边坡防护浅谈

1、1 绪论我国在80年代中期以前，主要以低等级公路建设为主。而随着经济的发展、综合国力增强，我国的建筑材料、设备、建筑技术都有了较快发展。我国的经济政策为公路事业发展提供多元化的筹资渠道，保证了建设资金来源。我国广大桥梁工作者，竭尽全力，发挥自己的聪明才智，为我国公路桥梁建设事业，做出了巨大的贡献。1.1 地理及工程地质条件拟设计道路路线位于山岭重丘区,公路自然区划为5区,沿线土质为黄土，属于干燥中湿状态，日照充足沿线附近有大量的砂、碎石、块石、片石、石灰及粉煤灰。1.2 工程概要山东省定陶县曹县三级公路的建设是完善区域内公路网的需要，也是区域内交通量日益增长的需要，它的实施对于促进区域内经济发

2、展将起到巨大的推动作用。本设计为该地区公路中的某一区段，路线全长6180.165m, 全线路基土挖余为65616m3，填缺为57995 m3，本桩利用10305 m3 ，共设计中小桥3座，本桩利用10305 m3，总长150m。1.3设计研究主要内容此次毕业设计的山东省定陶县曹县三级公路是一条以定陶县为起点，曹县为终点，途中路经村落外还有大片的农作物和塘，以及河流，它是一条郊县公路。本次设计内容主要包括：首先要熟悉地形图和所给的原始资料，分析其地貌、高差、河渠、 耕地、建筑物等的分布情况。然后进行选线，方案比选，路线平面设计，纵断面设计，横断面设计，土石方计算，土方调配，边坡设计，沥青路面设计

3、。有些公路路基较宽、挖填较大，特别是山区公路，高填深挖较多，因此，积极做好边坡防护至关重要，以防止雨水、泥石流冲刷、坍塌等现象发生。 此次设计路段位于山岭重丘区。山区公路中常规的路基断面形式有一般路堤、沿河路堤、半填半挖路基、挡土墙路基、挖方路基等形式。一般路堤指低填浅挖路基，在山区公路中局部地区会出现此种路基；沿河路堤一般在选线采用沿溪线原则时多会碰到此种路基；而半填半挖路基、挡土墙路基 、挖方路基是在越岭区中最常见的路基形式。鉴于路基边坡对于路基乃至公路的重要性，做好路基边坡防护显得更为突出重要，本文将着重探讨山区公路路基边坡的防护。2 边坡破坏形式及原因21 公路下边坡路基下边坡一般为填

4、土路堤。受力稳定的路堤边坡的破坏，主要表现为边坡坡面及坡脚的冲刷。坡面冲刷主要来自大气降水对边坡的直接冲刷和坡面径流的冲刷，使路基边坡沿坡面流水方向形成冲沟，冲沟不断发展导致路基发生破坏；沿河路堤及修筑在河滩上、滞洪区内的路堤，还要受 到洪水的威胁，这种威胁表现为冲毁路堤坡脚导致边22公路上边坡  而对于本次公路设计，在挖方较大路段，同样需要注意做好边坡防护工作。3 边坡工程稳定性分析3.1 边坡稳定性的影响因素边坡稳定性影响因素主要有地质构造、岩体结构、风化作用、地下水，和边坡形态。地质构造因素主要是指边坡地段的褶皱形态、岩层产状、断层和节理裂隙的发育程度以及新构造运动的特点等。通

5、常在区域构造复杂、褶皱强烈、断层众多、岩体裂隙发育、新构造运动比较活跃的地区，往往岩体破碎、沟谷深切，较大规模的崩塌、滑坡极易发生。不同结构的岩体，物理力学性质差别很大，边坡变形破坏的性质也不同。边坡岩体，长期暴露在地表，受到水文、气象变化的影响，逐渐产生物理和化学风化作用，出现各种不良现象。当边坡岩体遭受风化作用后，边坡的稳定性大大降低。处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用，使坡体的有效重力减轻；水流冲刷岩坡，可使坡脚出现临空面，上部岩体失去支撑，导致边坡失稳。边坡形态通常指边坡的高度、坡度、平面形状及周边的临空条件等。一般来说，坡高越大，坡度越陡，对稳定性越不利。此外，人类的工程作用、

