（岩土工程专业论文）风景名胜区旅游公路开挖边坡景观型防治研究.pdf

摘要 传统的边坡防治，沿袭了“先破坏，后恢复”的陋习，常采用粗放型工程措 施，结构简单粗糙，不注重绿化和生态恢复，景观设计重视不够，景观效果可持 续性差，特别是旅游公路边坡，生硬、粗糙的工程支护结构给许多自然、人文景 观造成严重破坏，在一定程度上影响了旅游业的发展。随着旅游的内涵和旅游方 式的不断发展完善，旅游公路所蕴含的美学价值和服务功能越来越受到人们的重 视。鉴于此，本文对风景名胜区旅游公路边坡治理新技术、新材料的开发进行了 研究，在满足治理工程需求的同时，赋予支护结构出露部分景观价值，保护和恢 复旅游区景观。 本文以金佛山西坡旅游公路为依托工程，基于重庆市地方标准建筑边坡工 程技术规范，提出了旅游公路边坡景观型治理功能性、生态性、景观性三元论， 在边坡治理中，引入景观、绿色、生态、可持续的理念，从支护结构的景观构型、 边坡表面及支护结构外露部分的景观化处理、动态景观、工程治理与生态治理相 结合、植被恢复及景观植物的造型、搭配几方面进行了研究，设计了六边形、六 角星形、梅花形、扇形、莲花形、牡丹形六种景观型格构，弧形、波浪形、z 字形 三种重力挡土墙结构；提出了浮雕、壁画、遮挡等边坡及支护结构外露部分的景 观处理方式；应用生态治理与工程治理相结合的理念，提出挡土墙与植生混凝土 的结合、s n s 柔性防护网与植物盆的结合、格构与景观植物的结合等措施；设计开 发了一种开放型的自嵌式挡土墙砌块，实现挡土墙回填土及边坡体的绿化和生态 恢复，将边坡支护、生态恢复、景观造型融为一体；并将s n s 柔性防护网和植物 盆结合治理、开放型挡土墙两种技术分别用于金佛山西坡旅游公路k 3 + 3 0 0 段和 k 4 + 4 0 0 段公路边坡。 关键词：旅游公路；边坡；防治；景观；金佛山 a bs t r a c t t h et r a d i t i o n a ls l o pc o n t r o lf o l l o w st h ec o r r u p tc u s t o m so f r e c o v e r y a l t e r f a i h e ，m a i l l l ya d o p t se x t e n s i v ee n g i n e e r i n gm e a s u r e s t h es t m c t u r eo ft h et r a d i t i o n a l s l o pi ss i m p l ea n dr o u g h ，w i t hn oe m p h a s i z ee i t h e r o ng r e e n i n go re c o l o g i c a lr e s t o r a t l o n ， o rl a n d s c a p ee f f e c t ，o rs u s t a i n a b i l i t y e s p e c i a l l yf o r t h es l o p eo f t 0 1 】r i s tr o a d ，r i g i d 删 r o u 曲s u p p o r t i n gs t r u c t u r e c o u l d d e s t r o yn a t u r a ll a n d s c a p e a n dh u m a nl a n d s c a p e s e r i o u s l y , w h i c h ，t oac e r t a i ne x t e n t ，a f f e c t st h ed e v e l o p m e n to ft o u r i s m a st h e o o n n o t a t i o na n ds t y l eo ft o u r i s mg e t si m p r o v e da n dd e v e l o p e d ，t h ea e s t h e t i cv a l u ea n d s e r v i c e 丘m c t i o no fm et o u r i s tr o a di sg e t t i n gm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n t h er e s e a r c h a n dd e v e l o p m e n to fn e wt e c h n o l o g ya n dn e w m a t e r i a lo ft h ec o n t r o lo fs l o p eo ft o u r i s t r o a ds a t i s f i e s 吐l ed 锄a n do f l ec o n t r o lw o r k s ，a sw e l la se n d o w se x p o s e dp a r to f t h e s u p p o r t i n gs t r u c t u r ew i t hl a n d s c a p e v a l u