一级公路深挖路堑高边坡设计优化及加固措施研究可行性研究报告.doc

一级公路深挖路堑高边坡设计优化及加固措施研究可行性研究报告一级公路深挖路堑高边坡设计优化及加固措施研究可 行 性 研 究 报 告目 录一项目的背景和必要性11.1 研究背景11.2 项目概况2二项目前期科研及工作基础42.1 边坡稳定性分析研究现状42.2 研究工作基础38三项目实施方案413.1 主要研究内容413.2 拟解决的关键技术413.3 拟采取的技术路线423.4 工作进度安排42四项目承担单位及参加单位概况434.1 项目承担单位概况434.2 项目主要负责人情况444.3 参加项目主要人员一览表48五项目依托工程情况及支撑条件495.1 依托工程495.2 支撑条件49六项目经费估算及资金筹措情况51七项目预期目标及经济、社会效益527.1 项目预期目标527.2 经济、社会效益分析52八其他需要说明的问题53九. 申报单位签章53一项目的背景和必要性1.1 研究背景随着国家西部大开发的实施，作为带动西部经济发展的交通运输工程（特别是高速公路）已得到优先发展，尤其西部黄土地区公路建设更是得到迅猛发展。在地质背景复杂的黄土地区进行公路建设中，形成了大量黄土路堑高边坡。这些黄土路堑高边坡由于纵断面长、横断面宽、坡高极高，工程量巨大，在经济合理的前提下采用合理的加固措施，从而保证边坡的整体稳定性，是工程中需要解决的技术难题，也是当前面临的主要问题。铁路、水利水电及公路等部门对30m以下的边坡都做过系统的研究，但对于30m以上的黄土边坡设计标准基本为空白，有关其变形破坏机理、稳定性及可靠性分析评价等方面系统研究还较少，使得设计部门缺少边坡设计依据。在黄土高边坡的工程设计中，基本上凭经验给出，缺乏理论指导。与此同时，西部大开发也带动了某省高等级公路建设的快速发展，某省黄土地区公路己经出现和将要出现大量的深挖路堑边坡。由于种种原因，导致边坡稳定性降低，滑坡时有发生，给道路的安全通行和当地的生产生活造成了不同程度的影响。2012年3月9日凌晨3点左右，某县盐锅峡镇发生一起大面积滑坡灾害，滑体长约30米、宽约80米、厚约2米，滑坡土方量约5000立方米，造成通往盐锅峡镇的主干道路盐北路完全中断，滑坡共造成62亩农田被埋，其中冬麦26亩，另有83棵枣树被毁，造成经济损失数亿元。某滑坡见图1所示。XX一级公路深挖路堑高边坡，由于纵断面长、横断面宽、坡高极高，工程量巨大，工程造价也就自然而然的很高，那么在这种实际情况下，实时地对XX一级公路深挖路堑高边坡的设计方案开展优化和加固措施研究就很有必要。在经济合理的前提下采取合理的加固措施，从而保证边坡的整体稳定性，是工程中需要解决的技术难题，也是当前面临的主要问题。高速公路路堑边坡是一种人工开挖的永久性边坡，边坡的稳定性分析具有重要的时效意义，随着公路建设的快速发展，越来越多的深挖路堑边坡会遇到稳定性问题和采取何种加固措施的问题。 图1 2012年某滑坡1.2 项目概况某(新城)至某沿黄河快速通道作为某市南滨河路“黄河风情线”的延伸段，是某一小时都市经济圈内的交通要道，也是某南部各县区与外界联系的主要通道。本项目的建设对开发某至某沿黄河经济带，整合区域特色旅游资源、打造沿黄河特色生态旅游线路具有重要意义。 本项目地跨某市西固区及临夏州某县，起点位于新城镇黄河新桥南桥头，与已建的西固至新城一级公路终点顺接；路线沿黄河两岸布线，经河口、张家台、扶河、盐锅峡、恐龙湾、朱家台、孔家寺，终点位于某县古城村，与临夏折桥至某达川二级公路及某县城市道路顺接（终点桩号K48+628.391），路线全长48.25km。本项目采用一级公路标准建设，设计车速为60km/h，整体式路基宽度23.0m，分离式路基宽度11.25m。全线共设特大桥15431.5m/8座，整体式大桥2505m/9座，分离式大桥3090m/10座；整体式中桥134m/2座,分离式中桥241m/3座；小桥242.4m/10座；天桥69.5m/1座；渡槽180m /3座；涵洞110道；隧道3941米/3座（以单洞长度计）；互通式立交4处（旧铁路桥头、扶河、金泉、太极镇），平面交叉27处；服务区1处（青春滩、某）、停车区2处（三江口、金泉、大川）、管理所1处（青春滩）、养护工区1处（盐锅峡）、收费站1处（张家台）、隧道管理站处4处（青春滩、盐锅峡1、盐锅峡2、恐龙湾），观景台8处。本项目中有高填方边坡和深挖路堑边坡，其中深挖路堑边坡里面大多数属于高边坡，甚至有达到63.0m超高边坡的存在，详见表1。深挖路堑边坡采用台阶形，黄土路段坡脚碎落台设1.5m高护面矮墙，挖方坡率采用1:0.751:1.25，每级边坡高6m，挖方平台2m，并根据挖方高度设置一级4m加宽平台；砂岩。泥岩挖方采用1:0.75，每级高6m，对于平层、顺倾砂岩边坡，增设锚固防护后采用1:0.5坡率，加固边坡高度每级810m。