6、气象条件、植被生长状况等因素也会影响边坡的稳定性。对于本次设计，在K123.2 边坡工程稳定性分析方法边坡工程稳定性分析方法有边坡极限平衡法和边坡可靠性分析法两种。极限平衡法是根据边坡上的滑体或滑体分块的力学平衡原理(即静力平衡原理)分析边坡各种破坏模式下的受力状态，以及利用边坡滑体上的抗滑力和下滑力之间的关系来评价边坡的稳定性。极限平衡法是边坡稳定分析计算的主要方法，也是工程实践中应用最多的一种方法。它的基本思路有三：（1） 首先，确定滑动面的位置和形状。实际的滑动面将取决于结构面的分布、组合关系及其所具有的剪切强度。实践证明，均质土坡的破坏面都接近于圆弧形，岩体中存在软弱结构面时，边坡岩体

7、常沿某个软弱结构面或某几个软弱结构面的组合面滑动，因此，根据具体情况假定的滑动面与实际情况是接近的。滑动面与实际情况是很接近的。（2） 其次，确定极限抗滑力和滑动力，并计算其稳定性系数。所谓稳定性系数即指可能滑动面上可供利用的抗滑力与滑动力的比值。由于滑动面是预先假定的，因此就可能不止一个，这样就要分别试算出每个可能滑动面所对应的稳定性系数，取其中最小者作为最危险滑动面。（3） 最后以安全系数为标准评价边坡的稳定性。基于本次公路设计，取桩号K16+200，进行边坡稳定性验算。路基土为粘性土质，拟定基本参数为：土的粘聚力，内摩擦角25º，容重。荷载按黄河JN-150。取全线未设挡土墙处

8、最高路堤处行边坡稳定性验算，桩号为K1+500。粘性土质采用圆弧破裂面法，并用条分发进行土坡稳定性分析。（1）将黄河JN-150换算成土柱高。按最不利的情况其中一辆黄河车停在路肩上，另一辆以最小间距与它并排按下式换算土柱高 式中：-横向分布车辆数，单车道，双车道； -每一辆车的重量，KN； -汽车前后轴的总距，m; -横向分布车辆轮胎最外缘之间总距，m； 其中：-每一辆车轮胎最外缘之间的距离，m； -相邻两辆车轮胎之间的距离，m考虑到车辆停放在路肩上，认为厚的当量土层分布在整个路基宽度上。 （2）采用4.5H法确定圆心辅助线，具体如下：由坡脚E向下引竖线，在竖线上截取高度得F点。自F向右引水平

9、线，在水平线上截取，得M点。连接边坡坡脚E和顶点S，求得SE的斜度，据此查粘土边坡表得。由E点作与SE成角的直线，再由S点作与水平线成角的直线，两条直线交于点I。连接I和M两点得到圆心辅助线。（3）绘出三条不同位置的滑动曲线（都过坡脚）：一条过路基中线；一条过路基边缘；一条过距左边缘1/4路基宽度处。（4）通过平面几何关系找出三条滑动曲线各自的圆心。（5）将土基分段，每段如图（图中以曲线和曲线为例进行划分，段始于左侧）宽1m，最后一段可能略小一点。（6）计算滑动曲线每一份段中点与圆心竖线之间的偏角， 并计算分段面积和以路堤纵向长度1m计算出各段的重力，进而将分化为两个分力：a)在滑动曲线法线方

10、向分力；b)在滑动曲线切线方向力。 计算结果列，其中，曲线R单位m，面积，土块重力单位KN，123456789100.870.790.700.620.540.450.370.280.210.12面积1.273.434.285.595.745.605.365.044.584.1825.4051.9771.5286.9699.6793.7490.3285.1578.3070.0110.2530.4450.8966.8283.7083.3783.9781.1376.3869.3923.2442.1250.2555.6554.1242.8533.2725.8717.249.260.950.860.78

11、0.620.610.520.440.360.270.19面积2.444.426.117.228.968.789.279.6710.0910.330.910.820.740.580.570.480.400.320.230.152.314.295.987.098.838.659.149.5410.1310.3736.8868.6495.70113.39141.22138.34146.21152.67162.13165.900.920.830.750.660.580.490.410.320.230.15面积1.913.805.116.106.897.538.018.128.146.9932.4564

