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邊坡類型及其坡面生態防護進展

來源:鄭州市中源恒睿客土噴播機廠家http://www.okydro.tw時間:2017-01-04瀏覽:分享:

邊坡是指地表面一切具有傾向臨空面的地質體,是廣泛分布于地表的一種地貌景觀。其包括天然山坡和工程邊坡,按其組成材料性質又分為土體邊坡和巖體邊坡。天然山坡是在自然地質作用下形成的,在山區廣泛分布,如溝谷和江河岸坡;工程邊坡是因工程建設需要經過人工開挖或填埋而形成,如道路交通的建設,水利水電工程的設施、露天礦山的采掘以及城市地質環境的利用與改造等,這類邊坡因工程的性質不同有一定的區別。按照挖方、填方等可分為上邊坡、下邊坡;按照坡面巖土性質可分為土質邊坡、巖質邊坡和水泥錨噴邊坡等;此外邊坡的高度、陡度、面積等也有多種類型。這些經過人工擾動和失去植被覆蓋的裸露邊坡,坡面容易變得很不穩定,容易風化和導致水土流失,甚至造成滑坡、塌方、泥石流等地質災害事件的發生,不利于抵抗惡劣的氣候條件,同時也破壞了生態系統,動植物的生存環境受到嚴重干擾等危害。

1. 邊坡類型劃分

邊坡是坡面、坡頂及其下部一定深度坡體的總稱。邊坡的臨空斜面稱為坡面,坡面與坡頂面的轉折部分稱為坡肩,邊坡下部與平地相接部分稱為坡腳,坡面與理想水平面交線稱為邊坡走向線,坡面與理想水平面較大的夾角稱為坡角,坡面與理想水平面的較大夾角稱為坡角,坡頂面與坡面下部至坡腳范圍內的巖(土)體。

邊坡根據分類標準和分類目的不同,邊坡有多種分類方式,例如根據成因、巖土性質、邊坡高度等因素進行分類。邊坡的一般分類如下:

1.1 按巖性和土質不同分類

我國幅員遼闊,自然條件復雜,地形地貌類型多樣,按照巖石性質劃分,邊坡類型如表1所示:

表1 按照巖性劃分的邊坡類型分類



分類依據

亞類名稱

簡 述

巖石類別

巖漿巖邊坡

由巖漿巖構成可細分為侵入巖邊坡及噴出巖邊坡

變質巖邊坡

由變質巖構成可細分為正變巖邊坡副變質巖邊坡

沉積巖邊坡

由沉積巖構成可細分為碎屑沉積巖邊坡碳酸鹽巖邊坡粘土巖邊坡特殊巖(夾有巖鹽、石膏等)邊坡

巖體結構

整體結構邊坡

邊坡巖體節理裂隙不發育整體性好,巖體穩定

塊狀結構邊坡

邊坡巖體成塊狀結構巖體較完整由巖漿巖體厚層或中層沉積巖或變質巖構成

層狀結構邊坡

邊坡巖體成層狀結構由層狀或薄層結構狀沉積巖或變質巖構成

碎裂結構邊坡

邊坡巖體成碎裂狀結構由強風或強烈構造運動形成的破碎巖體構成

散體結構邊坡

邊坡巖體呈散體狀結構由全風或大斷層形成的極易破碎巖體構成

巖石走向傾向與坡面走向傾向的關系

順向邊坡或順層坡

二者基本一致

反向坡

二者的走向基本一致但傾向相反

斜向坡

二者的走向成較大角度(>45度)相交

按土質類型分類如表2所示,

表2 按照土性劃分的邊坡類型分類

類型

簡述

黃土邊坡

黃土一般呈棕黃色或淡黃色多孔孔隙比一般大40%-50%,以粉粒為主,質地均一,無層理。

砂性土邊坡

主要由砂或砂性土組成的邊坡以結構較疏松粘聚力低為特點作為工程邊坡透水性較大飽和含水的均質砂土邊坡在振動力作用下易于液化產生液化邊坡

粘土性邊坡

粘土以顆粒細密為主要特征但由于生成環境的不同各類粘土的組織粘土的組織結構物理力學特性等差別較大對邊坡穩定性的影響也不一樣但一般都具有干時堅硬開裂遇水膨脹分解呈軟塑性狀的特點

軟土邊坡

是指由淤化泥炭淤泥質土以及其他抗剪強度極低的土組成的邊坡。粘土由于其剪切強度極低,流變性征顯著,對于邊坡穩定性不利。

土石混合邊坡

由堅硬巖石碎塊和砂土碎屑物質混合組成的邊坡按其形成條件可以分成堆積型(包括沉積、坡積)和殘積型。前者土石碎屑經搬運位移,如變形邊坡的殘留體或坡積體;后者則為基巖原位風化而成。

