骨架植物防护在路基边坡中的应用研究_secret

骨架植物防护在路基边坡中的应用研究
1 引言
随着我国公路建设特别是高速公路建设的迅速发展，尊重自然、保护环境显得尤为迫切、尤为重要。

因此在公路坡面防护，特别是在高速公路等项目中突出“植物+工程” 一体化防护设计的模式，把路基边坡工程防护与生态防护结合起来，达到与环境因素高度协调。

骨架植物防护以其较好的防护绿化美化效果、适用范围广及施工方便等优点，目前在高速公路的路基边坡防护中应用很广。

本文结合xx至xx线xx至xx段高速公路采用的边坡坡面防护形式，对目前常用的几种骨架植物防护形式的适用条件、设计方法及作用机理进行了探讨，分析了边坡植物防护的意义及草种选择的原则。

2 地形、地质概况
xx至xx线xx至xx段高速公路位于鲁西南地区，处于鲁中南山地丘陵区西端，为侵蚀、剥蚀构造低山丘陵，路线线位处海拔50—290 m，相对高差240 m，地面起伏较大，山体走向一般为北西一南东向或东西向，山体较为陡峻，基岩出露，风化剥蚀强烈，有丰富的基岩裂隙岩溶水，发育有岩溶。

山脉之间被断陷盆地切割，村庄密集，道路网四通八达，土质主要为粘土、亚粘土、亚砂土等，基岩以石灰岩为主，间杂有砂岩及泥岩层。

3 几种骨架植物防护的技术措施
为防治路基病害和确保路基的稳定，根据本区域的气候、水文、地形、地质条件等方面，并根据路基的填土高度、边坡的坡率等因素，着重注意了环境保护和美化绿化进行方案设计。

目前高速公路中常用的几种骨架植物防护形式有多边形混凝土预制空心块植物防护、浆砌片
石或水泥混凝土骨架植物防护以及锚杆混凝土框架植物防护等。

3．1 浆砌片石(混凝土)骨架植物防护
(1)浆砌片石(混凝土)骨架植物防护适用于缓于1：0．75的土质和强风化的岩石边坡，防止边坡受雨水侵蚀，避免土质坡面上产生沟槽，加强对风化层土体的支撑稳固作用，其形式主要有拱形骨架、菱形(方格)骨架、人字形骨架等。

实际上是将长大坡面分割成有若干骨架支撑的小块土坡，进行分而治之的有效措施。

(2)它具有规则的几何形状，造型美观，当骨架中间的草长起来后，绿白相间，具有较好的视觉效果。

骨架的作用在于支撑和分割坡面，消除坡面较大范围内的相互渐变、牵引的影响，骨架的宽度及其间距，可视工程实际情况进行调整，常用的骨架宽度为0．5 m，间距为2．0—3．0 m。

骨架嵌入坡体的深度应嵌固在表层松土或强风化层以下较坚实的土层上，一般不应小于0．5 m；埋置较浅的骨架，往往从坡面的中部产生隆起变形，逐渐向上下扩展，导致整个骨架的破坏。

