（道路与铁道工程专业论文）大理东环海公路边坡生态防护技术研究.pdf

重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品成果。对本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。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 纭髟l 一 日期：2 0 1 0 年月日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重 庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人 学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务( 包括但不限于汇编、复 制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名： 日期：年月 罗良仙 日 指导教师签名： 日期：年 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系列数据 库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权 益。 学位论文作者签名： 日期：年 月日 指导教师签名： 日期： 年月 日 摘要 传统的公路边坡防护和植被恢复、保护技术都存在各自的不足，使两者有机 结合才能确保公路边坡的长期稳定，实现人类活动与自然环境的和谐共处。边坡 生态防护技术是伴随着世界范围内的高等级公路兴建而出现的- f - i 新技术，它将 单纯的工程防护措施与植被防护技术相结合，充分利用植被的护坡机理来稳定边 坡，缓解工程建设( 圬工防护) 与生态保护之间的矛盾，有效减少公路建设对生 态环境的破坏和影响，是今后公路边坡防护的一种趋势，代表着当代公路建设技 术的发展方向。 大理东环海公路位于洱海东岸，公路外侧临水、内侧傍山，边坡生态防护是 公路生态环境建设的重要内容，对该路的建设和营运影响较大。本文以大理东环 海公路为依托，针对该路挖方边坡和临水护岸的生态防护问题开展技术研究，通 过对国内外已有边坡防护技术的分析比较，筛选出适合大理东环海公路建设要求 的边坡生态防护技术。在此基础上，结合大理东环海公路的边坡特点和土壤地质 及环境气候条件，对大理东环海公路上最具代表性的4 种挖方边坡和2 种临水护岸 ( 坡) 进行生态防护技术研究，通过对现有技术的应用与改良，提出了较为合理 的环海公路边坡生态防护技术方案。同时，针对旧路改建中普遍存在的已有圬工 挡墙( 护坡) 利用时的生态防护问题，提出了切实可行的圬工挡墙( 护坡) 生态 化处理技术方案。此外，论文还对各种边坡生态防护技术的施工要求、养护管理 等问题进行了系统深入的研究和阐述，构建了较为完善的临海( 湖) 公路边坡生 态防护技术体系，为大理东环海公路建设和边坡生态防护工程实施提供了理论指 导与技术支持。 关键词：公路；边坡；生态防护；技术 a b s t r a c t t r a d i t i o n a ls l o p ep r o t e c t i o na n dv e g e t a t i o nr e s t o r a t i o n ，p r o t e c t i o nt e c h n o l o g i e sa r e t h e i rs h o r t c o m i n g se x i s t ，s ot h a tt h et w oc o m b i n et oe n s u r et h el o n g t e r ms l o p es t a b i l i t y h u m a na c t i v i t i e st oa c h i e v eh a r m o n yw i t l lt h en a t u r a le n v i r o n m e n t s l o p ep r o t e c t i o n t e c h n o l o g yi sa c c o m p a n i e db yaw o r l d w i d er i s eo fh i g h w a yan e we m e r g i n gt e c h n o l o g y ， i ts i m p l ep r o t e c t i v em e a s u r e sa n d v e g e t a t i o np r o t e c t i o ne n g i n e e r i n gt e c h n o l o g y ，f u l lu s e o fv e g e t a t i o nt os t a b i l i z et h es l o p er e i n f o r c e m e n tm e c h