1、 14 届 本 科生毕业论文 存档编号 本 科 毕 业 论 文 土质边坡生态稳定技术研究 学 院 建筑工程学院 专 业 土木工程 班 级 1011 学 生 阮梦 指导教师 梁学战 2013 年 12 月 17 日湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 论 文 I 摘 要 随着科学技术的 发展 , 新型材料、 新技术已经运用到各个领域。人们对生活质量上也有了很大的要求，而生态护坡，不仅能美化环境， 降低噪音，减少光污染，保障行车安全，促进有机污染物的降解，净化空气，调节小气候。 根据目前国内外土质边坡有关的生态护坡的发展现状，在对生态护坡概念分析的基础上，剖析了生态护坡的内涵，介
2、绍了目前主要的生态型护坡技术，并且通过原有的土质生态护坡技术的基础上提出了“台阶式”轮胎固土护坡方法。我国生态护坡正处于发展阶段，生态护坡的前景、社会效益都不可估量，发展前景十分广阔。 关键词 ：土质边坡 生态护坡 稳定技术 台阶式 湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 论 文 II ABSTRACT With the development of science and technology, new materials, new technology has been applied to various fields. People also had the very
3、big demand on the quality of life, and the ecological slope protection, can not only beautify the environment, reduce noise, reduce light pollution, safety, and promote the degradation of organic pollutants, purify air, adjusting microclimate. According to the development of the ecological slope pro
4、tection at home and abroad, on the basis of analyzing the concept of ecological slope protection, analysis of the connotation of ecological slope protection, introduces the main ecological slope protection technology, and through the original soil ecological slope protection technology on the basis
5、of “footing“ tires solid soil slope protection method is proposed. Ecological slope protection in our country is in a stage of development, the prospect of the ecological slope protection and social benefits are incalculable, promising prospects. Key words: soil slopes terraced stable ecological slo
6、pe protection technology 湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 论 文 III目录 第一章 绪论 . 4 1.1 生态护坡的内涵 . 4 1.2 生态原则 . 4 1.2.1 当地原则： . 4 1.2.2 保护与节约自然资源原则： . 5 1.2.3 回归自然原则： . 5 1.3 国内外发展现状分析 . 5 1.3.1 国外边坡生态防护发展 . 5 1.3.2 国内边坡生态防护最新发展 . 6 第二章 生态护坡方案选择 . 7 2.1 生态护坡技术方案的选择 . 7 2.1.1 人工种草护坡 . 7 2.1.2 平铺草皮护坡 . 7 2.1.3 液
7、压喷播植草护坡 . 7 2.1.4 三维植被网草皮护坡 . 7 2.1.5 喷混植生植物护坡 . 7 2.1.6 香根草护坡 . 8 2.1.7 客土喷播植物护坡 . 8 2.1.8 干根网状护坡 . 8 2.1.9 植生袋护坡 . 8 2.2 技术方案小结 . 9 第三章 边坡的稳定性分析 . 10 3.1 边坡稳定分析方法概述 . 10 3.1.1 确定性分 析方法 . 10 3.1.2 不确定性分析方法 . 12 3.2 利用极限平衡法计算边坡稳定性实例 . 14 第四章 台阶式废旧轮胎固土护坡 . 16 4.1 台阶式废旧轮胎固土护坡 . 16 4.1.1 台阶式废旧轮胎固土护坡的方法
