1、公路边坡生态防护及应用技术研究开题报告公路边坡生态防护及应用技术研究一、研究背景及意义1.1 研究背景 二十世纪中叶以来，环境问题已成为地球的一大危机。人类赖以生存和发展的环境受到了挑战，资源日益枯竭，生态遭到破坏，各种污染事故频繁发生。环境问题已经从地域性走向全球性，成为当今人类面临的全球性问题之一，引起了世界各国的普遍关注。环境问题的实质是发展问题，要实现人类同环境的协调发展，就要走可持续发展的道路。保护全球环境，实现可持续发展，创造美好家园，是世界人民的心愿，也是世界各国面临的紧迫任务。公路建设对社会和经济的发展有着非常重要的作用，但它同时又是对环境产生严重影响的行业之一。因此，如何在公
2、路建设的同时，保护我们的生态环境，进而实现交通环境的可持续发展，是一个十分重要和值得关注的问题。 伴随着经济的飞速发展，我国高速公路建设逐步完善。高速公路网的形成，又进一步刺激了我国经济发展的活力，在地区经济以及社会发展方面起到了积极的作用。但是我国幅员辽阔，地质条件、环境特征各不相同，尽管可持续发展理念已经贯彻于高速公路建设整周期，由于地理地质、空间位置、自然环境等的限制，使得高速公路建设与地方自然环境保护不能很好的协调。与此同时，我国道路工程建设成绩斐然，截止到 2015年底，我国公路通车总里程已达 446 万公里，高速公路里程已突破 12 万公里，公路系统对沿线生态环境的影响主要表现在公
3、路建设过程中对地形、地貌、水文、植被和生态资源的破坏。由于修建公路的需要，造成了高填路基或深挖路堑，使得公路沿线生态系统破坏、植物覆盖层消失、岩石裸露，从而产生严重的水土流失、更为严重的将导致山体滑塌、滑坡及泥石流，给人民生命财产带来巨大威胁。 人们生产活动对自然环境的影响加剧，从而带来了各种次生灾害，随着国民经济的发展，人们不再要求以环境破坏为代价的发展，环境保护意识逐步加强。与此同时，工程建设人员也开始展开了针对公路生态系统恢复等的研究，有传统的边坡工程防护向绿色环保、生机盎然的植物防护转变，由传统的只考虑安全效益，向兼顾环境、生态以及景观效益转变。 为减少公路路基损坏，确保公路行车安全，
4、路基的防护具有重要意义。路基坡面防护，主要为避免路基边坡受到雨水冲蚀作用，同时缓和温差雨季的湿度对岩土风化、碎裂等的演变进程，从而保护路基，使其边坡长期处于稳定状态。抹面、喷浆、勾缝、石砌护面等工程防护措施，对于维持坡面的初期稳定性以及抗雨水侵蚀能力效果显著，但是，工程防护措施是无生命的保护，以及不能满足环境和景观的要求。工程防护措施只关注了安全性，对于公路沿线自然生态的多样和谐破坏殆尽，使得绿水青山一去不复返，景观性极差，容易造成驾驶员的视觉疲劳。而且，随着时间的推移，工程防护破面的岩石、混凝土的风化，强度降低，甚至破坏。 生态防护是一种有生命的保护措施，对于美化路容，协调地区环境，调节沿线
5、边坡土体湿度起到重要的作用。同时，生态防护还能起到固结边坡的作用。传统的简单生态边坡防护形式有植树、种草、铺草皮，除此之外，土质边坡还可采用拉伸网草皮、固定草种布或网格固定撒种。与工程防护相比，物防护经济可行同时具有无法比拟的社会效应和生态效应。生态防护技术可以大大降低边坡防护成本，只需加强初期的维护管理即可。且随着植物的生长，根系固结土壤能力越来越强，防护作用越来越大，后期边坡养护费用大大降低。更重要的是，通过不同植物品种的搭配，生态防护技术可以营造出不同的景观，不但可以美化路容，丰富协调公路的景观，而且能缓解司机乘客等人员的旅途疲劳，利于行车安全。同时，植物还可以吸收尾气、净化空气，对于改