表1 深挖路堑一览表序号起讫桩号长度（m）中桩最大填高（m）最大边坡高度（m）1YK5+075YK5+1709510.036.32K6+105K6+36526025.429.93K7+580K7+90032024.524.74K23+450K23+60015033.723.55K23+900K23+9808028.036.46K24+535ZK24+3405924.535.67K29+540K29+70016024.228.28K30+134K30+30016622.963.09K30+780K30+92014027.357.210K30+920K31+26034038.153.511K31+280K31+40012042.043.212K31+620K31+77015014.028.413K31+810K31+9009023.032.614K32+770K32+92015019.228.215K33+100K33+22012024.428.016K33+360K33+435756.328.317K33+440K33+82038025.137.618K34+965K35+14017523.343.819K35+240K35+48024017.253.720K36+190K36+33514522.241.421K36+375K36+4558015.823.722K36+550K36+600504.236.6 同时为确保边坡稳定，加强坡面平台排水沟、截水沟、吊沟的设置，并于岩土交界面处和卵石夹层处设置6m宽挖方平台，并根据土层情况增设必要的防护工程措施。对于深挖边坡渗水或岩隙水较多路段设置纵向渗沟排除渗水。二项目前期科研及工作基础2.1 边坡稳定性分析研究现状边坡稳定性分析的目的：一是对路堤边坡稳定性做出定性和定量评价；二是为合理地设计人工边坡和边坡变形破坏的防治措施提供依据。近几十年来，边坡稳定性分析方法不断得到发展，多种方法应运而生，如条分法、数值分析方法、塑性极限方法、可靠度法、模糊数学法、地质类比法等。边坡工程的研究历程看，边坡稳定性研究发展的过程，同时又是一个边坡稳定性分析方法的不断发展的过程。新的边坡稳定性方法不断出现，老的方法也在不断改进，且逐步由定性向定量地方向发展。定量分析方法的实质是一种半定量的方法，尽管评价结果表现为确定的数值，但最终判定仍依赖人为的判断。目前，所有定量地计算方法都是基于定性分析基础之上的。总体上来说，边坡稳定分析包括定性分析方法和定量分析方法。（1）定性分析方法边坡稳定性的定性分析方法是在大量收集边坡所在地区的地质资料的基础上，综合考虑影响边坡稳定性的各种因素，通过工程类比法或者图解法等估计和预测边坡的稳定状况和发展趋势。 地质分析法（历史成因分析法）：此方法通过对边坡发育的地质环境、边坡发育历史中的各种变形破坏迹象及其基本规律和稳定性影响因素等的分析，追溯边坡演变的全过程，预测边坡稳定性发展的总趋势及其破坏方式，从而对边坡的稳定性做出评价。主要用于天然斜坡的稳定性评价。 工程类比法：该法是通过对比自然稳定山坡与不稳定坡体的工程地质条件差异，结合相邻区场区既有边坡的稳定性状，找出相应的设计参数。针对设计公路路堑边坡在岩性、结构及工程措施的相似性来进行稳定性分析与判断。此法简单易行，但由于岩土边坡的复杂性，没有完全相同的边坡，所以应用起来具有一定的困难性。 图解法：图解法包括赤平极射投影、实体比例投影与摩擦圆等方法。图解法用于岩质边坡的稳定性分析，可快速、直观地分辨出控制边坡的主要和次要结构面、确定出边坡结构的稳定类型、判断不稳定块体的形状、规模及滑动方向。对于用图解法评定为不稳定的边坡，需要进一步用计算机加以验证。 边坡的分析数据库和专家系统：边坡工程地质数据库就是收集已有的多个自然边坡、人工边坡实例的计算机软件。其按照一定的格式，把各个边坡工程实例的发育地点、地质特征、变形破坏影响因素、形式、过程、加固设计以及边坡的坡形、坡高、坡角等收集起来，并有机地组织在一起。可直接根据不同设计阶段的要求和相关的类比数据，方便快捷地从中查得相似程度最高的实例进行类比，以更好地指导实践、节约费用。专家系统是一种按学科及相关学科专家的水平进行推理和解决问题、并能说明其缘由的计算机程序。边坡稳定分析设计专家系统就是进行边坡稳定性分析与设计的智能化计算机程序，其把某一位或多位边坡工程专家的知识、工程经验、理论分析、数值分析、物理模拟、现场监测等行之有效的知识和方法有机地组织起来的计算机程序，用来模拟再现人脑的思维过程，吸收其合理的知识结构，寻求优化的技术路径。（2）定量分析方法边坡稳定性定量分析是根据边坡每一区段的岩土技术剖面，确定其可能的破坏模式，并考虑所受的各种荷载，如重力、水作用力、地震或爆破动力等，选择适当的参数进行计算。定量分析的主要方法有：极限平衡法、数值分析法、不确定分析法等三种，其中极限平衡法属经典的方法。在边坡的稳定性分析中常用的数值方法有：有限单元法、边界元法、有限差分法、离散元法等，其中有限元法应用较为广泛。此外，尚有DDA法、运动单元法以及近年提出的基于余推力的临界滑动场（CSF）法等新兴发展起来的分析方法。 极限平衡法极限平衡法是土坡稳定性分析中发展最完善、最早出现的确定性分析方法。其基本方法是：假定边坡的岩土体破坏是由于边坡内产生了滑动面，部分坡体沿滑动面滑动而造成的。