（地质工程专业论文）黄土公路高边坡植物防护技术研究.pdf

摘要 本文以黄土地区公路边坡植物防护技术为研究对象，通过现场调查、现场试验和实 体工程验证等技术手段，重点对公路黄土高边坡植物防护的技术方法、护坡植物、防护 效果及防护方案的选择进行了系统研究，提出一套较合理的黄土公路边坡植物防护方案。 所取得的研究成果如下： 通过大量的现场调查，总结出公路黄土高边坡的八类地质结构模型，其中以q ，新黄 土和q ：老黄土组成的边坡数量最多，占总数的4 2 以上。公路黄土高边坡的变形破坏形 式主要为坡面冲蚀、面状剥落，仅在局部路段见有小型崩塌、滑塌和滑坡。面状剥落主 要产生于古土壤出露的坡面；冲蚀沟和落水洞在新黄土组成的坡面多见，在老黄土组成 的坡面上较少。冲蚀破坏多从平台边缘开始，逐渐向坡内发展。植物防护对防止黄土边 坡的冲蚀破坏是非常有效的。 分析了植物护坡技术机理，对黄土边坡植物防护技术和施工工艺进行了系统研究。 认为平台植树、厚层基材喷播植草和三维网液压喷播植草三种植物防护的效果很好，在 黄土地区公路边坡防护设计时，可以结合实际情况予以选用。 边坡现场模拟降雨冲刷试验表明，坡顶上方来水是导致坡面破坏的主要原因；径流 量和含泥量在降雨过程中存在峰值；古土壤冲刷破坏的模式不同于黄土，更易于破坏； 边坡采用植物防护效果良好，黄土边坡植物防护关键在于尽量选取“适地适水”的物种， 模仿当地野生群落设计混播模式，加大后期养护力度来提高植物的成活率，延缓护坡植 被的退化。对古土壤边坡宜采用厚层基材喷播植草防护技术。 研究表明，土壤水份是影响公路黄土边坡植物防护主要因素。根据黄土地区降雨量 的区域变化规律，将黄土地区划分为温暖带半湿润气候区、温暖带半干旱气候区、中温 带半湿润气候区、中温带半干旱气候区和中温带干旱气候区。同时，结合不同类型的植 物护坡技术，建议在中温带干旱气候区以工程防护为主，在温暖带半湿润气候区、在中 温带半湿润气候区以植物防护为主，温暖带半干旱气候区以工程防护与植物防护相结合。 确定了黄土边坡植物防护方案的选择原则，并从可行性、效果性和经济性对不同植 物防护技术进行分析比选，结合边坡地质结构特征，提出了黄土公路高边坡的植物防护 技术方案，对黄土地区公路高边坡植物防护设计具有重要借鉴意义。 关键词：公路，黄土边坡，古土壤，边坡冲刷试验，气候分区，植物防护 -，l a b s t r a c t t h i sp a p e r , t a k i n gt h ev e g e t a b l ep r o t e c t i o nt e c h n o l o g yo fs l o p eo ft h eh i g h w a yi nl o e s s a r e aa ss t u d yo b j e c t ，t h r o u g ht h et e c h n i q u e so fs i t ei n v e s t i g a t i o n ，e x p e r i m e n ta n de n t i t yp r o j e c t t e s t i n ga n dv e r i f y i n g , f o c u s e so nt h es y s t e m a t i cs t u d yo fv e g e t a b l ep r o t e c t i o nt e c h n o l o g yu s e d i nl o e s sh i g h w a y , p r o t e c t i n g s l o p ep l a n t s ，p r o t e c t i n ge f f e c t sa n ds e l e c t i o no fp r o t e c t i n g s c h e m e sa n dp u t sf o r w a r das e r i e so fv e g e t a b l ep r o t e c t i n gs c h e m e so fs l o p ei nl o e s sh i g h w a y , w h i c ha r er e l a t i v e l yr e a s o n a b l e t h ea c h i e v e m e n t sa r ea sf o l l o w s ： t h r o u g hl a r g e - s c a l es i t ei n v e s t i g a t i o n ，e i g h tg e o l o g i c a ls t r u c t u r em o d e so fs l o p ei nl o e s s h i g h w a ya r ec o n c l u d e d ，a m o n gw h i c h t h ea m o u n to fs l o p e st h a tc o n s i s to fq 3n e wl o e s sa n dq 2 o l dl o e s sa r et h em o s t ，t a k i n ga b o v e4 