a n i s m ，a s p e c t so fc o n s t r u c t i o n ( m a s o n r yp r o t e c t i o n ) a n dt h ec o n f l i c tb e t w e e ne c o l o g i c a lp r o t e c t i o n , e f f e c t i v e i n r e d u c i n gh i g h w a yc o n s t r u c t i o no nt h ee c o l o g i c a ld a m a g et ot h ee n v i r o n m e n ta n di m p a c t o fs l o p ep r o t e c t i o ni saf u t u r et r e n d , r e p r e s e n t i n gt h em o d e mh i g h w a yc o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t e r h a il a k ei nd a l i ，t h ee a s tc o a s to fe a s ts e ar o a d ，h i g h w a yo u t s i d en e a rt h ew a t e r ， i n s i d e h i l l s i d e ，s l o p e e c o l o g i c a lp r o t e c t i o n i sa ni m p o r t a n t p a r t o fe c o l o g i c a l c o n s t r u c t i o n ，h i g h w a y ，r o a dc o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o no ft h e 伊e a t e ri m p a c t i nt h i s p a p e r ，t h ee a s ts e aa n dr o a da st h eb a s i so fd a l i ，f o rt h er o a dc u ts l o p ea n de m b a n k m e n t n e a rt h ew a t e ri s s u e so fe c o l o g i c a lp r o t e c t i o nt e c h n o l o g y ，t h r o u g he x i s t i n gd o m e s t i ca n d i n t e r n a t i o n a lt e c h n o l o g ya n a l y s i sa n dc o m p a r i s o no fs l o p ep r o t e c t i o n , s c r e e n i n gi sa l s o s u i t a b l ef o rr i n gr o a de a s to fd a l ic o n s t r u c t i o n o fs l o p ep r o t e c t i o nt e c h n o l o g y r e q u i r e m e n t s o nt h i sb a s i s ，c o m b i n e d 晰t l lt h es l o p eo fd a l ie a s ts e ar o a dc h a r a c t e r i s t i c sa n d c l i m a t ec o n d i t i o n s ，s o i lg e o l o g ya n dt h ee n v i r o n m e n t ，t h es e ae a s to fd a l i ，t h em o s t r e p r e s e n t a t i v eo f t h er o a dc u ts l o p e ，4a n d2w a t e r f r o n tr e v e t m e n t ( s l o p i n g ) i ne c o l o g i c a l p r o t e c t i o nt e c h n o l o g yt h r o u g ht h ea p p l i c a t i o na n di m p r o v e m e n to fe x i s t i n gt e c h n o l o g i e s ， p r o p o s e da m o r er e a s o n a b l es e as l o p eo fe c o l o g i c a lp r o t e c t i o nt e c h n o l o g y p r o g r a m m e a