根据具体情况选择合理的满足摩尔库伦准则的滑动面，形状可以是平面、圆弧面和其他不规则曲面。由静力平衡关系，从而达到定量评价的目的并求出一系列滑动时的破坏荷载和最危险滑动面。其中包括普通条分法、改进条分法、毕肖普的改良方法、力平衡方法、Morgen-Stern-NR及priceVE等方法，国内外土力学教程中主要介绍的各种极限平衡法，如瑞典圆弧法、sarmaSK法。其优点是模型简单、计算简捷，在不能给出应力作用下的结构图像的情况下，仍能对结构的稳定性给出较精确的结论。分析失稳边坡反算的强度参数与室内试验吻合度较好，使分析程序更加可信。但需要先知道滑动面的大致位置和形状，对于均质土坡可以通过搜索迭代确定其危险滑动面，但是对于岩质边坡，由于其结构和构造比较复杂，难以准确确定其滑动面的位置，而且确定时也带来很大随机性，这就给岩质边坡的稳定性分析带来较大困难。此外，极限平衡法没有考虑材料的应力-应变关系，所求出土体条间的内力或滑条底部的反力均不能代表边坡滑动变形时真实存在的力，所得安全系数只是假定滑裂面上的平均安全度。这给边坡稳定性分析带来了很大的不确定性，而且无法对边坡的变形破坏模式做出判定。 数值分析方法数值分析方法主要有有限元法、无界元法、离散单元法等。有限元法是边坡稳定性分析中用得较多的一种数值方法，它能满足静力平衡条件、应变相容条件，考虑了岩体的不连续性和非均质性，将无限自由度的结构体转化为有限自由度的等价体系，还能够模拟土体与支护的共同作用。它几乎适用于所有的计算领域，其最大优点是不但能进行线性分析还可以进行非线性分析，但是有限元这种方法在实际工程中受物理参数选取影响较大，对大变形求解、应力集中等问题的求解还有待改进。沈凤生等考虑了F238断层以及各种泥化夹层，对23个典型断面考虑3种滑动形式，每种按不小于2万个潜在滑动面进行搜索求解最小安全系数及相应潜在滑动面的位置，采用三维有限元法对小浪底水利枢纽工程进水口南端山体高边坡稳定性进行了研究，根据应力计算的结果，在计算范围内截取典型的可能滑动的垂直剖面，在该剖面内的各结点应力采用互维有限元计算结果值，再根据沿滑移合方向上总阻滑力与滑动力相等的条件，求出该滑动面上的安全系数K。由于实际工程的复杂性，在运用有限元分析高边坡稳定性的时候，应该根据山体的岩质情况，以及施工开挖和支护进程对高边坡的稳定性进行施工进度模拟分析，以确定施工和开挖完成期该高边坡的稳定性。秦卫星等基于滑裂面应力有限元分析了边坡的稳定性，在此基础上，许多研究者进一步研究在滑裂面中寻找一个临界滑裂面的可能性，这项工作采用了与极限平衡法相同的计算步骤，同时也获得了最小安全系数和临界滑裂面。D V Griffiths等使得有限元分析结果更能反映实际边坡。此外，有限元强度折减法近年来受到国内外岩土工程界的青睐，取得了较好的成果，通过不断地增加强度折减系数，直至达到临界破坏，其折减的系数即为稳定系数。该方法不需要事先假定滑裂面的位置和形状，由程序自动求出滑裂面，而且能够模拟支护体和坡体的共同作用，还能够考虑到开挖工程中对边坡的影响。强度参数折减，即为了达到边坡极限状态，对黏聚力和内摩擦角的正切值进行折减，分别作为新的材料参数代入进行有限元计算。这样确定的临界折减系数即为边坡的安全系数。通过这种方法还可以同时得到临界滑裂面的位置，Dawsonem等用该方法对边坡进行了分析。曹先锋等基于强度参数折减的有限元法，提出利用温度场来控制强度参数的折减和利用ABAQUS使材料参数随温度变化的功能，整个分析过程是一次完成的，大大简化了计算工作量。此外，还讨论了单元类型对计算的影响，得出采用四节点四边形单元能够保证数值解的准确性。无界元法是P Bettess于1977年首次提出的方法。它可以看作是有限元方法的推广，它采用了一种特殊的形函数及位移插值函数，能够反映在无穷远处的边界条件，近年来已得到广泛的应用。其优点是：有效地解决了有限元方法的人为确定边界的缺点，在动力学问题、非线性问题中尤为突出；显著地减小了计算工作量，提高了求解精度和计算效率，目前常常与有限元法联合使用。离散单元法是由P A Cundall于1970年首次提出并应用于岩土体稳定性分析的一种数值分析方法。它将所研究的区域划分成一个个多边块体单元，单元之间通过接触关系，建立力和位移的相互作用关系，通过迭代，使每一块体都达到平衡状态，块与块之间没有变形协调的约束，但需满足平衡方程。离散单元法的原理比较简单，但在分析被结构面切割的岩质边坡的变形和破坏过程时却是非常有用的。它的一个显著优点是利用显示时间差求解动力平衡方程，可求解非线性大位移和非连续介质大变形问题。在边坡稳定性分析的数值方法中，还有连续介质快速拉格朗日法(FLAC法)、块体介质不连续变形分析法(DDA)、集中质量法、剪切梁法、流形元法等。 拟静力法拟静力方法，也称为等效荷载法，即通过反应谱理论将地震对建筑物的作用以等效荷载的方法来表示，然后根据这一等效荷载用静力分析的方法对结构进行内力和位移计算，以验算结构的抗震承载力和变形。是一种用静力学方法近似解决动力学问题的简易方法，它发展较早，迄今仍然被广泛使用。