2 o ft h et o t a l t h ed e f o r m a t i o nm o d e so fh i g hs l o p ei n l o e s sh i g h w a ya r em a i n l ys l o p e s u r f a c e e r o s i o na n da r e af e a t u r ep e e l i n g ；c o l l a p s e ，s l u m p i n g a n ds l i d ec o u l do n l yb es e e ni ns o m ep a r t so ft h er o a ds e c t i o n p e e l i n gm a i n l yh a p p e n si nt h e s l o p es u r f a c ew h e r ef o s s i ls o i lb a r e s ；e r o s i o n a lf o s s aa n dd r o p p i n gh o l ea r em o s t l ys e e no nt h e s l o p ec o n s i s t e do fn e wl o e s s ，b u tf e wo nt h es l o p eo fo l dl o e s s e r o s i o nm o s t l yh a p p e n sf r o m t h ee d g eo fp l a t ，a n dt h e ne x t e n d st ot h ei n n e rg r a d u a l l y v e g e t a b l ep r o t e c t i o ni sv e r y e f f e c t i v e l yt op r e v e n tt h el o e s ss l o p ef r o me r o s i o n t e c h n i c a lm e c h a n i s mo fv e g e t a b l ep r o t e c t i o ni sa n a l y z e d ，t h et e c h n o l o g yo fv e g e t a b l e p r o t e c t i o ni nl o e s ss l o p ea n dc o n s t r u c t i o nt e c h n i c sa r es t u d i e ds y s t e m a t i c a l l y i ti sb e l i e v e dt h a t t h ee f f e c t so ft h r e ev e g e t a b l ep r o t e c t i o nt e c h n i q u e sa r eg o o d ，w h i c ha r cp l a n t i n gt r e e so np l a t ， g r a s s p l a n t i n gs p r a y i n gi nt h i c kl a y e rb a s em a t e r i a la n dg r a s s - p l a n t i n gs p r a y i n gw i t ht h r e e d i n 【l e n s i o nv e g e t a t i v en e t w h e n d e s i g n i n gs l o p ep r o t e c t i o ni nl o e s sh i g h w a y , t h e s et e c h n i q u e s c o u l db ea d o p t e da c c o r d i n gt ot h ea c t u a lc o n d i t i o n s r a i n f a l ls i m u l a t i o ne x p e r i m e n to ns i t es h o w st h a tr u n o f ff r o mt h et o po fs l o p ei st h em a i n d e s t r o y i n gr e a s o nf o rs l o p es u r f a c e r u n o f f a n dm u dc o n t e n th a v ep e a kv a l u e si nt h ep r o c e s so f r a i n f a l l w a s h i n ga n dd e s t r o y i n gm o d eo ff o s s i ls o i lw h i c hi se a s i e rt ob ed e s t r o y e d i sd i f f e r e n t f r o mt h a to fl o e s s ；i ti sg o o dt oa d o p tv e g e t a b l e st op r o t e