8、及原理 . 16 4.1.2台阶式废旧轮胎固土护坡的施工工艺 . 17 4.2 轮胎固土的力学分析 . 17 4.3 应用效果分析 . 19 第五章 结论与展望 . 20 5.1 结论 . 20 5.2 展望 . 20 参考文献 . 21 致 谢 . 22 湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 论 文 第 4页第一章 绪论 1.1 生态护坡的内涵 边坡是指指具有倾斜坡面的土体或岩体 ,各种工程 (如公路铁路，工业民用建筑，矿山，水利水电工程等 )及农业活动所形成的具有一定坡度的斜坡，堤坝，坡岸，坡地和自然力量 (如侵蚀、滑坡、泥石流等 )形成的山坡、岸坡、斜坡等都统称为边坡。
9、边坡的特征是有一定坡度 ,自然植被遭到不同 程度的人为或地质灾害破坏 ,易发生严重的水土流失；稳定性不高 ,易发生滑坡泥石流等灾害。生态护坡 ,也称为植物护坡；或者生物护坡，坡面生态工程，植被固坡，植物护坡，边坡绿化等。对于生态护坡 ,国内外目前尚无准确定义 ,一般指以环境保护和工程建设为目的的生物控制或生物建造工程 ,也指利用植被进行坡面保护和侵蚀控制的途径与手段。即用活的植物 ,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。 因此 ,所谓生态护坡是指主要利用植物对边坡进行植被恢复措施 ,建立一个新的植物群落 ,已期达到恢复 生态环境、治理水土流失之目的
10、。因此 ,生态护坡是传统的边坡治理工程与植物种植工程相结合 ,确切地说是指开挖边坡形成以后通过工程技术手段在其上种植植物 ,利用植物对岩土体的根系锚固作用对边坡表层进行防护、加固 ,使之既能满足对边坡表层稳定的要求 ,又能达到恢复被破坏的自然生态环境目的的护坡方式。 生态护坡 ,应该是一个完整的生态系统 ,不仅包括植物 ,而且还应包括动物和微生物 ,是一个有机的整体。系统内部以及系统与相邻系统 (如河流生态系统和陆地生态系统等 )间均发生着物质、能量和信息的交换 ,具有很强的动态性。生态护坡包含 2 个层面 的含义：首先是护坡 ,需要具备护坡的功能 ,在满足道路行驶要求的基础上 ,保证岸坡的稳
11、定 ,防止水土流失 ,其要点是构建能透水、透气、调节水文过程，缓冲洪水，控制侵蚀，生长植物，截留降解污染物的生态防护平台；其次是生态功能 ,生态护坡要满足边坡生态平衡的要求 ,即要建立良性的护坡生态系统 ,形成由高大乔木、低矮灌木、地被植物、动物、微生物等组成有机的护坡生态体系 1。 1.2 生态原则 生态护坡设计应与生态过程相协调，尽量使其对环境的破坏影响达到最小。这种协调意味着设计应以尊重物种多样性，减少对资源的剥夺，保 持营养和水循环，维持植物生境和动物栖息地的质量，有助于改善人居环境及生态系统的健康为总体原则 2。主要包含以下三个方面。 1.2.1 当地原则： 设计应因地制宜，在对当地
12、自然环境充分了解的基础上，进行与当地自然环境相和 湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 论 文 第 5页谐的设计。包括： 尊重传统文化和乡土知识； 适应场所自然过程，设计时要将这些带有场所特征的自然因素考虑进去，从而维护场所的健康； 根据当地实际情况，尽量使用当地材料、植物和建材，使生态护坡与当地自然条件相和谐。 1.2.2 保护与节约自然资源原则： 对于自然生态系统的物流和能 流，生态设计强调的解决之道有以下 4 条。 保护不可再生资源，不是万不得已，不得使用； 尽可能减少能源、土地、水、生物资源的使用，提高使用效率； 利用原有材料，包括植被、土壤、砖石等服务于新的功能，可
13、以大大节约资源和能源的耗费； 尽量让护坡处于良性循环中，从而使资源可以再生。 3 1.2.3 回归自然原则： 自然生态系统为维持人类生存和满足其需要提供各种条件和过程，这就是所谓的生态系统的服务。着重体现在以下几个方面。 自然界没有废物 每一个健康生态系统，都有完善的食物链和营养级，所以生态设计应 使系统处于健康状态； 边缘效应 在两个或多个不同的生态系统边缘带，有更活跃的能流和物流，具有丰富的物种和更高的生产力，也是生物群落最丰富、生态效益最高的地段，河道岸坡作为水体生态与陆地生态之间的边缘带，在设计时应充分考虑其边缘效应； 生物多样性 保持有效数量的动植物群，保护各种类型及多种演替阶段的生
