土木工程工业与民用建筑专业全解.doc
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1、生态柔性防护在高速公路边坡工程中应用专业:土木工程(工业及民用建筑) 学号:xxxx 姓名:xxxx 指导教师:xxx摘要:随着我国高速公路发展日渐加快,高速公路边坡防护问题越来越重要,成为公路建设重要组成部分。边坡防护主要指生态防护与工程防护。传统边坡防护方法有种草防护,植树防护,封面、护面墙防护,浆砌片石防护,抹面、捶面防护,喷射混凝土防护与锚杆铁丝网防护等等。随着生态建设与环境保护越来越热门,边坡生态防护近年来十分流行。柔性防护三维植被网防护是一种新型防护措施,跟传统防护方法相比具有工艺简单,操作方便、施工速度快,节能环保等特点。本文就各种防护方法在边坡防护中应用做了阐述,从实施可持续发
2、展着眼点出发,重点介绍柔性三维植被网防护作用原理,防护特点,施工程序及施工工艺并引进了工程实例。最后还提出了一些合理建议。关键词:边坡防护;生态防护;柔性三维植被网防护1 绪 论1.1 高速公路边坡现状简述长期以来,边坡综合防护技术一直是公路修筑中一个薄弱环节,我国在80年代中期以前,主要以低等级公路建设为主,由于交通量小,深挖高填较少,投资不大,因而防护工程不作为道路建设主体工程,由此引起损失亦不大,所以在工程中对边坡综合防护研究常常被忽视。进入90年代以后,我国高等级公路建设方兴未艾,由于缺乏对防护技术系统研究,没有成熟经验供设计部门应用,因此只能用低等级公路防护技术或供鉴铁路部门经验来实
3、施局部防护,缺乏综合考虑,从而为工程埋下隐患,造成了巨大经济损失与不良社会影响,有甚至中断交通,如沈大高速公路鲅鱼圈所以南180km长路段,后期工程防治费用占整个工程防治费80、京石高速公路在1997年遇到洪水冲击后,很多路段出现路基垮塌,路面悬空现象,再如众所周知昆禄路等。据交通部统计,仅1991年因水毁冲毁路基1577km,冲毁路面43733km,冲毁桥梁3606座、涵洞40343道,塌方4171万方,直接经济损失16.86亿元,因排水防护不当使基层及路基含水量增加引起公路整体强度下降造成损失更是无法统计。因此,为降低工程造价,减少或防止道路病害,保持生态环境相对平衡,确保道路安全及稳定,
4、急需对高等级公路边坡综合防护加固技术进行全面系统研究。及此同时,防护技术在理论方面尚需进一步研究,如边坡侵蚀机理、边坡水力学特性研究、地区差异性以及公路部门及园林部门专业交叉研究等等,以便提供边坡综合防护理论支持与依据。1.2 高速公路边坡常见病害以及常见防护形式目前,路基边坡质量通病,大多是边坡破坏与坍塌。路基边坡破坏主要边坡坡面及坡脚冲刷。边坡坍塌一般分为三类:滑动型、流动型、落石型坍塌。这三类情况可单独存在,也可同时在一种情况中出现。下面几幅图片就显示了高速公路边坡破坏造成严重后果,因此加强边坡防护已经成为了首要任务。图1-1 高速公路盘龙收费站出口边坡坍塌图1-2 湖州高速公路边坡坍塌
5、2.边坡防护2.1 边坡生态防护边坡生态防护主要是保护路基边坡表面,免受雨水冲刷,降低温差及温度变化影响,防止与延缓软弱岩土表面风化、碎裂、剥蚀演变过程,从而保护路基边坡整体稳定性,能恢复被破坏生态环境,降低噪音,减少光污染,保障行车安全,促进有机污染物降解,净化空气,调节小气候。2.1.1 边坡种草防护(1)适用范围种草防护适用于边坡稳定,坡面冲刷轻微,且宜于草类生长土质路提及路堑边坡,用以防止表面水土流失,固结表土,增强路基稳定性。经常浸水或长期浸水路堤边坡,种草不宜生长,不宜采用此种防护。边坡上己扎根种草防护,可容许缓流水短时冲刷。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