(3)在本段高速公路中，对路基纵坡1％，路基填土高度H>6．0 m，或者路基纵坡i<1％，路基填土高度H>4．0 m的路堤边坡采用了拱形骨架植草护坡，见图1。

当路基的填土高度日>9．0 m时可设置第三排拱。

拱形骨架的立柱及护脚采用5 cm X33 cm X50 cm长方体混凝土预制块，拱圈部分采用圆心角30。

，半径为125 cm长65 cm弧形混凝土预制块。

另外，沿路基纵向每12—15m预留2 cm宽的伸缩缝，缝内填塞沥青麻筋；在基底土质有变化处设置沉降缝，设计要求同伸缩缝。

(4)由于拱形骨架护坡不是全封闭，拱圈内坡面土体水分可以调节，可以避免产生较大的膨胀应力。

但由于边坡土体表面仍处于可蠕动的状态，在降雨等条件下，埋置过浅的骨架将随土体一起松动，位移量过大时，将导致整个结构的破坏。

特别是构筑在较陡坡面上的拱形骨架，受自身重力和雨水冲刷的作用，朝坡下一侧的土体将会向下滑移而将骨架露出，致使支撑的骨架，应力状况发生变化，易发生破坏。

因此，当坡面受雨水冲刷严重或潮湿时，坡度应缓于1：1。

(5)根据工程实践和大量调查，拱形骨架护坡对坡面风化土体的支撑稳固作用较菱形(方格)骨架护坡更好。

在一些地方甚至可以看到，有的拱形骨架下面表土局部塌空，但拱对上部坡面的支撑仍然良好。

但是拱形骨架施工要比菱形(方格)入困难，一旦风化界面效应加剧，常常造成边坡浅层滑坡，以至骨架遭到破坏，这种情况应当考虑设置支挡建筑物。

3．2 多边形混凝土预制空心块植物防护
(1)多边形混凝土预制空心块植物防护适用于缓于l：0．75的土质边坡和全风化、强风化的岩石路堑边坡。

其形式多样，目前较多的采用六边形空心块。

六边形混凝土预制空心块植物防护实际上同拱形骨架植草防护一样，也是将边坡坡面分割成由若干骨架支撑的小块边坡；但由于其较后者分割的面积要小，而且每个六边形的六个边同周围的六个六边形相互嵌挤(见图3)，因此，其稳定性和抗雨水侵蚀能力要比拱形骨架强得多。

(2)本项目中，对路基填土高度小于3．0 m及松软石质挖方边坡采用了六边形空心块植草护坡，其示意图见图2、图3。

多边形空心预制块的混凝土强度不应低于C20级，厚度不应小于150mm，空心预制块内应填充种植土，喷播植草。

埋置在大气气温变化影响
范围内的骨架都将会随着气温的变化而热胀冷缩，从而使骨架体存在着变形破坏的可能，因此，每隔l0—15 in设置一道贯通坡脚封闭、坡面及坡顶封闭的伸缩缝。

(3)多边形混凝土骨架防护具有施工容易、造型美观、防护效果好等优点，在边坡高度不大的路堑坡面防护中较多地采用。

3．3 锚杆混凝土框架植草防护
(1)锚杆混凝土框架植草防护是近年来在总结锚杆挂网喷浆(混凝土)防护的经验教训后发展起来的，它既保留了锚杆对风化破碎岩石边坡主动加固作用，防止岩石边坡经开挖卸荷和爆破松动而产生的局部楔形破坏，又吸收了浆砌片石(混凝土)骨架植草防护的造型美观、便于绿化的优点。

适用于土质边坡和坡体中无不良结构面、风化破碎的岩石路堑边坡。

(2)锚杆混凝土框架植草防护的形式有多种组合：锚杆混凝土框架+喷播植草、锚杆混凝土框架+挂三维土工网+喷播植草、锚杆混凝土框架+土工格室网+喷播植草、锚杆混凝土框架+混凝土空心块+喷播植草等。

(3)在本项目中，对边坡高度大于3．0 m小于20．0 in的较深路堑边坡采用了锚杆混凝土框架+土工格室网+喷播植草的防护方案；边坡高度小于l0．0 in路段设一级边坡，大于l0．0 m的路段设二级边坡；二级边坡平台设1．0 m宽的三角形截水沟。

其断面图见图4。

(4)锚杆采用非预应力的全长粘结性锚杆，锚杆保护层厚度不应小于20 mm，锚杆间距、
长度应根据边坡地质情况确定，在本工程中，锚杆孔内粘结长度为4 in，孔外30 cm，锚固角度为l0°～35°，锚杆与坡面交角为坡角+a ，锚杆构造示意图见图5。

(5)骨架采用C20喷射钢筋混凝土，并设+221I级螺纹钢筋锚固于坡面；骨架框格内坡面采用植物生长基质+喷草籽防护，土工格网网距l5cm×20 cm，由锚杆与锚固筋固定于坡面，锚固筋每平方米设置一根；土工格网纵横向2％应变下的抗拉力不得小于20 kN／m；边缘坡面采用网喷并由锚固筋固定。

(6)采用该工程措施的优点，在于施工中可采用分层开挖、分层加固的施工方法，确保各级边坡在施工中的安全、稳定。

由于每开挖一级边坡，对该级边坡进行加固后再继续开挖下级边坡．可避免边坡暴露时间过长，引起边坡土体应力松弛而导致强度降低，保证了每级边坡的稳定。

(7)土工格室网为多孔结构，其开孔率为70％，这表明有30％的坡面被土工格室网覆盖，可使坡面免受雨水直接冲击；土工格室网的厚度一般为3—5 mm，可构成许多微型格室，防止土壤在地表的移动和坡面土壤的浅层滑动，阻止形成地表径流；坡面植被弱小时，土工格室网有助于幼草生长和坡面防止雨水冲刷，起分散消能作用，当植被生长茂盛后，土工格室网则与植物连接在一起，起到复合护坡的作用；土工格室网的格网结构可对坡面表土温度进行微观调节，促进植被生长。