n w h i l e ，f o rt h eo l dr o a dr e c o n s t r u c t i o nh a sb e e np r e v a l e n ti nm a s o n r yr e t a i n i n g w a l l ( s l o p e ) t h eu s eo fe c o l o g i c a lp r o t e c t i o nw h e nt h ep r o b l e m ，ap r a c t i c a lm a s o n r y r e t a i n i n gw a l l ( r e v e t m e n t ) e c o l o g i c a lp r o c e s s i n gp r o g r a m i na d d i t i o n , t h ep a p e ra l s o e c o p r o t e c t i o nt e c h n o l o g yo n av a r i e t yo fs l o p ec o n s t r u c t i o nr e q u i r e m e n t s ，c o n s e r v a t i o n a n dm a n a g e m e n ti s s u e si n d e p t hs t u d ya n de x p o s i t i o no ft h es y s t e mt ob u i l dam o r e p e r f e c ts e a ( 1 a k e ) s l o p eo fe c o l o g i c a lp r o t e c t i o ns y s t e mf o rt h ee a s tc e n t r a ld a l is e a r o a dc o n s t r u c t i o na n ds l o p eo fe c o l o g i c a lp r o t e c t i o np r o j e c tp r o v i d e sat h e o r e t i c a l g u i d a n c ea n dt e c h n i c a ls u p p o r t k e y w o r d s ：h i g h w a y ：s l o p e ：e c o l o g i c a lp r o t e c t i o n ；t e c h n o l o g y 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景及意义1 1 2 国内外研究现状3 1 2 1 国外研究现状3 1 2 2 国内研究现状4 1 3 本文主要研究内容5 第二章现有边坡防护技术比较与选择7 2 1 单纯植被防护7 2 1 1 撒播草种护坡7 2 1 2 铺草皮护坡7 2 1 3 苗木移植护坡8 2 1 4 植生带护坡9 2 2 植被与改土措施相结合的防护1 1 2 2 1 液压喷播技术1 1 2 2 2 客土喷播技术1 3 2 2 3 有机质喷播技术1 5 2 3 植被与工程措施相结合的防护1 6 2 3 1 三维植被网护坡1 6 2 3 2 土工格室植草护坡1 8 2 3 3 挖沟植草护坡1 9 2 3 4 浆砌片石骨架植草护坡2 0 2 3 现有边坡防护技术的筛选2 2 2 3 1 筛选的依据和要求2 2 2 3 2 挖方边坡适用的技术2 3 2 3 3 填方边坡适用的技术2 3 2 4 本章小结2 3 第三章挖方边坡生态防护技术研究2 4 3 1 土质挖方边坡的生态防护2 4 3 2 岩质土挖方边坡的生态防护2 7 3 3 一般岩质挖方边坡的生态防护3 0 3 4 高陡岩质挖方边坡的生态防护3 2 3 5 本章小结3 3 第四章临水护岸生态防护技术研究3 4 4 1 生态护岸的含义及功能特点3 4 4 1 1 生态护岸的内涵及定义3 4 4 1 2 生态护岸的特征3 5 4 1 3 生态护岸的功能3 6 4 1 4 生态护岸的设计原则及依据3 8 4 2 自然原型护岸的生态防护技术4 0 4 3 人工自然型护岸的生态防护技术4 1 4 4 已有圬工挡墙的生态化处理技术4 4 4 5 本章小结4 7 第五章大理东环海公路边坡生态防护技术方案4 8 5 1 大理东环海公路简介4 8 5 2 公路边坡生态防护设计的要求及内容5 0 5 2 1 公路边坡生态防护设计的要求5 0 5 2 2 公路边坡生态防护设计的内容5 1 5 3 植被物种选择的原则及条件5 2 5 3 1 植被物种选择的原则5 2 5 3 2 植被物种选择的条件5 3 5 3 挖方边坡生态防护技术方案5 4 5 3 1 土质挖方边坡生态防护技术方案5 4 5 3 2 岩质土挖方边坡生态防护技术方案5 5 5 3 3 一般岩质挖方边坡生态防护技术方案5 7 5 3 4 高陡岩质挖方边坡生态防护技术方案5 8 5 4 临水护岸生态防护技术方案5 9 5 4 1 设计内容及方法5 9 5 4 2 具体处理方案5 9 5 5 本章小结6 1 第六章结论与建议6 2 6 1 结论6 2 6 2 建议6 2 致谢6 3 参考文献6 4 在学期间发表的论著及取得的科研成果6 6 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 公路建设与自然环境密切相关，尤其公路建设项目规模大、涉及面广，在其 建设施工过程中，边坡的开挖必然会破坏原有的植被覆盖层，导致出现大量的次 生裸地以及严重的水土流失现象，破坏了生态环境，恶化了动、植物的栖息生存 条件，加剧了生态系统的退化。