e ， b a s e do nt h ep r o j e c to ft o u r i s tr o a d ( ( t e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n so fb u i l d i n g p r o t e c t sa n d r e c o v e r st h et o u r i s tl a n d s c a p e o fw e s ts l o p eo fg o l d e nb u d d am o u n t a i na n d s l o p ) ) ，t h el o c a ls t a n d a r d o fc h o n g q i n g ， p r o p o s e dt r i l i s ma b o u tl a n d s c a p ec o n t r o lo fe x c a v a t i o ns l o p eo nt o u r i s tr o a d t o u n s t r o a d t h ee s s a yi n t r o d u c e si d e a ss u c ha sl a n d s c a p e ，g r e e n i n g ，e c o l o g ya n ds u s t a i n a b i l i t y , a n ds t u d i e so na s p e c t ss u c ha st h es t r u c t u r ea n dm o d e l i n g o ft h es u p p o r t i n g 姗m 鹏， 1 a n d s c a p et r e a t m e n to ft h es u r f a c eo fs l o p ea n dt h ee x p o s e dp a r to ft h es u p p o m n g s t n l c t u r e 。d y n a m i cl a n d s c a p e ，t h ec o m b i n a t i o no fe n g i n e e r i n gc o n t r o la n dc c o l o g i c a l c o m r 0 1 v e g e t a t i o nr e s t o r a t i o n , a n dm o d e la n d c o l l o c a t i o no fl a n d s c a p ep l a n t i nt h e e s s a y , m u l t i p l es h a p e so fl a n d s c a p el a t t i c ea n dr e t a i n i n gw a l l a r ed e s i g n e d ，仃e a t i i l e n t m e m o d so ft h es l o p ea n de x p o s e dp a r to fs u p p o r t i n gs 饥l c t u r es u c ha sr e l i e f , f r e s c oa n d o c e l u s i o na r er a i s e d a p p l y i n gt h ep h i l o s o p h yo fe c o l o g i c a l c o n t r o la n de n g m e e n n g c o r l t r o l m e a s u r e so fc o m b i n a t i o no fr e t a i n i n gw a l la n dp l a n t 黟。衍n gc o n c r e t e ，s a f e t y n e t t i n gs y s t e ma n dp l a n tp o t s ，l a t t i c ea n dl a n d s c a p ep l a n t sa r ep r o p o s e dm t h ee s s a y t h ed e s i 鳃o fo p e n i n ga n ds e l f - a n c h o r e dr e t a i n i n gw a l lb l o c kr e a l i z e st h eg r e e n i n g 觚d e c 0 1 0 9 i c a lr e c o v e r yo fr e t a i n i n gw a l lb a c k f i l la n ds l o p em a s s ，a sw e l la sb l e n d ss l o p e s u p p on ：m g ，e c o l o g i c a lr e c o v e r ya n dl a n d s c a p em o d e li n t oa u n i t y as e to fd e s i g na n d s t