6、善公路沿线空气质量具有重要的意义。1.2 研究价值防护工程是公路建设的重要组成部分，是防治路基病害、保证路基稳定、改善环境景观及保护生态平衡的重要措施。高速公路路堑边坡防护方法通常分植物防护和工程防护两大类。工程防护主要利用污工砌体或混凝土形成一定的结构对路堑边坡进行处治，由于其取材方便，设计施工技术较成熟，处理深层失稳折坡安全性高，故成为公路部门一长久以来一直采用的防护方法，但该法造价较高，易破坏公路沿线自然景观及生态平衡。缺乏植物覆盖的边坡一方面不利于水上保持，大量的雨水直接流失，还加大了对道路周边地区的冲刷，给农田水利带来不利影响另一方面也不利于改善高速公路的行车效果，大量裸露的岩石和混
7、凝土视觉效果非常差，也不利于吸收阳光和汽车尾气，与高速公路快捷舒适的特点不相协调，在一定程度上也给高速公路的行车带来不安全因素。边坡生态防护技术在我国起步较晚，再加上我国地域辽阔，不同地区的地理条件、气候特征、物种特性等千差万别，这也就导致了生态防护的多样性，因此各个地区应根据各地的实际情况，在对边坡损坏机理以及生态防护机理研究的基础上，制定适宜的防护措施。为保持生态平衡、减少路基次生灾害，降低工程造价以及后期维护的费用，保证道路运行的安全稳定，迫切需要对公路边坡生态防护技术进行全面系统的研究。基于此，本文对公路边坡防护技术进行调查，重点分析了高等级公路边坡的损坏类型以及防护现状，并对生态边坡
8、防护机理以及新型生态边坡防护类型进行了研究，在上述基础上，提出了适应于广东地区的边坡防护技术，并对其边坡生态防护体系进行了一定程度的优化设计。日前，国内大多直接从国外引进现有的防护技术，生态材料也直接进日，造成了一方面防护成本过高，无法在国内广泛推广另一方面由于地形、气候、施工等多种因素的影响，防护效果并不明显。因此，如何结合我国的实际情况，综合考虑防护效果和环境美化，进行高速公路边坡生态防护技术系统性研究，提高我国边坡防护工程的设不水平，降低工程造价，减少或防止逆路病害，保持生态环境的相对平衡，确保道路的安全与稳定，对高速公路的边坡综合防护加固技术进行全面系统的研究，有着重要的生态效益、社会
9、效益与经济效益通过此类对边坡生态防护的研究对其它诸如铁路、水电等边坡的防护也有重要的借鉴意义。边坡生态防护不仅可以加固边坡，保土涵养水源，减少水一二流失，而且还可以净化空气，保护生态，美化环境，保证行车安全，具有良好的经济效益、社会效益和生态效益，在越来越重视环境保护和人类自身生存质量的今天，生态防护己成了公路边坡防护的一种趋势，代表着边坡防护的发展方向。1.3 国内外研究现状1.3.1 国外研究现状生态边坡防护技术在欧美国家的应用历史较为久远，美国等发达国家很早就意识到了生态边坡防护对于保护公路生态的重要性。1943年，美国的Moorish R.H 教授，在公路两侧进行了种植草皮试验，并对播
10、种时间、草种以及草种组合的协调试验，探讨草皮护坡的方法。1953 年，美国Finn 公司首先开发出了草种喷播机，并将其大力推广，使得草种喷播技术在边坡稳定以及恢复边坡植被等方面得到了广泛应用。1986 年，美国的 Mcelroy M.T.对管理和养护植被边坡进行了系统的研究，这是首次系统的针对生态边坡管理方向的研究，为生态边坡养护管理奠定了基础。日本的生态防护技术与管理建设几乎同步发展，日本公路技术人员很早就认识到了生态防护对于公路的重要性，日本的生态边坡防护技术吸收了欧美等发达国家的成功经验，根据自己的环境特点，形成了一套独立的系统。1951年，日本的川端勇作针对外来草种用于道路边坡防护进行