调查结果表明公路的建设对其两侧相当长的区域 内的生态环境造成较大影响。 随着公路建设的迅猛发展和人们的环境保护意识日益提高，边坡防护逐渐成 为公路修筑技术的一个重要环节。目前，防护措施主要有工程防护和生态防护两 大类，工程防护主要是通过水泥、砂( 砾) 或石料在坡体表面形成坚硬的铺砌层和封 闭层，以防止边坡表层土壤或风化岩石受到自然因素作用造成稳定性破坏。利用 植被稳定边坡、改善生态环境在生态学上称为边坡生态防护。边坡生态防护的功 能体现在以下几个方面： 稳定边坡 边坡常见的病害就是土壤侵蚀、水土流失、坡面失稳、塌陷或者产生滑坡。 生态防护首先通过工程防护作为受力或施力框架来维持边坡的稳定性，其次通过 植被恢复来利用植物护坡功能来进一步稳固土体，同时植物根系起到加筋作用， 茎叶截留降雨，减小雨水对坡面的冲刷和侵蚀。 改善行车安全条件及路面状况 边坡植被还可以改善行车安全条件。譬如，通过视线诱导种植可预示或预告 线型的变化；通过遮光种植可防止车辆夜间行驶对向灯光的炫目；通过明暗适应 种植，当汽车进入隧道时，可帮助驾驶员缩短对明暗急剧变化的适应时间；通过 缓冲种植，当车体与路外物发生冲击时，可降低车辆和驾驶员的损害程度。栽植 的树木花草增加了地表植破覆盖度，拦截、抬升部分气流，消除风的动能，可起 到降低风速、防止风沙危害的作用( 据研究，裸露的公路边坡风速比林地大1 5 倍， 比草地大8 倍) ；覆盖的植物( 如路侧的灌木林) 能减缓坡面温差及温度变化的影响， 从而降低路表的温度，延缓沥青的老化，延长公路使用寿命。 生态及景观功能 边坡的开挖在一定程度上会破坏坡体与周围地区的生态环境，采用生态护坡 技术可以较大程度地恢复被破坏的生态环境。植被的存在可为一些小动物和微生 物的生存与繁殖提供必需的环境，也能逐渐恢复因边坡开挖而遭到破坏的生物链， 使已破坏的生态环境得到最大程度恢复；植物对颗粒污染物具有吸滞和阻挡作用， 2 第一章绪论 能使空气中的部分颗粒物沉降下来。据称草坪的滞留尘埃的能力比裸露的土地大 7 0 倍。并且已知植物能吸收的交通污染物质有二氧化碳、一氧化碳、氨气、硫化 氢、二氧化硫、氮氧化合物、氯气和汞、铅蒸气及大气中的金属和非金属粉尘等； 植物的吸声作用会有效减弱交通噪声，据北京园林科学研究所研究测定，2 0 m 宽的 草坪，可减少噪声2 分贝。特别对于覆盖植被的路堑边坡，相当于隔断视线的声屏 障，平均声障衰减量达到5 7 分贝；高速公路两旁的人工边坡用绿色的乔木、灌 木、草合理搭配覆盖，加上公路两侧天然生长的乔木、灌木、花草及栖息的生物， 可建成一条人工与自然相结合且风景迷人的公路线。 生态防护不同于以往的工程防护措施，它以坡面的长期稳定为目的，以保护 当地自然植物群落、恢复生态系统、防止水土流失为宗旨，主要是靠植物的根茎 与土壤间的附着力以及根茎间的互相缠绕来达到加固土体的目的，提高边坡表面 搞冲刷能力。从两类边坡防护工程的使用效果看，工程防护结构稳定，对减轻坡 面修建初期的不稳定性和侵蚀方面效果很好，作用非常显著，故被普遍采用；但 随着时间的推移、岩石的风化、混凝土的老化、钢筋的腐蚀，强度随之下降，效 果也越来越差。而采用生态防护则与此相反，开始作用尚不明显，但随着植物的 生长和繁殖，对减轻坡面不稳定性和侵蚀方面的防护作用会越来越大。生态防护 具有保护生态环境和景观环境的特点，但由于其经济技术要求高，在我国应用较 少。通过实践，人们已经意识到边坡防护技术不仅要考虑安全性和经济性因素， 而且应考虑公路生态环境和公路景观等因素。生态防护能长期发挥固土作用，同 时植被具有固氮、吸收二氧化碳、释放氧气、吸附灰尘、净化空气、降低噪音、 防风固沙和防止水土流失的功能，具有不可低估的环境经济效益。因此生态防护 技术不仅是边坡防护技术措施中综合效益最佳的一种，也代表着边坡防护的发展 方向。 作为本课题研究的依托工程一大理东环海公路，位于云南省大理市境内，路 线环绕洱海，水文地质、地形条件异常复杂，随着路堑边坡的开挖，不可避免的 破坏当前的地形地貌，从而使沿线产生大量挖方边坡，不仅坡度陡、坡高大，其 坡面破碎风化尤其严重，只利用生态防护而不采取工程措施，植物生长基质也难 以附于坡面，植物当然无法生长，将对在建工程的顺利推进以及建成后道路周边 的生态环境尤其是洱海造成较大影响。