14、态系统，尊重各种生态过程及自然的干扰，包括自然火灾过程、旱雨季的交替规律以及洪水的季节性泛滥。 4 1.3 国内外发展现状分析 1.3.1 国外边坡生态防护发展 目前，西方国家边坡生态防护手段 ，主要是利用先进的绿化工程技术恢复与重建边坡生态环境。一种是以欧美高养护型为代表的湿式喷播快速植草技术，另一种是以日本高投入为代表的客土及厚层生长基础喷播技术。早在 20 世纪 30 年代，美国等发达国家 湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 论 文 第 6页就开始在公路边坡和机场空地进行植草恢复技术研究。到 20 世纪 50 年代初期，美国制定了专门的法律法规，规范新建公路生态恢复技
15、术研究和施工技术。在政府各项政策法规的扶持下， 1953 年 Finn 公司首先开发出了喷播机，实现了生态防护施工的机械化。日本的高速公路建设到 20 世纪 60 年代后期才拉开序幕。但是目前，日本的高速 公路生态恢复技术处于世界领先地位，他们的策略是“环境优先、自然再生”。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。此外，英国、意大利等国将加筋土技术与植被防护技术相结合，修建了包裹式的加筋土植草墙面的挡土墙 56。 1.3.2 国内边坡生态防护最新发展 我国对边坡生态防护研究较晚，但是最近几年发展较快。 20 世纪
16、90 年代，通过借鉴、引进、消化、吸收和创新，开始用湿式喷播、客土喷播、土工网垫植草等新型绿色防护技术。目前，国内 部分地区，根据各个工程的具体情况，从生态防护的不同角度开展了公路生态保护的研究。如 1996 年，首次采用瑞士湿式喷播技术对云南省昆明一曲靖的高速公路边坡进行大规模植被种植； 1999 年海南省开始探索海南特色生态公路；2001 年新疆规划“巴音布鲁克天鹅湖”时建成了旅游生态公路； 2002 年修建穿越秦岭的西安到汉中的高速公路时提出了秦岭山区高速公路建设生态保护技术研究的课题；2004 年国家交通部在总结四川川九生态公路保护与环境建设成功经验的基础上，将云南小磨高速公路、重庆雷
17、崇高速公路等 6 条高等级公路作为生态建设典型 示范公路； 2005 年天宝生态高速公路修筑； 2006 年渝湛生态型高速公路（粤境段）建成。到目前为止，一方面特别是 2000 年以后经各公路局、科研单位、大专院校以及工程施工单位多方的积极配合努力下，我国在高速公路生态防护技术和工程经验方面，还是取得了不俗的科研成果；但另一方面生态防护技术还不尽完善，需要各行各业通力合作，继续深入探讨，尤其是生态防护机理还有待进一步深入研究 7。 湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 论 文 第 7页第二章 生态护坡方案选择 2.1 生态护坡技术方案的选择 目前经过大量资料调研和 ,总结 了
18、主要的十种生态护坡类型及其特点 ,并归纳出了值得进一步推广应用的几项生态护坡工程技术。 2.1.1 人工种草护坡 人工种草技术适用于坡度较缓的土质边坡 ,是一种施工简易 ,造价低廉的护坡方法。草籽播种一般采用点穴法，草种应选择根系发达，绿化效果好，生命力强，耐粗放管理的植物 ,优先选择本地植物。 8 2.1.2 平铺草皮护坡 平铺草皮技术适用于较高较陡的土质边坡 ,也可铺在成岩作用差的软岩层和严重风化的岩层边坡上，具有施工简单、造价较低等特点。但其工程后期养护管理较为困难 ,造成草皮的成活率低 ,工程质量 难以保证 ,达不到满意的边坡防护效果。 2.1.3 液压喷播植草护坡 液压喷播首先把绿化
19、草种、肥料、粘着剂、保水剂、纤维覆盖物、着色剂等与水按一定比例混合成喷浆 ,最后利用液压喷播机直接喷射到需要绿化的区域上，其特点是 :施工简单 ,草种成活率较高，生态恢复效果明显，适用范围广，工程造价低廉。目前 ,国内的液压喷播植草技术发展迅速 ,得到广泛应用。 9 2.1.4 三维植被网草皮护坡 三维植被网是由多层塑料凹凸网和高强度平网复合而成的立体网结构“面层外观凹凸不平”材质疏松柔韧 ,留有 90%以上的空间可填充 土壤及沙粒 ,将草籽及表层土壤牢牢护在立体网中间。 10该网固土效果极好，抗冲刷能力强。其中，三维网垫及植物根系可起到浅层加筋的作用 ,能够达到有效防护边坡的目的。该技术适用
20、于设计稳定的土质和岩质边坡 ,特别是上质贫痔的边坡和上石混填的边坡可以起到固土防冲并改善植草质量的良好效果。 2.1.5 喷混植生植物护坡 喷混植生植物护坡 ,首先在稳定岩质边坡上打入短锚杆，铺挂镀锌铁丝网或土工网 湖 北 文 理 学 院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 论 文 第 8页后 ,然后采用专用喷射机 ,将拌和均匀的种植基材喷射到坡面上 ,植物能够利用基材所提供的营养物质进行生长发育 ,最终形成生态护坡。 11该技术使用上不受地质条件的限制 ,但其施工技术相对较难 ,工程量较大。施工过程中如果喷播的基质材料厚度较薄 ,被太阳照晒后容易崩壳脱落；喷播的基质材料厚度较厚 ,重量过大 ,则
