三維柔性生態(tài)邊坡作用原理及其應(yīng)用

朱姣利

(廣東天聯(lián)電力設(shè)計有限公司，廣東廣州 510600)

0 引言

傳統(tǒng)的護(hù)坡方法(重力式擋墻、格構(gòu)梁+錨桿(或錨索)護(hù)坡、漿砌石護(hù)坡等)施工強(qiáng)度高、綠化效果和生態(tài)環(huán)境效益較差而且施工難度大［1-3］。而三維植被網(wǎng)護(hù)坡和客土噴播護(hù)坡對原邊坡依賴性較大且坡陡易壞，綠化后期維護(hù)較困難，在植被無法自然生長的巖石類貧瘠邊坡使用受到一定的限制。

本文從綠色電網(wǎng)的理念出發(fā)，從作用原理、施工方式及綠色環(huán)保等方面詳細(xì)闡述了三維排水柔性生態(tài)邊坡在本站邊坡支護(hù)設(shè)計中實現(xiàn)效率最大化、資源節(jié)約化、環(huán)境友好化，從而達(dá)到建設(shè)綠色變電站的目的。

1 三維柔性生態(tài)邊坡支護(hù)方法簡述

三維排水柔性生態(tài)邊坡是在邊坡、擋土墻建設(shè)等領(lǐng)域采用軟體環(huán)保材料取代高能耗、高污染的鋼筋、水泥、石塊等硬體材料建造邊坡的工程系統(tǒng)。

三維排水柔性生態(tài)邊坡不受原邊坡坡度的影響，可以在0°～90°之間，自由選擇工程邊坡坡度，相對重力式擋墻減少了占地面積。三維排水柔性生態(tài)邊坡可以直接利用開挖的土方，施工過程中既沒有建筑垃圾又減少了外運(yùn)土方量;通過在生態(tài)袋中加入生態(tài)立體植被還可以還原山坡生態(tài)平衡。在施工結(jié)束后，幾乎不用維護(hù)或者維護(hù)較少，大大減少了維護(hù)費用，降低工程造價。三維排水柔性生態(tài)邊坡的建設(shè)可達(dá)到節(jié)能、環(huán)保、高效、和諧的綠色變電站理念。

1.1 三維柔性生態(tài)邊坡主要材料及施工工藝

三維排水柔性生態(tài)邊坡主要部件為生態(tài)環(huán)保材料(如圖1所示)。

圖1 三維排水柔性生態(tài)邊坡主要材料構(gòu)件

三維排水柔性生態(tài)邊坡，可以直接利用現(xiàn)場開挖的土(見圖2)，同時袋內(nèi)添加營養(yǎng)成分和保水劑等，裝土的袋子能夠排水，既能防止填充物(土壤與營養(yǎng)成分混合物)的流失，又能實現(xiàn)水分在土壤中的正常交流，植物生長必須的水分得到了有效的保持和及時的補(bǔ)充。生態(tài)袋對植被非常友善，植物可以通過生態(tài)袋體自由生長。

三維柔性生態(tài)邊坡通過排水聯(lián)結(jié)扣把各個生態(tài)袋聯(lián)結(jié)在一起，形成非常穩(wěn)固的三角形內(nèi)鎖結(jié)構(gòu)。通過這一組件內(nèi)鎖土工種植袋，與原始邊坡組成永久穩(wěn)定邊坡。三維排水聯(lián)結(jié)扣使單個的生態(tài)袋體聯(lián)結(jié)成為一個整體的受力系統(tǒng)，有利于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和抵抗破壞。

挖方邊坡是建立在原坡體穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，挖方坡度小于40°無需加生態(tài)錨桿，大于40°需要加一定數(shù)量的生態(tài)錨桿用于固定生態(tài)袋，生態(tài)袋可以用來防護(hù)坡面和提供植被生長，生態(tài)錨桿用于固定生態(tài)袋的位置。

填方邊坡在用三維排水聯(lián)結(jié)扣把各個生態(tài)袋聯(lián)結(jié)在一起后，每隔3層～4層生態(tài)袋鋪一層加筋格柵并反包，然后回填土，形成一道加筋土擋墻，使回填土邊坡成為穩(wěn)定的加筋土邊坡，把無限土改性成剪切應(yīng)力強(qiáng)大的有限土，實現(xiàn)了在0°～90°之間，自由選擇工程邊坡坡度的要求。使被占用的土地面積大為減少。

