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1、路基边坡防护边坡是否稳定受多种因素的影响，主要有：（1）土质的影响，包括岩土的抗风化能力、抗软化能力、强度、组成、透水性等；（2）水文地质条件的影响，包括地下水的埋藏条件、地下水的流动及动态变化等；（3）地貌因数，如边坡的高度、坡度和形态等；（4）气候作用的影响，如降雨量等因素；（5）地震作用除了使边坡土体增加下滑力外，还常常引起孔隙水压力的增加和土体的强度的降低；另外人类活动的开挖、填筑和堆载等人为因素同样可能造成边坡的失稳。一个边坡的失稳往往是多种因素的共同作用的结果，我们通常将导致边坡失稳的因素归结为两大类。一是外界力的作用破坏了岩土体原来的应力平衡状态。如路堑或基坑开挖、路堤填筑或边坡
2、顶面上作用外荷载，以及岩土体内水的渗流力、地震力的作用等，改变原有应力平衡状态，使边坡坍塌。二是边坡岩土体的抗剪强度由于受外界各种因素的影响而降低，促使边坡失稳破坏，如气候等自然条件使岩土时干时湿、收缩膨胀、冻结融化等，水的渗入、软化效应、地震引起砂土液化等均将造成强度降低。边坡在自然与人为因素作用下的破坏形成主要表现为坡面的冲刷、坡体发生剥落、滑塌、崩塌和滑坡。坡面的冲刷破坏主要是由于降雨或坡面水流导致边坡土体被冲走，不仅会破坏边坡的外观，长期作用还会进一步导致边坡滑塌等病害。剥落是斜坡岩土长期遭受风化、侵蚀，在冲刷和重力的作用下，岩（土）屑（块）不断沿斜坡滚落堆积在坡脚。滑塌是因开挖、填挖
3、、堆载引起斜坡的滑动或塌落，一般较突然，粘性土类边坡有时也会出现一个变形发展过程。崩塌是整个岩土体块脱离母体，突然从较陡的斜坡上崩落、翻转、跳跃、堆落在坡脚，规模巨大的称为山崩，规模较小的称为塌方。滑坡是斜坡部分岩土体在重力作用下，沿一定的软弱面，缓慢地整体向下移动，具有蠕动变形、滑动破坏和渐趋稳定三个阶段，有时也具有高速急剧移动现象。一、路基边坡防护的病害调查在路基的防护工作之一就是对路基边坡的防护。在原地基上经过填筑或开挖形成的路基，其边坡将会承受降雨和地表水流的冲刷，如不加以有效的防护，则会出现各种破坏。在调查中发现，多数路基的挖方边坡和填方边坡均采取了一定防护措施，除了因滑坡等不可抗拒
4、的自然灾害或地质原因导致路基边坡不稳定性而产生的边坡塌方、滑塌、失稳等问题外，产生边坡破坏的主要是因为防护工程设计不完善、施工质量较差、防护措施没有发挥应有的作用或防护工程不到位所致。1设计不完善导致坡面的破坏调查中发现许多地区的挖方边坡，其坡面防护往往下部采用护面墙，而上部则未采取防护措施或采用植草的防护措施。边坡坡度多取为0.30.5，还有一些边坡坡顶未设置截水沟，这样在长期降雨作用下，导致上部边坡土体饱和，强度下降，产生变坡冲刷、滑塌现象。如铜黄高速公路K98+000020（下行），边坡下部采用护面墙而上部未设防护，坡度1:0.5，坡顶未设置截水沟，在长期降雨后产生坡面冲刷，如图21所示
5、。K105+180220（下行）边坡下部采用护面墙防护，上部未设置防护措施，坡度1:0.3，边坡土产生碎落溜塌；K114+300350（上行）共四级边坡，第二至四级无工程防护，边坡坡度1:0.3，第二级边坡土体剥落，剥落段落长50米，高约5米，截水沟严重露水，排水不畅，降雨使土体饱和，强度下降，如图22所示；K129+950970（上行）边坡下部采用护面墙防护，上部没有防护措施，边坡土质为风化石夹杂土质，属微膨胀土，坡度1:0.5，挖方边坡坡顶未设截水沟，雨后上边坡约20m范围的碎石土滑塌至路面上，如图3所示。G312彬县永寿段K1602K1623900段（长峪隧道北口）高边坡产生滑坍，局部路
6、段中断交通，如图47，边坡高约2030m，下部1.5m为护面墙防护，未设台阶，属单项坡，上缘未设截水沟，护面墙施工质量较好；K1642600K1642700（右幅，图8），边坡高约56m，下部1.8m为护面墙防护，挖方边坡上缘未设截水沟，护面墙施工质量较好。产生病害的原因主要是因为挖方边坡未采取排水措施，边坡为风化石加土，施工时边坡刷坡不到位，雨水使得土体饱和，风化石软化，而下部无支撑是滑塌的主要原因，加之护面墙较低，施工时对土壤变化欠考虑，边坡也较陡。 图21 坡面的冲刷、滑塌 图22 边坡土体剥落 图2-3 边坡的滑塌 图2-4 滑坍边坡下部 图2-5 滑坍边坡顶部 图2-6 滑坍体和两侧
7、结合部 图7 边坡顶部 图82施工质量差引起滑坡铜黄公路 K102+010 090（上行）边坡下部为浆砌挡土墙，上部采用植草防护边坡，挡墙整体强度不足，泄水孔排水不力使边坡内的层间水、裂隙水没有及时排出，雨后边坡滑塌，如图2-9；K105+170200（上行）边坡共两级，第二级为拱架防护，挖方山体内侧排水沟施工质量较差，边沟断面尺寸偏小，无法满足排水要求导致雨水冲毁路基边坡，如图2-10所示。 图2-9 图2-10 3边坡土体不稳定引起的滑坡现象铜黄公路K119+100150（上行）边坡共分七级，一级、二级边坡采用护面墙，墙高8m，三级和四级采用坡率11的拱型骨架护坡，六级、七级边坡采用10.