c ts l o p e s t h ek e yp o i n to fv e g e t a b l e p r o t e c t i o no fl o e s ss l o p ei s t oc h o o s et h es p e c i e sw h i c ha r es u i t a b l ef o rt h el o c a ls o i l c h a r a c t e r i s t i ca n dw a t e rc o n t e n t3 sf a ra sp o s s i b l e ，d e s i g nm i x e d - s o w i n gm o d eb yi m i t a t i n g l o c a lw i l dg r o u pr a i s et h ev e g e t a b l es u r v i v i n gr a t i ob ye n h a n c i n gt h el a t e rp e r i o dc o n s e r v a t i o n a n dd e f e rt h ep r o t e c t i n g - s l o p ev e g e t a b l et od e g e n e r a t e f o rt h ef o s s i ls o i ls l o p e ，i ti ss u i t a b l et o a d o p tt h eg r a s s p a n t i n gs p r a y i n gt e c h n o l o g yi nt h i c kl a y e rb a s em a t e r i a l t 1 ， ，立硼鬟， n ，d，qj目i1， t h es t u d i e ss h o wt h a tm o i s t u r ec o n t e n to fs o i li st h em o s ti m p o r t a n tc o n d i t i o nt o 叩c r a t e v e g e t a b l ep r o t e c t i o ni n l o e s sh i g h w a y , a n dl o e s sa f e ai sd i v i d e di n t ot e m p e r a t es e m i h u m i d c l i m a t ez o n e ，t e m p e r a t es e m i - d r o u g h tc l i m a t ez o n e ，w a m lt e m p e r a t es e m i - h u m i dc l i m a t ez o n e ， w a r mt e m p e r a t es e m i d r o u g h t c l i m a t ez o n ea n dw a r n l t e m p e r a t ed r o u g h t c l i m a t ez o n e a c c o r d i n gt ot h er e g i o nc h a n g i n gr u l eo fr a i n f a l li nl o e s sa r e a a tt h es a m et i m e ，a c c o r d i n gt o d i f f e r e n tt y p e so fv e g e t a b l ep r o t e c t i o nt e c h n o l o g y , i ti ss u g g e s t e di nw a r mt e m p e r a t ed r o u g h t c l i m a t ez o n e ，p r o j e c tp r o t e c t i o ns h o u l db eg i v e np r i o r i t y , w h i l ei nt e m p e r a t es e m i - h u m i d c l i m a t ez o n e ，a n dw a r r nt e m p e r a t es e m i h u m i dc l i m a t ez o n e ，v e g e t a b l ep r o t e c t i o ns h o u l db e g i v e np r i o r i t y , a n df o rt h et e m p e r a t es e m i d r o u g h tc l i m a t ez o n e ，a n dp r o j e c ta n dv e g e t a b l e p r o t e c t i o ns h o u l db ec o m b i n e d t h es e l e c t i o np r i n c i p l e so fv e g e t a b l ep r o t e c t i n gs c