a b i l i t yc o m p u t a t i o ni s a l s oi m p l e m e n t e df o rt h et o u r i s tr o a ds e c t i o nk 3 + 3 0 0a n d k 4 + 4 0 0o fw e s ts l o p eo fg o l d e nb u d d am o u n t a i n , u t i l i z i n gt h ec o m b i n a t i o n c o n t r o lo f s a f e t yn e t t i n gs y s t e ma n dp l a n tp o t ，a s w e l la s t h et e c h n o l o g yo fo p e n i n gr e t a i n i n gw a l l k e yw o r d s ：t o u r i s tr o a d ；s l o p e ；p r e v e n t i o n ；l a n d s c a p e ；j i n g f o s h a n 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：缝莫 日期：) 易勿年月多日 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：赠莫 b 觏：如i 萨多只8b 指导教师签名： 日期：弘l 昨 秘 g 日 膊戮：擞毋趟缈 学群舻指鬻纂璧搿日期：z 矽年月艿日 日期：) 6 ( 。年t6 月9l j i 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 随着社会的发展，旅游业已成为全球经济中发展势头最强劲和规模最大的产 业之一，亦是中国经济发展的支柱性产业之一。旅游业在城市经济发展中的产业 地位、经济作用逐步增强，对城市经济的拉动性、社会就业的带动力、以及对文 化与环境的促进作用日益显现。一位旅游业的资深专家曾说，旅游业的“吃、住、 行、游、购、娱 六要素的排列顺序，应当改为“行、住、游、吃、购、娱 ，因 为“行 是旅途的开始旧1 。四通八达的路网，为人们的出行带来了便利，也让不少 “养在深闺”的美丽风景得以展现在世人面前，旅游业的发展离不开桥通路畅。 陆路交通网络的日渐发达，交通方式的升级，时空距离的缩短，旅游业六大要素 之一“行”的每一点改变对旅游业而言都是意味深长的，道路的通畅推动了旅游 业的快速发展。旅游公路是现代旅游业与现代公路交通相结合的产物，其历史仅 有短短的半个世纪。在我国，旅游公路更是改革开放后才产生的，当时我国的公 路建设比较落后，许多旅游景区通达性很差甚至无法到达，交通成为了旅游发展 的瓶颈之一。旅游要发展，交通要先行，在这种观念的指导下，为了大力发展旅 游业，各地在2 0 世纪8 0 年代、9 0 年代，加大了旅游公路的建设力度，使交通条 件得以改善，但这时候我国的旅游公路更多的是一个通道的概念，系连接客源地 和旅游景区的纽带，因此修建时缺乏环保意识和审美意识，大挖大填，改变地形 地貌，扰乱土壤结构，破坏植物群落，降低生物多样性，影响局部小气候，增加水土 流失危险性，破坏原始自然景观和人文景观，降低通过区域景观美学价值等，不重 视景观绿化，形成大量裸露的开挖边坡，生态环境遭到破坏，人工雕琢痕迹明显， 道路工程与周围环境极不协调，同时亦存在安全隐患。为了有效地缓解公路建设 对生态环境的影响，建设高质量的公路交通景观环境，交通部出台了公路环境保 护设计规范，明确要求要加强公路生态环保与景观研究n 刈。 随着旅游的内涵和旅游方式的不断发展和完善，旅游公路所蕴含的审美价值 和服务功能越来越受到人们的重视，旅游公路已经不仅仅是作为简单的运输通道 而存在，更重要的是它们自身就是旅游景区的有机组成部分，已经融入到旅游产 品中，甚至有的公路本身已经成为了新的旅游资源，旅游公路是指通往旅游区和 旅游区内连接各景点，能够满足游客的审美要求并为其提供符合生理、心理需求 的服务设施、旅游信息等且整体美观、管理有序的公路。随着我国国民经济的不 断发展和人们旅游理念的日益提高，旅游公路的地位越来越重要，它的舒适度和 2第一章绪论 审美度直接影响游客对旅游经历的满意度，成为了旅游产品的重要组成部分。因 此，交通部在2 0 0 3 年全国交通工作会议上，指定“四川省川主寺至九寨沟的旅游 公路”( 川九路) ，作为落实生态保护和可持续发展战略、促进公路与自然环境相 和谐的示范工程，它成为新中国建设5 0 多年来，我国第一条环保标志性路段和真 正意义上的景观路。川九路的建设，在全国引起了巨大反响，其示范效应是显著 的。为推广川九路的成功经验，全面提高公路勘察设计质量，交通部从2 0 0 4 年至 2 0 0 7 年连续三次开展了公路勘察设计典型示范工程活动，共推出5 2 条典型示范公 路，包括小磨路、景婺黄高速公路、张家界景区公路等，其中绝大多数为旅游公 路；同时，为规范典型示范公路的设计和建设，交通部印发了公路勘察设计典 型示范工程咨询示范要点，对示范公路的路线选择、路基与环保、桥隧交叉、交 通工程进行了明确的要求。