8、5的拱型骨架护坡，边坡顶设置平台及截水沟，六、七级边坡拱型骨架护坡在转角处局部滑塌，四级平台截水沟损坏，雨水使土体饱和，抗剪强度降低，降雨后沿基岩面滑动剪切，块石强度及砂浆强度偏低及施工质量较差也促使了滑塌，如图2-11所示。铜黄公路K119+300350（上行）边坡高约710m，下部采用护面墙防护，墙高4m，护面墙顶部为粘性土和强风化砂岩，坡率为10.5，长期降雨使土体饱和，强度下降，沿临空面局部滑塌，同时局部地段强风化砂岩碎落、掉块，如图2-12所示。 图2-11 图2-12 4防护措施不得当铜黄公路K119+785800（下行）边坡高约13m，下部用护面墙防护，墙高约4m，上部边坡坡率为
9、1:0.4，采用喷射砼防护。目前，上部喷射砼已全部破坏，主要因为对强风化岩体和粘性土直接采用喷射砼，施工质量难以保证，喷射砼面层上未留置泄水孔，山体内水无法排出，如图2-13所示。铜黄公路K127+190210（上行）边坡高约20m，一级边坡采用护面墙，二级边坡采用喷射砼防护，边坡顶部为洼地，积水渗入土体，土体饱和，强度下降，喷射砼时未挂网，亦未设置锚杆，同时喷射砼厚度仅56cm，如图2-14；K127+450500（下行）边坡为二级，第二级边坡坡高56m，坡率1:0.5，未采取防护措施，长期降雨使土体饱和，产生滑塌现象，如图2-15。 图2-13 图2-145排水设施不完善铜黄公路K122+
10、880900（上行）边坡共两级，均为护面墙防护，挖方边坡上缘未设截水沟，长期降雨使土体饱和，强度下降，同时护面墙泄水孔排水不畅，挡墙施工质量较差，砂浆强度偏低，局部呈松散状，如图2-16所示；K144+000010（上行）边坡下部为2.5m浆砌片石护面墙，边坡顶部一定范围没有设置截水沟，坡面土体水饱和，表层土体沿临空面产生滑移，如图2-17。 图2-15 图2-16 图2-17 图2-18 6设计方案不合理铜黄公路K129+850870（上行）如图2-18，采用护面墙护坡，边坡顶部地形较平缓，护面墙滑塌，边坡顶有宽10cm，长10m的裂缝多条，裂缝错落1020cm，因地形较平缓，汇水面积较大，
11、未设置截水沟，下部采用护面墙防护，方案欠合理，施工质量存在严重的缺陷，砂浆强度偏低； K151+325345（上行）边坡高25m，坡度太陡，未防护，降雨使土体饱和后，强度下降产生滑塌，如图2-19。G312彬县至长武段亭口桥彬县台为一个三叉路口（图2-20），边坡设有两级台阶，主线一侧二级台阶以下已滑坍，主线路面约1km已破坏，因边坡较高，坡顶和台阶未设排水系统，降雨后大量的水进入土体，使土体饱和，产生滑坍，路基含水量增大后路面整体强度降低，出现病害后又没有及时整治，使得病害越来越重。该段全线多处边沟人为堵塞，（图2-21），部分边沟已失去作用，特别是全线填方路段基本没有边沟，边沟的破坏增加了
12、雨水进入路基的机会。 图2-19 图2-20 210国道姚店-延川段芦蒿梁隧道是一个明洞，两端洞口前后开挖高度相对较大，边坡高度约30m左右，挖方边坡设有三级台阶，坡顶和台阶未设排水系统，洞口两侧边坡冲刷较重，进口和出口边坡均有滑坍，滑坍主要出现在台阶的两端（图2-22），隧道两端纵坡较大（4）且长，路基含水量增大，路面整体强度降低，出现病害后又没有及时整治，使得病害越来越重，隧道两端路面，特别是爬坡车道的破坏比较严重。 图2-21 图2-22 洞顶边坡滑坍7截水沟施工质量较差，未能发挥作用 铜黄公路土质中含有大量的粒料，土体本身粘结力较小，与正常的黄土有较大区别，首先表现出的直立性较差，除了
13、遇水后产生湿陷性外，极易发生坍塌，K148+050100（下行）边坡高度约8 m，下部3m采用浆砌片石护面墙防护，边坡上部坡率为1:0.5，坡度太陡，又未采取任何防护措施，截水沟严重渗水，排水不畅，降雨使土体饱和，强度下降所致，如图2-23；K148+980K149+000（上行）边坡高56m，边坡顶部截水沟断裂，边坡土体部分滑塌将护面墙中部推塌，如图2-24；K151+150170（上行）边坡高7m，截水沟破坏，使水渗入土体，护面墙砂浆强度偏低，泄水孔不能泄水，如图2-25；K151+925950（上行）边坡采用护面墙防护，截水沟断裂，排水不畅，水全部渗入土体使土体饱和，如图2-26。 图2