其基本思想是在静力计算的基础上，将地震作用简化为一个惯性力系附加在研究对象上，其核心是设计地震加速度的确定问题。该方法能在有限程度上反映荷载的动力特性，但不能反映各种材料自身的动力特性以及结构物之间的动力响应，更不能反映结构物之间的动力耦合关系。但是，拟静力法的优点也很突出，它物理概念清晰，与全面考虑结构物动力相互作用的分析方法相比，计算方法较为简单，计算工作量很小、参数易于确定，并积累了丰富的使用经验，易于设计工程师所接受。但是，应该严格限定拟静力法的使用范围：它不能用于地震时土体刚度有明显降低或者产生液化的场合，而且只适用于设计加速度较小、动力相互作用不甚突出的结构抗震设计。 Newmark滑块分析法Newmark法首先假定滑动面并确定其屈服加速度值，然后通过动力分析判定是否产生滑移；是在Newmark提出的屈服加速度的概念基础上进行计算的一种方法。Newmark把土体假定为一刚塑性体，并用圆弧法来进行分析。其基本原理是，将超过潜在滑动区土体加速度的加速度反应，做两次积分，进一步来估算土质边坡的有限滑动位移，如图2所示。图2 Newmark滑块分析法计算原理位于土质边坡上的滑块，在没有开始滑动之前，边坡的稳定安全系数。当有地震作用在边坡上时，滑动区土体处于临界状态，这个时候，此时的地震动加速度就是屈服加速度。在用拟静力法计算时，屈服加速度可用屈服地震系数来表示。当滑动区土体开始滑动时，与此同时滑动区土体也将产生速度和位移。假设地震发生时伴随多个脉冲，第一个脉冲的加速度超越后，滑动区土体开始滑动，随之产生速度和位移。当这个脉冲的加速度减小到小于的时候，滑动区土体的速度就减小，直至土体停止滑动。 动力有限元法动力学的有限元法同静力学问题，是把物体离散为有限个单元体，考虑单元的惯性力和阻尼力等动力因素的特性。考虑各个节点上的力和荷载的平衡条件可得到结构动力的平衡方程： （1）式中：结构整体质量矩阵；结构整体阻尼矩阵；结构整体刚度矩阵；结构节点荷载矩阵；结构节点加速度；结构节点速度；结构节点位移。在动力问题有限元法当中，较为常见的方法是振型叠加法和时程分析法。振型叠加法是以质点位移为坐标表示的多自由度运动平衡方程，通过坐标变换使联立方程组成为一组彼此独立的方程组，分别独立求解；时程分析法是把时间离散化，把时间区间分为若干相等的时间间隔，由初始状态开始逐步求解每个时间间隔的状态，综合所有的状态向量得到结构系统在动力作用下的响应解。振型叠加法需要考虑多个振型，只适合于线性问题。假定地基为刚性平面且各点的运动完全一致、结构为完全弹性体、地面运动可以观测记录等。在水平地震作用下，分别考虑各种振型作用下结构响应（位移、变形和内力），进一步分析各振型的综合作用与效应。时程分析法假定在离散的时间区间内满足平衡要求，且假定每个时间区间内的位移、速度和加速度的变化。然而，随着新型边坡加固措施和计算机技术的飞跃发展，尤其以岩土锚固技术为核心的新型支挡结构在边坡工程中的推广应用，边坡稳定分析这一课题获得了新的进展，许多新型支挡结构、新的计算理论和方法不断产生，从而使得边坡支护这一传统技术出现了新问题，这一古老问题又有了新的研究方向。传统的边坡稳定分析主要针对岩土工程问题展开，采用分析方法属岩土力学范畴，而对于新型边坡支挡结构作稳定性分析，由于岩土锚固技术的应用大大加强了支挡结构与岩土的协同工作能力，使得边坡受力体系更为复杂，此时的边坡稳定性分析就不再是单一的岩土问题，而是岩土与结构相互交叉产生的新问题，传统的边坡稳定性分析方法已不再适用于新型边坡支挡结构稳定性分析。但是，大量的工程实践表明，单从稳定性计算理论上还不能完全解决黄土边坡稳定性问题，只有计算理论与黄土边坡的实际工程地质（主要是指土体的重度、粘聚力和内摩擦角）相结合，才能提出较合理可行的方法。针对XX一级公路所形成的深挖路堑高边坡，开展对黄土地区深挖路堑边坡的稳定性和加固措施方面的研究工作是非常有必要，也是具有重大意义的。另外，边坡在开挖和运营过程中的的安全监测，也是十分必要的，通过对边坡的安全监测，可以对边坡的变形起到预警作用，从而可以防止灾害的发生，对保证公路的安全运营有非常重要的作用，边坡监测得到的土体变形规律对今后类似工程也会有重要的指导意义。2.2 路堑边坡加固与防护技术研究现状2.2.1 路堑边坡加固技术研究现状国外对公路挖方边坡的设计、稳定性评价及边坡防护已进行过探索，但在我国尚属起步较晚的一个领域。路堑边坡加固技术经历了从消极的、被动的加固到主动加固，单一加固到综合治理的过程。路堑边坡加固工程的技术途径可以概括为：减小下滑力或消除下滑因素；增加阻滑力或增加阻滑因素。任何边坡处治工程都是围绕上述两条途径，结合边坡地形、地质、水文、周围环境，因地制宜采取一种或多种措施，达到防止滑坡灾害产生或治理已发生的滑坡灾害的目的。在20世纪50年代，我国边坡处治主要采用地表排水、清方减载、填土反压、抗滑挡墙及浆砌片(块)石防护处治等措施。但工程实践经验证明，采用地表排水、清方减载、填上反压仅能使边坡暂时处于稳定状态，如果外界条件发生改变，边坡仍然可能失稳。20世纪60年代末期，我国在铁路建设中首次采用抗滑桩技术并获得成功。