在政府的引导下，我国的旅游公路建设质量得到显著 的提高，审美功能和服务功能增强，出现了众多公路建设和环境保护协调统一的 示范工程。但是，我国的旅游公路建设还仅仅停留在示范阶段、停留在点上，还 需要在设计理念、技术标准灵活运用、路景相融、服务设施、交通管理上向国际 水平靠拢吖1 。 我国是地质灾害多发区，旅游公路修建过程中，大量裸露开挖边坡，对景区 生态造成严重破坏，既影响景观效果，亦存在安全隐患，必须进行有效防护。现 有的边坡防护，主要是传统的粗放型防护措施，建设者们更多考虑的是安全、经 济和技术的问题，即使考虑环境也仅仅从可能导致的环境污染方面考虑，很少考 虑到对视觉的影响，大量灰色的混凝土护坡结构出现在旅游公路的沿线，出现在 绿色的山地森林背景下，这种不良的景观效果与旅游休闲、寻美这一功能极不相 称。对于旅游公路边坡防护，还没有统一可依的防治模式，没有成熟的设计理论 和具针对性的技术措施。 1 2 研究的目的和意义 目前旅游公路边坡防护主要存在以下四个方面的问题： 不注重绿化和生态恢复，由于沿袭了“先破坏，后恢复”的陋习，公路建 设中大量边坡开挖，造成严重植被破坏，边坡防护时，不注重绿化和生态恢复， 甚至进一步地破坏，留下大面积的岩石和砂土裸露区，长期风化剥落，严重水土 流失，轻则影响景观，重则破坏自然生态，边坡塌陷，危及行车安全。 不注重景观设计，目前的旅游区边坡防护还主要采用工程措施，结构简单 粗糙。 景观设计不注重与环境协调，很多旅游公路边坡防护在设计过程中，逐步 第一章绪论 3 注意到了环保和景观效果，但对景观设计的理念还不够透彻，或者采用的措施不 当，致使景观设计流于形式，千篇一律，特别在一些自然风景区，人工雕凿痕迹 明显，反而与周围环境极不协调。 景观效果可持续性差，由于后期维护跟不上，或者由于景观本身难以修复， 许多旅游公路边坡景观达不到其预期效果， 粗放型的边坡防护措施，给许多自然、人文景观造成严重破坏，在一定程度 上影响了旅游业的发展。通过对边坡景观型防护措施的研究，在满足治理工程需 求的同时，赋予治理结构外露部分景观价值，保护和恢复旅游区景观。 1 3 国内外研究的现状 1 3 - 1 国外研究现状 在欧美发达国家，公路已经从最初的单纯追求通车里程和公路质量上发展到 今天十分重视公路建设与生态环境保护之间的关系和化路景观美学规划设计上。 很多国家都非常重视公路的绿化，强调遵循自然、相融于周围环境，尽可能恢复 原有的自然植被和景观，体现了强烈的生态和环保意识。早在1 9 6 5 年，美国就制 定了高速公路绿化技术标准，日本也于1 9 7 6 年制定了相似的标准，原苏联于1 9 7 5 年制定了公路建设和景观设计规范等睁1 0 1 。 公路边坡景观防治，国外的研究主要针对高速公路，方向主要是生态防治技 术。作为高速公路绿化中最大的绿色载体，高速公路边坡的生态防护和绿化、美化 建设受到了发达国家的普遍重视，发达国家在公路建设中应用边坡生态防护技术 已有很长的历史。美国于1 9 3 6 年在加利福尼亚州的a n g e l e sc r e s t 公路边坡治理 中就已经应用了生态防护技术；在美国、德国、法国等国家，从项目立项开始， 边坡生态防护就与路基、路面设计同步进行。日本对边坡的治理和绿化十分重视， 其工艺、技术和设备都具有国际先进水平，除坡面必须的工程防护外，其他全部 采用植物防护方式。日本的边坡生态防治使用机械或人工实施，机械包括种子喷 播法、客土喷播法、厚层基础材料喷播法等，客土喷播已开发了2 0 多种施工方法； 人工施工包括植生带法、挂网法等；目前，日本正在研究“特殊空间绿化技术”、 “植被恢复技术 、“公路边坡绿化技术 、“景观仿真技术等高新技术。目前， 国外还没有专门针对旅游公路边坡景观型治理的研究睁1 1 1 。 1 3 2 国内研究现状 我国旅游公路景观研究及其实践典范当属2 0 0 3 年被交通部指定为中国公路与 4 第一章绪论 自然环境相和谐的交通环境保示范样板“四川省川主寺至九寨沟旅游公路”，是新 中国公路建设6 0 年来第一条环保标志性路段和真正意义上的景观路。王云、李海 峰等在深入分析公路沿线自然景观组成要素与人文景观组成要素及各自特征基础 上，提出景观特色带、景观过渡带、景观特色点的景观规划概念口1 ：梁诚玉对植物 防护机理及边坡景观设计进行了研究，提出了边坡防护特种的选择原则，对不同护 坡植物的适生能力及生态特性进行了归类总结口羽：谢怀建、陈洪凯对三峡库区沿江 城镇边坡治理中的景观建设进行了研究，提出了三峡景观区域边坡治理与建设的 指导导思想与建设原则，并从边坡绿化的植被特色、人文特色、景观特色和综合 特色等四个方面，论述了三峡库区边坡绿化应体现的特色n 钔；黄瑞对川西地区旅 游公路的景观规划设计理论和方法进行了研究，从色彩、尺度、符号、小品等方面 提出了具体的景观规划设计方法哺1 ；另外，高小虎、李西等、杨明凯等，分别对山 区公路、九寨沟等不同的公路段景观设计进行了具体的研究。我国的公路边坡生 态防护技术是在引进国外技术的基础上起步的，通过十多年的研究和工程实践， 高速公路生态恢复技术已有了巨大进步。