14、-23 图2-24图2-25 图2-268、路堤边坡防护不到位，产生较为严重的冲刷破坏调查中发现，虽然路堤边坡相对产生破坏较少，但在不少路段都存在较为严重的冲刷破坏情况。图227和228就是某新建成的高速公路，由于边坡防护未及时做好，在雨季产生了较为严重的冲刷。一些已建成的路段，由于局部路堤边坡的防护效果不佳，或者由于坡面急流槽的损害，也在坡面上产生了较为严重的冲刷破坏。路基边坡防护技术一、植物防护（1）植物防护机理 （2）植物防护类型（3）植物防护设计（4）植物防护施工（5）植物防护养护二、边坡支挡防护（1）土钉支护技术（2）预应力锚固技术（3）砌石防护（4）边坡的综合防护三、注浆加固边坡防
15、护（1）注浆加固边坡机理（2）注浆加固边坡设计（3）注浆加固边坡施工四、复合材料防护（1）复合材料机理 （2）复合材料类型（3）复合材料设计（4）复合材料施工植物防护机理在国际上专门以植被护坡为主题的首次国际会议于1994年9月在牛津举行。把植被防护定义为：用活的植物，单独用植物或者植物与土木工程和非生命的植物材料相结合，以减轻坡面的不稳定性和侵蚀的一种保护坡面办法。一、边坡植物防护的作用效果分析（一）植物根系与边坡土体相互作用植物防护依靠坡面植物的地下根系及地上茎叶的作用护坡，其用可概括为根系的力学效应和植物的水文效应两方面，根系的力学效应分草本类植物根系和木本类植物根系，植物的水文效应包括
16、降雨截留、消弱溅蚀和抑制地表径流，也是从控制岩土坡面的侵蚀和提高边坡浅层岩土的稳定性来进行植物防护的。如图1所示。草本根系 加 筋根系力学效应 锚 固垂直根系 木本根系植物护坡机理水平根系 加 筋 消溅截留茎叶水文效应抑制径流图1 植物护坡机理直框图 1、加筋、锚固作用对于浅根的植物，植草的根系在土中盘根错节，使边坡土体成为土与草根的复合体。草根可视为有预应力的三维加筋材料，使土体强度提高。对于深根的植物，植物的垂直根系穿过坡体浅土层，锚固到深处较稳定的土层上，起到预应力锚杆的作用，禾草、豆科植物和小灌木在地下0.751.5m深处有明显的土壤加强作用，树木根系的锚固作用可影响到革下更深的土层。
17、2、降低坡体孔隙水压力边坡的失稳与坡体水压力的大小有着密切的关系。降雨是诱发滑坡的重要因素之一，植物通过吸收和蒸发坡体内水分，降低土体的孔隙水压力，提高土体的抗剪强度，有利于边坡体的稳定。3、降雨截留，控制土体流失一部分降雨在到达坡面之前就被植被截留，以后重新蒸发到大气或下落到坡面。植被能拦截高速下落的雨滴，减少能量及土粒的飞溅。地表径流带走被滴溅分离的土粒，进一步可引起片蚀、沟蚀。植被能够抑制地表径流并削弱雨滴溅蚀，从而能控制土粒流失。（二）景观功能人类的眼睛能看到的是波长从380nm到760nm的光线，感觉到的最舒适的是波长为553nm的绿色，由绿色引起的紧张状态最小。绿色植物给予人们的美
18、感效应，是通过植物固有的色彩、形态、风韵等个性特殊性色和群体景观效应所体现出来，季节的变化，光线、气温、风、雨、霜、雪等气象因子作用于植物，使植物呈现出四时互异、千变万化、丰富多彩的景色变化。边坡植物的组合配置，据不同的地质状况、环境、气候条件，优选乔、灌、藤、花、草相结合，有机地融入高速公路边坡设计中，车辆穿行在郁郁葱葱、生机盎然的绿色环境中，在我们的视野内更显示一幅幅立体的绿色画面，让我们体验到清新、凉爽、绿色、洁净、和谐、安定的美感。（三）改善环境功能1、恢复被破坏的生态环境路基的开挖和填筑对原有的生态环境造成了一定破坏，通过在边坡种植植物可以部分恢复植物环境，同时，边坡植物的存在为各种