6、,往往达不到满意边坡防护效果,而造成坡面冲沟,表土流失等边坡病害,导致大量边坡病害整治、修复工程,使得该技术近年应用较少。选用草籽应注意当地土壤与气候条件,通常应以容易生长、根部发达、叶茎低矮、枝叶茂密或有匍匐茎多年生草种为宜,常用月白茅草、毛鸭嘴、鱼肩草、果圆、雀稗、鼠尾草与小冠。最好采用几种草籽混合播种,使之生成一个良好覆盖层。种植时草籽宜掺砂或及土粒拌与,使之播种均匀,播种时间以气候温暖、温度较大季节为宜。(2)种植方式根据施工方法不同,有以下几种方式:(a)种子撒播法:适用于边坡土质较软,厚度在25mm以下沙性土,23mm以下粘性土,以及边坡缓于1:1情况。(b)喷播法:适用于砾间有砂
7、砾质土,或厚度在25mm以下砂质土,厚度在23mm以下粘性土、亚粘土土坡,或当厚度在25mm以上硬质土时,在常降暴雨地区,则及铺席工程并用。(c)客土喷播法:客土喷播技术是一种改善边坡植生环境,促进植物生长,从而在普通条件下无法绿化或绿化效果差边坡上实现立体绿化、恢复自然植被新技术。客土喷播法具有广泛适应性,土质或岩质边坡都适用。(d)点穴、挖沟法:点穴法是在边坡上用钻具挖掘直径58cm、深1015cm洞,每平方米约812个,将固体肥料等防入,用土、砂等将洞埋住后,再种种子。挖沟法是在边坡大致按水平间隔50cm左右,挖掘1015cm深沟,放入肥料后,撒播种子。(3)种草防护缺点此种方法缺点是由
8、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,往往达不到满意边坡防护效果,而造成坡面冲沟,表土流失等边坡病害,导致大量边坡病害整治、修复工程,使得该技术近年应用较少。图2-1 高速公路边坡种草防护2.1.2 铺草皮防护(1) 铺草皮防护简介是将活草皮按一定形式铺设并固定于拟防护路基坡面,草皮成活形成植物覆盖层,达到保护路基坡面一种路基防护措施。路基坡面上铺草防护,其作用及种草防护相同,前者使用时要求当地有足供挖取使用草皮地段,但在边坡高陡与坡面冲刷较严重地方,铺草皮较种草防护收效快。块状草皮尺寸,一般为20cm25 cm、25cm40 cm及30cm50cm几种;带状草皮一般宽25c
9、m,长200300cm;草皮厚度根据草根深度而定,一般为610cm,干旱与炎热地方区可增加到15cm.挖草皮时,草皮两端斜切(横切面为平行四边形),铺草皮方法有平铺草皮、平铺叠置草皮、方格式草皮、卵(片)石方格草皮。草皮应选用根系发达、茎矮叶茅草、假俭草等,干枯、腐朽及喜水草种不宜采用,泥沼地区草皮禁用;铺草皮前应将边坡表面挖松整平,如有地下水露头,应做好排水设施;铺草皮前应在春季或初夏,干燥地区在雨季进行,不宜在冬季寒冷天气施工;路堑边坡铺草皮,应铺过路堑顶部1m或铺至截水沟边。(2)工艺流程铺植草皮可分为5个环节:(a)平整地块经过水平测定,拉纵横线,以保证不出现积水现象;(b)回填土壤铺
10、植地块土壤必须肥沃疏松,不得有石块、树根、杂草宿根宿芽;(c)起草皮随铺随起,头天浇水湿润草坪;(d)铺植将新鲜草皮及时满铺地面,最好在阴雨天前进行。铺后立即浇透定根水,待半干后打实,使草及土壤充分接触;(e)养护日常管理主要是拔草、浇水、施肥、防治病虫害、修剪等。2.1.3 植树防护(1) 植树防护介绍在路基边坡上合理地植树,对于加固路基有良好效果。也可与种草、铺草皮配合采用,使坡面形成良好防护层。植树适用于土质边坡及严重风化岩石边坡与裂隙粘土边坡。但对盐渍土、经常浸水及经常干旱边坡及粉质土边坡不宜采用。优点:可以加强路基稳定性,可以降低流速、防止与减少水流对路基冲刷,可以防风、防沙、防雪,
11、可以美化路容、调节气候,并可获得部分木材,增加收益。(2) 注意事项(a)植树最好选在或更缓边坡上。(b)树种宜选用在当地土壤及气候条件下能迅速生长、根系发达、枝叶茂密树种。用于冲刷防护树种宜选用成长很快杨柳类,或不怕水淹灌木类,常用有紫穗槐及夹竹桃等。(c)植树后在树木未成长前,应防止流速大于3m/s水流侵害。当植树地带可能受到流水冲击作用时,应在前方设置障碍物,加以保护。(d)采用植树方法防护路基,应使树木及早成林,才能起到防护作用。2.1.4 柔性防护三维植被网防护(1)柔性防护三维植被网防护应用现状随着人们对环保要求越来越高,在公路工程建设中,边坡防护设计大量采用生物防护。基本实现全路