岩石边坡生态防护技术主要表现在湿法 喷播技术的普及和客土喷播技术的推广，同时，高速公路岩石边坡生态技术也趋 于市场化。在理论上，也从十几年前的“单一种草”理论常演变到目前的“灌木 为主，草本为辅 理论，从以前的完全意义上的“人工建植植被 演变到现在的 “尊重自然，恢复自然 n 们。 目前，在旅游公路边坡景观治理上，自然、生态理念在逐渐增强，但主要还是 借用高速公路的理论和技术，没有专门针对旅游公路边坡的理论、技术和规范。 4 研究内容及技术路线 本研究试验地点及依托工程为金佛山国家级风景名胜区。通过查阅资料，实 地勘察，了解金佛山地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件，分析金佛 山公路沿途开挖边坡分布、成因及稳定性。 基于建筑边坡工程技术规范( g b 5 0 3 3 0 2 0 0 2 ) 提出的建筑边坡工程技术， 鉴于风景名胜区内景观保护需求，基于结构设计原理，建立治理结构的工程设计 方法。分析每类技术的计算方法、设计原理及设计条件，作为本项目的研究基础； 对于治理结构外露部分，遵循风景名胜区重大地质灾害防治景观保护与重建理论， 开发滑坡治理技术景观化结构形式，在满足治理工程需求的前提下，通过对“滑 坡治理技术景观化结构型式内力计算方法 关键技术问题的解决，建立其工程设 计原理；同时，对治理结构外露部分从调色、修饰、遮挡等方面考虑，运用合理 的措施进行景观化处理；在充分调查公路沿线的气候、环境等因素的前提下，结 第一章绪论 5 合生物治理，实现旅游公路边坡的生态、景观的恢复和重建。 图1 1 研究路线 6 第二章边坡治理基本原理及技术梗概 第二章边坡治理基本原理及技术梗概 2 1 边坡治理基本原理 2 1 1 边坡分类 边坡指的是人工开挖或自然形成的具有一定坡度的坡面，是人类工程活动中最 基本的地质环境之一，也是工程建设中最常见的工程形式。 按成因分类：可分为人工边坡、和自然边坡。 按地层岩性分类：可分为土质边坡、岩质边坡。 岩质边坡按岩层结构分为：层状结构边坡、块状结构边坡、网状结构边坡； 按岩层倾向与坡向的关系分为：顺向边坡、反向边坡、直立边坡。 按使用年限分类：可分为永久性边坡、临时性边坡。永久性边坡指使用年 限超过两年的边坡，临时性边坡指使用年限不超过两年。 按稳定性分类：稳定边坡、基本稳定边坡、欠稳定边坡、不稳定边坡。 按边坡高度：高边坡( 大于1 5 m ) 、一般边坡( 小于1 5 m ) 。 按边坡断面形式：直立式边坡、倾斜式边坡、台阶式边坡、复合式边坡。 按边坡安全等级：一级边坡、二级边坡、三级边坡。 边坡的安全等级的划分是根据边坡破坏后造成损失的严重性、边坡的类型及 坡高等因素确定的，是边坡工程设计和施工中根据不同的地质环境条件及工程具 体情况加以区别对待的重要标准。 2 1 2 边坡治理基本步骤 边坡地质勘察 边坡工程的地质勘察是边坡治理设计前必须进行的一项重要工作。查明边坡工 程地质和水文地质条件、确定边坡类型和可能破坏模式，为边坡稳定性分析和设 计计算提供必备的参数，评价边坡稳定性，提出潜在的不稳定边坡的整治措施和 监测方案建议，同时给出不稳定边坡支护建议措施。其内容包括地形地貌特征、 地层结构特征、地质构造、地下水、地震、边坡岩土体的物理力学参数、边坡的 稳定性现状及边坡邻近的建筑物情况。 边坡稳定性分析 影响边坡稳定性的因素较多，边坡体自身材料物理力学性质，边坡形状和尺寸， 边坡工作条件等。边坡治理首先应进行稳定性分析，根据边坡地勘资料、边坡服 务的工程情况和相关规范，确定边坡的稳定系数，选择合适稳定性计算方法计算 第二章边坡治理基本原理及技术梗概 7 边坡稳定性。目前普遍应用的边坡稳定性分析方法有极限平衡法和数值计算方法。 确定支护方案 分析边坡稳定性满足规定要求时的各种荷载效应，拟定各种可行治理方案，综 合比较各方案在施工、造价、环境、生态、景观等各方面的优劣，确定最优支护 方案。 支护结构设计与计算 边坡及支护结构局部和整体稳定性验算n 8 。2 。 2 2 边坡治理技术梗概 2 2 - 1 锚杆( 索) 锚杆( 索) 是一种将拉力传至稳定岩层或土层的结构体系，大大减轻结构物 的自重、节约工程材料并确保工程的安全稳定，具有显著的经济效益和社会效益， 目前在工程中广泛应用。 基本原理n 胡 岩土锚固是利用锚杆( 索) 周围地层岩土的抗剪强度来传递结构物拉力或保 持地层开挖面的自身稳定，由于锚杆锚索的使用，它可以提供作用于结构物上以 承受外荷的抗力，使钷固地层产生压应力区并对加固地层起到加筋作用，增强地 层的强度，改善地层的力学性能，使结构与地层连锁在一起，形成一种共同工作 的符合体，有效地承受拉力和剪力。 锚杆( 索) 结构n 9 翻 锚杆( 索) 主要由锚头、自由段和锚固段组成。 1 ) 锚头：锚杆外端用于锚固或锁定锚杆拉力的部件，由垫墩、垫板、锚具、 保护帽和外端锚筋组成。 2 ) 锚固段：锚杆远端将拉力传递给稳定地层的部分。 3 ) 自由段：将锚头拉力传至锚固段的中间区域，由锚拉筋、防腐构造和注浆 体组成。 4 ) 锚杆配件：为了保证锚杆受力合理、施工方便而设置的部件，如定位支架、 导向帽、架线环、注浆塞等。 