19、小动物、微生物的生存繁殖提供了有得的环境，完整的生物链又逐渐形成，被破坏的环境也得以有效地恢复。2、降低噪声、光污染植物能吸收噪音，多方位反射太阳光线及车辆光线，减少对行人及驾驶员的辐射干扰，减轻和消除大脑及眼睛的疲劳，提高路标、警示的可见度，让驾驶员轻松愉快的驾车，保证行车安全，据北京园林科学研究所测定，20m宽的草坪，可减少噪声2dB。高速行驶的车辆，由于风流、摩擦、燃油能量转化过程，使环境的湿度降低，温度升高，恶化道路的环境。应用植被防护还可以调节温度和湿度，创造一种舒适的行车环境。二、草本植物根系的加固作用分析草本植物的根系一般均为直径小于1mm的须根，根系密度随土壤剖面深度的增加，在
20、030cm土层急剧减少，在3070cm土层逐渐减少及在70150cm土层保持最低水平，总根数的90%集中分布在030cm的土层内，3070cm土层内根数约占总根数的8%，70cm以下土层仅占总根数的2%。如图2所示。图2 草本植物根系密度变化曲线由草本植物根系的分布特征可，根系在土中分布的密度自地表向下逐渐减少，逐渐细弱。在根系盘结范围内，边坡土体可看作由土和根系组成的根-土复合材料，草本植物的根系如同纤维的作用，因此可按加筋土原理分析边坡土地体的应力状态，即把土中草经受的分布视为加筋纤维的分布，且为三维加筋，这种加筋为土层提供了附加“粘聚力”c，它一方面使原土体的侧向膨胀而使抗剪强度向上推移
21、距离c，另一方面又因限制了土体的侧向膨胀而使增加到，在不变情况下使最大剪应力减小，两种作用使边坡土体的承载能力提高。如图3所示。图3 根系对土体的加筋作用 三、木本植物根系的加固作用分析1、木本植物的垂直根系作用垂直根系木本植物的主根可扎入土体深层，通过主根和侧根与周边土体的摩擦作用把根系与土体联系起来，结合垂直根系分布特点，可以把根系简化为以主根为轴向侧根为分支的全长粘接型锚杆来分析其对周边土体的力学作用，其锚固力的大小可通过计算各侧根与周边土体的摩擦力以及主根与周边土体的摩擦力的累加而获得。2、木本植物的水平根系作用水平根系木本植物由于主根扎入边坡土体不是足够深，因此不能象垂直根系一样起到
22、全长粘接型锚杆的作用。但水平根系木本植物的根系对边坡土体的也具有一定的稳定性作用，但随情况边坡情况而变化。如图4所示。图4 水平根系的力学分析在坡面坡角为的边坡上，土体下滑把土体剩余推力作用于主根及树干，主根与树干把所受力传递给各水平侧根，通过侧根与土体的摩擦力来平衡下滑土体的剩余推力。如图所示，在主根的左侧的水平根受压，右侧水平根受拉，因此左侧水平根系对抑制土体下滑不起作用，而右侧根系则起到抑制边坡土体下滑的作用。总的来说，坡面植物主要通过根系的力学效应来提高边坡浅层土体的稳定性。但坡面植物在发挥其功能的同时，也会产和负面的效应，导致土层渗透能力的增加，提高了土体孔隙水压力；高大的树身在风的
23、作用下有可能对土体产生负荷载。 石质高边坡生态防护一、存在的问题山区高速公路建设中，石质高边坡的防护日益引起人们的重视。在已建成的高速公路中，石质路段的高边坡在设计、施工方面都存在一定的问题，突出表现在以下几个方面：(1)对高边坡的勘察深度不够，勘察手段单一，地勘报告错误较多。在工程开工后遭遇不良地质引发工程变更较多；高边坡、滑坡的稳定性评价结果准确性差。（2）设计理念存在禁锢，传统的高填深挖、圬工防护根深蒂固。在路线设计方案优化中，高填深挖缺少与桥隧方案的比选，采用了本可优化取消的高边坡工程。(3) 边坡防护中对高边坡(滑坡)地下水影响重视不够，综合排水系统不完善。过多采用锚索、锚杆防护方案
24、，或锚索、锚杆防腐措施不到位，造成过早腐蚀损坏，边坡失稳；（4)设计方案未能提供工程监测、安全生产等专项施工方案。动态设计理念不强，不能根据地质条件变化及时完善设计。施工技术交底工作不到位；(5)对边坡防护工程重视程度不高，往往当作附属土程，工程责任不明确，落实不到位，现场管理粗放，施工不规范，施工质量控制不严，易埋下边坡安全隐患，出现质量安全管理漏洞。导致工程病害较多，抗灾能力低等问题，（6）不重视石质边坡防护的景观设计，防护设计方案不尽合理，措施单一，污工混凝土或浆砌工程过多，与沿线景观不协调、美观效果较差；在设计阶段就特别强调要创新设计理念，优化设计方案，突出生态防护在边坡防护工程的应用
