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關(guān)于高等級公路邊坡綜合防護系統探討
摘要 本文分析了路基邊坡的病害類(lèi)型、原因和邊坡的侵蝕機理，提出了邊坡的防護類(lèi)型、特點(diǎn)及防護類(lèi)型的選擇原則。?? 關(guān)鍵詞 路基邊坡 邊坡病害 侵蝕機理 防護適用性 植物防護 防護區劃綜合防護設計
Stuedy on Side Slope Protection System of Expressway
?Abstract?This paper analyses the types of side slope damages，reasons and principles of the damages.This paper?also explain the types，characters and selecting principles of protection methods.?
?Key words?Subgrade side slopeSide slope damageDamage principle Protection availability Plant protection?Protection district Compr ehensive protection design
?1前言?
隨著(zhù)我國公路建設的飛速發(fā)展，高等級公路邊坡綜合防護系統研究日漸引起公路部門(mén)的重視。邊坡綜合防護設計是高等級公路設計的重要內容之一，需根據公路等級、降雨強度、地下水、地形、土質(zhì)、材料來(lái)源等情況綜合考慮，合理布局，因地制宜地選擇實(shí)用、合理、經(jīng)濟、美觀(guān)的工程措施，確保高等級公路的穩定和高速行車(chē)安全，同時(shí)達到與周?chē)h(huán)境的協(xié)調，保持生態(tài)環(huán)境的相對平衡，美化高等級公路的效果。?
長(cháng)期以來(lái)，路基邊坡的綜合防護技術(shù)一直是公路修筑中的一個(gè)薄弱環(huán)節，我國在80年代中期以前，主要以低等級公路建設為主，由于交通量小，深挖高填較少，投資不大，因而防護工程不作為道路建設的主體工程，由此引起的損失亦不大，所以在工程中對邊坡的綜合防護研究常常被忽視。進(jìn)入90年代以后，我國高等級公路建設方興未艾，由于缺乏對防護技術(shù)的系統研究，沒(méi)有成熟的經(jīng)驗供設計部門(mén)應用，因此只能用低等級公路的防護技術(shù)或供鑒鐵路部門(mén)的經(jīng)驗來(lái)實(shí)施局部防護，缺乏綜合考慮，從而為工程埋下隱患，造成了巨大的經(jīng)濟損失和不良的社會(huì )影響，有的甚至中斷交通，如沈大高速公路鲅魚(yú)圈所以南180km長(cháng)的路段，后期的工程防治費用占整個(gè)工程防治費的80％、京石高速公路在1997年遇到洪水沖擊后，很多路段出現路基垮塌，路面懸空的現象，再如眾所周知的昆祿路等。據交通部統計，僅1991年因水毀沖毀路基1577km，沖毀路面43733km，沖毀橋梁3606座、涵洞40343道，塌方4171萬(wàn)方，直接經(jīng)濟損失16.86億元，因排水防護不當使基層與路基含水量增加引起公路整體強度下降造成的損失更是無(wú)法統計。?
隨著(zhù)高等級公路的加快修建和交通量的急劇增加，環(huán)境破壞與環(huán)境污染與日俱增。自1972年聯(lián)合國斯德哥爾摩環(huán)保會(huì )議以來(lái)，由于公路工程修建等因素導致水土流失和耕地占用，農民們失去了5000多億噸的表層土；同時(shí)由于植被破壞導致溫室效應的CO?2增加了10％，世界在以每年80億噸的巨量排放CO?2和硫化物，臭氧層日益遭到破壞。自1950年以來(lái)，世界經(jīng)濟增長(cháng)了5倍，人口從26億上升到58億，但這一切增長(cháng)完全建立在對地球的超負荷掠奪上。地球退化、土地減少、每年對農作物和牲畜業(yè)造成的損失達430億美元，相當于美國一年的糧食收入。1950年～1984年世界糧食產(chǎn)量以每年3％的速率增長(cháng)，1984年以后放慢，1984～1992年增長(cháng)率僅為0.7％，不及人口增長(cháng)率的一半；與此同時(shí)，全世界的森林覆蓋率也由工業(yè)革命前的55％降至25％左右，我國森林覆蓋率由50年代的30％降至1997年的12％左右。隨著(zhù) 環(huán)境問(wèn)題的日益嚴峻，為了環(huán)境的持續發(fā)展，環(huán)境會(huì )計學(xué)誕生了，國際社會(huì )第一次認真地考慮把環(huán)境和資源的損失計算到經(jīng)濟成本中去，經(jīng)濟增長(cháng)必須考慮到環(huán)境的代價(jià)，即由環(huán)境問(wèn)題引起了環(huán)境會(huì )計和環(huán)境審計。如何在加快公路建設和汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的同時(shí)，減少對環(huán)境的損壞。降低噪音，吸收汽車(chē)排放物，恢復自然生態(tài)平衡已成為目前公路設計部門(mén)的當務(wù)之急。?