1.2 三維排水柔性生態(tài)邊坡作用原理

三維排水柔性生態(tài)邊坡按受力類型可分為:1)構(gòu)造+植被(見圖3);2)結(jié)構(gòu)+植被(見圖4)。

圖2 三維排水柔性生態(tài)邊坡施工圖

圖3 構(gòu)造+植被作用原理

圖4 結(jié)構(gòu)+植被作用原理

1)“構(gòu)造”實際是建設(shè)一個固定的容器系統(tǒng)，使得相關(guān)土體不管是在徑流沖刷、植被附著力作用下還是其他的自然力作用下都得以保持相對穩(wěn)定的物理形狀，不發(fā)生位移;植被系統(tǒng)是在該容器系統(tǒng)提供的條件下得以實現(xiàn)，同時良好的植被系統(tǒng)又可以使該容器系統(tǒng)得到加強(qiáng)，并使之永久化。構(gòu)造+植被的護(hù)坡形式主要用于挖方，是建立在原坡體穩(wěn)定的基礎(chǔ)上的，生態(tài)袋護(hù)坡只起構(gòu)造作用，可以取代干砌石、漿砌石、水泥預(yù)制塊(含六角預(yù)制塊)、土工模袋混凝土等傳統(tǒng)的護(hù)坡結(jié)構(gòu);同時還可替代植生袋，三維植被網(wǎng)護(hù)坡，客土噴播等園林工程的護(hù)坡形式。

2)“結(jié)構(gòu)”實際在力學(xué)上相當(dāng)于加筋擋土墻結(jié)構(gòu)。主要用于填方邊坡，其受力原理為加筋土設(shè)計原理，加筋土就是在土中埋設(shè)抗拉強(qiáng)度比較高的材料而形成的一種復(fù)合體，其基本原理為土與加筋材料之間存在著似摩擦作用，此摩擦作用限制了土的變形，從而提高了土體的抗剪強(qiáng)度。生態(tài)袋通過三維排水聯(lián)結(jié)扣連成一個整體，起到保護(hù)坡面的作用。結(jié)構(gòu)+植被的形式可替代重力式漿砌石擋土墻，懸臂(護(hù)壁)式擋土墻，同時還可以和傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相結(jié)合。如基礎(chǔ)采用鋼筋石籠結(jié)構(gòu)或漿砌石，墻體采用生態(tài)加筋擋土墻，或在剛性結(jié)構(gòu)的框格內(nèi)護(hù)砌生態(tài)邊坡。如果為非回填土的邊坡工程，其支擋結(jié)構(gòu)體系可采用傳統(tǒng)的方法，護(hù)面可采用本生態(tài)邊坡系統(tǒng)。

1.3 三維排水柔性生態(tài)邊坡的優(yōu)點

1)綠化環(huán)境。

三維排水柔性生態(tài)邊坡是在邊坡、擋土墻建設(shè)等領(lǐng)域采用軟體環(huán)保材料取代高能耗、高污染的鋼筋、水泥、石塊等硬體材料建造邊坡的工程系統(tǒng)。本工程站址地處新建成的大朗鎮(zhèn)生態(tài)園內(nèi)，采用三維排水柔性生態(tài)邊坡可以較好的還原原生態(tài)平衡，防止水土流失，綠化環(huán)境，與周邊生態(tài)園的環(huán)境協(xié)調(diào)。

2)減少土方外運(yùn)。

變電站站址一般位于山坡上，為了滿足電氣設(shè)備連接及對于站內(nèi)各建(構(gòu))筑物安全凈距的限制要求，站內(nèi)場地不能有太高的高差。變電站場地不僅需要大量的開挖以平出平臺，而且需要大面積回填，若采用三維排水柔性生態(tài)邊坡，則最大限度地用場地內(nèi)挖方，盡可能做到挖填平衡，減少外運(yùn)工程量，節(jié)約了工程投資。

3)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

三維排水柔性生態(tài)邊坡?lián)鯄哂休^好的柔性。

4)施工方便。

三維排水柔性生態(tài)邊坡在施工過程中無需建設(shè)大量的臨時措施，如搭建施工腳手架、修建材料運(yùn)輸平臺及墻體材料垂直運(yùn)輸?shù)却胧﹣肀Ｕ鲜┕ぃ斯ぜ由虾唵蔚难b卸工具就可施工。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