12、段绿化,不但绿化美化了公路,还有效降低了工程造价,取得了良好绿化效果。(2)柔性三维植被网结构三维植被网是以热塑性树脂为原料,采用科学配方,经挤出、拉伸等工序精制而成。它无腐蚀性,化学性稳定,对大气、土壤、微生物呈惰性。三维植被网底层为一个高模量基础层,采用双向拉伸技术,其强度高,足以防止植被网变形,并能有效防止水土流失。三维植被网表层为一个起泡层,膨松网包以便填入土壤、种上草籽帮助固土,这种三维结构能更好地及土壤相结合。在边坡防护中使用三维植被能有效地保护坡面不受风、雨、洪水侵蚀。三维植被网初始功能是有利于植被生长。随着植被形成,它主要功能是帮助草根系统增强其抵抗自然水土流失能力。图2-2
13、柔性三位植被网(3)三维植被网护坡机理三维植被网护坡是指利用活性植物并结合土工合成材料等工程材料,在坡面构建一个具有自身生长能力防护系统。通过植物生长对边坡进行加固新技术,根据边坡地形地貌、土质与区域气候特点,在边坡表面覆盖一层土工合成材料并按一定组合及间距种植多种植物,通过植物生长活动达到根系加筋、茎叶防冲蚀目,经过生态护坡技术处理,可在坡面形成茂密植被覆盖,在表土层形成盘根错节根系,有效抑制暴雨径流对边坡侵蚀,增加土体抗剪强度,减小孔隙水压力与土体自重力,从而大幅度提高边坡稳定性与抗冲刷能力。(4)土工三维植被网特点(a)使边坡具有较大稳定性,实施三维网植草后,草根生长及三维网形成地面网系
14、,有效防止地表径流冲刷,而根系深入原状坡面深层,使坡面土层及三维网及草坪共同组成坡面防护体系,对坡面稳定起到重要作用。(b)创造一个绿意浓郁边坡生态环境,改善高速公路景观,符合现行环境要求。(c)工艺简单,操作方便、施工速度快。(d)工程造价低 圬工砌体防护造价高、工程量大,其防护面积小,并需要长期投入大量人力、物力与财力进行维修;而三维植被网防护则投资少、见效快、效果好,只需季节性进行修剪工作。经验表明:三维植被网护坡造价为浆砌片石骨架植草护坡一半,干砌片石护坡40%,浆砌片石护坡三分之一。(e)三维植被网能做成草毯进行异地移植,能解决需快速防护工程植被要求。(f)三维植被网能有助于植被均匀
15、生长,植被根系很容易在坡面土层中生长固定。(5)土工三维植被网规格聚合物:聚乙烯 厚 度:12mm单位重量:植被网尺寸:50m*2m(6)施工程序及施工工艺三维网植草是一种新边坡防护方式,该方法具有工艺操作方便、施工速度快、经济可行特点,且一般能满足高速公路边坡防护与美化要求,其施工程序及工艺如下。(1)施工程序边坡场地处理 挂网 固定 回填土 喷播草籽 覆盖无纺布 养护管理边坡场地处理:填方边坡在修整后坡面上进行场地处理,首先清除石头、杂草、垃圾等杂物然后平整坡面、使坡面流畅、并要适当人工夯实。不要出现边坡凹凸不平、松垮现象。挖方边坡在修整后坡面上进行场地处理,对表面光滑坡面进行刮花处理;对
16、于土质较松软坡面采用适当人工坑实,对于凹陷处采用人工垫土修平,不要出现坡面凹凸不平、松垮现象。挂网:三维网(EM3)在坡顶延伸50cm埋入截水沟或土中,然后自上而下平铺到坡肩,网及网间平搭,网紧贴坡面,无褶折与悬空现象。固定:填方边坡选用6mm钢筋与8铁丝做成U型钉进行固定,在坡顶、搭接处采用主锚钉固定。坡面其余部分采用辅锚钉固定。坡顶锚钉间距为70cm,坡面锚钉间距为100cm。锚钉规格:主锚钉为(6mm钢筋)U型钢钉长2030cm,宽10cm,辅锚钉为(8#铁丝) U型铁钉长1520cm,宽5cm,固定时,钉及网紧贴坡面。挖方边坡主轴钉选用8mm钢筋做成U型钢钉,辅锚钉选用6mmU型钢钉,
17、在坡顶、搭接处采用主锚钉固定,坡面其余部分采用辅锚钉固定。坡顶锚钉间距50cm,坡面锚钉间距100cm。锚钉规格:主锚钉为(8mm钢筋)U型钢钉长2030mm,宽10cm;辅锚钉为(6mm钢筋)U型钢钉长1520mm,宽5cm。固定时,网要拉紧,钉及网紧贴坡面。回填土:填方边坡三维网固定后,采用干土施工法进行回填土,把粘性土、复合肥或沤制肥充分搅拌均匀,并分23次人工抛洒在边坡坡面上,第一次抛洒厚度控制在35cm为适,第二次抛洒厚度12cm,回填厚度直至覆盖网包(指自然沉降后)。每次抛洒完毕后,在抛洒土壤层表面机械洒水,机械洒水时,水柱要分散,洒水量不能太多,以免造成新回填土流失,目使回填干土
