高陡巖石邊坡護(hù)坡機(jī)理及應(yīng)用研究

王東謙

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)股份有限公司勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北宜昌 443002)

0 引言

巖質(zhì)邊坡的治理防護(hù)及其生態(tài)恢復(fù)一直是巖土工程界關(guān)注的重點(diǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，城市建設(shè)形成越多的裸露的巖質(zhì)邊坡。不僅威脅到城市人民生產(chǎn)、生活的安全，也嚴(yán)重影響了城市的區(qū)域景觀和人民的生活品質(zhì)。針對(duì)巖質(zhì)邊坡防護(hù)及其生態(tài)修復(fù)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外已研究出多種多樣的生態(tài)修護(hù)技術(shù)。本文以具體工程的實(shí)際特點(diǎn)出發(fā)，進(jìn)行邊坡生態(tài)防護(hù)，同時(shí)考慮城市景觀的設(shè)計(jì)，以供參考。

1 高陡巖質(zhì)邊坡的加固措施

1.1 影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素

影響邊坡穩(wěn)定的因素很多，主要包括內(nèi)因和外因。內(nèi)因主要包括地質(zhì)水文條件、地形地貌、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等工程地質(zhì)特征，外因主要有自然氣候條件、人類的工程活動(dòng)及地震等。

1.1.1 工程地質(zhì)特征

工程地質(zhì)特征是判斷邊坡穩(wěn)定與不穩(wěn)定的主要內(nèi)因，主要包括地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、風(fēng)化程度及水文條件等幾個(gè)方面:地層巖性及其組合狀態(tài)是構(gòu)成高邊坡的物質(zhì)基礎(chǔ)，地質(zhì)構(gòu)造決定巖層的發(fā)育程度、節(jié)理裂隙及產(chǎn)狀的性質(zhì)等，巖石的風(fēng)化主要有物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化及生物風(fēng)化三個(gè)方面，物理風(fēng)化能破壞巖體的完整性，化學(xué)及生物風(fēng)化則使巖石物質(zhì)成分發(fā)生變化，地下水不僅增大邊坡體下滑力，而且降低軟弱夾層和結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致滑動(dòng)面的抗滑力減小。

1.1.2 自然氣候條件

自然氣候條件主要指的是大氣降雨，不同地域的氣候條件不同，大氣降雨量各異，大氣降雨形成地下水，對(duì)邊坡產(chǎn)生不利影響。

1.1.3 人類的工程活動(dòng)

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，人類的工程活動(dòng)日益劇烈，特別是越來(lái)越多的挖山形成大量不穩(wěn)定的邊坡，尤其不當(dāng)?shù)墓こ袒顒?dòng)引起邊坡失穩(wěn)事故經(jīng)常發(fā)生。

1.2 高陡巖石邊坡加固技術(shù)

邊坡因其場(chǎng)地周邊環(huán)境、高度、邊坡巖體的特性及其施工方法、要求的不同，采用不同的支護(hù)措施。表1為常用的巖質(zhì)邊坡支護(hù)方法。

表1 常用巖質(zhì)邊坡支護(hù)方法

2 高陡巖石邊坡的景觀恢復(fù)技術(shù)

2.1 護(hù)坡綠化技術(shù)

邊坡的地質(zhì)特性、地形地貌及所處的環(huán)境復(fù)雜多變，即使是同一個(gè)邊坡在不同的時(shí)間其立地環(huán)境也不同。因此，針對(duì)不同的邊坡其護(hù)坡綠化技術(shù)也不一樣。表2中總結(jié)歸納了目前在工程界應(yīng)用較多的護(hù)坡綠化技術(shù)及其各自的特點(diǎn)。

2.2 邊坡綠化的景觀設(shè)計(jì)

邊坡綠化的景觀設(shè)計(jì)原則是在水土保持的基礎(chǔ)上，兼具生態(tài)景觀效果，體現(xiàn)當(dāng)?shù)靥厣?。在選擇植物種類時(shí)要堅(jiān)持生物多樣性，同時(shí)還要考慮對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的逐步恢復(fù)。在進(jìn)行邊坡綠化物種配置時(shí)，應(yīng)遵循以下特點(diǎn)。

表2 護(hù)坡綠化技術(shù)及特點(diǎn)

2.2.1 適宜性

在邊坡的景觀設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮物種是否適宜當(dāng)?shù)氐纳嬗?，及其?duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境因子的適宜度?？紤]土壤、氣候、地形地貌的基礎(chǔ)上，優(yōu)先選擇耐瘠薄、耐干旱、景觀效果好的物種，既能適應(yīng)當(dāng)?shù)丨h(huán)境，又能滿足生態(tài)景觀的要求，達(dá)到科學(xué)、藝術(shù)、功能的統(tǒng)一。