锚杆( 索) 分类 1 ) 按应用对象：岩石锚杆( 索) 、土层锚杆( 索) 。岩石锚杆( 索) 是指内锚 段锚固于各类岩层中的锚杆，自由段可以位于岩层中或土层中；土层锚杆是指锚 固于各类土层中锚杆。 第二章边坡治理基本原理及技术梗概 2 ) 按是否预先施加应力：预应力锚杆( 索) 、非预应力锚杆( 索) 。非预应力 锚杆( 索) 是指锚杆锚固后不施加外力，锚杆处于被动受载状态；预应力锚杆( 索) 是指锚杆锚固后施加一定的外力，使锚杆处于主动受载状态。 3 ) 按锚固形态：圆柱形锚杆( 索) 、端部扩大型锚杆( 索) 、连续球型锚杆( 索) 。 圆柱型锚杆( 索) 的承载力主要依靠锚固体与周围岩土介质间的粘结摩阻强度提 供，适用于各类岩石和较坚硬的土层，一般不在软弱土层中应用。端部扩大型锚 杆( 索) 是为了提高锚杆的承载力而在锚固段最底端设置扩大头的锚杆，锚杆的 承载力由锚固体与土体间的摩阻强度和扩大头处的端承强度共同提供，因此在相 同的锚固长度和锚固地层条件下承载力远比圆柱型锚杆大，适用于粘土等软弱地 层以及比邻地界限制土锚长度不宜过长的土层和一般圆柱型锚杆无法满足要求的 情况；连续球型锚杆( 索) 是利用设于自由段与锚固段交界处的密封袋和带许多 环圈的套管，对锚固段进行二次或多交灌浆处理，使锚固段形成一连串球状体， 从而提高锚固体与周围土体之间的锚固强度，适用于淤泥质粘土等极软土层或对 锚固力有较高要求的土层。 4 ) 按锚固机理：粘结锚杆( 索) 、摩擦锚杆( 索) 、端头锚固型锚杆、混合型 锚杆。 适用条件 锚杆( 索) 为拉力型锚杆，适用于岩质边坡、土质边坡。 设计计算 1 ) 锚杆的轴向拉力标准值和设计值： 心：生 c o s 口 n 4 = r q n 哦 式中心锚杆轴向拉力标准值( k n ) ( 2 1 ) ( 2 2 ) 圮锚杆轴向拉力设计值( k n ) 日瞌锚杆所受水平拉力标准值( k n ) 口锚杆倾角( 。) 荷载分项系数 2 ) 锚杆钢筋截面面积： a s r o n a ( 2 3 ) 一 号2 ) y 式中彳。锚杆钢筋或预应力钢绞线截面面积( m 2 ) 孝：锚筋抗拉工作条件系数，永久性锚杆取o 6 9 ，临时性锚杆取0 9 2 ，0 边坡工程重要性系数 第二章边坡治理基本原理及技术梗概 9 f ，f p ，锚筋或预应力钢绞线抗拉强度设计值( k p a ) 3 ) 锚杆锚固体与地层的锚固长度： 厂 ，= 生 ( 2 4 ) 。 芎s 式中：，。锚固段长度( m ) 卜锚固体直径( m ) f 曲地层与锚固体粘结强度特征值( k p a ) 舌固体与地层粘结工作条件系数，对永久性锚杆取1 o o ，对临时 性锚杆取1 3 3 。 4 ) 锚杆钢筋与锚固砂浆间的锚固长度： z 。盟 ( 2 5 ) “ 孝3 n z d f b 式中：z 。锚杆钢筋与砂浆间的锚固长度( m ) d 锚杆钢筋直径( m ) n 钢筋( 钢绞线) 根数( 根) r 0 - 边坡工程重要性系数 f 。_ 钢筋与锚固砂浆间的粘结强度设计值( k p a ) 邑钢筋与砂浆粘结强度工作条件系数，对永久性锚杆取0 6 0 ，对 临时性锚杆取o 7 2 。 5 ) 锚杆的弹性变形和水平刚度系数应由锚杆试验确定。当无试验资料时，自 由段无粘结的岩石锚杆水平刚度系数按下式估算： k 。：堕c o s 2 口 ( 2 6 ) lf 式中：k 。锚杆水平刚度系数( k n m ) ，锚杆无粘结自由段长度( m ) e s _ 杆体弹性模量( k n m 2 ) 口锚杆倾角( 。) 6 ) 预应力岩石锚杆和全粘结岩石锚杆可按刚性拉杆考虑。 2 2 2 挡土墙 挡土墙是用来支撑天然边坡、挖方边坡或人工填土边坡的构造物，以保持土体 的稳定性，挡土墙作为边坡支护结构，其结构形式多样，材料种类繁多，适应性 强，施工方便，护坡效果好，广泛应用在路堤或路堑边坡。 结构、分类 1 0 第二章边坡治理基本原理及技术梗概 大多数挡土墙是靠自重和部分回填土重量来抵御由于土压力造成的倾覆力矩 和滑动力而保持稳定。在挡土墙横断面中，与被支承土体直接接触的部位称为墙 背；与墙背相对、临空的部位称为墙面；与地基直接接触的部位称为基底；与基 底相对、墙的顶面称为墙项；基底的前端称为墙趾；基底的后端称为墙踵。 按挡土墙位置：路肩墙、路堤墙、路堑墙、山坡墙 按结构特点和受力机理：重力式挡土墙、衡重式挡土墙、薄壁式挡土墙( 悬臂 式挡土墙、扶壁式挡土墙) 、锚定板式挡土墙、加筋土挡土墙、锚杆挡土墙。重力 式挡土墙完全依靠墙身自重来抵抗墙后的土压力以维持稳定，用块石或混凝土构 筑而成。衡重式挡土墙利用衡重台上部填土的重力和墙体重心的后移而抵抗土体 侧压力的挡上墙。薄壁式挡墙是用钢筋混凝土水平板与垂直板连接而成( 扶壁式尚 有扶壁连接) ，依靠墙身自重和踵板上方填土的重力来保证，而且墙趾板也显著地 增大了抗倾覆稳定性，并大大减小了基底应力。锚杆式挡墙是将钢拉杆锚固在天 然边坡中以承受拉力，保持墙身稳定。加筋挡墙依靠拉筋与填土间的相互摩阻力 以保持墙身稳定。锚定板挡墙依靠埋设在填土中的多层锚定板抗拔力以保持墙身 稳定。 按建筑材料：石、混凝土、钢筋混凝土挡墙等。 