因此，边坡生态防护开启了一个崭新的边 坡防护理念，即生态护坡技术应与工程防护措施相结合，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，既保证了边坡的稳定，又保护 了边坡周围的生态环境，达到人类活动与自然环境的和谐共处。目前，我国边坡 生态防护的研究和实践仍处于初级阶段，尚有许多问题需要探索研究。其中，如 何充分发挥工程防护和生态防护各自的优点，做好工程防护和生态防护的优化结 第一章绪论 3 合具有重大意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 发达国家在公路的生态恢复中，起步较早，在2 0 世纪3 0 , - 一4 0 年代就意识到了 道路建设中生态平衡的重要性，开始在道路边坡开展植被恢复工作。2 0 世纪5 0 年 代后随公路的大量兴建，美国政府制定法律要求新建公路必须进行绿化，并采用 多种机制奖励对公路绿化做出贡献的团体。生态护坡工程技术的应用，欧美国家 主要是围绕着防止坡地免受雨水侵蚀的目的而进行的，目前常用的护坡方法有活 枝捆垛( 1 i v ef a s e i n e ) 、活枝扦插( 1 i v ec u t t i n g ) 、树枝压实( b r u s hl a y e r ) 、枝条篱墙( w a t t l e f e n e e ) 等，主要应用于公路边坡的植被防护及河堤护岸。另外液压喷播技术 ( h y d r o s e e d i n g 或h y d r a u l i e m u l c h i n g ) 自2 0 世纪5 0 年代发明后至今也获得广泛应用。2 0 世纪8 0 年代又发明了三维网植草护坡方法。 从总体上看，目前日本在植物护坡工程技术研究方面处于领先地位【l 】。日本从 2 0 世纪8 0 年代开始意识到生态道路建设的重要意义并进行了很多实践。日本的坡 面绿化技术己逐步发展到工程措施与植物措施相结合，绿化工程方法不下十种。 另外日本还发展了大量的与绿化工程技术相配套的生态技术【2 】。虽然日本在高速公 路防护方面起步比美国晚二、三十年，但现在其公路生态防护水平却处于世界领 先地位。 总之，国外的研究有以下特点： 西欧和美国由于其地形及经济方面的原因，选线多顺应地形地貌走向，尽 量避免高填深挖，所以公路边坡较小、坡度也不大，其土质、气候等环境差异较 小，研究主体环境变异小，坡面植被建植难度不大，我们可以在中小边坡或者土 质边坡的生态防护中借鉴其技术，但在高陡边坡的生态防护中，则要考虑合适的 生态防护技术。 引导生态防护先进水平的日本己研究成熟的技术手段主要有：湿式喷播技 术、客土喷播技术、绿化网防护等，但其植被的生态恢复研究还不够深入，绿化 品种往往较单一，长期以来的绿化偏重于植树，多应用经验模式，而且在日本客 土喷播技术成本高，需要较长时间才能达至1 j 9 0 的植被覆盖度。 在植被防护理论研究方面，通过对植物根系的加固作用、抗剪及抗侵蚀作 用等建立了较为完善的试验手段和计算模型，对在生态防护下的边坡稳定性计算 提供了很大的帮助，但是对植被护坡产生的附加效应一生态效应和景观效应研究 的较少。 4 第一章绪论 生态护坡中植被种类的选择较单一。草灌的搭配较少，较多的采用单一的 草本植被。从短期来看，确实对保持水土流失和环境方面起到了一些作用，但是 退化太快。灌木在坡面的生命繁殖能力有限，短期根本达不到固土，保持水上的 目的。 1 2 2 国内研究现状 国内在植物护坡技术应用方面的研究起步较晚，跟我国的当时发展速度较慢， 公路建设较少，且对生态防护在公路方面的应用认识不足有很大的关系。2 0 世纪 8 0 年代以前一般多采用撒草种、穴播或沟播、铺草皮、片石骨架植草、空心六棱 砖植草等护坡方法。2 0 世纪8 0 年代由于采用了三维土工网新材料，生态防护技术 在部分发达国家开始得到广泛应用。但在国内，由于成本等多方面的原因，只有 少数边坡采用。随着人们的环保意识的增强，出于对生态环境保护，边坡生态恢 复逐步引起重视。1 9 9 0 年云南省昆明曲靖高速公路全线路堑、路堤、中央分隔 带和立交区等进行了全面防护和绿化，并首次采用瑞士湿法喷播技术进行大规模 的植被种植，为我国公路绿化技术的提高做出了有益的尝试【3 1 。1 9 9 3 年我国引进土 木材料植草护坡技术，随后土木工程界与塑料制品生产厂家合作，开发研制出了 各式各样的土工材料产品，如三维植被网、土工格栅、土工网、土工格室等，结 合植草技术在铁路、公路、水利等工程的边坡中陆续获得应用【4 1 。 