25、，改变石质高边坡防护形式单一、防护效果较差的情况。在边坡设计与施工中，采取以下指导原则：路线设计尽量合理选用线位、合理确定纵平横指标，避免高填深挖。当路堑挖深超过30m时，与隧道方案比较并优先采用隧道方案；当路堤填高超过20m时，与桥梁方案比较并优先采用高架桥方案；高边坡设计、滑坡治理要坚持区别对待，采用多种手段综合勘察，勘察范围应涉及可能影响边坡稳定的区域，地勘深度一定要满足工程要求；选用合理的高边坡防护方案措施，确保边坡安全稳定、耐久性好。以工程防护与植物防护相结合的治理措施为优，注重石质高边坡的生态防护，并与当地景观相协调；设计单位必须提交合理的施工方案、安全技术措施和施工注意事项，以及
26、详细的设计文件及地勘资料；加强高边坡开挖控制，确保开挖后边坡坡面平整，石质边坡开挖必须采用光面、预裂爆破技术。凡是有防护的挖方边披，开挖均应按照自上而下，边挖边护的工序组织施工，特别是风化泥页岩、千枚岩或膨胀土边坡开挖后，更要及时护砌封闭，做好排水设施，防止坍塌。二、石质边坡的生态防护技术石质边坡生态防护就是对边坡和路基通过种植适宜的植被，并与相应的工程防护措施相结合，防止浅层岩石塌方和滑落，保持边坡的稳定，具有一定的景观性边坡防护技术。石质边坡坡面陡险，而且表面岩石破碎，缺乏适宜植物生长的土壤和水分，因此，在防护形式和植物选择上，要突出生态防护功能，必须采取综合的治理措施，使生态防护有效、持
27、续。结合生态防护技术，考虑边坡防护形式与边坡坡率相结合的原则、不同区段采用不同防护方案相结合的原则、同一区域不同路段采用多种防护相结合的原则，确定了代表性边坡生态防护形式为：锚杆混凝土骨架植草防护、坑植灌木、藤本护坡、TBS植草防护的一种或几种防护形式的组合。1植被的选择植物的选择，要考虑以下方面：（1）因地制宜。充分考虑施工地点的气候特征、立地条件等综合因素，选择适宜承德山区地区的植物，增强生态效果。（2）植物配置以草、灌木、藤本相结合，形成四季常绿，层次丰富的植物景观，达到最佳的立体生态防护效果。（3）苗木来源充足。选用的绿化苗木在本地市场上要有足够的苗木来源，便于选择优良苗木，大面积使用
28、。（4）植物多样性原则。设计中尽可能采用三种以上植物，形成多物种的、稳定的、可持续的植物群落，避免单一植物容易退化和遭受不良环境变化影响而全部死亡的隐患。（5）生态功能和景观功能并重。植物选择不仅要考虑生态防护功能，而且也要考虑植物的观赏性能，使边坡的植物群落形成优美的景观效果。草本植物具有生长速度快、覆盖率高的优点；而灌木具有生长周期长、根系发达的优点。草本护坡在初期有较高的覆盖率，能减缓雨水对坡面造成的面蚀及沟蚀，然而单纯草本护坡，养护成本较高，且难于维持四季常绿的景观效果，生态群落单一，层次结构简单，对于恶劣气候抵抗能力差，容易引起大面积退化，不能适应边坡生物防护的可持续发展；而灌木护坡
29、，植株充分发育后，灌幅扩张，能达到有效的坡面覆盖，根系深入坡面土层或岩石缝隙中，起到生物锚杆的作用，但单纯的灌木护坡存在绿化初期植被覆盖率较低、植物层次单一等问题；而草灌结合的护坡形式，能充分利用草本植物速生、覆盖率高及灌木植株较高、冠幅大、根系深的优点，形成灌草结合的植物护坡结构，发挥植物间的互补依存关系，逐渐改善坡面微环境，实现植物护坡的可持续发展。故采用草灌结合是有利的。公路边坡多有土壤贫瘠，保水保肥性差的特点，特别是石质边坡植物更不易生长，边坡绿化选择植物应满足耐贫瘠、耐干旱的要求，以保证坡面生物的可持续生长。豆科植物大都具有固氮根瘤菌，能将空气中的氮转化到土壤中，逐步增加坡面土壤肥力
