1.1 課題的提出及研究意義
路基邊坡是公路的重要組成部分，處理不當(dāng)，容易發(fā)生碎落、崩塌、滑塌甚至滑坡，既破壞環(huán)境，又影響公路正常運行，嚴(yán)重時交通中斷，造成重大經(jīng)濟損失。為了保證路基邊坡穩(wěn)定，防止坡體滑坍和坡面沖蝕、碎落，需要采取合理適宜的工程措施，如修筑承受土石壓力的支擋結(jié)構(gòu)物，或進(jìn)行坡面防護(hù)，這種防護(hù)不承受或基本不承受土石壓力。長期以來，人們對邊坡防護(hù)的重要性認(rèn)識不足，設(shè)計中一般未能全部考慮邊坡處理，或邊施工邊設(shè)計。改革開放以來，我國公路建設(shè)蓬勃發(fā)展，隨著公路修建等級的提高，出現(xiàn)大量的高填路堤和深挖路塹，路基邊坡綜合防護(hù)系統(tǒng)研究日漸引起公路部門的重視。邊坡防護(hù)型式的確定是公路設(shè)計的重要內(nèi)容之一，應(yīng)根據(jù)公路等級、降雨強度、地形、土質(zhì)、材料來源等況綜合考慮，合理布局，因地制宜地選擇實用、合理、經(jīng)濟、美觀的工程措施，確保公路的穩(wěn)定、安全和高效運營，同時使公路建設(shè)與環(huán)境景觀相協(xié)調(diào)，保持生態(tài)環(huán)境的相對平衡。
我國在80年代中期以前，主要以低等級公路建設(shè)為主，由于交通量小，深挖高填較少，工程投資小，因而防護(hù)工程不作為道路建設(shè)的主體工程，因防護(hù)工程不當(dāng)造成的道路損壞引起的損失也不大。所以邊坡防護(hù)工程常常被忽略，進(jìn)入90年代以后，隨著大量高等級公路的修建，路基邊坡防護(hù)技術(shù)愈來愈受到人們的重視，但尚無完備的設(shè)計與施工規(guī)范，采用不同的防護(hù)技術(shù)措施對邊坡進(jìn)行防護(hù)處理，其效果差異較大，有的過于保守而造成浪費，有的不夠安全而產(chǎn)生損壞。由于路基邊坡防護(hù)不當(dāng)，造成重大經(jīng)濟損失的事例屢見不鮮。如沈－大高速公路以南180km長的路段，后期的工程防治費用占整個工程防治費的80%；京－石高速公路在1997年遇到洪水沖擊后，很多路段出現(xiàn)路基邊坡垮塌，路面懸空的水毀現(xiàn)象；河南的開－洛高速公路因防護(hù)不當(dāng)使邊坡土壤大量侵蝕淤塞邊溝，造成邊溝水流漫溢，淹沒大片農(nóng)田，每年都造成巨大的經(jīng)濟損失；內(nèi)蒙古東部地區(qū)在1998年的特大洪澇災(zāi)害中，全區(qū)共有12條國道、25條省道、150條旗縣公路、17條邊防公路遭水毀；9784 km的路面被沖毀，723座橋梁，1771道涵洞被壞，直接經(jīng)濟損失達(dá)10.7億。而且交通部曾統(tǒng)計表明，僅因水毀造成路基損壞在1991年就達(dá)15477km，經(jīng)濟損失巨大。如不加以解決，待高速公路投入運行后，損失將更加嚴(yán)重。
公路建設(shè)給自然環(huán)境帶來了許多影響，這種影響主要指公路兩側(cè)離中心線各幾百米到幾公里甚至幾十公里范圍內(nèi)的自然環(huán)境受到公路交通的侵入，整條公路在原來的自然環(huán)境中形成了一定寬度的具有新環(huán)境特征的變化地帶，可稱這一地帶的環(huán)境特征為公路路界環(huán)境系統(tǒng)，它主要包括路界生態(tài)環(huán)境、路界大氣環(huán)境、路界聲環(huán)境以及路界景觀。自1972年聯(lián)合國斯德哥爾摩環(huán)保會議以來，由于公路工程修建等因素導(dǎo)致水土流失和耕地占用，農(nóng)民們失去了5000多億噸的表層土；同時由于植被破壞導(dǎo)致溫室效應(yīng)的CO2增加了10%，世界在以每年80億噸的巨量排放CO2和硫化物，臭氧層日益遭到破壞。如何在加快公路建設(shè)和汽車工業(yè)發(fā)展的同時，減少對環(huán)境的破壞，降低噪音，吸收汽車排放物，恢復(fù)自然生態(tài)平衡已成為公路建設(shè)過程中關(guān)注的問題，目標(biāo)是真正把公路建設(shè)成為一條具有地方特色的綠色通道，而這與路基邊坡的合理防護(hù)有著密切的關(guān)系。
通過調(diào)查分析已有的路基邊坡防護(hù)工程實例，總結(jié)各種防護(hù)型式的特點及適應(yīng)性。結(jié)合路基邊坡的沖刷和侵蝕機理的研究，歸納出典型的邊坡防護(hù)型式，以期對工程實踐進(jìn)行指導(dǎo)正是本課題研究的目的，也將是一項非常有意義的工作。
隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)力度的加強，公路、鐵路、水利設(shè)施等關(guān)系國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)建設(shè)方興未艾，為有關(guān)設(shè)計部門提供了機遇，同時也帶來了挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的手工計算與繪圖已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，為適應(yīng)這一需求，CAD技術(shù)的引進(jìn)與開發(fā)已取得了一定的成果，它在工程設(shè)計中的應(yīng)用已帶來了良好的社會效益與經(jīng)濟效益，極大地提高了生產(chǎn)力，使設(shè)計人員從繁重的手工計算與繪圖工作中解放出來，從而提高設(shè)計質(zhì)量，它正逐漸成為工程設(shè)計人員必備的工具。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