12、.5286.84103.65117.20127.96136.19138.10138.38118.8012.8735.6957.7377.6995.80111.47124.52130.84134.54117.4729.7953.7464.8768.6267.5162.8355.1644.1932.3817.70由上表可得： 曲线： ，曲线： ，曲线： ，（7）计算滑动曲线圆弧长 曲线： 曲线： 曲线： （8）计算稳定系数 曲线：曲线：曲线：由于第一条曲线（过路基中线）的稳定性最小，而又作靠左边，因此，在左边缘与路基中线之间的中点再绘一条滑动曲线，并计算其稳定性，结果曲线： 由此可见，第一条曲线为

13、极限滑动面，其稳定性系数大于1.5，满足规定的要求。4 路基边坡防护设计原则4.1 安全第一质量保证 4.2 考虑地理环境，因地制宜 4.3 多层防护相结合防护措施相协调科学的4.4 统一规划具体实施 5.1 刚性结构与柔性结构相结合 5.2 发展生态型防护，注重景观设计 公路边坡沿公路分布的范围广,对自然环境的破坏范围大,如果在防护的同时,能够注意保护环境和创造环境,采用适当的绿化防护方法来进行,则会使公路具有安全、舒适、美观、与环境相协调等特点,也将会产生可观的经济效益、社会效益和生态效益。因此,边坡设计应遵循“安全绿色、水土保持、恢复自然

14、、环保之路”的设计原则。6 路基边坡防护方法 路基边坡防护加固措施应遵循 “因地制宜，就地取材，以防为主，防治结合”的方针，根据当地的气候、水文、地形、地质条件及筑路材料分布情况，采取工程防护和植被防护相结合的在综合措施，防治路基病害，保证路基稳定 并与周围环境相协调。路基边坡防护有坡面防护、冲刷防护、湿软地基加固、支挡建筑物等类型。6.1 坡面防护坡面防护主要是保护易受自然因素影响而强度、稳定性降低导致的路基边坡破坏。坡面防护还可以达到美化路容、协调自然环境的目的。坡面防护设施仅起到将坡面封闭隔离的作用，不受外力作用，所以，要求被防护的路基边坡本身是稳定的。常见的坡面防护主要有植物防护和工程

15、防护。前者可视为“生命”防护,以土质边坡为主；工程防护属“无机”防护，以石质边坡为主。植物防护则是在边坡上种植草或植树,以减缓边坡上的水流速度,利用植物根系固结边坡表层土壤以减轻冲刷,从而达到保护边坡的作用。植物防护不仅可以美化公路环境,调节边坡的湿温,起到固结和稳定边坡的作用,而且又比较简单、经济。它对于坡度不大，边坡平缓的土质坡面是一种简易有效的防护措施，其方法主要有种草、铺草皮和植树。土质边坡防护也可采用拉伸网草皮、固定草种布或网格固定撒种，用土工合成材料进行土质边坡防护的边坡坡度宜在1:1.01:2.0之间。植物防护的铺筑方式有五种如下图平铺 水平叠铺 垂直叠铺 网格式 斜交叠铺 拉伸

16、网草皮是在土工网或徒工堑等土工合成材料上铺设35cm的种植土层，经过撒种养护后形成的人工草皮。固定草种布是在土工植物纺织时将草种固定在于土工织物中，然后到现场铺设。网格固定撒种是先将土工网固定于需防护的边坡上，然后撒播草种形成草皮种草使用边坡坡度不陡于1：1，土质适宜种草，不浸水或短期浸水但地面径流速度不超过0.6m/s的边坡。草的品种要适应当地自然条件，最好是根系发达，中茎低矮，多年生长，几种草籽混种。不宜种植的坡面，可以铺510cm厚的种植土层，土层与原坡面结合稳固。铺草皮需先备料，草皮可就近培育，切成整齐块状，然后移铺在坡面上。铺时应自下而上，并用竹木小桩将草皮钉在坡面上，使之稳固，草皮

17、根部土应随草切割，坡面要预先整平，必要时还应加铺种植土，草皮应随挖随铺，注意相互贴紧。植树主要用在堤岸边的河滩上，用来减低流速，促使泥沙淤积，防水直接冲刷路堤。多排林堤岸与水流斜交还可以起到排水改变水流方向的作用。工程防护主要是针对不适宜植物生长的土质填、挖方边坡或风化严重、节理发育不良的岩石路基边坡等,采取工程防护措施即设置人工构造物防护。它可分为边坡处治和砌石防护。（1） 边坡处治： 抹面防护适于土质挖方坡面，岩石表面易风化，但比较完善，尚无剥落，如页岩，泥灰岩、千枚岩的新坡面。对此应及时予于封面，以预防风化成害。常用的抹面材料有石灰岩浆等，其中石灰为胶结料，应精选。 喷浆施工简单，效果较