與此同時(shí)，防護技術(shù)在理論方面尚需進(jìn)一步研究，如邊坡的侵蝕機理、邊坡水力學(xué)特性研究、地區差異性以及公路部門(mén)與園林部門(mén)的專(zhuān)業(yè)交叉研究等等，以便提供邊坡綜合防護的理論支持和依據。?
因此，為降低工程造價(jià)，減少或防止道路病害，保持生態(tài)環(huán)境的相對平衡，確保道路的安全與穩定，急需對高等級公路的邊坡綜合防護加固技術(shù)進(jìn)行全面系統的研究。?
?2國內外研究概況?
國際上有關(guān)道路防護與加固技術(shù)的研究，多年來(lái)一直是廣大道路工作者關(guān)注的焦點(diǎn)之一。有的研究已開(kāi)始將水對邊坡的侵蝕沖刷定量化。根據降水侵蝕力系數，土固有的侵蝕性參數、地形分類(lèi)及侵蝕控制參數等計算邊坡上的平均流失，從而更科學(xué)地選擇合適的邊坡防護措施。Eillison提出擊濺板得出雨滴的擊濺侵蝕公式：G＝K·V4.22·d1.07·i0.05(G：侵蝕量；V：雨滴下降速度；d雨滴直徑；i：降雨強度；K：系數)，開(kāi)創(chuàng )了植物防護定量研究的先河，以后經(jīng)多人的努力，如50年代美國學(xué)者Wischmeiere.W.H和simithD.D等人利用美國35個(gè)土壤保持試驗站8250個(gè)休閑小區的降雨侵蝕實(shí)測資料，進(jìn)行了降雨量、降雨動(dòng)能、最大時(shí)段降雨、前期降雨以及各種復合因子與土壤流失量的回歸分析，最后得到一個(gè)通用土壤流失方程式，至今在國際上廣泛采用。同時(shí)許多國家都針對各自國家或地區的不同情況，確定最佳參數，推導土壤流失方程式，取得了豐碩的成果。日本、美國等國家在設計規范中明確了防護設計和公路園林的設計重點(diǎn)、原則和具體措施，如日本《高等級公路設 計規范》(日本道路公團，1983，4)中，比較大的篇幅對護坡的方法、分類(lèi)、方案設計以及公路園林設計的基本原則，不同物種在本地區的適應性均作出了詳細的規定，具有很強的設計指導性。在邊坡防護的系統設計中，國際上特別是發(fā)達國家尤為重視植物防護或植物與圬工防護相結合的方法，以期達到同時(shí)發(fā)揮防護與美化的作用。?
?隨著(zhù)我國公路等級和人們生活水平的提高，路基邊坡防護日漸引起公路部門(mén)的重視。在我國多年的道路工程實(shí)踐中，積累了不少防護與加固技術(shù)的經(jīng)驗。水是公路邊坡上土壤侵蝕的主體，公路部門(mén)對水流的力學(xué)研究都是以明渠均勻流為研究對象，如曼寧流速公式等，利用這些公式進(jìn)行排水構造物的設計取得了較滿(mǎn)意的效果，但如果以此來(lái)描述邊坡沖刷則有不妥。如我國《公路排水設計規范》(JTJ018-97)中推薦的溝管近似流速公式V＝20·i1／2，即流速與坡角的平方根成正比，而在公路邊坡中，隨邊坡坡角的增大，徑流流速確有增大的趨勢，但坡角增大導致匯水面積減小，必然使流速減小，所以邊坡徑流流速應是產(chǎn)流降壓強度、坡長(cháng)、坡度、坡面粗糙系數的綜合函數；在圬工防護理論計算方面，庫倫理論，朗金理論被廣泛應用。隨著(zhù)科技的發(fā)展，各種新型支檔結構和防護型式及CAD程序相繼而生，但在設計時(shí)，僅從邊坡的穩定性等因素出發(fā)，很少考慮水對防護的量化沖刷能力和環(huán)保
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