道路建設(shè)在國外起步較早，防護(hù)方面的研究也不例外，而且他們較早的認(rèn)識到了生物防護(hù)有著硬防護(hù)無可比擬的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益。日本、美國、加拿人、瑞典等國近十幾年來，對于公路的邊坡防護(hù)技術(shù)十分重視，設(shè)計與施工規(guī)定嚴(yán)格、詳實，邊坡防護(hù)技術(shù)先進(jìn)、效果良好。德國最早將公路景觀設(shè)計的思想引入，使高速公路不僅是一條行車通道，而且是一個風(fēng)景獨特雅致的空間走廊。由于他們較早的意識到公路應(yīng)與環(huán)境相協(xié)調(diào)，他們的高等級公路邊坡大都采用1:2～1:5的平緩邊坡，同時坡面大都采用植物防護(hù)，使公路邊坡防護(hù)起到防護(hù)功能的同時，與周圍環(huán)境形成一體。經(jīng)過多年的研究工作和實踐經(jīng)驗，他們的高等級公路邊坡的綠化進(jìn)入了一個高層次規(guī)范化的水平。
國內(nèi)在路基邊坡防護(hù)方面，與這些發(fā)達(dá)國家相比，相對重視不夠，目前尚未系統(tǒng)進(jìn)行公路路基邊坡防護(hù)技術(shù)的研究，也沒有指導(dǎo)路基邊坡防護(hù)工程設(shè)計和施工的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。長期以來，我國邊坡防護(hù)一般采用傳統(tǒng)的硬結(jié)構(gòu)工程防護(hù)，造價高而且防護(hù)作用隨時間的推移而減小，相比之下，植物防護(hù)既經(jīng)濟、又可以通過經(jīng)營手段來達(dá)到長期的防護(hù)效果。但現(xiàn)在高等級公路的邊坡植物防護(hù)仍處在一個初始性的探索試驗階段，邊坡的綠化水平進(jìn)展緩慢。理論方面，西北水保所的朱顯漠、王萬忠等人進(jìn)行了大量的研究，并引用美國通用土壤流失方程式得到了一系列成果，但由于自然條件的千差萬別和高等級公路邊坡的特殊性，至今未能得到廣泛的推廣。鐵路、公路工程人員在植物對公路邊坡的防護(hù)作用方面也做了許多應(yīng)用性的探索，如北方交大的滿開顏進(jìn)行了植被對邊坡防護(hù)作用的研究，北京市公路管理處的趙宏生作了一系列的公路綠化設(shè)計研究，陜西省交通廳做過路基邊坡栽種小冠花的防護(hù)試驗，滬嘉高速公路管理所的瞿琳瑾進(jìn)行了高速公路地被植物的選擇與管理的研究。近年來在高等級公路的建設(shè)中，植物防護(hù)得到越來越多的重視。交通部信息環(huán)保部分別在昆－曲路、楚雄－大理路實施了“生物防護(hù)與環(huán)境景觀再造工程”等等，取得了較好的效果，且成功的引入了新的植物護(hù)坡施工方法。沈－大高速公路用早熟禾、柴羊茅、小冠花進(jìn)行邊坡綠化，效果良好。貴－黃公路采用黑麥草、三葉草、小冠花、進(jìn)行邊坡防護(hù)，邊坡穩(wěn)定，節(jié)約了123. 61萬元。廣西引入臺灣相思樹種子進(jìn)行坡面綠化，1994年綠化路基在特大洪水中得到了較好的保護(hù)。但由于各項工程的地理和氣候差異性，道路工程人員缺乏對防護(hù)植物的了解，而農(nóng)林工作人員對公路邊坡的特殊性缺乏感性的認(rèn)識，導(dǎo)致了防護(hù)物種和設(shè)計方案的千差萬別，其中有些設(shè)計很具有隨意性，導(dǎo)致了不必要的損失，所以關(guān)于防護(hù)方法的選擇原則應(yīng)早日出臺，劃分不同地區(qū)用于公路防護(hù)的植物類型及特性，并將理論研究進(jìn)一步深入，將水對土質(zhì)邊坡沖刷研究定量化，并注意積累實踐經(jīng)驗，早日制定公路邊坡防護(hù)設(shè)計的相關(guān)規(guī)范。
如前所述，由于理論研究的不足加上設(shè)計的隨意性，同時由于氣候、地理環(huán)境的差異，決定了不同地區(qū)邊坡防護(hù)方案的差異性，這方面的系統(tǒng)研究已不容忽視。
1.3 主要研究內(nèi)容
為系統(tǒng)研究我國公路的邊坡防護(hù) ，本文主要論述以下幾個方面的問題：
(1)通過對現(xiàn)有高等級公路邊坡防護(hù)工程進(jìn)行大量調(diào)查研究，剖析路基邊坡的病害類型和原因。
(2)通過研究各種邊坡防護(hù)類型與氣候條件、工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件的關(guān)系，總結(jié)各種防護(hù)類型的使用原則及條件；
(3)通過對典型地形地質(zhì)條件下的路基邊坡防護(hù)類型、施工中出現(xiàn)的問題、以及建成營運后使用效果進(jìn)行實地調(diào)研，歸納出各種地質(zhì)條件下邊坡防護(hù)的有效措施及適宜各地使用的邊坡防護(hù)類型和構(gòu)造設(shè)計圖。