1.2綜合分類


表3 綜合對邊坡進行分類

分類依據

名稱

簡述

成因

自然邊坡

(斜坡)

由自然地質作用形成的具有一定斜度地面的地段按地質作用可細分為剝蝕邊坡侵蝕邊坡堆積邊坡

人工邊坡

由人工開挖回填而形成與地面具有一定斜度的地段

巖性

巖質邊坡

(巖坡)

由巖石構成按巖石成因巖體結構可細分(如表1)

土質邊坡

(土坡)

由土質構成按土體結構又可細分為單元結構多元結構土質混合結構土石疊置結構

坡高

超高邊坡

巖質邊坡坡高大于30m,土質邊坡坡高大于15m

高邊坡

巖質邊坡坡高15-30m,土質邊坡坡高10-15m

中高邊坡

巖質邊坡坡高8-15m,土質邊坡坡高5-10m

低邊坡

巖質邊坡坡高小于8m,土質邊坡坡高小于5m

坡長

長邊坡

坡長大于300m

中長邊坡

坡長100-300m

短邊坡

坡長小于100m

坡度

緩坡

坡度小于15度

中等坡

坡度15-30度

陡坡

坡度30-60度

急坡

坡度大于60度至垂直

倒坡

坡度大于90度

穩定性

穩定坡

穩定條件好不會發生破壞

不穩定坡

穩定條件差或已發生局部破壞必須處理才能穩定

已失穩坡

已發生明顯的破壞


2. 邊坡坡面生態防護進展

無論是公(鐵)路路塹邊坡,還是露天礦終邊坡以及沿河岸邊坡,常年暴露在自然環境中,承受著各種自然條件的影響,諸如風吹、雨淋、太陽曬、水流沖刷、人類活動等,使各類邊坡發生變形,出現病害,甚至破壞。邊坡坡面的防護,可以使邊坡坡面免受自然條件下的風化、侵蝕、雨水沖刷,確保邊坡穩定不可少的輔助工程,是邊坡防治工程的重要組成部分。

2.1國外邊坡坡面生態防護進展

當前國外發達國家(如日本、澳大利亞、美國、加拿大等)多采用物理防護(修筑構造物工程)和生物防護(綠化植生工程)相結合,并優先考慮生物防護。常用的工藝有鋼筋水泥框格法、植生卷鋪蓋法、客土植生法、纖維綠化法、生態多孔砼綠化法和厚層基材噴射綠化法等。

關于邊坡的生態防護技術,國內外已經有很多人進行研究,也提出了不少新技術,但不同的技術方法和防護方案都有其適用的條件和范圍,在不同工程、不同地形地質條件下的適用性、經濟性以及與周圍環境的美觀和諧型等都不同。

國外生態防護理念起步較早。日本早在1633年,就采用了鋪草皮和栽植樹苗的方法開展荒山治理工程,1958年發明了液壓噴播技術,并在1959年后獲得了廣泛的應用。1973年日本新開發出的纖維土綠化工法(Fiber-soil Greening Method)標志著巖質邊坡生態防護工程的開始,也即是厚層基材噴射工法;此工法幾經改進,1983年,日本進一步開發出了比較先進的高次團粒SF綠化技術(Soil Flock Greening Method),有效的解決了纖維綠化法的缺陷。此技術在日本已施工2萬多個地方,施工總面積超過200萬m2;1987年6月,日本從法國引進連續纖維加筋土工法。隨后把它與已有的坡面綠化工程方法結合在一起,開發出連續纖維綠化工法(TG綠化工法)。該工法由于連續纖維的特性,使得基材能適應坡體的微小變形,且抗蝕性更強。TG工法于1988年開始實用化,至1992年4年間就已施工300萬m2。之后,該工法又獲得加拿大等國發明專利,并推廣到中國香港、臺灣。1995年,日本又開始進行植被多孔混凝土的研究,并獲得一定成效但由于成本過高而沒有得到廣泛的應用。近年來日本開始全國推行實施喬、灌、草結合的多層立體綠化體系。目前日本在公路邊坡生態防護方面已經形成了一整套的系統技術體系,并且制定了公路綠化防護技術規范,施工也已經基本實現了機械化,機械施工主要包括種子噴播法、客土噴播法、厚層基材噴播法等;部分人工生態防護的方式有:植生帶(袋)法、鋼筋混凝土框格法、肥料袋法、纖維綠化法和生態多孔混凝土綠化法等。其中,客土噴播技術在邊坡生態防護中的應用較為廣泛。日本在發展生態護坡技術時,并不只是單純的追求施工技術的改變,在施工技術創新的同時,還在生態方面做了大量理論研究和科學實驗,總體上看,日本在生態護坡工程技術研究方面已先于歐美國家,達到了先進水平。