h e m e so fs l o p eo fh i g h w a yi nl o e s sa r e a a l ec o n f i r m e d ，a n dd i f f e r e n tv e g e t a b l ep r o t e c t i o nt e c h n o l o g i e sa r ea n a l y z e d ，c o m p a r e da n d s e l e c t e df r o mf e a s i b i l i t y , e f f e c ta n de c o n o m i c a lf a c t o r m e a n w h i l e ，a c c o r d i n gt og e o l o g i c a l s t r u c t u r em o d e lo ft h es l o p e ，v e g e t a b l ep r o t e c t i o nt e c h n o l o g ys c h e m ef o rs l o p eo fl o e s s h i g h w a yi sp u tf o r w a r d ，w h i c hi so fg r e a ts i g n i f i c a n c ef o rv e g e t a b l ep r o t e c t i o ns c h e m eo fh i g h s l o p ei nl o e s sh i g h w a y k e y w o r d s ：h i i g h w a y l o e s s s l o p e f o s s i ls o i l s l o p ee r o s i o ne x p e r i m e n t c l i m a t ez o n e v e g e t a b l ep r o t e c t i o n i l i 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：卅埸；轧乏。r 年月办日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名- 搦历缸墨，1 导师签名： 渺f 年i 月如日渺6 年6 月如日 。“年月1 0 日 第1 章绪论 1 1 课题的提出和研究意义 黄土( l o e s s ) 是一种特殊的第四纪松散堆积物，它呈黄红色，大孔隙，以粉粒为主，富 含钙质，垂直节理发育，具有良好的渗透性、易崩解性和湿陷性。由于黄土独特的物质组成、 结构及其所处的地貌和构造环境，形成了切割强烈、地形起伏较大、沟壑和塬、梁、峁交替 并存的黄土高原。经过中国科学院黄土高原综合科学考察队在航、卫图片判研结合野外考察， 将黄土高原范围界定于：秦岭山脉以北，长城以南，东至山西太行山西坡，西抵青海乌鞘岭， 总面积为3 6 万k m 2 。 在切割强烈、地形起伏较大的黄土沟壑和塬、梁、峁区修建高速公路，因一系列技术要 求和条件限制，不得不进行大量的开挖，形成大量高陡的公路黄土边坡，如陕西省铜川黄 陵一级公路，在黄土地区路线长度1 5 k m ，因开挖路基，形成高度大于3 0 m 高边坡4 0 余处， 边坡最高达8 8 m 。据调查统计，西部各省区黄土地区已建公路高边坡数量共有2 5 0 余处，其 中属于高速公路的有1 3 0 余处，一级公路的有6 0 余处，国道主干线二级公路有6 0 余处。这 些高边坡9 0 以上分布于西部各省境内新建高速公路、一级公路和国道二级公路改造段，其 中有近1 3 的公路边坡高度大于5 0 m ，在甘肃峻口柳树沟高速公路段见有高度达1 0 8 m 的黄 土边坡。在2 0 0 5 年公布的国家高速公路网规划总里程达8 5 万k 国家高速公路网中， 西部地区待建里程就长达2 4 万l ( i i l ，东部地区0 8 万k 、中部地区1 2 万l ( i f l 、，分别占待建 里程的3 2 、5 0 和6 7 ，中西部地区建设任务较重，尤其是中西部黄土分布区将迎来新一轮 高速公路建设的高潮。因此黄土地区公路高边坡未来的稳定性以及防护效果如何将直接关系 到公路运行的安全和国家对西部基础建设投资的效益。 二十世纪8 0 年代以来，随着高等级公路建设的快速发展，许多新材料、新技术如土钉、 锚杆框架、土工格室等广泛应用于公路边坡的工程防护中。大量的工程实践表明，现有的技 术手段基本上能保证边坡的整体稳定性。对于坡面防护，在以往的公路建设中，大多采用护 面墙、喷射混凝土等刚性方式，在安全功效上也可以满足工程建设的需要，但破坏了自然环 境的协调。在我国南方地区，公路边坡的植物防护技术受到极大的重视，如三维网植草、厚 层基材喷播等各种新型的边坡植物防护技术不断出现，并取得了良好的效果。但在黄土地区， 这方面的研究才刚刚起步。伴随着国家可持续发展战略和山川秀美工程的提出，修建经济效 益与生态环境保护相协调的“生态型”高等级公路已是大势所趋。黄土高原脆弱的生态环境 在人类大规模的工程破坏下难以自我恢复。