21、挂网容易下掉 . 2.1.6 香根草护坡 香根草边坡绿化技术是通过种植香根草 , 利用其生长旺盛、根系长且深扎 , 兼有树木和草本的独特性质 , 防止土壤侵蚀 , 控制地面土粒的浅层移动 ,从而达到稳定坡面与恢复植被的方法。其适用于不稳定边坡 ,坡度较大，介于 20 700 之间 , 表层土易形成冲沟和侵蚀，容易发生浅层滑坡和塌方。 2.1.7 客土喷播植物 护坡 客土喷播技术是将客土 (植物生存的基础材料 )、纤维、侵蚀防止剂、长效缓释性肥料和种子等按一定比例配合 ,加入专用设备中充分混合搅拌后 , 通过空气压缩机压缩空气喷射到坡面上形成所需要的生育基础。喷播的厚度需要考虑植物在生育基础中生
22、长的厚度以及边坡岩质情况，年降雨量及挖方边坡坡度 ,且植物的选择应尽可能采用乡上植物种类 ,并且模拟自然群落 ,采取乔，灌，草，合理配置。此技术的特点主要有 :改良土壤结构 ,简化了公路植被养护管理；能在高大边坡岩石上为植物生长创造条件 ,也能满足对土壤要求严格的花草生长；边坡的绿化成 林 ,可有效减少因水土流失而造成的灾害 ,且可大量吸收 2CO,制造 2O,净化空气 ,改善区域环境。 2.1.8 干根网状护坡 该技术是在坡面上挖方格或菱形网 ,将干材埋入土中 ,使干材梢或其干部间断暴露 ,埋入土中的干材两侧生根 ,暴露部分萌芽成林，干根网状护坡法埋人土中部分约占干材的 90%,而暴露部分约
23、占 10%,提高了苗木的成活率。土中的干材两侧生根 ,根系较 直式发达 ,面积也大 ,且网络状本身也具有对坡面的防护作用 ,两相结合 ,起到固结土壤、防止水土流失的作用 ,克服了植物防护早期防护能力差的弱点 ,且按人的意志编织网状根系。与传统的污工防护和植物防护相比 ,无论施工前后期 ,固土护坡和生态效益两者兼备 ,同时兼有木材积蓄和生态保护的间接效益 ,该类护坡常用于北方或西北地区。 12 2.1.9 植生袋护坡 该技术可根据不同的场地而生产不同物种、不同规格的植生袋 ,从而营造出抗病虫害 ,抗逆性更好的乔灌草共生的生态植物群落。在具体施工中 ,应注意下列几个要点 :边 湖 北 文 理 学
24、院 建 筑 工 程 学 院 毕 业 论 文 第 9页坡清理，彻底清除松动 岩石，调整坡面，坡顶棱角，顺坡势在低凹处覆土；基质装袋 ,植生袋装填的绿化基质可按 5 份绿化基质、 2 份河砂、 3 份泥炭土以及少量复合肥；保水剂拌合 ,在边坡现场装袋；植生袋回填及锚固 ,已做好方格网或拱形混凝土工程防护的边坡 ,或坡度在 1:0.75 以下的低缓。边坡回填植生袋时通常可不用再加锚固 ,但注重不同规格植生袋的合理配置。对于较陡的边坡用铁丝网固定点播灌木种子，移栽小灌木 ,植生袋码放完成后 ,按物种要求点播种子并移栽小灌木 ,在施工操作时注意对植生袋的保护；养护 ,养护工作主要包含两个内容 ,一是对滑
25、落的植生袋的及时补填； 二是保证边坡植物的水一旦分供应 (施工后两个月及入冬前各施一次肥 )在草和灌木生长成坪，根系将边坡土层固定之后 ,进行日常的人工养护。由于其边坡草皮发芽快，出苗齐 ,形成草皮速度快 ,具有广泛适用性即基本不需要养护即可维持植物的正常生长的特点 ,被多个国家作为边坡绿化的常规方法大量应用。 2.2 技术方案小结 (l)生态技术方案的选择在实际工程应用中至关重要 ,技术方案选择恰当则能使生态护坡的护坡效果达到最佳 ,因此在高速公路实际工程应用中的应用专业性较强。同时 ,由于各种技术方案的选材不同，施工工艺不同 ,其产生的生态 功能效益有着本质上的区别。其中 ,人工种草护坡，
26、平铺草皮护坡，液压喷播植草护坡，喷混植生植物护坡，客土植生植物护坡，是普通的绿化景观护坡 ,仅具有美观的价值 ,而喷混植生植物护坡由于受地质条件的制约 ,使得其施工工艺相对较难 ,因而其施工成本远大于其他四种护坡。三维植被网草皮护坡除绿化景观作用外，固土效果极好 ,能有效防止水土流失，骨架植物防护技术护坡，香根草护坡，干根网状护坡则是抗滑护坡和水土保持方案 ,其不仅具备恢复植被和绿色景观的内容 ,更重要的是具有固土保水和防止浅层滑坡与塌方的功能。 12 (2)生态护 坡技术是随着我国各方面建设不断发展的 ,它是一门涵盖多门学科的交叉科学 ,目前为止生态护坡技术基本都是在工程实践的基础上进行不断总结的 ,对它的理论研究滞后于其技术的的发展 ,尤其是对生态防护部分的理论研究尤为不足 ,因此在工程实践过程中也就无统一的理论指导 ,由此导致生态护坡一直无法形成相关的工程质量检验标准。这为今后的设计、施工、监理等多方面带来诸多实际操作上的困难。 13