李旭光等通过考察日本公路边坡生态防护技术，研究了先进的泥浆喷播方法 并提出了其施工工艺；金钟研究了高速公路边坡喷混技术，并介绍了喷混技术的 施工工艺；王思成等研究了我国高速公路边坡生物防护技术的现状，分析了存在 的不足，提出要合理有效地应用边坡生态防护技术；龙忠富等根据对一试验段的 气候、地质等分析，研究并分析了几种草本植物混播对公路边坡的防护效果；陈 兵等通过对云南元磨高速公路某试验边坡的草本植物配比及施工工艺进行了研 究；田卫群分析了公路挖方边坡失稳的原因，以省内外多条高等级公路为例，介 绍了工程防护与生物防护相结合，互相取长补短治理挖方边坡，并分析了其经济 社会效益，指出了二者相结合防护边坡的优越性及其发展前景：邱晖、孟祥利研 究了石质路堑边坡的绿化防护技术，并与传统的防护技术进行造价比较，指出生 态防护因造价高而不被广泛使用的客观原因，从保持生态环境平衡重要和长远利 益的角度提出了生态防护的必要性。 公路边坡的生态防护在我国目前没有成功的经验和定型的模式，更无技术规 范可循，也没有专门的设计单位和施工队伍，多依赖于园林部门和高等农林院校， 但往往由于公路的特殊性，在诸多方面造成了浪费和不合理现象。一方面表现在 施工过程中采用传统的边坡防护治理措施，大量使用工程防护，生态防护只是其 第一章绪论 5 中的点缀作用，忽视了植物防护的生态功能；另一方面表现在以往片面强调了植 物的景观功能，而对边坡的稳定性考虑不足，往往有防护过后失稳的情况发生。 此外，国内的研究人员过多集在水土保持学的研究，忽略了坡面植物根系的工程 力学行为及与生态防护和工程防护相结合防护的研究，因而防护理论远远落后于 防护技术应用的发展。 总而言之，国内高速公路边坡生态防护研究有以下特点： 目前我国比较成熟的技术有：三维植被网、浆砌片石骨架植草防护、藤蔓 植物护坡、土工格室植草及钢筋混凝土框架植草护坡等，对于填方边坡或较缓的 中小挖方边坡实施效果良好，但对于高陡岩质或劣质土边坡的防护措施，虽然已 有如锚杆框架梁、客土喷播、液压喷播及厚层基材喷射工法等技术出现，但由于 公路地域性的差别，而引起的地质土质差别较大，笼统照搬试点成功技术大多达 不到满意效果，缺乏生态防护技术适应性研究，造成资源和财力的浪费。 对单一防护形式研究较多，但对于综合防护的研究较少，尤其是针对高陡 岩质边坡的生态防护，缺少综合防护研究。 在防护形式研究中，缺乏对不同防护模式对边坡稳定性影响的计算分析， 大多为定性分析，缺乏数据支撑。 在公路边坡生态恢复中，后期管理及保养是非常重要的一个环节，但在我 国，由于经费、认识及技术手段的严重缺乏，后期工作做的不够理想。 1 3 本文主要研究内容 。 ” 本文借鉴国内外现有公路生态防护技术的研究成果，重点针对大理东环海公 路边坡的立地条件及工程特点( 即上边坡为挖方边坡，下边坡为临水护岸) ，对其边 坡生态恢防护技术有针对性地进行研究，提出合理可行的技术方案，以解决边坡 生态防护的问题，改善边坡绿化现状。期望有效发挥边坡绿化生态防护功能，并 为以后的公路等建设项目中的裸露边坡的生态防护工作提供借鉴，其主要研究内 容为： 对现有公路边坡生态防护技术进行比较分析 通过查阅大量文献资料，对现有公路边坡生态防护技术进行比较分析，并结 合生态防护的依据和要求，筛选出合适的生态防护技术，为后面的研究打下理论 基础。 挖方边坡生态防护技术的研究 根据所筛选出的生态防护技术，并结合4 种具有代表性的挖方边坡的特点， 对所筛选的技术进行具体研究，并使其能够应用在所针对的挖方边坡上。 临水护岸生态防护技术的研究 6 第一章绪论 在保证临水护岸安全稳定的基础上，结合生态护岸的设计原则及依据，重点 针对3 种类型的临水护岸生态防护技术进行研究。 挖方边坡和临水护岸生态防护技术的应用 选取大理东环海公路典型路段，对其挖方边坡和临水护岸的生态防护提出合 适的生态防护技术方案，并对旧路改建中普遍存在的已有圬工挡墙的生态防护问 题，提出了切实可行的生态化处理技术方案。 第二章现有边坡生态防护技术比较选择 7 第二章现有边坡防护技术比较与选择 研究公路边坡生态防护技术，首先要解决的就是如何选择合适的生态防护技 术。公路生态防护技术的取是否合适是关系到生态防护效果的关键，本章主要根 据现有的公路边坡生态防护技术，经过比较分析，总结出各种生态防护技术的适 用性，并结合大理东环海公路边坡的现状，找出可能适合的生态防护技术，为后 面的研究做好理论基础。 现有公路边坡生态防护技术主要分为三大类，即单纯植被防护、植被和改土 措施相结合的防护及植被和工程措施相结合的防护。下面将分别介绍具有代表性 的各类生态防护技术的具体形式。 2 1 单纯植被防护 2 1 1 撒播草种护坡 撒播草种是边坡植被防护的一种传统方法，即通过人工的方式将植被种子直 接撒播在坡面上，以达到恢复植被、保护坡面的目的。此法施工简单、造价低廉， 是一种简单易行的生态防护形式。其主要技术特点如下： 人工播种施工简单方便，不需要更多的机械设备和辅助材料。种子与土壤能 够直接紧密结合，有利于植被发芽生长。人工播种可以根据坡面植被群落设计和 种子生物学特征，随时调整播种方式和播种深度。 撒播草种护坡可适用于我国从湿润到干旱、从寒温带到热带的广大地区。一 般情况下，撒播草种护坡可应用各类低填土质边坡，边坡高度一般不大于8 m ，坡 率缓于l ：l 。如果设计要求不是很高的话，也可用于石质土边坡。撒播草种护坡的 形式有三种，即撤播、条播和穴播。撒播只适用于缓坡，适宜坡度为l ：1 2 5 ，即 3 0 。