30、，从而逐步改善坡面土壤结构，有利于其他植物的生长。选用常见的豆科植物小冠花，小冠花为豆科多年生植物，根系粗壮，侧根发达，根系主要分布在040cm土层中，主根和侧根上都可长出不定芽，可形成新植株和新的地下茎；本身抗寒、抗旱性强，对土壤要求不高，能耐酸性和贫瘠土壤，一旦建植成功，即可移植杂草生长，管理粗放；但小冠花是引用多年的外来物种，可能产生生态入侵，因而应与其他物种结合使用。北方地区冬季(旱季)雨水较少，平均温度较低，昼夜温差大，大部分植物在冬季都普遍枯黄，特别是草本植物，对一年绿化的景观影响极大，选择一些可在冬季生长的植物，如紫花苜蓿，可维持坡面常绿景观；另外，选择灌木品种为常绿灌木，虽然在
31、冬季生长较慢，但能维持坡面常绿景观；对旱季阳光强烈、湿度较小的情况下，缓解坡面表层土壤温度，调节坡面湿度，防止坡面草本植物被太阳晒伤；也可选用常绿藤本，维持坡面常绿，保持边坡冬天景观效果。大部分草本植物生命周期短，如自身繁衍能力较差，对边坡生物的可持续发展极其不利；在其他高速公路绿化中，也常有大面积植被退化而形成裸露坡面的现象；所以，灌木护坡在长期护坡效果中起到主导，这是因为大部分灌木具有根系深、生长周期长、覆盖率高、叶片不集中凋落的特点。综合以上考虑，选择代表性边坡生态防护植物配置方案为：草本：采用紫花苜蓿、黑麦草、小冠花；灌木：选用油松、桧柏、紫穗槐；藤本：选用爬墙虎。3、石质高边坡生态防
32、护设计方案 在确定以上防护方案和选用植物配置方案后，结合工程特点，对各段挖方边坡的防护进行了具体设计。这里以K52+910K53+138挖方边坡防护设计方案为例，具体介绍石质高边坡生态防护设计方案：（1）原设计方案路堑边坡共五级，分级高度为10m，坡率均为1：0.5，各级均采用锚杆框架拉伸网植草防护；框架2.54m，框架肋宽50cm，采用32/24自钻式锚杆加固。（2）优化设计方案本段边坡原植被覆盖率较高，边坡开挖后，岩性较好，在整体稳定的前提下，采用锚杆宽框架（55m），既可以保证稳定性，又可取得较高绿化率；采用TBS植草防护，绿化率高；采用坑植灌木藤类护坡，与周围自然植被结合较好。故优化方
33、案为：锚杆宽框架TBS植草防护坑植灌木藤类护坡（第一级边坡），并在第一级边坡坡脚处设1m高护面墙。绿化植物配比：藤类：爬墙虎，一年生，株距0.3m，见图1、2。灌木：边坡坡面上种植紫穗槐，苗高0.6m，5株/m2，采用散植方式种植；碎落台上种植云杉、油松，苗高1.5m，间隔种植，株距4.0m；平台上种植桧柏，冠径0.8m，株距3.0 m，见图1、2。TBS植被种子：紫花苜蓿（50%）黑麦草（30%）小冠花（20%），用量30g/m2。图1边坡绿化立面图图2边坡绿化剖面图（3）工程规模对比原方案与优化方案工程规模对比见表1。表1工程规模对比表项目原方案优化方案锚杆（m）7559（32/24自钻式
34、锚杆）2443（32砂浆锚杆）拉伸网或TBS（m2）1538.5（拉伸网）2617.9（TBS）C25混凝土（m3）307.273.68（4）方案对比原设计方案优点：锚杆对风化破碎岩石边坡有主动加固作用，防止岩石边坡经开挖卸荷和爆破松动而产生的局部楔形破坏，还兼有浆砌片石（混凝土块）骨架植草防护造型美观、便于绿化的特点。缺点：采用框架2.54m，圬工量较大，植被覆盖率低，景观效果差；采用拉伸网植草需进行客土防护，在早期植草覆盖率不高；由于降雨可能出现水土流失。优化设计方案优点：使用TBS植草技术可以恢复被破坏的生态环境，边坡植被的存在为各种小动物、微生物的生存繁殖提供了有利的环境，完整的生物链
35、又逐渐形成，被破坏的环境也慢慢的恢复到原始的自然环境，采用TBS早期和后期覆盖率均较高；采用锚杆宽框架（55m）在保证整体稳定性的前提下，可减少圬工量，增加绿化率，而且视觉效果较好，再配以坑植灌木，形成草灌复合植被，与周围环境结合更佳。综上所述，本段边坡采用锚杆宽框架TBS植草防护坑植灌木藤类护坡（第一级边坡）。土钉支护技术一、土钉支护的发展概况土钉支护的发展可以上溯到60年代期出现的新奥法施工。这种施工方法将喷射混凝土技术和全粘结注浆锚杆结合起来，并用于硬岩中的隧道断面开挖，能迅速有效地控制洞体的变形。1964年，新奥法用于软岩开挖，以后就进一步试用于土体，1972年，在法国Versaill