18、好，适用于易风化而坡面不整度岩石挖方边坡，厚度一般为510cm。喷浆水泥用量大 ，重点工程可使用。比较经济的砂浆是用水泥、石灰、河沙及水按1:1:6:3配合。喷浆前后的处治与抹面相同。（2） 砌石防护：路基坡面为防止地面水流或河水冲刷 ，可以使用砌片石防护。 干砌片石。 重要路段或暴雨集中地区的土质高边坡，以及桥面附近坡面与岩坡 、地面排水沟渠等，亦可干砌片石加固。干砌片石适用于保护边坡免受大气降水和地面径流的侵害,以及保护浸水路堤边坡免受水流冲刷。边皮片石防护可见下图：对严重潮湿或有冻害的路段、长期承受主动土压力地段一般不宜采用干砌片石防护,可用于下边坡中的土质边坡防护,坡度为1:1.5-1

19、:2。 浆砌片石。浆砌片石设置在浸水路堤及可能发生坡面被冲刷的土质边坡,应做好排水与防护的结合,否则不宜采用。当水流速度较大时(如4-5m/s),波浪作用较强,以及河流可能有流木及其他撞击物等冲击作用时,宜采用浆砌片石防护,必要时可与浸水挡墙或护面墙同时设置。浆砌片石护坡优点是耐久性较好,适宜防护不同控制边坡中的岩土层和不同位置的边坡,且造价适中,故适用于上下边坡中的一般坡面。 拱式、网格防护。这种防护方式克服了鱼鳞状砌石防护排水抗冲刷能力弱和污工量大的特点,最大限度地绿化坡面,外观较好,在高填方、长直线的护坡段,能达到美化、绿化的双重效果,是近年来公路防护常用的方法之一。缺点是施上较繁琐,劳

20、动强度大,对坡面要求严格,拱内必须填土植草或进行其他工程防护,否则易被雨水冲蚀。 预制块铺砌防护。这是目前高速公路上应用较多的护坡方法之一,由于预制块的规格一致,易于施工,外观整齐,最大限度地减少了坡面防护对植草绿化的依赖性,即使坡面绿化效果不好,也不容易造成太严重的冲刷现象,所以,目前大多数高速公路采用这种方式,缺点是造价高,施工难度大。 喷射混凝土防护。喷射混凝土法分为素喷法和锚喷法。素喷法为直接将高标号砂浆喷射在大致平整的岩面上,使坡面易松散的颗粒得以稳固,保证行车及行人的安全。它用于表层易松散的风化岩面。锚喷法,其工作原理是利用锚杆将滑动体固定在山体上,以锚杆约束山体的滑动,并在滑动体

21、表面锚头上加挂钢筋网并喷射混凝土,在滑动体表面形成钢筋混凝土板体结构,这样可以将松散的岩石固定为一个整体,以达到彻底根治滑坡的目的。锚喷法适用于大部分岩石土和碎石土等地质结构山体和易产生滑坡地段,它可预防早期滑坡的产生。只要产生滑动的区域面积不很大,滑动层不很厚,都可以采用此方法。 此外,对于边坡破坏较严重的情况,如出现塌方、滑坡以及可能出现失稳等,必须采取相应的措施来确保边坡的稳定性(强度方面)和安全性(变形方面)。根据边坡的不良工程地质特征和滑坡加固治理与防护工程特点,主要选取适用性强、易于操作、工程负效应小的措施,如抗滑桩、锚杆(索)、挡土墙、削坡和灌浆等,使其分别适用于不同塌方、滑坡的

22、物理力学条件和地质条件。（3）护面墙是浆砌片石的坡面覆盖层，用于封闭各种软质岩层和较破碎的挖方边坡。要求墙面紧贴坡面，表面砌平，厚度可不一。护面墙石料应符合规格。护面墙除自身中外，不承受其他荷载，亦不承受墙被土压力。墙高与厚度及路堑边坡的关系见下表：护坡墙高度H/m路堑边坡墙面厚度/m顶宽b底宽d21： 0.50.400.406陡于1：0 .50.400.400.10H6H101：0 .51： 0.750.400.400.05H10H151： 0.751:10.400.600.05H护面墙高一般不超过10m，若超过10m可以分级砌筑，每一级高度610m，中间设平台，墙被可设耳墙，纵向每10m设