左右，而条播和穴播的适宜坡度可达到l ：1 ，即4 5 。左右。由于撒播草种后种 子易受雨水侵蚀而流失，因此施工季节应避开暴雨集中的时段，此外，高温炎热 地区的夏季和严寒地区的冬季，都不适宜撒播草种护坡。 撒播草种护坡的主要缺点为：由于草籽播撤不易均匀，草籽易破雨水冲走， 种草成活率低等原因，往往达不到满意的边坡防护效果，使得该技术近年应用较 少。 2 1 2 铺草皮护坡 铺草皮护坡是较常用的一种生态护坡绿化技术，是将培育的生长优良健壮的 草坪，用平板铲或起草皮机铲起，运至需绿化的坡面，按照一定的大小规格重新 铺植，使坡面迅速形成草坪的生态护坡技术。其主要技术特点如下： 8 第二章现有边坡生态防护技术比较选择 成坪时间短。草种从播种到成坪所需的时间较长，一般需要1 个月至2 个 月，采用铺草皮方法，可实现“瞬时成坪”，因此，对于急需绿化或植物防护的边 坡，采用铺草皮是首选方法。 护坡功能见效快。植物的防护作用主要通过它的地表植被覆盖和地下根系 的力学加筋来实现，草坪在未成坪前对边坡基本起不到防护作用。铺草皮由于即 时实现草坪覆盖，因此，依靠其地表覆盖，在一定程度上可减弱雨水的溅蚀及坡 面径流，降低水土流失，迅速发挥护坡的功能。 施工季节限制少。植被发芽都需要适宜的温度条件，冷季型草种的适宜播 种季节是早春和夏末秋初，最适宜的气温为1 5 - - - 2 5 ，暖季型草种最适宜的播种 季节是春末秋初，适宜的气温为2 0 - - - , 2 5 。在适宜季节外施工，草种的发芽率， 生长都受到影响。铺草皮则不存在此限制，一般地，除寒冷的冬季外，其它时间 都可施工。 前期管理难度大。新铺的草皮，容易遭受各种灾害，如病虫害、缺水、缺 肥等，因此，在新铺草皮养护期间，必须加强管理。 适用条件。据铺草皮护坡在国内不同地区、不同类型边坡的应用经验，初 步确定其各地区均可应用，但在干早、半干早地区应保证养护用水的持续供给； 各类土质边坡均可应用，强风化岩质边坡也可应用，常用于路堤边坡；坡率一般 不超过1 ：l ，局部可不陡于1 ：0 7 5 坡高不超过l o m 的稳定边坡；春季、夏季和秋季 均可施工，春秋两季施工为最佳。 2 1 3 苗木移植护坡 苗木移植主要是指把木本植物( 乔木、灌木等) 的整体( 如幼苗、成苗) 或部分 ( 如枝条、根茎) 从生长地取出栽植到人工坡面上的操作过程，它也是边坡植被防 护的一种传统方法。其主要技术特点如下： 以移植灌木和矮乔木的幼苗为主，移植幼苗使得苗木受损程度小，植株根 系容易在坡面上扎根、生长、延伸，对坡面土体的加筋固土作用显著，有利于坡 面稳定。 移植的苗木已经木质化且具有一定的高度和较强的根系，移植后能够与草 本植物竞争，容易与草本植物一起生长发育，避免或减少乔灌种子直播时木本种 子发芽及初期生长缓慢而受草本植物欺压等问题。 能在短期内使坡面上形成乔、灌、草共生的护坡植物群落，能防止由于草 本植物的早期衰退所引发的坡面植被退化问题，有利于坡面植被的稳定和群落演 替，有利于减少后期养护工作量。 可以控制坡面木本植物密度，可以在坡面选择适宜部位栽植乔灌木，利于 第二章现有边坡生态防护技术比较选择 9 坡面生态景观的早期形成。 适用于湿润区、半湿润区、半干旱区、干旱区等以面状、点状边坡生态防 护为主的各类绿化工程。适用于包括挖方边坡和填方边坡在内的各类土质边坡、 石质土边坡。人工坡面的土壤条件大都比较差，有些边坡的土壤成分复杂、肥力 很差甚至无土壤，在进行苗木移植时需要结合改土措施一起进行。甚至无土壤在 岩石边坡使用时要结合工程措施才能使用。 2 1 4 植生带护坡 植生带是采用专用机械设备，依据特定的生产工艺，把草种、肥料、保水剂 等按一定的密度定植在可自然降解的无纺布或其它材料上，并经过机器的滚压和 针刺的复合定位工序，形成的一定规格的产品【l l ，如图2 1 所示。植生带建植草坪， 是草坪建植中的一项新技术，在国外应用较早，我国在2 0 世纪8 0 年代开始试制 和应用。目前，植生带已广泛应用于城市园林绿化、水土保持以及边坡绿化中。 植生带护坡具有以下的特点： 植生带置草种与肥料于一体，播种施肥均匀，数量精确，草种、肥料不易 移动； 植生带具有保水和避免水流冲失草种的性质； 草种出苗率高、出苗整齐、建植成坪快； 采用可自然降解的纸或无纺布等作为底布，与地表吸附作用强，腐烂后转 化为肥料； 植生带体积小、重量轻，便于贮藏，可根据需要常年生产，生产速度快， 产品成卷入库，贮存容易，运输、搬运轻便灵活； 施工省时、省工，操作简便，并可根据需要任意裁剪； 根据植生带护坡在国内不同地区、不同类型边坡的应用经验，凡是适合展 开面状植被恢复的地区，都可采用植生带技术，但在干早、半干早地区应保证养 护用水的持续供给；一般用于土质边坡，处理后的岩质土路堤边坡可用，也可用 于土质路堑边坡；常用坡率为1 ：1 5 1 ：2 0 ，坡率超过l ：1 2 5 时应结合其它方法使 用；坡高一般不超过l o m 的稳定边坡；一般施工应在春季和秋季进行，应尽量避 免在暴雨季节施工。 