为了实现人类活动与自然环境的“和谐统一”，促 进社会经济健康、可持续发展，植物防护已成为黄土边坡防护的首选手段。 本文将从黄土地区已建成公路高边坡运营现状、边坡冲刷实验和边坡植物防护技术等方 面开展研究，以便为西部高速公路建设中黄土高边坡设计与生态保护提供科学依据。 1 2 国内外公路边坡植物防护研究现状 植物防护技术是近几十年来兴起的一门学科，但是目前还没有一个统一的术语来描述。 因此国内也有对其称为生态护坡、植物固坡等等，国外则有v e g e t a t i o n ，b i o t e c h n i q u e ，s o i l b i o e n g i n e e r i n g 等之称。 1 2 1 国外公路边坡植物防护研究现状 植物防护就是利用植物茎叶可以截挡降雨，根系可以持水n 土这- - 特性来达到稳定边坡 同时美化环境的一种技术手段。 据可查阅的资料显示，植物护坡应用最早出现在中世纪的欧洲，法国、瑞士的运河河岸 就采用栽种柳树来保护的。而这一古老的护坡技术直到2 0 世纪才重新焕发了生命力。1 9 4 3 年，m o o h s hr h 率先进行了利用草皮恢复路边植被的实验。到了五十年代初期，随着环保意 识的逐渐提高，美国要求新建公路必须进行生态恢复，相应的法律随即得到了完善。而欧美 国家在采用活枝捆垛( 1 i v ef a s c i n e ) 、活枝扦插( 1 i v ec u t t i n g ) 、枝条篱墙( w a t t l ef e n c e ) 的基础上，在5 0 年代发明并大力推广液压喷播技术( h y d r o s e e d i n g 或h y d r a u l i cm u l c h i n g ) 。 技术手段的发展，必然推动了学科理论的完善。因此，该领域涌现出大量的专家和科技论文。 d e v e t 和d a v i s 论证了牛毛草和黑麦草组合对容易被侵蚀的路堤具有特别好的防护作用。 r o d g e r s 研究得出红牛毛草、高杆牛毛草和小冠花的组合可以作为高速公路植被防护的优良 选择之一”3 。g r a e t z 在研究高速公路胡枝子种植的过程中，对种子的不同处理，如加覆盖、 施肥、既覆盖又施肥以及与其它种子组合的管理和应用效果，作了详细的论述，他认为在高 速公路边坡上适宜种植低矮的豆科类植物c 3 od y r n e s s 曾经对在道路坡面上覆盖覆盖物和禾 本科与豆科植物混播种植对初建道路边坡稳定性的不同影响作了研究，也论述了在林区道路 裸露的边坡上种植植被可以明显地防止水土流失“。p c b a t r a 和g s g i l l ( 1 9 6 8 ) 对灌木与草本对道路的防护进行了研究，得出了灌木防护在防止侵蚀的功效上不如草本植物。 原因是尽管灌木的叶片阻止了下降的雨滴，但雨水在叶片上形成了较大的水滴，同样对坡体 土壤产生较大的侵蚀性。而草本植物利用其强大的根系将土壤颗粒紧紧的固结在一起，有效 地防止了土壤侵蚀的发生1 。这些大量的实践与理论为现在方兴未艾的植物护坡技术打下了 扎实的基础。但总的来说，欧美国家的公路边坡规模较小、大多为缓坡，因此坡面植被建植 难度不大。 目前，植物防护技术最先进的当属日本。自古以来，日本就非常注重本国的环境保护。 日本在德川幕府时代就采用铺草皮、种植树苗的方法治理荒山。1 9 5 1 年，川端勇作开发出一 种植生盘并将其运用于道路坡面的绿化。1 9 5 8 年，日本开发了喷射种子法，经试验改进，该 防护方法结合沥青乳剂覆盖膜养生得以大规模运用于名古屋至神户的高速公路路堑边坡。后 来，日本于1 9 6 0 年从美国引进了液压喷播技术。随着7 0 年代商速公路的大规模兴建，植物 护坡技术也取得了长足的进步。针对植物不易在劣质土和岩质边坡上生存，日本相继开发了 纤维土绿化法( f i b e r - s o i lg r e e n i n gm e t h o d ) 、高次团粒s f 绿化工法( s o i lf l o c kg r e e n i n g m e t h o d ) 和连续纤维绿化法( t g 绿化法) 这三种厚层基材喷射工法。同时，框架植被等组合 型的绿化方法也大规模的运用于高边坡中。 1 2 2 国内公路边坡植物防护研究现状 我国的植物防护技术应用应该追溯到1 5 9 1 年的明代，当时人们也是种植柳树来保护河 岸。由于历史的原因，我国的植被护坡技术应用在9 0 年代才得到重视，目前还是处于研究探 索阶段。以往对公路边坡的防护只是小范围的采用穴播、沟播或片石骨架植草，对植物防护 的理论、设计和功效并没得到系统性的认识。在八十年代末期，香根草生物工程技术由于其 优越的性能，先后在美国、澳大利亚等多个国家引进发展起来，我国广东、福建、江西、云 南、广西等十多个省区于1 9 9 5 年先后由试验逐步走向推广应用。 1 9 8 9 年广东省水利水电科学研究所引进了第一台液压喷播机，开始在华南地区进行液压 喷播试验。1 9 9 3 年又引进了土工材料植草护坡技术，并研制开发出新型的三维植被网、土工 格栅等产品，并在南方地区逐步推广。江苏省在高等级公路边坡防护中发现，传统的铺贴草 皮的方式具有草种单一、投资大、效果欠佳等弊端。