36、es附近的一处铁路边坡开挖工程中，采用了喷射混凝土并在坡面挂钢筋网，在土体中置入钢筋（土钉），然后注浆。1974年，又在Les Invalides地铁车站工程中首次采用击入而不是钻孔注浆法设置土钉。土钉支护技术很快在法国各地得到普及，根据1986年发表的一份报告估计（Bruce,1986），此时法国每年约有50个工程项目应用土钉支护技术，其中约10%作为永久支护设施。法国还同时开展土钉支护的基础性研究，如路桥学院（CERMES）Schlosser教授进行的模型试验与Juran所作的有限元分析。另一个广泛应用土钉支护的国家是德国。土钉支护方法的发展工作由前联邦德承包商Kard Bauer AG为
37、先导，并联合Karlsrube大学的岩土力学研究所，从1975年开始一项为期四年的研究，共进行了八项大型现场量测，Karlsrube大学的Stocker教授与Gessler等人还作了模型试验与许多理论研究工作。到1981年前联邦德国已完成了20个以上的土钉支护工程项目（Gassler，1981）。美国最早应用土钉支护技术是在1976年在俄勒冈（Oregon）州波特兰市一所医院（Good Samaritan Hospital）扩建工程的基础开挖中（C.K.Shen,1981）。但在北美，加拿大的西部地区早在20世纪60年代末期已经用过土钉作为房屋基础开挖的临时支护，其深度有的达到18m。美国的土
38、钉技术基础性研究工作主要在加州大学Davis分校（C.K.Shen教授等）展开，在美国国家基金委的资助下，进行了包括现场工程实测、室内离心机试验、有限元分析等研究。美国联邦公路管理局现在已有土钉支护技术与施工的指南性文件。目前土钉支护结构在深基坑开挖中得到了广泛的应用，但在公路边坡治理中公开发表的工程应用实例则相对较少。二、土钉支护机理目前，一般认为土钉支护机理是以新奥法（New Austrian Tunneling Method）理论为基础，在土钉体作用下，把潜在滑裂面之前主动区的复合土体视为具有支撑能力的稳定土体，以阻止土体侧向位移，支承未加筋域土体的侧压力，保证土体的整体稳定性。目前国内
39、土钉支护结构主要用在建筑基坑支护上，用于公路边坡支护也为数不少。某些公路通过黄土地区时，挖方路堑边坡不是很高，产生的滑坡推力不大，若采用抗滑桩、预应力锚固结构，就显得资源浪费，采用土钉支既可节省投资，也能缩短工期，具有明显的优势。一些缺乏稳定性的高路堤或挡土墙也可以采用土钉支护加固。公路路堑边坡坡体一般为风化残积物或坡积物，坡体土层一般比基坑边坡土层复杂得多，滑移面的形式也多种多样。如果土层形成不连续面，这一不连续面往往成为边坡失稳的潜在滑动面。采用土钉支护时，土钉需穿过潜在滑动面，有时甚至可直接进入下伏基岩，形成复合土钉。这时土钉和基坑支护中纯粹的土钉就有所不同，对于不连续面以上的土体，复合
40、土钉可以起到加筋的作用，使土体成为整体，类似重力式挡土墙，提高内部稳定性，防止局部破坏并可起到护坡的重要作用。土钉的打入又可起到锚固的作用，提高不连续面以上土体的整体外部稳定性。三、土钉支护结构稳定性分析土钉支护结构稳定性分析是评价土钉支护结构能否正常工作的一个重要方面，国外针对土钉支护稳定分析计算提出了多种方法，其中有较为深入的理论依据的土钉支护分析方法有：1）前联邦德国Stocker等提出的极限分析方法Stocker等人提出的分析方法属于极限平衡方法。该方法假定：破坏滑移面为双直线并通过土坡的坡脚；土钉仅考虑受拉工作；土的剪切强度用摩尔-库仑准则确定，并假定在破坏滑移面上达到极限状态。整体