在英國,生態護坡方法始于20世紀40年代末,用于陸地景觀的穩定、堤岸和交通線路邊坡的穩定等。歐洲國家鐵路、公路沿線大多數是矮邊坡,因此主要研究目的是雨水對護坡的侵蝕,通常采用的方法有活枝捆垛、樹枝壓條、枝條籬墻等總體來說歐洲國家的生態護坡技術較簡單,但整體效果較好。

美國道路邊坡生態防護始于上世紀30年代,經歷了一系列生態災難后,逐漸被重視起來。目前美國生態護坡的技術已經非常發達,機械化施工已經全面實現。與此同時,美國注重于噴播綠化中基材的研究以及草籽的培育,目前很多國家都從北美市場購買進口草種及基材。

2.2國內邊坡坡面生態防護進展

在生態護坡技術的研究和應用方面,由于我國的鐵路、公路建設起步較晚,發展相對滯后,直到上世紀90年代以來才相繼展開,生態護坡研究也相對滯后。開始也有些簡單的方法對邊坡進行綠化和治理,常用的有:撒草種,鋪草皮,框架植草等。1989年前我國邊坡的生態防護主要以人工作業為主,為了提高施工效率,實現機械化施工,廣東省水利水電科學研究所于1989年從香港引進噴播機,開始在華南地區進行我國起步液壓噴播試驗。1990-1991年間,中國黃土高原治山技術培訓中心與日本合作首次在黃土高原上開展了黃土高原邊坡液壓噴播試驗研究。1993年我國引進土工材料植草護坡技術,與有關生產廠家合作,開發并研制了各式各樣的土工材料產品,如三維植被網、土工格柵等。1996年在交通部指導下,云南省也引入瑞士濕法噴播技術,并應用于昆曲、楚大等多條高速路,取得了不錯的效果,隨后該技術在滬寧高速路,陜西銅川-黃陵高速公路,青藏公路等多條高速路上得到推廣應用。1997年以后,國內不少科研單位針對巖石邊坡的植被防護,也開始進行較為廣泛的應用研究,開發出噴混植生護坡、植被混凝土護坡、厚層基材植被護坡、噴射種植混合基材植被護坡等適用于巖石邊坡的技術,統稱為客土噴播技術。

為了更好的解決巖質邊坡的生態防護問題,我國從日本引進了客土噴播技術,并于2000年在廣東河惠高速公路巖石邊坡上修建國內客土噴播試驗工程呢過。隨后,在借鑒日本同類技術的基礎上,章夢濤、張俊云等人利用土壤為主要材料、并添加硅酸鹽水泥為粘結材料,在惠河高速公路和株六、內昆等鐵路進行噴混植生試驗,取得了一些研究成果;在客土噴播的基礎上,由西南交通大學和四川省勵自自然生態與環境工程公司共同研究開發出了巖石邊坡TBS植被護坡綠化技術,該技術比客土噴播適應性更好,在全國推廣后,取得了很好的環保效果。另外許文年在02年開發的植被混凝土邊坡技術,在巖石邊坡的防護也取得了一定的效果。

3.邊坡生態防護發展趨勢

總的來看,目前邊坡生態防護存在著兩種理念。一是解決以下三個問題: ( 1)邊坡無土壤或土壤的理化性質極端惡劣;( 2)邊坡陡峭,土壤不穩定,植物不易定植;( 3)選擇能在條件惡劣的邊坡上生長的植物,使坡面重新披上綠裝,同時講究景觀效果,用高強度的人工養護來維持高速公路的綠和美。事實上,這也是現如今高速公路邊坡生態防護工程實踐主要所做的工作。二是邊坡的生態恢復,希望通過人為的努力使邊坡恢復到沒有被破壞的狀態。應該說這是一個理想的狀態,是高速公路邊坡生態防護的終極目標,然而我們又不得不說這只是一個美好的愿望。生態恢復也不僅僅是指植被的恢復,它還涉及到土壤、水條件、大氣條件、微生物、動物等的恢復。高速公路建設對于路域生態環境的改變很大程度上是好的,是不可逆的。在這種情況之下要想完全恢復,其難度是非常大的,所需要的時間也是極其漫長的。

3. 1 人工輔助的自然生態重建

人工輔助的自然生態重建的含義:通過人工輔助的方法,尊重自然植被的演替規律,在生態系統允許的范圍內進行綠化,使坡面能具有形成生態良性循環的自然恢復的能力。

3. 2 土壤的化學改良和生物改良

總的來看,邊坡生態防護所面臨的較大困難就是邊坡上缺乏滿足植物生長需要的土壤,土壤改良的方法有三:物理法、化學法和生物法。物理的方法很常用的就是換土,換土不但成本高昂,而且也破壞其他地方的生態環境,因此化學法和生物法是最為可取的,特別是生物的方法,還可與坡面綠化相結合,一舉兩得。


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