抗滑桩技术的诞生，使一些难度较大的边坡工程问题的处理成为现实，由于它具有布置灵活、施工简单、对边坡扰动小、开挖断面小、施工体积小、承载能力大、施工速度快等优点，受到工程师们和施工单位的欢迎，在全国范围内迅速得到推广应用，并从20世纪70年代开始逐步形成以抗滑桩支挡为主、结合清方减载、地表排水的边坡治理技术。在20世纪80年代末期，由于锚杆、锚索的出现、锚固技术理论研究和凿岩机械突破性的发展，使边坡加固技术发展到了一个新的阶段。锚喷技术的采用对高边坡提供了一种施工快速、简单、安全的处治防护手段，因此很快得到广泛采用。对于排水，人们也有了新的认识，主张以排水为主、结合抗滑桩、预应力锚索支挡综合整治。在20世纪90年代，压力注浆加固手段及框架锚固结构越来越多地用于边坡处治，尤其是用于高边坡的处治防护工程中。它是一种边坡的深层加固处治技术，能解决边坡的深层加固及稳定性问题，达到根治边坡的目的，因而是一种极具广泛应用前景的高边坡处治技术。进入21世纪，现代路堑边坡加固，以充分依靠岩土体自身稳定性或合理利用岩土体自身承载潜能的主动工程支护措施（如高压喷射注浆技术、岩土锚固技术、土钉支护技术）与植物防护措施的有机结合成为发展方向。传统的被动支护措施如挡土墙、抗滑桩等，应与主动支护措施相结合构成新的支护型式，如锚杆挡墙、锚杆抗滑桩等。不仅能使边坡支护方式多样化，而且使传统支护技术在保持其固有优点的前提下焕发出新的生机。2.2.2 路堑防护技术研究现状（1）国外现状在美国、日本和欧洲一些发达国家和地区，由于建设高速公路的时间比较早，60年代开始就已经将生态保护和恢复措施纳入了高速公路建设之中，并且为此进行了长期的研究和实践，如今在边坡防护中，基本废止了浆砌片石和喷射水泥砂浆护面等破坏自然环境的工艺，取而代之的是各种柔性支护和绿化措施，基本上实现了全路域绿化。预应力锚索、土工织物、厚层基质喷播等和植物防护相结合的技术已经成为设计施工中的常规技术。岩石边坡的柔性防护、格构加固、客土喷播等技术已成为业内的常识降。美国的路堑边坡设计除保证稳定性外还要考虑为失控车辆的救险提供适当的机会，做成为失控车辆可穿越的地带，而且可进行机械养护，一般采用较缓的坡率，切坡较低。美国从20世纪30年代就开始在公路边坡和机场空地开展植被恢复技术研究，如美国于1936年在加利福尼亚州的AngelesCrest公路边坡治理中就应用了生态防护技术，并采用多种机制奖励对公路绿化做出贡献的团体。1965年，美国制定了高速公路绿化技术标准。工程建设中本着最大程度地恢复原有自然生态的宗旨，进行各种严格的调查研究从而确定生态防护的具体方案。德国公路边坡的绿化美化工作是由专业设计单位根据公路所处的地理位置与气候环境，设计出公路边坡的绿化美化方案。设计方案考虑草本结合、防护效果持久性及后期养护管理成本。德国的公路边坡防护的另一个特点是边坡的防护绿化栽植工作与公路建设的施工相互配合，边坡成型或加固后紧接着就进行植物防护施工，避免了由于外界影响而出现的损坏。日本的公路建设20世纪60年代后期拉开序幕，日本是一个地质活跃、地震多发的国家，又是雨季集中、雨量充沛的地区。在道路防灾、公路绿化和环境保护等方面采取了大量措施。如开挖土石方刚结束，即开始稳固边坡、再造绿化。高边坡每15m一阶，依次而上，每阶都有横向排水沟与纵向排水沟相连，条条排水沟隐约在绵延丛密的草坪中；在设计阶段，利用计算机将各种特定的设计方案进行静态景观预测和动态模拟，根据乘员心理及安全的调查测试及时修正方案。在方案选择上，遵循营造自然气氛，人造环境融于周围环境的原则。在确定和实施边坡绿化方案时，不同土质、不同坡面、不同地段所选用的植物种类、绿化方案和施工手段都不同，在这方面，日本政府及各主管部门制定了一整套成熟的边坡生态防护设计施工规范及指南，如坡面保护工程一设计施工指南。日本对边坡的治理和绿化十分重视，其绿化的工艺、技术和设备都具国际先进水平，除坡面必须的工程防护外，其他全部采用植物防护方式来达到防止雨水冲刷、控制水土流失的目的。日本的绿化施工使用机械和人工实施。机械施工包括种子喷播法、客土喷播法、厚层基础材料喷播等;人工施工包括植生带(袋)法、挂网法等。在实践中逐步产生了如喷附绿化、袋筋绿化、岩盘绿化及防灾绿化等许多针对不同类型坡面的工程技术。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”等高新技术来恢复公路生态环境。（2）国内现状由于我国的公路大规模建设也仅是近十多年的事，边坡防护工程尚缺乏足够的重视，从目前建成的高等级公路调查来看，我国高速公路设计大多沿袭过去普通公路的设计习惯。边坡防护大量采用浆砌片(块)石护坡与喷射水泥浆等灰色圬工防护方式，生态防护这种绿色防护则采用较少。随着人们对环境保护意识的提高，我国从90年代开始逐渐从采用单纯的圬工防护技术，如浆砌片石、千砌片石、喷射混凝上等，转变为采用植被重建技术进行边坡生态防护。国内在生态护坡技术应用方面的研究起步较晚，20世纪90年代以前一般采用撒草种、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。