23、一条伸缩缝，墙身应预留泄水孔 。基础要求稳固，顶部封闭。若墙基软硬不匀，可设拱跨过软弱土基。坡面常有不同地质现象，开挖后形成凹陷。应以石砌圬工填塞平整，称为支补墙。其构造与要求可参考有关手册。其结构图如下图：护面墙结构图公路边坡生态防护可分为不借外力和借外力两种方式。（1） 不借外力又有两种情况： 坡面附有较厚土层、有利植物生长的，采用种草、铺草皮、栽植香根草等植物、干根网状防护等方式； 坡面几乎无土覆盖，但坡顶、坡底、平台可以生长植物比如采用栽植攀援性和垂吊性等植物。（2） 借外力方式有框架防护和架网喷播，OH液植草和综合防护。 框架防护可采用混凝土、浆砌片石 、浆砌卵等做骨架形成正方形、菱

24、形、正六边形、拱形、主肋加斜向横肋或波浪形横肋，以及几种几何图形组合等形式的框格，框格内采用种草或铺草皮； 挂网喷播是先挂网、后喷播，通过加了喷射物在网上的凝固硬化来创造一个既能让植物生长发育而种植基质又不被冲刷的多孔稳定结构，包括三维植被网、植被混凝土、客土喷播等； OH液植草是国内外近十多年新开发的一项边坡化学植草防护措施，它是通过专用的机械将新型化工产品HYCEL-OH液与水按一定比例稀释后同草籽一起喷撒于坡面，使之在极短时间内硬化，而将边坡表土固结成弹性固体喷膜，达到植草初期边坡防护的目的； 综合防护是综合上述几种方式的长处 、混合运用，甚至补充工程防护方法的方式。多半用于情况复杂、难

25、于绿化或稳定性很差的高陡边坡。 拱式、网格防护。6.2 冲刷防护冲刷防护一般分为直接防护措施和间接防护措施。为了防止流水直接危害沿河、沿海路堤以及关海、河堤坝护岸边坡和坡脚，必须采取一定防止冲刷的措施。堤岸直接防护措施包括植物防护、石砌防护或抛尸与石笼防护，以及必要时设置的支挡结构物等。（1） 植物防护和石砌防护：其中植物防护与石砌防护，同坡面防护所述相近，堤岸冲刷的主要原因是洪水水流，水位变迁不定，水流速度较大，相应要求更高。盛产石料地区，当水流速度达到或超过3.0m/s或更高，植树与石砌防护无效时，可采用抛石防护。当水流速度达到或超过5.0m/s时，则改用石笼防护，也可就地取材，永竹笼防护

26、，必要时可以采用土工织物软体陈排防护。（2）抛石防护：类似在坡脚处设置护脚，亦称石垛。抛石防护不受气候条件限制。路基沉实以前均可施工，季节性进水或长期浸水均可用。抛石垛的边坡坡度，不应陡于抛石浸水后的天然休止角，边坡率一般为1.52.0和1.252.0；石料粒径视水深与流速而定，一般为1550cm。（3）石笼防护：石笼是用铁丝编织成框架，内填石料，设在坡脚处，以防激流和大风浪破坏堤岸，也可用来加固河床，防止冲刷。铁丝框架可以箱形或圆形，笼内填石的粒径，最小不小于4.0cm，一般为520cm，外层应用棱角突出的大石料，内层可用较小的石块填充。石笼在坡脚排列，用于防止冲刷淘底时，应用平铺并与坡脚线

27、垂直，而且堤岸一端固定，另一端不必固定，淘刷后可以向下沉降贴于底面；用于防止堤岸边坡冲刷时，则垒码平铺成梯形。（4）土工织物软体沉排防护：土工织物软体沉排是在土工织物上以块石或预制混凝土块体为压重的护坡结构。土工织物软体沉排一般适用于水下工程以及预计可能发生冲刷的河床和护岸上面。主要有单片垫和双片垫两种结构形式。单片垫是利用土工织物拼接成大面积的排体；双片垫是将两片单片垫重叠后接在一定距离和形式将两片垫连接在一起而构成管状或格状的空间，其中再填充透水性土石料，起到 防护与反滤的作用。间接防护主要是指设置河道整治构筑物，设置导治结构物可改变水流方向，消除和减缓水流对堤岸的直接破坏，同时，可减轻岸边近旁淤积，彻底解除水流对堤岸对局部堤岸的损害，起到安全