通过引用液压喷播技术，在南京长江二 桥高速和宁马高速公路边坡防护试验工程以及沪宁高速公路边坡植被改造试验工程中取得了 较为满意的效果。河北省自1 9 9 8 年开始利用野生植物进行公路绿化，并进行了系统的研究。 2 0 0 1 年1 月1 7 日，吉林省水利实业公司经过几年的研究，研制出一种能长草的环保型绿化 混凝土护砌材料，并于5 月5 日至1 0 月3 1 日在吉林省梅河口市城区防洪堤防迎水坡面进行 了绿化混凝土护砌实验施工，检验堤防迎水坡面绿化混凝土制作与施工方法、护砌效果h 3 。 黄土地区公路植物防护近年作了许多有益探索，其中不乏一些成功的实例。1 9 9 8 年，西 安一三原一级公路下边坡采用小冠花、红豆草、多年生黑麦草混播，取得良好的效果。咸阳 机场东线采用小冠花护坡取得了良好的效果。陕西省高管局西渭管理处的马良、陈麦侠等 ( 1 9 9 9 ) 对高等级公路植物防护篱的营造与管理研究中指出高等级公路的防护篱以植物防护 好于工程防护，植物防护应根据不同地区采用不同的植物物种。1 。陈麦侠和广州中山大学的 席嘉宾于1 9 9 7 年针对陕西省高等级公路边坡的现状及存在问题，对陕西省高等级公路边坡绿 化草的建植技术进行了分析，提出了一套适合陕西省高等级公路边坡绿化的建植和管理措施。 该研究对边坡播种床的准备，边坡绿化草种的选择及合理搭配，护坡植被的建植技术，管理 技术都进行了研究，但是其研究的重点是在下边坡，对于难度较大的上边坡没有进行深入的 研究。 1 9 9 5 年- 1 9 9 7 年，中国农科院兰州畜牧所的常根柱和陕西省高管局的赵贵钧、韩顺学先 后对陕西西渭、西宝、西铜高速，山西太旧高速等北方多条高速公路的绿化进行了实地考察， 对我国北方地区高速公路的绿化现状与发展前景从中央隔离带，边坡生物防护，刺篱生物封 闭等几个方面进行了较系统的阐述和尝试性的探索。该研究对黄土路堑边坡采用“挖穴投种”、 “种包塞植”、种籽直播”、“野生狗牙根栽植”等方法进行对比分析研究，认为边坡绿化以挖 穴投种一覆土一浇水的方法最好。由于挖穴投种的许多技术问题未能解决，也未能大面积旌 工应用。1 9 9 9 年由交通部科学研究院针对黄土高原山区公路边坡植被恢复，应用液压喷播技 术，在铜黄线上进行了深入地试验和研究，均取得了良好的效果。2 0 0 4 年谢永利等人开发出 一种新型的绿化板生态护坡技术，该技术目前正在黄延高速公路的道南隧道出口边坡进行实 体工程验证，其防护效果正在观察之中。 1 3 本文主要的研究工作 本文主要以交通部西部建设科技项目“黄土地区公路高边坡防护技术研究”( 2 0 0 13 1 8 0 0 0 2 0 ) 为依托，从技术的可行性、效果性及经济性诸多方面对黄土地区的公路边坡植物防护 技术进行了深入的研究。主要研究工作包括： ( 1 ) 通过对黄土地区已建成公路边坡工程地质特征的调查分析，归纳出黄土公路边坡常见 的地质结构模型，总结边坡破坏的主要原因。 ( 2 ) 调查黄土地区己建成公路边坡的防护现状，对比采用传统工程防护和采用植物防护技 术的公路边坡的防护效果，研究植物防护技术在黄土公路边坡中的可行性。 ( 3 ) 选取采用三维网植草、液压喷播植草、厚层基材喷播植草、平台植树以及无任何防护 4 的边坡进行现场模拟降雨冲刷实验，研究降雨对公路边坡的破坏过程及特征，验证了各种植 物防护技术的有效性、时效性及优劣。 ( 4 ) 结合黄土高原水土保持研究成果，总结出黄土公路边坡植物防护的关键技术。 ( 5 ) 调查黄土高原各地的气候特征，尤其是各地的多年平均降雨量，结合植物的生长特性， 研究各气候区内公路边坡植物防护的可行性及合适的护坡植物。 ( 6 ) 确定植物防护技术的设计原则，并从可行性、有效性和经济性三个方面进行综合分析， 提出黄土公路高边坡植物防护设计推荐方案。 1 4 研究思路与采取的技术路线 本论文首先收集和研究前人在此领域的研究成果，详细调查和了解黄土地区已建成公路 边坡的植物防护现状。通过理论研究、实体工程试验以及已建公路边坡防护效果的综合分析， 提出技术可行、成本经济、养护粗放、防护效果明显并且与周围自然环境、人文环境相协调 的边坡植物防护技术。研究采用的技术路线见图卜l 。 图1 1 本文研究采用的技术路线图 第2 章公路黄土高边坡现状调查 2 1 已建公路黄土高边坡的变形破坏及防护现状 由于历史原因，在较长的时期内，黄土地区公路建设以二级以下等级公路建设为主，对 公路的服务水平要求不高，一条道路建成后，保畅是公路养管部门的任务，所以对公路边坡 的防护没有进行深入研究，所投入的大部分资金则放在边坡的整体稳定性研究方面。对边坡 防护技术投入的研究很少。 结合交通部西部交通建设科技项目，笔者对黄土地区主要几条公路的2 5 1 个边坡的坡形 坡高、地层结构、破坏情况及边坡防护措施进行了大量的调研，现摘录其中的一部分( 表2 1 ) 。 表2 1 黄土公路边坡调查表 道路名称坡型坡形地质 防护 位置坡高坡比 结构措施 变形破坏情况植被情况 g 2 1 0 七级 1 ：0 7 5 一级坡面下部出露约1 5 米 一级坡面剥落，后部 厚砂层，二级坡面出露钙质 无 滑塌，二级左侧滑塌。 