1989年，广东省水利水电科学研究所从香港引进1台喷播机，开始在华南地区进行液压喷播试验。19901991年，中国黄土高原治山技术培训中心与日本合作在黄土高原首次进行了坡面喷涂绿化技术试验研究。此后，经过十年左右的发展完善，液压喷播技术已广泛应用于我国不同地区的公路、铁路及堤坝等工程中的边坡防护。1993年我国引进土工材料植草护坡技术，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、水利等工程的安排中陆续获得应用。2000年我国自主开发了厚基层基材喷射植被护坡工程技术，用于公路、铁路等岩、土边坡的生态防护技术成果填补了国内空白，达到了国际先进水平。这些植草技术，在我国高速公路生态建设中有不俗的表现。但是这些植草技术针对我国的实际情况(气候变化大、地形复杂、资金不足、坡度陡峭等)均存在不同程度的缺陷，还应加以改进。近年来，随着岩质边坡绿化恢复技术提高，一些具有安全、耐久、环保、生态、经济的防护方案日益取代传统的圬工护坡，以安全、环保为特征的骨架型防护和耐久性良好的柔性防护技术越来越多见于公路边坡。2.2.3 路堑边坡支护方案优选研究现状关于路堑边坡支护方案优选的问题，国内已有不少学者对其进行过研究。何忠明等人从模糊多属性决策基本理论出发，建立了边坡支护设计方案优选的评价体系，并根据工程评价特点，采用层次分析法和变异系数法相结合来确定评价指标的权重，构造出边坡支护设计方案优选的决策与评价模型，并把该模型用于某公路边坡支护设计方案优选过程中。从治理可靠性、安全性、工程造价、施工工期、施工难易程度以及对环境的影响6个方面建立了边坡支护设计方案优选的综合评价指标体系。王琛等人提出了基于熵权的路堑高边坡防护多目标优选方法对防护方案进行排序。并通过应用实例，得到较优方案。在指标选择上，以安全可靠、环境协调、经济合理、技术可行、施工难易、施工工期6个方面建立指标体系。杨海红等人运用层次分析法的基本原理，建立边坡治理方案评价体系的层次结构模型，并在黄土边坡治理方案的优选中进行了验证。指标体系中，分为总目标层、子目标层(经济效益、社会效益)、准则层(投资总额、工程收益、维护运行费、治理效果、风险性和对环境的影响)和方案层。并对常用的五种边坡加固方案进行了优选排序。刘怀相等人针对大型滑坡体路段边坡治理方案根据层次分析法的基本原理，建立了基于层次分析法(AHP)的评价模型并运用于宛坪高速公路建设实践。层次结构模型中分为总目标层、子目标层(经济、技术、环境)、准则层(建造成本、维修成本、技术可靠、施工效果、技术难度、施工安全、环境、资源消耗)和方案层。叶万军等人根据影响边坡治理决策的定量指标(安全稳定系数、期望造价)和定性指标(施工难易程度、边坡治理效果和环境扰动大小)，建立了基于工程模糊集理论的边坡治理方案优化模型，该模型较好的组合主、客观权重，并在商漫公路中得到应用。刘海松等人在黄土地区公路高边坡的防护技术研究工作基础上，将模糊综合评判方法应用于方案优化中。确定边坡综合坡比、地质结构模型、边坡高度、边坡坡型、降雨量以及施工条件6项指标为影响边坡防护方案的主要因素。赵发章、冯光乐等人从稳定的角度，结合经济性原则，并以经验的方案设计为基础，利用工程类比法，通过坡高H和安全度A这两个变量来确定推荐方案。并且初步探讨了工程与环境条件的相互作用关系。谢全敏等人针对岩体边坡治理方案评价的多目标、多层次的评价及其评价指标的模糊性问题，提出了基于熵权的岩体边坡治理决策的模糊层次分析方法，并建立了包括经济指标(投资总额、工程收益和维护运行费)、社会指标(治理效果、风险性和对环境的影响)的指标体系。刘莉等人将层次分析求得的权值向量引入模糊综合评判，通过层次分析法和模糊综合评判有机结合，建立了滑坡危险性评价的层次分析一模糊综合评判模型。工程应用结果表明该方法合理可靠。2.2.4 路堑高边坡加固技术通过对路堑边坡工程的稳定性分析和计算，稳定性较差或不稳定的边坡，需要设置科学合理的措施来加固，保持边坡长期稳定。（1）消方减载作用机理：按一定的坡率和设分级平台的方法将边坡刷方到稳定边坡。在滑坡后部减重，在前部反压。包括稳固边坡坡脚、减低分级平台高度、加宽平台宽度，放缓边坡坡率。优缺点：施工粗放。一方面大量消坡破坏了原始的地形、地貌，另一方面需要解决弃方问题，造成严重的水土流失，破坏了原有自然边坡植被和环境。适用条件：低矮平坦的边坡，或少量刷方不会引起大的边坡变形的地带，或具有减重和反压的条件。应用状况：是进行工程建设最原始的一种方法。作为一种辅助措施，应尽量少用。（2）支挡挡土墙作用机理：靠墙底摩阻力和墙前被动土压力平衡边坡破坏力，利用自身重量或部分土体保持墙体不会倾倒，当坡体厚度和推力不大时，可采用挡土墙。当坡体推力较大时，按抗滑挡墙设计。当坡体较长时，亦可考虑采用分级挡墙。按照其结构特点，可以分为重力式，半重力式，悬臂式，扶臂式，锚杆式，锚定板式，加筋挡土墙。优缺点：施工简便，取材容易，大多为石料和少量水泥，个别用混凝土代替。需跳槽开挖，施工不当会造成坍塌，抗滑能力有限。