2.2.2 生物多樣性

生物多樣性主要體現(xiàn)在物種配置上，盡量選擇多科屬，草、灌、喬結(jié)合，在平面結(jié)構(gòu)和垂直空間上營(yíng)造復(fù)層生態(tài)景觀群落，挖掘單位面積上的潛在生態(tài)力，提高葉面積指數(shù)，追求綠葉面積及綠量最大化及整個(gè)綠化效果在立體空間上的節(jié)奏感。生物多樣性包括遺傳多樣性、物種多樣性、生態(tài)多樣性和景觀多樣性，在邊坡綠化的物種中，生物多樣性程度越高，在邊坡的生態(tài)平衡越穩(wěn)定，越有利于邊坡的穩(wěn)定。

3 案例分析

3.1 項(xiàng)目概況

邊坡工程位于湖北省宜昌市某擬建小區(qū)場(chǎng)地四周，將整個(gè)小區(qū)包圍其中，由興建住宅小區(qū)開(kāi)挖山體形成。邊坡的支護(hù)長(zhǎng)度約為982.0 m，邊坡高度為0 m～24.5 m變化不等，坡上為自然山體，坡下為擬建小區(qū)。

3.2 工程地質(zhì)條件

場(chǎng)區(qū)土層為填土、粉質(zhì)粘土，下伏為中風(fēng)化基巖?；鶐r產(chǎn)狀為傾向113°～118°，傾角5°～8°左右，厚度達(dá)數(shù)百米。場(chǎng)地為坡形地貌，易于地表水排泄，地下水不易匯集。場(chǎng)地內(nèi)無(wú)穩(wěn)定地下水，僅場(chǎng)地填土層含少量上層滯水，基巖含少量裂隙水。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及鉆探資料，場(chǎng)區(qū)無(wú)不良地質(zhì)構(gòu)造，未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)作用;場(chǎng)區(qū)內(nèi)巖土層種類少，地層及水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，巖層分布穩(wěn)定。

3.3 氣候條件

據(jù)宜昌市環(huán)境水文工程地質(zhì)資料，宜昌市屬亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候，氣候溫和，四季分明。年平均氣溫16.8℃，最高氣溫41.4℃。雨量充沛，多年平均降水量為1 213.6 mm，日特大降水量為386 mm，潮濕系數(shù)0.89，為濕度適中帶。

3.4 邊坡的防護(hù)與加固

本工程為挖山形成的高邊坡，邊坡圍繞整個(gè)場(chǎng)區(qū)形成近280°的圓弧，總長(zhǎng)近千米，將整個(gè)小區(qū)包圍其中。邊坡屬巖質(zhì)邊坡，高度大，范圍廣，地形復(fù)雜，總工程量大?？紤]邊坡地形、地質(zhì)條件、紅線范圍等進(jìn)行分級(jí)開(kāi)挖，根據(jù)邊坡的總高度選擇不同的分級(jí)數(shù)，每級(jí)高度3 m～6 m，每級(jí)邊坡之間采用1 m寬?cǎi)R道進(jìn)行連接。坡率分為 1∶0.3，1∶0.5，1∶1 三種，當(dāng)邊坡巖土層地質(zhì)條件較好時(shí)，選擇1∶0.3或1∶0.5的坡率放坡。對(duì)坡頂淺層的填土、粉質(zhì)粘土及較破碎的巖土，則采用1∶1的坡率進(jìn)行放坡。通過(guò)對(duì)各邊坡典型斷面進(jìn)行穩(wěn)定分析計(jì)算，結(jié)果表明:放坡后各坡段邊坡處于暫時(shí)自穩(wěn)狀態(tài)。本工程邊坡屬于巖質(zhì)邊坡，坡頂淺部存在少量雜填土及粉質(zhì)粘土。綜合分析各邊坡防護(hù)與加固技術(shù)后，主要考慮了以下三個(gè)方案進(jìn)行方案比選:方案A:噴錨，方案B:生態(tài)袋綠化護(hù)坡，方案C:客土噴播技術(shù)(見(jiàn)表3)。

表3 方案比選

方案A噴錨支護(hù)致使邊坡完全裸露，考慮到邊坡裸露面積大(約13 786 m2)，且將小區(qū)包圍其中，將嚴(yán)重影響小區(qū)的景觀及小氣候，如何改善邊坡完全裸露的環(huán)境，營(yíng)造良好的小區(qū)環(huán)境，是本方案需要考慮的重點(diǎn)。方案B主要是考慮其施工繁瑣、成本高，在一定程度上影響到整個(gè)工程項(xiàng)目的工期。方案C后期綠化效果退化，本地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)慢，考慮到部分坡段邊坡高度較大，在長(zhǎng)期不利環(huán)境影響下(如持續(xù)大暴雨等)將使邊坡風(fēng)化程度加劇，節(jié)理、裂隙擴(kuò)張，使邊坡產(chǎn)生不利變形，威脅到小區(qū)人民的人身財(cái)產(chǎn)安全，故也不適宜選用。綜合考慮工期、施工成本及小區(qū)景觀等，確定邊坡采用噴錨技術(shù)進(jìn)行支護(hù)，錨桿的長(zhǎng)度根據(jù)構(gòu)造要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，在坡腳、馬道及較緩的坡面上進(jìn)行有效的種植，前期形成階梯形及長(zhǎng)廊式的綠化景觀，后期通過(guò)爬藤植物來(lái)改善坡面的綠化。