坡面有少量蒿草。 k 4 9 0 + 8 0 04 5mi ：0 5 坡面冲沟落水洞发 结核，厚约l o 厘米 育。 上部有厚约7 米的如“黄土， 宦部有小型剥蚀滑坡面有蒿草，覆盖率 g 2 1 0 二级 l ：0 4下部如黄土，厚约2 0 厘米， 无塌。坡面有少量冲掏约为6 0 * , 6 ，坡顶有荆 k 4 6 5 + 3 0 02 7 在底部有约2 米的古土壤。 和落水洞。棘和衰草。 g 2 1 0 八级 1 ：0 3 上部q 3 黄土，下部q 2 黄土 坡面苔藓发育，平台 k 2 1 3 + 1 0 0 2 1 m夹三层古土壤。 无 雨水冲刷轻微。 植树。 g 2 1 0一级 1 ：0 4 j 3 黄土，厚1 0 米。q 2 黄土，坡面苷藓覆盖率达到 k 4 5 2 + 0 5 02 6 m 厚1 6 米。 无 无 9 9 。 榆靖高速一级 1 ：0 3 下部为约2 米厚的q ，黄土，2 米浆砌片石 有细小的冲沟，无落 坡面有拧条，坡顶有 水洞，坡底有小块片 k 1 7 9 + 4 0 0i im 底部为0 2 黄土，厚约8 米，护面骆驼制和拧条。 体剥落。 靖安高速 七级1 ：l 上部为q “粉细砂，厚约1 米，下为q 3 黄土，厚约4 米，无 坡面发育大量的风蚀 坡顶有衰草，覆盖率 k 1 6 + 8 5 05 1ml ：1 5 瞄和风蚀坑 为3 0 9 6 。 底部为q 2 黄土。厚约4 7 米。 上部5 米厚的岛黄土，下部 g 3 0 7十级 1 ：0 3为0 2 黄土，q z 底部有少量 无 坡面有少量冲沟和落坡顶有衰草和高约1 k 8 8 6 + 9 0 02 7m 水洞和片状剥落。米的少量槐树。 的钙核，有虫孔，树根等。 部为厚2 米砂岩，砂岩上i 级和3 级坡面片状坡面无植被，项部有 g 3 0 7五级 l ：0 5育为q 2 黄土，厚约2 4 米。 无 剥落。2 级有一宽0 5蒿草和三棵间距大的 k 9 1 4 + 0 0 03 5m 部为0 ，黄土， 米，深0 4 米的冲沟小树。 安延高速五级 l ：0 3 上部q 3 黄土，下部q 2 黄土。坡脚有4 m 护坡面雨水冲刷形成少 坡面发育蒿草，覆盖 k 1 5 i + 7 5 0 3 7 m夹有一层古土壤。 面墙。量冲沟。率大于8 0 。 安延高速二级 1 ：0 3 上部q 3 黄土，下部q 2 黄土。 i 、2 级坡面有大量片 坡面少量苔藓分布， k 1 5 l + 7 5 01 8 m 无状剥落，坡面雨水冲 坡顶有蒿草。 刷形成落水洞。 $ 2 0 6 三级 1 ：o 5 上部q 3 黄土，中部q 2 黄土， 坡面苔藓发育，坡顶 k 6 8 + 9 0 03 1 m下部q l 。 无坡面有少量冲沟。 有少量紫槐树。 目 j i 续表2 1 道路名称坡型坡形地质防护 位置坡高坡比 结构措施 变形破坏情况植被情况 天峻公路 四级 1 ：o 5上部q 3 黄土，下部q 2 黄土。 坡面人工修波雨水冲刷严重局部 无 k 6 4 + 2 0 0 3 5 m 纹倒水榴。已大面积塌落。 天峻公路 五级 1 ：0 5 表层l 2 米q 3 黄土，四、一级8 米护面 三级冲刷破坏严重， 冲沟宽达3 0 c m ，四五 四五级坡面苔藓发 k 8 9 + 9 0 0 5 0m 五级q 2 黄土，三级n 墙 育。 级古土壤局部破坏 一二级护面， 峻柳高速 六级上部厚层q 3 ，中部q 2 ，下部三四五级挂网坡面局部雨水冲刷 k 3 0 + 5 0 06 3m l ：0 5零星见蒿草 n喷砼，平台设无变形破坏 有截水沟 柳忠高速五级j 3 黄土，一二级l ：0 5 ，其一二级护面 k 4 + 1 0 05 7 i ：0 5墙，平台设截 坡面局部雨水冲刷四五级坡面，1 5 左右 余1 ；0 4无变形破坏蒿草为主。 水沟。 白银高速九级1 ：0 7 5。，黄土，厚约2 5 米。儡黄土， 妓脚有1 0 米护坡面小冲沟及其发 面墙。每级平育，二级平台边缘屈 坡面零星有菅草，平 k 4 + 0 8 08 6mi ：1厚约6 l 米，见3 层古土壤。台上营茂盛。 台设有截水沟部滑塌。 坡面项部局部出现小坡面植被覆盖率近 白银高速级 l ：o 4 黄土无冲沟或小片状剥落1 5 ，以梭草为主，另 k 4 + 0 8 0i i 面。 见有蒿草。 上层为如黄土，厚4 5 米：坡面冲沟密集水泥 太旧高速 三级 1 ：0 2 5下层为如黄土，厚约2 0 5 无面板滑塌，古土壤层 项部坡面有蒿草，覆 k 4 8 9 + 9 0 02 4 m 盖率为4 0 以上。 米。剥落。 太旧高速三级台阶型 上层岛黄土，厚约3 米， 坡脚2 5 米护 中间岛黄土，厚约1 4 米， 面墙，中部l c坡面较为完整，就是坡面及平台上有蒿草 晋中出口2 1 i ：0 5米高土钉水泥古土壤层有剥落。衰草。 下部为层状砂岩，厚4 米 面板防护。 g 3 1 2 三级 l ：0 6上部q 3 ，下部q 2 。 坡脚1 5 m 浆碗坡面冲刷严重，无变 局部有苜藓、蒿草覆 k 1 0 4 9 + 1 0 02 5m片石护面。形破坏盖3 0 以上。 