适用条件：边坡病害破坏较浅，破坏力不大的较矮边坡。应用状况：是我国20世纪50年代常用的抗滑支挡结构，为适应地形地质条件演绎出了多种断面形式，今后会逐渐减少应用和降低其使用高度。抗滑桩作用机理：为侧向受荷的柱形支撑构件，是将边坡上部破坏力通过桩身传递到下部锚固段，由锚固段的侧向阻力来平衡，类似于一种悬臂受力结构。抗滑桩从早期的木桩，到近代的钢桩和目前在边坡工程中常用的钢筋混凝土桩，断面形式有圆形和矩形，施工方法有打入、机械成孔和人工成孔等方法，结构形式有单桩、排桩、群桩和预应力锚索桩等。桩的锚固深度是抗滑桩发挥作用的关键因素，锚固深度不足，抗滑桩不足以抵抗滑体推力，容易引起失效，锚固过深则造成工程浪费，并增加施工难度。桩的锚固深度原则上由桩的锚固段传递到滑面以下地层的侧向容许抗压强度、桩基底的容许承载力来确定。根据经验，对于土层或软质岩层，锚固深度取l/3l/2桩长比较合适，对于完整、较坚硬的岩层可取l/4桩长。优缺点：桩位可灵活设置，可集中设置在滑体的某一部位，可单独使用或与其他结构联合使用，施工安全，施工过程中可验证地质资料。外露式影响环境美观，由于受力状态不理想，为克服较大弯矩一般断面较大，配筋率较高，造价也较高。适用条件：适用于松散、软弱、地下水丰富而不易产生锚固力或对预应力锚索有腐蚀作用的地层。应用状况：20世纪60年代开始，长期为治理大型滑坡的主措施，应用较广泛。80年代应用以后，大多情况下被预应力锚索抗滑桩替代。外露式的抗滑桩在路堑高边坡防治中不宜采用。预应力锚索抗滑桩作用机理：上端类似铰支，下端类似弹性固结的梁式结构，由锚索拉力和桩身抗力抵抗边坡破坏力。能承受比抗滑桩更大的土体压力或滑坡推力。优缺点：与抗滑桩相比施工较复杂，机械化程度高，工期短，节约材料，成本低。适用条件：适用于变形位置在路基面以下较深的路堑边坡或桥隧地段深层滑动，在路基面以上时要与其他措施比较。应用状况：20世纪80年代应用以来，应用相当广泛，外露式的不宜采用，不易形成锚固力和对预应力锚索有腐蚀作用的地层不宜采用。预应力抗滑桩作用机理：与普通抗滑桩的作用机理相同，桩身采用预应力钢筋混凝土。优缺点：与普通抗滑桩相比，桩截面更小，节约材料，施工方便，桩身变形小、桩体变位小。适用条件：适用于桩身弯矩较大的情况，对桩长和截面尺寸控制设计的桩没有优势。应用状况：目前正在开发中，有一定的应用前景。抗滑明洞作用机理：像挡墙和抗滑桩一样，具有抗滑的作用，又能防治小型崩塌、落石对道路的破坏。优缺点：其作用效果较好，但施工复杂，结构笨重。适用条件：适用于即有高处的危岩威胁，又需要抗滑的地段。应用状况：在修建宝成铁路时开始应用，目前铁路应用较广泛、公路应用较少。（3）加固 锚杆（锚索）加固作用机理：锚杆(锚索)锚于稳定岩体中，靠锚固力提供抗滑力，分为非预应力锚杆(锚索)和预应力锚杆(锚索)。优缺点：结构轻巧，机械化程度高，框架(地梁)内可绿化，但钢筋锚杆的锚固力有限，可采用自上而下的分层施工法，对边坡的扰动小。适用条件：非预应力锚杆(锚索)适用于边坡坡体破碎、边坡地层软弱、易发生浅层边坡失稳的边坡防护；预应力锚杆(锚索)适用于坡体较高、潜在破裂面位置较深、岩层边坡施工期稳定性差或土层锚固性能较差等的边坡防护。应用状况：可以代替土钉墙、挂网喷浆及抗滑挡墙。在能产生锚固力和不腐蚀钢筋的浅层路堑边坡、城市建筑边坡的加固具有优势，可广泛应用。 格构加固格构加固技术是利用浆砌块石、现浇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。其作用原理与锚索作用原理基本相同，但格构加固技术是格构梁与锚索的综合应用，是一种兼顾深层加固与浅层护坡的滑坡治理措施。根据格构采用的材料不同，格构可分为浆砌块石结构、现浇混凝土格构和预制预应力混凝土格构，目前我国在边坡工程中主要使用浆砌块石和现浇钢筋混凝土格构，格构常用的形式有方形、菱形、人字形和弧形四种。对于格构加固，锚索加在格构梁的交点处，锚索锚于滑动面以下稳定地层中，锚索利用锚固力主动抗滑，格构梁一方面表层护坡，同时又作为反力装置给滑体施加应力来稳定滑坡，因其与坡面接触面大，特别适合坡面岩土承载力较差时使用，因此该结构适用于整体稳定性差、前沿坡面须防护的中、小型疏松介质边坡的整治，尤其是适用于削坡条件受到限制的边坡整治工程。a、预应力锚索框架地梁植被护坡作用机理：框架起框架作用，预应力锚索锚于稳定地层中，变被动受力为主动抗滑，预应力改善了边坡岩体的受力状态。优缺点：框架地梁可贴刷方边坡施工，框架内覆土植草，较缓的土质边坡可镶嵌在边坡内，可直接植草，可分层施工，减少扰动。施工机械化程度高。比抗滑桩工程减少投资50%。施工时不必开挖而扰动边坡，施工安全快速，与植被恢复结合还可美化环境，特别是钢筋混凝土格构、预应力混凝土格构与预应力锚索的联合应用，变被动抗滑为主动抗滑，充分发挥滑体的自承能力，是一种非常经济、合理的加固措施。适用条件：适用于加固变形位置在路基面以上或较浅的路堑边坡或自然边坡的深层变形，可加固具有较大变形破坏力的边坡。