41、安全系数定义为土钉所能提供的拉力RL与保持极限平衡所需要的土钉拉力Rm之比。土钉所提供的拉力是滑移面以外部分的抗拉拔力；而保持平衡所需的土钉拉力则由滑移土体的平衡条件求出。2）美国加州大学Davis分校沈智刚等提出的极限分析方法此种方法由加州大学Davis分校沈智刚等1981年提出，同样属于极限平衡方法。该方法假定：滑移面为过坡脚的抛物线（顶点在坡脚）；土钉也仅考虑受拉作用；土粘聚力c的安全系数Fc、内摩擦角的安全系数Fc以及土钉抗拉拔强度的安全系数FL均相等且等于体系的整体安全系数Fs，即： （4-1）3）法国Schlosser提出的极限分析方法Schlosser于1983年提出的这一方法同
42、样也属于极限平衡方法。该方法仍然假定体系各部位安全系数相等，采用条分法求解，滑移面的形状可以是任意的。与前两种方法相比，法国方法的一个显著特点是它考虑了以下四个破坏准则：土的剪切破坏，采用摩尔-库仑破坏准则，其安全系数不小于1.5；土钉的拔出破坏，安全系数为1.5；土钉有横向变形时与土的相互作用；土钉在拉力T和剪力Q联合作用下的破坏，此时要求，其中Rn、Rs分别为土要在单一内力作用下的允许拉力和剪力。这种相互作用引起的土钉内力及土压力，同时采用了Winkler弹性地基梁的理论，并假定：土钉与破坏滑移面的交点对应于土钉横向变形的反弯点，因此该部位的弯矩为零，而土钉的剪力在该部位达到最大。法国方法
43、的基本思路是：首先根据土钉本身的强度及抗拔出强度，确定土钉对滑移土体所能施加的最大作用力；然后，将该作用力用于条分法，考虑滑移土体的极限平衡求出土体抗剪切破坏的安全系数，并要求所求的安全系数不小于1.5。4）Juran提出的机动分析方法Juran等人（juran,1990）提出土钉支护体系的失稳往往是上层土层土钉首先被拔出，再逐步发展为整体失稳机动方法。此方法是一种将模型实验中观察到的机动许可位移（破坏）模式与静力极限平衡相结合的极限分析方法。该方法假定： 破坏滑移面为通过坡脚的对数螺旋数；滑移面上的土达到极限状态，土的破坏准则仍用摩尔-库仑准则；滑移面上的法向应力由Kotter方程（Nada
44、i,1963）解出，而切向应力则由摩尔-库仑准则确定；土钉的拉力及剪力在滑移面上达到最大值，而土钉的弯矩在滑移面处为零；土钉的最大拉力由含有该土钉的土条之平衡条件来确定；地面超载对土钉内力的影响沿滑移面由上至下线形衰减；利用上述假定及相应结果，考虑滑移体的整体平衡，经试算可确定滑移面位置，并进行土钉强度及抗拉拔强度的局部稳定验算。根据极限平衡理论，每一个可能的滑移面相应于某一可能的极限状态，而最危险的滑移面需要试算确定，计算工作量较大，特别是机动极限法更是如此。因此，这些计算方法都是需要有一个小型的计算程序，用计算机来完成。对于一些比较简单的情况可作出现成的图表供利用。2公路工程土钉支护结构稳
45、定性分析1）路堑边坡复合土钉支护结构稳定分析（1）局部稳定分析由于土钉支护是加筋土技术的发展，因此在支护结构的稳定性分析中，可以借鉴加筋土稳定性分析方法。边坡的局部失稳即是土钉加筋土体的失稳破坏。公路边坡土钉支护结构的局部稳定性分析可以采用Bishop分析法，如图5所示。假定边坡坡体局部滑动面形状为圆弧形，圆弧通过加筋土体，O为圆弧的圆心，半径为R。考虑土条之间的作用力，并同时考虑力和力矩平衡。土体服从摩擦尔-库伦屈服准则。圆弧所通过的加筋土体按相同的宽度b增分为m个土条，取第i条为研究对象，设土条自重为Wi；Ei、Ei+1为土条间法向力，Xi、Xi+1为土条间切向力，Ni、Si分别为土条底部的法向力和切向力，Tc1、Tc2Tcn分别为第1、2n排土钉对土条提供拉力，li为土条底部滑弧的长度；Sb、Sv分别为土钉在水平和垂直方向的间距。图5 路堑边坡复合土钉支护结构局部稳定分析为使土体强度得到充分发挥，根据摩尔-库仑准则，有： （4-2）式中：K安全系数；ci第i土条粘聚力；ji第i土条内摩擦角；根据土条的垂直方向力的平衡条件有： （4-3） （4-4） （4-5）式中：ai第i土条底面与水平夹角；Wi第i土条重力；b土钉与水平面夹角；D土钉直径；Lbj滑裂面外稳