g 3 1 2七级 l ：0 5 上部口3 ，下部q 2 黄土，夹 一级设3 米护中间滑塌，面积较大， 平台植树但成活率 面墙，并设有其余坡面大片状掉块 k 1 6 2 3 + 1 0 0 6 2m 三层古土壤。 匠 截水沟。严重。 g 2 0 9级直线型坡面有细小冲沟，部 植被覆盖较好，覆盖 k 4 2 9 + 1 0 0l o ml ：0 4 出露为醌黄土无 分剥落。 率在7 0 以上。 2 1 1 边坡变形破坏特征 通过调查发现，黄土地区公路高边坡的变形破坏形式主要为坡面冲蚀、面状剥落，仅在 、 局部路段见有小型崩塌、滑塌和滑坡。面状剥落主要产生于古土壤出露的坡面；冲蚀沟和落 水洞在新黄土组成的坡面多见，在老黄土组成的坡面上较少。冲蚀破坏多从平台边缘开始， 逐渐向坡内发展。在甘肃永登、古浪、靖边等地公路黄土边坡上见有风蚀坑和风蚀槽。崩塌 和滑塌主要受黄土中发育的垂直节理、斜节理和风化卸荷节理控制，当坡面走向与节理走向 近于一致时，边坡常发生局部坍塌。 ( 1 ) 黄土地区的降雨量很少，但是降雨时间集中，主要发生在7 、8 、9 这三个月内，而土 壤经过漫长的早季，自身的含水量极低，遇水极易崩解。因此，黄土的易崩解性、较高渗透 性、降雨时间集中的特殊性就决定了黄土高原暴雨发生次数和雨量虽相对全国各地来说是微 不足道的，但其破坏性是不容小觑的。许多边坡的侵蚀破坏就发生在每一年的少数几次暴雨 - 中。 ( 2 ) 单纯采用砼、石骨架或面板护坡方案，当雨季来l 临时，引起雨水在构筑物四周的聚j 积和侵蚀，冲沟首先从构筑物与黄土的结合处开始发育，最后侵蚀掏空防护物背后的土体， 导致构筑物塌毁( 照片2 一l 、2 2 ) 。太原至旧关高速k 4 8 9 + 9 0 0 处的边坡破坏就是一个典型， 原设计为浆砌片石与混凝土锚定板结合防护，由于雨水可渗入混凝土锚定板后的土体内，一 j 段时间，板后形成空洞，导致坍塌。最后拆除混凝土锚定板，代以植物防护在两侧上边坡进 | 行试验，取得了良好效果。 j ( 3 ) 古土壤出露的坡面，降雨对坡面的破坏常常从古土壤处开始，几乎水毁比较严重的 边坡都可以看见一条或多条的古土壤剥落带。它往坡体方向凹进，使得上覆的黄土形成倒坡， 促成坡面大面积片状剥落。以往采用穴播、沟播和液压喷播植物防护的坡面也无一例外的出 现剥落带( 照片2 3 ) 。 ( 4 ) 榆林、靖边地区的降雨量很少，但风力大，这一地区的公路边坡坡面风蚀严重。靖 边至安塞高速k 1 6 + 8 5 0 的边坡从开挖以来短短的4 个月，坡面就出现深达8 锄的风蚀槽。兰 州地区的古浪、永登等地的公路边坡也同样出现风蚀现象( 照片2 4 ) 。 一 ( 5 ) 黄土发育大量的构造节理和垂直节理，在构造运动强烈地区还可看到大量的构造裂 隙，当这些节理裂隙面倾向坡体临空面的时侯，坡体表层在降雨入渗的作用下，很容易沿着 节理裂隙面滑塌( 照片2 - 6 ) ( 6 ) 对于直线型边坡，在坡体较高的条件下，其坡脚也很容易出现冲沟。因为当上方来 水顺坡而下，沿途不断的合并其它水流，径流量越来越大，挟带的土颗粒也越来越多，其动 能也就越大，冲刷能力也就越强。 ( 7 ) 阴坡比阳坡更适合植物的生长。因为阳坡接受较多的太阳辐射，蒸发量比阴坡大。 阴坡的土壤含水率比阳坡的高，可以保证植物生长所需的水分( 照片2 5 ) 。而且在阴坡容易 滋生苔藓和地衣，苔藓和地衣就算在冬季枯萎了，其残留物也能紧附于坡体上，对降雨冲刷 坡面也能起到保护的作用。曾信波、蒋定生等的研究曲”3 就表明，当地面滋生一层地衣、苔 鲜，或生长茂密的草类，或在林冠下聚集一层枯枝落叶时，土壤的抗冲性将显著提高，从而 可遏制流水的冲刷( 表2 2 ) 。 照片2 - 62 1 0 国道路堑边坡坡体沿节理面破坏的现象照片2 73 1 2 国道k 2 1 7 7 处坡面因天然植被保护而完整 9 表2 2 苔藓层厚度对土壤抗冲性的影响 苔藓厚度 o0 511 52 02 53 0 ( c m ) 土壤流失量 2 0 0 20 0 1 9 20 1 1 7 30 0 6 3000 ( g l o o c m 2 ) 增强值( ) o9 0 1 49 4 1 3 9 6 8 5 1 0 0 1 0 01 0 0 ( 8 ) 当坡面的植物覆盖率达到7 0 的时侯，仅在边坡裸露的地方出现少量的冲沟或小面 积片状剥落。如白银高速k 4 + 0 8 0 处的路堑边坡、2 0 9 国道k 4 2 9 + 1 0 0 、3 1 2 国道边坡等，明 显对比出植物在坡面防护中起到很大的作用( 照片2 - 7 ) 。据北方交通大学与沈阳铁路勘测设 计院的试验成果可以看出植草对坡面侵蚀的防护作用非常显著( 见表2 3 ) 。 表2 3 边坡坡面冲蚀作用强度与覆盖度的关系 坡面降水量 降雨时间冲刷物质量 覆盖度冲蚀作用强度r 雨强 m ( k g ) t ( m i n ) m ( k g ) ( ) k g ( m i n k n ) 1 2 0 2 5 1 542 20 2 4 2 小雨2 0 2 51 50 ，9 54 10 0 5 8 2 0 2 51 5o7 20 0 0 0 4 0 0 0 1 7 1 7 1 000 4 6