18、层自然沉降,并要进行适度夯实,防止局部新回填土层及三维网脱离。要求填土后坡面平整,无网包外露。所选用粘性土应颗粒均称,显粉末状,无石块及其他杂物存在,肥料可采用进口复合肥(N:P:K=15:15:15)或堆沤基肥,用肥量:20g/m。采用干土施工法具有施工操作简单,对路面不会造成污染等优点。挖方边坡网固定后,将由粘性土壤,堆沤米糠或腐殖土、进口复合肥、粘接剂、水泥组成有机土壤充分混合并利用搅拌机充分搅拌,有机土壤成分重量配比为粘性土壤:堆沤米糠或腐殖土:复合肥:水泥10:1.5:0.003:0.3,粘接剂用量为12g/m。准备工作完成后,利用喷射机将混合均匀有机土壤喷射于固定三维网坡面上,喷射
19、时,水用量是通过在喷枪上开关进行人工控制,用水量不宜多亦不宜少应适中,从而避免出现溢流与散落现象。喷射应尽可能从正面进行,凹凸及死角部分应喷射充分,喷射平均厚度为2.5,保证形成新土层全面覆盖三维植被网,不得出现网包外露现象。采用机械喷射土壤(亦称客土吹附)法是用先进机械设备代替人工回填土,具有从根本上解决回填土层悬空问题及施工对边坡立地条件要求较低优点。喷播草籽:喷播草籽,采用目前国内一项科技含量较高先进种植技术液压喷播绿化技术,其原理及操作方法是应用机械动力,液压传送,将附有促种子萌发小苗木生长种子附着剂、纸纤维、复合肥、保湿剂、草种子与一定量清水,溶于喷播机内经过机械充分搅拌,形成均匀混
20、合液,而通过高压泵作用,将混合液高速均匀喷射到已处理好坡面上,附着在地表及土壤种子形成一个有机整体,其集生物能、化学能、机械能于一体,具有效率高、成本低,劳动强度小,成坪快优点。草种配比根据边坡自然条件、立地条件、土壤类型等客观因素科学地进行草种配比,使其能在边坡坡面上良好生长,形成“自然、优美”景观。使用具体品种及用量视现场而定。三维植被网草种选用常规选用草种有:香根草、百慕大草、绊根草、白茅草、百喜草、假俭草、画眉草、毛鸭嘴、结缕草、小冠花、黑麦草耳茸、雀 等。其中画眉草属多年生丛生草本植物,特别耐干旱与土壤贫瘠,分枝旺盛,茎叶强健,根伸展性好,能在岩石缝隙中生长;百慕大草为禾本科狗牙根,
21、属多年草本植物,草茎匍匐,贴地生长,有发达不定根,并于节上生根及分枝,使地面成网状,覆盖能力墙,耐高温,耐干旱,能在各种土壤中生长;百喜草为从草科多年生植物,草高根深,可深入地表以下1m多,耐高温、耐严寒、生长快、对早期护坡有重要作用,能在风化石等极贫瘠土壤中生长,是极佳固土护坡草;黑麦草为禾本科多年生草本植物,抗寒、抗霜、耐湿,生长快,能很好地保护边坡与提高草坪成坪速度。覆盖无纺布:根据施工期间气候情况及边坡坡度,来确定在喷播表面层盖单层或多层无纺布,以减少因强降水量造成对种子冲涮,同时也减少边坡表面水分蒸发,从而进一步改善种子发芽、生长环境。养护管理:a、苗期注意浇水,确保种子发芽、生长所
22、需水份;b、适时揭开无纺布,保证草苗生长正常;c、适当施肥,一般使用进口复合肥,为草坪生长提供所需养分;d、定时针对性地喷洒农药,定期清除杂草,保证草坪健康生长;e、成坪后草坪覆盖率达到95%以上,一片葱绿、无病虫害。(2)施工原材料:三维网质量要求三维网为三层式土工网垫,型号EM3,网厚12mm。卷长50m,宽辐2m。选用三维网必须是新材料,严禁使用重复使用过产品。供应来源选择三维网生产厂家,应进行检查与测试。若材料来源不能达到均匀、一致,不能满足工程要求时,或三维网质量在任何时候不符合要求时可随时选用其它厂家生产三维网。锚钉选用优质6mm钢筋与8#铁钉做成U型,禁止使用已严重腐蚀钢筋与铁丝
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