应用状况：适用于能产生锚固力和没有钢筋腐蚀的地层，变形位置在路基面以下较浅或在路基面以上的深层变形破坏，可代替外漏的抗滑桩、预应力锚索抗滑桩，应用广泛。b、预应力锚索地梁植被护坡如果是浅层稳定性好，但深层易失稳的高陡岩上边坡，不必用框架固定浅层，而只用地梁即可。这样可去掉框架的横梁，从而节省较多的材料。起低碳环保的效果。地梁用预应力锚索固定于坡体，对于稳定性较好的坡体还可采用锚杆固定。地梁之间可采用液压喷播或厚层基材喷射材料护坡等方法进行植被恢复。如果坡体浅层稳定性较差，可在地梁之间采用浆砌片石形成框架，然后再在框架内植被护坡。 注浆加固注浆加固技术是一项实用性很强、应用范围很广的工程技术，它是用液压、气压或电化学的方法，将能与岩土体固结的浆液注入到岩土体的孔隙、裂隙中使破碎、松散的岩土体固结成强度高、抗渗性好、稳定性高的新结构体，从而达到改善岩土体物理力学性质的目的。注浆的材料主要有化学类浆材(如水玻璃类浆材和有机高分子类浆材)和粒状浆材(指水泥、粘土、砂土、粉煤灰等颗粒状材料)。采用的注浆方法有钻杆法、花管法、双层管双栓塞法、同步注浆法、压实注浆法、高压喷射搅拌法等。注浆加固是通过把浆液注入岩石的裂隙或土体的孔隙，等浆液凝固后，使岩层和土体的强度大大提高，并改变岩土的力学性状，从而增强岩土的稳定性，因此被广泛地应用于铁道、公路、矿山及工民建筑中。虽然注浆加固在土木工程中被广泛的应用，但由于是一种新兴的加固技术，在各方面还有待于进一步的深入研究，比如岩体结构理论的完善、注浆加固体强度理论的研究。目前国内外对注浆加固技术还处在半经验半理论的阶段，理论上还有很多问题尚待解决。介绍几种常用的注浆加固技术:a、压浆锚柱作用机理：往地层注入水泥浆以改变岩土体物理力学性质从而稳定边坡的一种方法。注浆提高岩体强度，压浆柱中插入钢筋笼，起抗滑销键作用。优缺点：结构轻盈，机械化程度高，柱顶用框架连接，框架内可绿化，对原有边坡扰动小。难以检测注入范围和判断固结状态。适用条件：适用于滑动较浅的风化破碎岩石、残积土等滑坡。应用状况：目前已有成功的事例，在浅层变形和范围较大的边坡的加固具有应用前景。b、竖向钢花管注浆作用机理：注浆加固了岩体的强度，钢花管和灌浆体构成微型桩，其抗滑作用。优缺点：施工机械化程度高，安全永久性强，可控制注浆的深度和注浆量，可在破裂面位置多注浆，注浆工艺先进，可恢复植被。适用条件：适用于变形范围较大的残积、坡洪积及岩石滑坡、浅层坍塌体的加固。应用状况：对软弱结构带比较清楚地变形体的加固具有明显优势。目前已有许多成功事例，可推广应用。c、钢花管锚杆框架作用机理：集锚固机理和注浆机理与一体，既提高了岩土体的强度，又提供了抗滑力。优缺点：技术先进，安全可靠，机械化程度高，结构轻巧，美观，可恢复植被。适用条件：对于软弱结构带位置难于摸清和会发生变形的松弛变形体加固效果明显。应用状况：在多条高速公路己推广应用，具有较大的应用前景，特别适用于软弱破碎岩体的一级边坡的加固。d、高压喷射注浆法高压喷射注浆法是近年来大力发展的新型边坡加固方法，包括旋喷法和定喷法，特别是定喷法有的放矢、针对性强、质量好、可靠性高，而且节约浆液，在不对周围环境产生危害的同时，降低工程造价。该法既可单独应用，也可与主动或被动支挡结构配合，起到减少支挡结构侧压力、止水防渗、防止砂土液化等功效。适用于破碎块石、岩锥碎屑等石质土边坡和土质边坡，可大大提高边坡岩土体的抗剪强度（最大可提高200%300%）。 土钉支护技术土钉支护技术:土钉支护技术是从新奥法（NATM）发展演变过来的。实践证明，该技术在其适用范围内，具有最优的经济指标，而且施工随挖随支，基本不占用工期。目前，该技术在我国深基坑工程中得到了广泛的应用，但在公路边坡支护工程中公开发表的工程应用实例尚较少。土钉支护技术可分为土钉墙法和喷锚网支护法。土钉墙法支护原理是在土体内设置一定长度和分布密集的锚钉，通过锚钉加固体表面与土的摩阻力，约束土体变形;通过锚钉与土体的共同作用，使土体自身的承载潜力得到充分发挥，并形成一个复合墙体，如同重力式挡土墙。但土钉对土体的约束需要以土体变形作为补偿。土钉墙法在工程应用中的新近改进及发展有注浆式土钉、止水型土钉墙、复合式土钉墙等。喷锚网支护通过混凝土、钢筋网和锚杆共同作用形成复合体，可提高边坡岩土的结构强度和抗变形刚度，增强边坡的整体稳定性和承载能力。主要适用于岩性较差、强度较低、易于风化的岩石边坡;或虽为坚硬岩层，但风化严重、节理发育、易受自然应力影响导致大面积碎落，以及局部小型崩塌、落石的岩质边坡。缺点是破坏周围环境、景观效果差。（4）排水水对边坡稳定影响是很大的，尤其是突发性的降雨。从事边坡治理工程的人都知道了“治坡先治水”的原则。排水体系分为地面排水和地下排水体系两部分。 地面排水体系a、边沟：设置在挖方路基的路肩外则，用以汇集和排除路基范围内和流向路基的小量地面水。b、截水沟：设置在挖方路基边坡坡顶以外，或山坡路堤上方的适当位置，用以截引路基上方流向路基的地面径流，防止冲刷和侵蚀挖方边坡与路堤坡脚，并减轻边沟的泄水负担。岩石裸露和坡面不怕冲刷的路段，可不设置截水沟。c、排水沟：用来引出路基附近低洼处积水的人工沟渠。形式可以加以改进，把水沟改成蝶形并