11、了研究，开发出植生盘，并将其应用于道路坡面防护，自此，以牧草为代表的外来草种开始用于坡面绿化。在日本，植物防护被称为坡面绿化。日本的边坡绿化起步较早，他们的生态防护几乎与公路建设同步发展，迄今己有半个多世纪的历史，期间经历无数的变化。川端勇作开发了采用外来草种的植生盘用于道路坡面，标志着以牧草为代表的外来草种开始用于坡面绿化。日本京都大学农学部开发了喷射种子法年从美国进口喷射专用纤维，年即实现了喷射纤维的国产化。年开发出的纤维土绿化工法一标志着岩体绿化工程的开始，此法至今仍在应用。 1958 年，喷射种子法被日本京都大学农学部开发，并于 1959年农学部在京都东山道路边坡的喷射试验中认证了该项
12、技术的适用性。随后，喷射种子法在名古屋至神户高速公路的路堑边坡中得到了广泛应用。 1960年，日本从美国引进了液压喷播技术，并根据日本地区的环境特点以及地理地质进行了改进，并将其广泛应用于高速公路路堤边坡绿化。1973年，日本开发出纤维土绿化工法(Fibersoil Greening Method)，此项技术的开发，标志着绿化工程由单一土质边坡到土质、岩体边坡的转变，这一技术是日本最早开发的厚层基材喷射工法。 1983年，日本开发出了高次团粒SF绿化工法(Soil Flock Greening Method)，这一方法解决了纤维土绿化工法的缺陷，此项技术随后在日本得到了大量的应用，施工总面积超
13、200万平米。 关于边坡绿化的目标以及实现的方式和手段，日本也做了大量的研究。前掘幸彦认为边坡绿化是将“先驱植物”首先人为移植，使这些“先驱植物”迅速覆盖坡面，防止沙土流失。但是“先驱植物”会逐渐地被环境所淘汰，因此，坡面的永久性保护还需要靠周边不断侵入的乡土类植物。山村和也指出“应使边坡坡面与周边的自然环境协调，使其与自然融为一体”。山寺喜成提出有益于防灾的绿化应帮助自然把它具有的再生力复原力、恢复力、治愈力最大限度发挥出来，是尽可能地用接近自然的方法制造生物群落。坡面植被的恢复应用以播种工程为基本，以栽植工程为从属。世纪年代普遍认为坡面树林化更有利于边坡的稳定，因此在这方面做了许多研究。竹
14、内雅彦认为边坡绿化应以“自然和堤坝共生，利用植树形成新的生态系统的恢复”为主旨。山寺喜成更认为世纪的绿化技术应是“通过播种工程形成早期树林化的绿化技术。”近年来，绿化网防护、厚层基料喷射、植被型混凝土等已成为日本最为广泛的生态防护技术，获得了多项生态防护技术的专利。虽然日本在高速公路防护方面起步比美国晚二、三十年，但现在其公路生态防护水平处于世界领先地位。众多学者在生态边坡防护理论研究方面，主要集中于增加植物根系对岩土体抗冲蚀性能研究以及加固边坡的力学机理研究上。 1995 年，德国哈勒维腾贝格大学的Martin Donat教授针对植物根系对土体稳定性进行了系统研究，并提出了根系土壤复合强度模
15、型。1995年，美国华盛顿大学的Finn Krogstad 系统分析了植物根系的主根与侧根加固作用的力学机理，并建立了模型可计算边坡的安全系数。 2002年，泰国的Diti Hengchaovanich对植物根系土壤的剪切强度进行试验研究，表明根系在土体中穿插，能明显地增大土壤的剪切强度。其中草本植物抗剪强度更大。 综上所述，欧美国家针对对生态边坡防护技术的研究主要集中与先期的研究和探索，以及生态边坡防护系统的管理等；而日本结合自身地理地质特征，吸收了欧美等发达国家关于生态防护先进理念，开发出纤维土绿化工法、SF绿化工法并将其大规模应用，具有很多成熟的技术措施，值得我国道路工作者参考学习。1.