按所处环境：一般地区挡土墙、浸水地区挡土墙、地震地区挡土墙等。 近年来，一种新型的自嵌式挡土墙逐渐发展起来，在美、欧、澳大利亚和日 本广泛用于高速公路、立交桥、园林、护坡、护堤等，自嵌式挡土墙是一种柔性 结构，由墙块干垒形成，墙块之间无需吵浆固结，施工方便快捷，施工成本低， 景观效果好，可承受较大的位移和基础沉降而不至于失稳，对地基和地形地质条 件要求较低，安全可靠，适应性广；可分为传统的重力式挡土墙结构和加筋挡土 墙结构，重力式挡土墙结构由单行或多行自嵌式墙块砌成；加筋挡土墙结构由自 嵌式挡土块、拉筋和回填土构成，将重力式挡土结构、扶壁结构、沉箱结构等形 成的墙体用拉筋和回填土组成的加筋复合体代替，白嵌式挡土墙多用土工格栅作 为拉筋；随着绿化的需要，在自嵌式挡土墙的基础上，研制出了自嵌式植生挡土 墙，其特殊的孔洞结构，使墙面和墙体绿化成为可能，其预制结构，方便设计特 殊的造型、大小，以满足不同的景观和功能需要，丰富的色彩和构型，相较于单 调的混凝土墙面或浆砌片石墙面更具有生命力和美感，能自然地融入周围环境和 建筑，自然美观；挡土墙砖统一的形状、尺寸及独特的自嵌式后缘结构，保证了 墙体的规范齐整。自嵌式挡土墙广义上讲是一门加筋土技术，以土工格栅为骨架， 使其与土结合成为一种复合结构，提高土体强度，抵抗墙后填土的侧压力，砌块 体通过混凝土剪切键或机械扣件连接组成，砌块的后缘设有凸出于主体部分的凸 缘，安装时，错缝干垒即可。墙面倾角由砌块高度和错台尺寸决定的，砌块的后 第二章边坡治理基本原理及技术梗概 缘承受最大的拉压应力，后缘宽度与砌块主体部分高度之间需占有适合的比例， 以保证该砌块构成的砌体结构具有适合的墙面倾角，以保证砌块本身具有抵抗侧 向推力的能力。砌块之间的抗剪强度主要是由后缘的抗剪力、上下砌块之间界面 摩擦力、砌块填料之间的摩擦力等几部分构成，砌块之间抗剪强度随竖向压力的 增加而增大；在低竖向压力和较高竖向压力的情况，砌块可能有不同的摩擦角， 砌块之间的抗剪强度随着竖直方向压力的增大而增大，不同的砌块有不同抗剪性 能陋5 2 3 。 设计、计算 1 ) 选择结构形式：根据地质条件( 包括回填土性质) 、边坡性质、类型、挡墙 高度及作用荷载情况，从施工条件、材料来源和经济的角度选择其形式，并根据 一般经验初步选定断面尺寸。 2 ) 确定作用荷载：包括土压力、水压力、冰压力、地震荷载、作用于墙顶及 地面的荷载如车辆荷载及机械动荷载等。 3 ) 挡土墙强度和稳定性验算：包括地基承载力验算、倾覆验算、滑移难算， 必要时还应进行地基浅层破坏稳定性验算畸7 刮。 适用条件 重力式挡墙在中国使用最广泛，用于一般地区、浸水地区和地震地区的路肩、 路堤和路堑等支挡工程，但在地基软弱或墙身较高、土压力较大的情况下，修建 重力式挡墙是不经济的。衡重式挡土墙多用于陡破路基的路肩墙。薄壁式挡土墙 一般适用于路堤填土，这类挡墙的圬工重量虽不大，但因为有水平板上的土重， 也足以抵抗土压力。锚定板式挡土墙是一种适用于填方的轻型支挡结构，广泛用 于边坡支挡、坡脚防护等多种工程中。加筋土挡土墙加筋土挡土墙一般应用于地 形较为平坦且宽敞的填方路段上，在挖方路段或地形陡峭的山坡，由于不利于布 置拉筋，一般不宜使用。锚杆挡土墙一般适用于岩质路堑地段，但其他具有锚固 条件的路堑墙也可使用，还可应用于陡坡路堤n h 钔。2 朝。 2 2 3 岩石锚喷支护 锚喷支护机理口8 刊 锚喷支护主要是向土层中打入注浆锚杆增强土体的整体稳定性，同时，通过预 应力锚杆把不稳定的土体锚固到稳定土体内。锚杆和喷射混凝土与围岩共同形成 一个承载结构，可有效地限制围岩变形的自由发展，调整围岩的应力分布，防止 岩体松散坠落。 结构和形式 1 2 第二章边坡治理基本原理及技术梗概 锚喷支护主要有三部分，即喷层、锚杆、钢筋网。根据围岩的地质条件，可以 采用多种支护形式：单独采用锚杆，一般只用于局部；单独采用喷射混凝土，有 时也只用于局部；锚杆结合喷射混凝土，多用于地下洞室的顶拱和边墙；锚杆和 喷射混凝土，加设单层或双层钢筋网，可提高喷层抗拉强度和抗裂能力，从而提 高支护能力；锚喷加金属网，并在喷层内加设工字钢等型钢作成的肋形支撑。 喷层是用混凝土喷射机将按一定比例混合的水泥、砂、碎石喷射到开挖坡体的 表面凝固而成。具有支撑岩土、卸载、填平被强围岩、覆盖岩土表面、防止岩土 松动、分配外力等作用。锚杆是锚喷支所的核心部分，其通过与喷层的边接把阻 止坡体破坏的力传递到稳定岩土体内，有效阻止岩土体的滑动，同时，由于锚杆 的插入和注浆，提高了土体的强度和整体性，大大增强了边坡的稳定性。 适用条件 锚喷网支护的使用范围比较广，它可用作施工过程中的临时支护，在有些情况 下，也可以不必再做永久支护或衬砌，它对土层的适应性较强，除了对内磨擦角 和粘聚力特别低的淤泥土不适宜外，其它的一般来说适用批7 1 。 2 2 - 4 坡率法 基本原理n 卜1 9 1 坡率法是通过控制坡率法是通过控制边坡的高度和坡度，使边坡对所有可能 的潜在滑动面的下滑力和阻滑力处于安全的平衡状态。一般的简单岩土边坡( 非滑 坡) ，如果不受场地限制，总可以满足边坡稳定的要求，在公路边坡处理中被大量 采用，工程中又称为削坡( 或刷坡) 。 