4 边坡绿化的植物选择
4．1 植物防护的功能及意义
植被对路基边坡防护作用主要是通过以下几个方面的作用来实现：缓和雨滴的冲击；截留雨水，减少坡面雨水径流量；降低水流的速度；根系、匍匐茎等束缚土壤颗粒等。

边坡绿化，不但要考虑施工当年绿化效果，还要考虑绿化的持久年限。

植被美化环境、改善景观等方面的作用主要表现如下。

(1)美化环境，减轻疲劳。

适生性强的植物可以在公路周围长期生存下来，形成整齐的绿带、漂亮的景观，提供给司乘人员美丽的景致，从而减轻司机的驾车疲乏、降低乘客的乘车疲劳。

另外，井然有序的植被还可以诱导司机的视线，预防交通事故。

(2)净化空气、保护环境。

绿色植物通过光合作用将二氧化碳和水转化为碳水化合物，放出氧气，并可在低浓度范围内吸收汽车尾气中的各种污染性气体、烟尘、微粒。

而精心选择的植物可以较好地抵抗公路周围污染，吸收有害物质，从而净化公路周围的环境。

(3)调节气候、保护道路。

道路附近的植被可以改善路面的温度环境：夏天，植物通过对太阳辐射的吸收，可有效降低路面温度；冬季，两旁植物形成一条带，使得已被吸收的太阳能较难散发出去，相对地提高了路面温度。

据有关试验：夏天公路边坡的草地比边坡裸露坡地气温低3．0～5．0 °C，降低土温2．0～4．0 °C，而冬天可提高土温3．0～5．0 °C，最终使得路面冬暖夏凉，可以减少道路病害的发生，提高道路的使用寿命。

(4)改善环境，保持生态平衡。

地球环境13益恶化，气候变暖，水土流失严重，沙尘暴时有出现，人类赖以生存的生态环境正失去其自身的平衡，利用公路两侧的土地资源栽植植物，绿化美化环境，给生物提供栖息之地，可维护生态平衡。

4．2 边坡绿化的植物选择原则
要求植物适应性好，一般不会夭折或过早死亡，可以达到较好的效果，不需补种或重种，能节约资金，降低成本。

选择植被材料时除考虑根深、坚固和涵养水能力强的品种外，还应具备美感。

边坡绿化的植物的选择应综合考虑以下几个方面。

(1)与气候、土壤条件相适应。

影响植物生长的最重要因素是气候和土壤，植物种子的选择及配置应综合考虑与气候、土壤的适应性，与气候和土壤条件相适应乃是植物正常生长的基础。

(2)抗性强、耐贫瘠、耐粗放管理。

公路路域的生态环境差，处于边坡上的土壤干旱、瘠薄，为了适应公路的管理特点，应选择耐干旱贫瘠、耐践踏破坏、易粗放管理、再生能力强的植物。

(3)抗污染力强。

公路周围的环境受到汽车尾气的严重污染，只有抗性好的植物才能在有污染的条件下长期生存。

应选择侵占能力强、抗污吸污、抗病虫害的草种。

(4)多年生、根系发达、边坡防护作用好。

边坡种植植物的一大目的是防护边坡。

一年生植物冬季死亡，不能较好地起到控制土壤流失的作用，而只有根系发达，才能有效固结土壤，防护边坡。

并应考虑草种的互补性：浅根和深根植物配合、豆科植物与禾本科植物配合、发育早与晚配合等。

工程实践和经验表明，灌木和草配合效果十分理想。

(5)以乡土植物为主，引进外来植物为辅。

在植物品种的选择上，乡土植物经过时间的长期考验，发生变异与变种而适应了当地的气候与土壤，是自然界自然选择的结果，较其他物种，在本土有较强的竞争力和较旺盛的生命力。

因此，边坡绿化要以地带性植物、乡土植物为基础，适当引进适合本地生长条件的外地植物和野生植物。

(6)与周围环境、自然植被相适应。

经过精心选择的植物，与大自然的环境相适应，可很好地诱导司机的视线、减轻行人的旅途劳累。

否则，与周围环境不协调、变化突兀，则会起到相反的作用。