16、3.2 国内研究现状我国针对生态边坡防护技术的研究起步较晚，20世纪90年代以前，我国没有形成系统的生态护坡方法，道路工作者通常采用撒草种、穴播或沟播、铺草皮等单一生态护坡方法，这些单一生态护坡方法对边坡防护能力有限。90 年代以后，我国吸收引进了国外先进的植物护坡工艺，并根据我国实际情况对此工艺进行了系统研究。 我国有记载的植被防护应用出现在年的明代，通过栽植柳树来加固与保护河岸。在世纪植被防护开始应用于保护黄河河岸。由于以往公路等级较低，国内在植被防护技术应用方面的研究起步较晚，直到世纪年代，随着高等级公路建设的发展和对于环境问题认识的提高，才开始开展系统的防护研究。年云南省昆明一曲靖高速
17、公路全线路堑、路堤、中央分隔带和立交区等进行了全面防护和绿化，并首次采用瑞士湿法喷播技术进行大规模的植被种植，为我国公路绿化技术的提高做出了有益的尝试。陈济丁（1987）交通部在昆明举办的“全国交通环保培训班”，为公路绿化尤其是喷播技术的宣传和推广起到了积极的推动作用。近儿年我国公路防护技术有了长足的进步，喷播技术等新技术已经在公路绿化中得到了广泛应用。1989 年，广东省水利水电科学研究所引进了我国第一台液压喷播机，并于华南大区进行液压喷播试验，为液压喷播技术在我国的应用进行了准备，奠定了基础。1990 年，日本与我国黄土高原治山技术培训中心进行合作，首次在黄土高原进行了坡面喷播绿化技术试验
18、研究，这也是我国首次系统的对生态边坡防护技术展开研究。1996年，昆明至曲靖高速全线首次大规模的采用客土湿法喷播技术进行植被种植，为我国公路绿化技术的提高做出了相当的贡献。2000年，章梦涛等进行了植生混凝土试验，以土壤为主要材料、硅酸盐水泥为粘结材料，并在惠河高速公路进行了现场试验，通过后期观测，植物生长良好，坡面完整，防护效果较优。2001年，中国科学院南京土壤研究所王库，通过模拟降雨试验对根系与土壤固结效应进行了研究，其研究成果在高速公路生态防护的设计、施工与管理等方面起了有益的指导作用。 综上所述，目前国内最常用的边坡生态防护技术主要还是单一的防护措施，缺乏系统性以及协调下，在对生态护
19、坡理论方面的研究缺乏系统性，物质选择比较随意，没有进行基于生态学理论的筛选与配置，导致绿化效果良莠不齐，造成了不必要的损失。生态防护技术的应用在国外发达国家己有很长的历史，如美国于1936年在南加利福尼亚州的公路边坡治理中就应用生态防护技术。高速公路边坡工程在我国目前没有成功的经验和定型的模式，更无技术规范可循，也没有专门的设计单位和施工队伍，多依赖于园林部门和高等农林院校，但往往由于高速公路的特殊性，在诸多方面造成了浪费和不合理现象。一方面表现在施工过程中采用传统的边坡防护治理措施，大量使用工程防护，生态防护只是其中的点缀作用，忽视了植物防护的生态功能另一方而表现在以往片爪强调了杭物的景观功
20、能，而对边坡的稳定性考虑不足，社往有防护过后失稳的情况发三。此外，国内的研究人员过多水土保持学的研究，忽略了坡而植物根系的程力学行为及与植物防护与工程防护相结合防护的研究，因而防护理论远远落后于防护技术应用的发展。1.4 参考文献1尹剑. 公路边坡生态防护及应用技术研究D.长安大学，2016.2黄成智. 预应力锚索在山区高速公路边坡防护中应用J. 江西建材，2016，(13):191+196.3高慧光，丁春花. 锚杆挡土墙施工技术在公路边坡防护中的应用J. 山东工业技术，2016，(13):91.4夏文彪. 新理念在公路边坡防护设计中的应用分析J. 江西建材，2016，(06):154-155
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