,既能起到建设初期的防护作用,又能起到运营期的防护与绿化作用,在今后的建设中可做尝试。

    2)、喷浆防护与喷射混凝土防护

    喷浆防护和喷射混凝土防护适用于边坡易风化、裂隙和节理发育、坡面不平整的岩石边坡,其主要作用是封闭边坡岩石裂隙,阻止大气降水及坡面流水侵入,从而阻止裂隙中侧向水压和冰裂,防止边坡岩石继续风化,保护边坡不发生落石崩坍。

    在公路上广泛采用的封面防护措施是喷射混凝土,该防护要求在混凝土内设置菱形金属网或高强度聚合物土工格栅,并通过锚杆或锚固墩固定于边坡上,这主要是为防止混凝土硬化收缩产生裂缝或剥落。在河北石太高速公路及山西太旧高速公路上处理裂隙发育岩石边坡,效果很好,尤其是河北用于处理蚀变安山岩边坡,非常成功,处理后,落石崩坍不再发生。但在某段坡体采用喷射混凝土防护,亦产生了剥落现象。该岩体为全风化石灰岩,新喷射混凝土与之结合不好,接触不均匀,局部强度很低,加之喷射混凝土未加设金属网或土工格栅,整体性不好,从而在内部与外界双重因素作用下,产生局部剥落。

    由此,在施工喷射混凝土防护前,坡面不应有风化碎渣、风化土层;全风化岩石不宜采用喷射混凝土防护措施;为防止喷射混凝土硬化收缩产生裂缝或剥落,加设防裂金属网或高强聚合物土工格栅是必要的。当岩体具有沿倾向路面的岩层顺层滑动的潜在危险时还应采取加抗剪锚杆的锚固措施。

    5、护面墙

    为了覆盖各种软质岩层和较破碎岩石的挖方边坡以及坡面易受侵蚀的土质边坡,免受大气影响而修建的墙,称为护面墙。

    护面墙多用于易风化的云母片岩、绿泥片岩、泥质灰岩、千枚岩及其它风化严重的软质岩层和较破碎的岩石地段,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坍,是上边坡最常见的一种防护型式。

    护面墙除自重外,不担负其它荷载,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。

    护面墙有实体护面墙、孔窗式护面墙、拱式护面墙等。实体护面墙用于一般土质及破碎岩石边坡;孔窗式护面墙用于坡度缓于1:0.75的边坡,孔窗内可捶面(坡面干燥时)或干砌片石;拱式护面墙用于边坡下部岩层较完整而需要防护上部边坡者。用护面墙防护的挖方边坡不宜陡于1:0.5。

    为增强护面墙的稳定性,在护面墙较高时应分级砌筑,视断面上基岩的好坏,每6~10米高作为一级,并在墙顶设≥1米的平台;墙背每4~6米高设一耳墙,耳墙宽0.5~1米。

    护面墙顶部应用原土夯实或铺砌,以免边坡水流冲刷,渗入墙后引起破坏。修筑护面墙前,对所防护的边坡应清除松动岩石、松散土层。对风化迅速的岩层如云母岩、绿泥片岩等边坡,清挖出新鲜岩面后,应立即修筑护面墙。

    在我国山区高等级公路的防护设施中,护面墙是上边坡采用较多的防护形式,而且多是实体护面墙,一般根据边坡的高度、岩石的风化程度及岩土的工程地质特性采取半防护或全防护措施。在半防护措施中,有时采用坡脚护面墙,由于路堑的开挖,改变了空气的流向,在路堑内形成旋转气流,雨雪天气,该气流携带着雨雪对坡脚的冲刷破坏能力最大,同时汽车高速行驶溅起的雨雪水也直接冲刷坡脚;自然降水自坡顶沿坡面向下流,流至坡脚时,速度最大,冲刷最严重,因此在坡脚处设置矮墙是最起码的防护措施。从另一方面讲,在坡脚设置护面墙还起到诱导行车视线的作用。对于土质边坡,技术、经济条件允许时,还可以搞绿化,种植一些藤本植物,美化环境。

    总之,搞好公路建设,确保公路边坡稳定、安全、搞好环境保护,要深入了解公路边坡破坏的型式与机理,针对不同工程对象的土质、水文、气候等特点,灵活采用不同的防护型式,加强设计,加强施工建设管理,建安全之路、建生态之路、优美之路。