3.5 邊坡的生態(tài)恢復(fù)

為了給小區(qū)人民的生活營(yíng)造良好的環(huán)境，起到凈化空氣，改善小氣候，降低噪聲和美化城市景觀效應(yīng)的多功能要求，該邊坡擬采用藤本植物綠化，恢復(fù)城市景觀;在坡腳種植常春藤和油麻藤，常春藤適應(yīng)性強(qiáng)，生長(zhǎng)快，一根較粗的藤條，種植兩年，墻面綠化覆蓋面可達(dá)30 m2～50 m2，且常春藤可保持半常綠或常綠狀態(tài);油麻藤生長(zhǎng)迅速，枝葉繁盛，開(kāi)深紫色花，可形成獨(dú)特的景觀。在坡頂及各級(jí)馬道中間種植垂吊綠色植物迎春，迎春喜光，耐旱，冬末至早春開(kāi)花，花色金黃，葉叢翠綠，綠化及景觀效果突出。在坡頂及馬道上的迎春與坡底的常春藤、油麻藤上攀下掛，相向而行。在邊坡坡度較緩的坡面上(1∶1放坡)混播狗牙根、狼尾草等草本植物。狗牙根根系發(fā)達(dá)，侵占能力強(qiáng)，狼尾草耐貧瘠、生命力強(qiáng)，兩者都能極大的提高坡面抗沖刷能力，為后期邊坡自然生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)提供了良好的土壤環(huán)境。典型剖面示意圖見(jiàn)圖1。從圖中可以看出，通過(guò)坡頂及馬道處的藤狀灌木的垂吊、坡腳藤本植物攀援及坡面草本植物的種植，形成立體化的綠化，在較短的時(shí)間能形成一定的景觀效果，維護(hù)城市生態(tài)景觀。

4 結(jié)語(yǔ)

城市高陡邊坡的設(shè)計(jì)有一些自身的特殊性，人工開(kāi)挖的高邊坡一般都是在短時(shí)間內(nèi)形成的，坡體的應(yīng)力狀況發(fā)生了改變。因此，雖然邊坡的支護(hù)設(shè)計(jì)是以詳細(xì)的地質(zhì)資料為前提，但地質(zhì)情況復(fù)雜多變，設(shè)計(jì)時(shí)的最危險(xiǎn)工況仍存在一定的預(yù)測(cè)，這些都使邊坡的設(shè)計(jì)具有風(fēng)險(xiǎn)性。在邊坡防護(hù)與加固過(guò)程中，一定要根據(jù)邊坡的實(shí)際情況，依據(jù)有效的計(jì)算保證邊坡安全的基礎(chǔ)上，通過(guò)多種方案的比選，綜合考慮造價(jià)、施工工期及社會(huì)效應(yīng)等多種因素，以期達(dá)到最優(yōu)的效果。

圖1 典型剖面示意圖

城市高陡邊坡的綠化景觀防護(hù)應(yīng)基于邊坡自身的穩(wěn)定性，兩者要權(quán)衡得當(dāng)。切不可過(guò)分追求邊坡的景觀效應(yīng)而忽視邊坡的支護(hù)效果;在邊坡支護(hù)方案選擇的同時(shí)，也要適當(dāng)考慮邊坡的景觀效果。

［1］陳廣棋，韓 龍.深汕高速公路K44邊坡病害的防治［J］.路基工程，2000(3):65-67.

［2］譚寶龍，羅纘錦.噴錨網(wǎng)技術(shù)在高陡邊坡防護(hù)中的應(yīng)用［J］.中南公路工程，1998(3):26.

［3］李 旭.三維植被固土網(wǎng)墊在路基邊坡防護(hù)上的應(yīng)用分析［J］.東北公路，2000，23(3):42-46.

［4］朱能維，鄒顯華，和 力.贛粵高速公路南昌至樟樹(shù)段液壓噴播植草護(hù)坡的探討［J］.華東公路，1998(5):65-70.

［5］王 犇，亓桂峰.高土質(zhì)邊坡支護(hù)工程實(shí)例分析［J］.山西建筑，2012，38(22):84-85.