1 0 第二章现有边坡生态防护技术比较选择 图2 1 植生带护坡 f i 9 2 1v e g e t a t i o nw i t hs l o p e 2 1 5 香根草篱护坡 香根草篱护坡是在坡面上按一定间距并大致沿等高线密植香根草带，依靠香 根草的植被覆盖及其根系的力学加固防护边坡的技术。香根草具有适应性广、易 繁殖、根系发达、耐早、耐湿、耐瘠薄等特性，因此成为保持水土流失、固土护 坡的首推环保植物，在水土保持、固土护坡等方面具有广泛的应用价值。香根草 能适应各类土壤条件，在非常贫瘠、紧实、强酸( p h 值为4 ) 、强碱( p h 值为1 1 ) 、 甚至具有重金属毒害的土壤上都能生长。它能抵抗长期干早或渍水，即使茎叶有 部分长期淹水的情况下亦能存活。香根草属c 4 植物，光合能力强，生长快，生物 量大。在光照较足的情况下，当日平均温度稳定超过1 0 时香根草就开始萌发生 长。香根草篱护坡的特点： 抗逆性强，适应性广。香根草能耐零下1 0 ( 2 严寒( 零下1 5 地上茎叶冻死， 但地下茎节可萌发新蘖) 及5 0 高温酷暑，能抗严重干早及水淹，既能种植于干早 的山坡，也可生长于河岸边富水土壤，因此，在治理各种边坡病害时基本都能适 用； 生长分萦迅速。分莫后形成草篱如果种植得法，半年后香根草就可高达8 0 1 0 0 c m ，并由原来的每莞2 - - 一3 株，当年就可分萦成3 0 4 0 茎蘖的大丛。如果按 1 5 - - 一2 0 c m ，丛距带状种植，年内即可形成繁茂草篱，有效地截阻坡面径流，缓解 冲刷，减少水土流失。据资料，茂密草篱可减少径流7 3 ，降低土壤流失达9 8 ； 根系发达，固土力强。香根草以根系发达，且深扎土壤的优点而被广泛应 用。据测一般香根草根深2 - - 3 m ，最深达5 - - - 6 m ，这是普通草本植物难以达到的。 根据测试结果，香根草根直径为0 2 - - 一0 2 2 m m 范围内时，其抗拉强度1 8 0 - 一4 0 m p a ， 其中根的直径为0 7 - - - - 0 8 m m 时，其抗拉强度为7 5 m p a 。该抗拉强度约相当于一般 第二章现有边坡生态防护技术比较选择 1l 钢材极限抗拉强度的1 6 。该抗拉强度与许多硬木树种相比，香根草根的抗拉强度 都是非常高的。尽管在0 7 o 8 m m 径级上，一些硬木的抗拉强度比香根草根的平 均抗拉强度高，但硬木根的平均抗拉强度却要低一些。 技术简单，经济合理。种植香根草不同于工程治理，经过简单的技术培训 后一般工人容易学会操作。香根草篱护坡成本低，同铺草皮护坡相当，但种植后 管理费用少，一但形成篱笆后，几年内不需要维护，而且，由于香根草适口性不 佳，不会被家畜采食。香根草对病虫害强大的抵抗力，其根内所含挥发性芳香油 可驱赶鼠类及其他有害动物； 不会污染环境。香根草在自然条件下一般不结实，也没有根状茎或匐伏茎， 因此它不会成为农田杂草。香根草也极少感染或传播病虫害，一旦定植成功，它 就能存活几十年甚至数百年。当周围的植物被干早、洪水、大火、害虫、疾病等 自然灾害消灭时，香根草能成为少数几种幸存下来的植物之一； 适用条件。根据香根草在国内不同地区、不同类边坡的应用经验，初步确 定其适用南方暖湿地区；一般用于土质边坡，包括路堤和路堑边坡，坡率不陡于 l ：1 ；每级坡高不超过l o r e 的稳定边坡；一般施工应在春季和秋季进行，以3 月底 至6 月底及8 月底至9 月底施工为最佳。为了确保成活率和护坡效率，应避免在 酷暑和严冬季节施工。 综合以上内容可以得出，单纯的植被护坡技术虽然可以使公路边坡具有生态 效果，但是也不可避免的存在一些局限性，具体缺陷如下： 绿化成本高，养护管理困难； 单一人工林下植被覆盖极差，且容易发生病害； 草本植物结籽后容易死亡，人工植被易被野生植物演替： 植被根系的延伸使土体产生裂隙，根系死亡后土体中会产生空洞，增加了 土体的渗透率，植物的深根锚固仍无法控制边坡更深层的滑动，若根系延伸范围 内无稳定的岩土层，则其防护作用便不明显，若遇大风雨则易连根拔出。 2 2 植被与改土措施相结合的防护 2 2 1 液压喷播技术 液压喷播植草是将草种、木纤维、保水剂、粘合剂、肥料、染色剂等与水的 混合物通过专用喷播机喷射到预定区域建植草坪的高效绿化技术，如图2 2 所示。 由于喷出的含有草种的粘性悬浊液，具有很强的附着力和明显的颜色，喷射时不 遗漏、不重复，可以均匀地将草种喷播到目的位置。在良好的保湿条件下，草种 能迅速萌芽，快速发育成为新的草坪。因此，液压喷播植草是一种高速度、高质 1 2 第二章现有边坡生态防护技术比较选择 量和现代化绿化技术。 坡面人工种草，往往因坡面坡度大而造成人工播种难度大，播种人员由于难 以在坡面上站立，操作困难，播种质量无法保证，造成出苗不齐，难以成坪，另 外，坡面上人工作业，由于翻耕土壤，也极易引起风蚀和水蚀，从而产生水土流 失。为了防止上述后果的发生，常需投入较多资金，配合一些工程措施，但并不 能达到理想效果。采用液压喷播植草技术，能较好地解决上述