设计 坡率法设计边坡主要是在保证边坡稳定的条件下确定边坡的形状和坡度。 设计内容：确定边坡的形状、确定边坡的坡度、设计坡面防护和边坡稳定性 验算。但在进行设计之前必须查明边坡的工程地质条件，包括边坡岩土名称性质、 各种软弱结构面的产状、地质构造、岩土风化或密实程度、地下水、地表水、当 地地质条件相似的自然极限山坡或人工边坡。 边坡的形式：一般可以分为四种：直线形、上陡下缓折线形、上缓下陡折线 形、和台阶形。直线形边坡一般适用于均质或薄层互层且高度较小的边坡；如果 边坡较高或由多层土组成而上部岩土层的稳定性较下部好时，可采用上陡下缓的 折线形边坡；若上部为覆盖层或稳定性较下部岩土层差时，宜采用上缓下陡的折 线形边坡；当边坡由多层土组成或边坡高度很大时，可在边坡中部或岩土层界面 处设置不小于1 0 i n 宽的平台，形成台阶式边坡。台阶形边坡稳定性较好，但相应 第二章边坡治理基本原理及技术梗概 的土石方量较大。 边坡坡度的确定可以根据岩石性质、工程地质和水文地质条件、施工方法、边坡 的高度等因素，对照当地自然极限边坡或人工边坡的坡度确定；对于土质均匀的 边坡，可采用力学检验法或稳定性验算法进行确定。 适用条件 坡率法是一种比较经济、施工方便人工边坡的处理方法，在公路路堑边坡、 填方路堤边坡中广泛使用，适用于岩层、塑性粘土和良好的砂性土中，并要求地 下水位较低，放坡开挖时有足够的场地。 2 2 5 格构 基本原理n 8 1 9 1 传统的格构护坡是一种浅层护坡措施，用毛石、卵石或预制空心砖在边坡面 上，按正方形或菱形干砌或浆砌形成骨架，格构中间植草，以减少水土流失，从 而达到护坡和保护环境的目的。近年来开始将格构与锚杆( 索) 结合在一起，利 用浆砌块石、现浇钢筋混凝土或预制预应力混凝土进行边坡坡面防护，并利用锚 杆或锚索加以固定的一种边坡加固技术。格构技术一般与公路环境美化相结合， 利用框格护坡，同时在框格之内种植花草可以达到极其美观的效果。这种技术山 区高速公路中高陡边坡加固中被广泛采用，其护坡达到既美观又安全的良好效果。 格构的主要作用是将边坡坡体的剩余下滑力或土压力、岩石压力分配给格构结点 处的锚杆或锚索，然后通过锚索传递给稳定地层，从而使边坡坡体在由锚杆或锚 索提供的锚固力的作用下处于稳定状态。因此就格构本身来讲仅仅是一种传力结 构，而加固的抗滑力主要由格构结点处的锚杆或锚索提供。 结构与分类 一般提及到的格构加固技术是一种广义的术语，它包含了格构本身和锚杆 ( 索) 两部分。 1 ) 按材料分类：浆砌块石格构、现浇钢筋混凝土格构、预制预应力混凝土格 构( p c 格构) 。 2 ) 按格构型式：方型格构，指顺边坡倾向和沿边坡走向设置方格状格构；菱 形格构，指沿平整边坡坡面斜向设置格构；人字型，按顺边坡倾向设置浆砌块石 筋混凝土条带，沿条带之间向上设置人字型浆砌块石拱或钢筋混凝土；弧型格构， 按顺边坡倾向设置浆砌块石或钢筋混凝土条带，沿条带之间向上设置弧型浆砌块 石拱或钢筋混凝土。 受力机理啪侧 1 4第二章边坡治理基本原理及技术梗概 在格构锚固中，格构梁除了护坡作用外，还有传力和锚墩的作用，格构梁由 纵梁和横梁交叉连接而成，若考虑横梁与纵梁共同受力的格构梁，按地基上交叉 梁与土的共同作用来讨论。可考虑用简化方法计算，首先将格构梁简化为地基上 正交交叉梁系，分离为两个方向的地基上梁，讨论的关键是如何进行交叉点处荷 载的分配，一旦确定了荷载的分配值，就可分别按纵、横两个方向的地基梁计算。 交叉点处应满足下述条件：一是荷载分配应满足交叉结点处的静力平衡条件，即 分配在正交格构梁上结点的荷载总和等于锚索的锚固力；其次，在结点处的竖向 位移相等。据此考虑荷载在纵梁、横梁上的分配。若假定纵梁刚度远大于横梁， 则可忽略横梁对荷载传递的影响，仅计算纵梁受力后对荷载的传递作用。就景区 边坡治理而言，为了达到治理结构的景观效应，可以考虑对格构横梁的形状进行 美化，从而在计算上不考虑横梁对荷载传递的影响。 在锚( 杆) 索预应力的作用下，梁受集中压力作用，在梁与坡面相互作用下， 梁上的内力由集中力和坡面的分布反力共同决定。格构梁可视为作用于地基上的 梁，梁上作用有若干集中荷载，同时受到地基反力作用，在外力作用下梁发生变 形并产生内力。假定钢筋混凝土梁为弹性材料，锚( 杆) 索预应力作为一个外力 作用在格构梁上。 设计计算 1 ) 设计内容 a 边坡稳定性分析和荷载计算； b 选择格构型式及加固方案； c 拟定格构的尺寸、确定锚杆( 索) 的锚固荷载； d 锚杆( 索) 的设计计算； e 格构的内力计算及结构设计； f 加固后边坡的稳定性验算。 g 基于w i n k l e r 地基模型的格构梁理论计算 对格构梁的内力的理论计算，通常是把格构梁简化为单根的连续梁，然后选 取适当的地基模型，通过相应的本构关系来进行求解。一般采用w i n k l e r 弹性地 基模型。 基本假定： 1 、坡面土满足w i n k l e r 假定，土体表面任一点的压力强度与该点的沉降成正 比，即p ( x ) = k y ( 式中k 为基床系数( k n m 3 ) ) 。 2 、格构梁为弹性材料； 3 、锚索预应力作为集中力作用在