220 kV大朗變電站站址位于東莞市大朗鎮(zhèn)城區(qū)已建成的大朗生態(tài)園內(nèi)，緊鄰原220 kV大朗變電站東南側(cè)，為兩山丘之間的場地，山丘種植較茂密的荔枝樹，場地高程為17.00 m～37.00 m(1985年國家規(guī)程，下同)。

場地設(shè)計標(biāo)高擬定為24.50 m，根據(jù)場地地形情況分析，站址東北及南部需進(jìn)行大方量的挖方，開挖土方主要為坡積粉質(zhì)粘土和強(qiáng)風(fēng)化砂巖，強(qiáng)風(fēng)化砂巖中夾多量碎塊狀，開挖石方主要為中風(fēng)化砂巖。站址整平后站址西側(cè)將形成高約2.5 m的填方邊坡，站址北側(cè)、南側(cè)、東側(cè)將形成開挖邊坡，其中東北角開挖邊坡最高約26 m，坡體以強(qiáng)、中風(fēng)化砂巖為主站址，西南角開挖邊坡最高約8 m，坡體主要為中風(fēng)化砂巖，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)勘測資料，邊坡地層較簡單，主要由坡積粉質(zhì)粘土和強(qiáng)風(fēng)化砂巖組成。

2.2 巖土工程條件

站址地貌單元屬于丘陵及丘前平地，地形起伏較大，現(xiàn)主要為荔枝園。本次勘測揭露的第四系地層主要為人工素填土、洪坡積粉質(zhì)粘土、殘積粉質(zhì)粘土，下覆基巖為震旦系砂巖。

①素填土:青褐、灰黃色，組成物主要為粉質(zhì)粘土和中細(xì)砂，夾含強(qiáng)風(fēng)化砂巖碎塊，粘性差，干強(qiáng)度低，韌性極差，稍濕，松散，欠壓實，人工成因。

②粉質(zhì)粘土:棕褐、棕青色，主要為粉質(zhì)粘土，含多量中細(xì)砂，混少量的礫石，表層為松散的耕植土(0.5 m～0.8 m)，含較多的植物根系。干強(qiáng)度一般，粘性、韌性中等，切面稍有光澤，遇水不易軟化，稍濕，硬塑，洪坡積成因。

③粉質(zhì)粘土:棕青、棕黃色，主要為粉質(zhì)粘土，含粉細(xì)砂和礫石，干強(qiáng)度較好，粘性、韌性中等，切面有光澤，遇水不易軟化，稍濕，硬塑，殘積成因。該層主要分布于中、西部較平緩場地，水平方向連續(xù)性較好，揭露厚度0.90 m～4.90 m。

④1全風(fēng)化砂巖:紫褐、棕黃、青白色，原巖礦物除石英外全部被風(fēng)化破壞成粘土狀礦物，巖芯呈堅硬土柱狀，浸水易軟化、崩解，巖質(zhì)較軟。

④2強(qiáng)風(fēng)化砂巖:棕青、紫灰、黃褐色，主要物質(zhì)為石英、云母，泥質(zhì)或硅質(zhì)膠結(jié)，巖芯呈半巖半土狀、碎塊狀，塊徑2 cm～8 cm，局部夾少量中風(fēng)化砂巖，碎塊形狀不規(guī)則，節(jié)理、裂隙發(fā)育，敲擊聲發(fā)悶，巖質(zhì)較軟。

④3中風(fēng)化砂巖:棕青、棕灰、紫褐色，砂狀結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，主要成分為石英、云母等，泥質(zhì)、硅質(zhì)膠結(jié)，巖芯呈柱狀，柱長約7 cm～37 cm，少量為碎塊狀，塊徑一般為2 cm～8 cm。柱體節(jié)理、裂隙較發(fā)育，敲擊聲發(fā)悶，巖質(zhì)較軟，TCR=70%～95%，RQD=20%～65%。

2.3 邊坡支護(hù)方案

場地內(nèi)東北、東及東南部為丘陵，站址東北及東南部地勢較高，中、西部較平緩，地形起伏較大，場地標(biāo)高范圍在17.0 m～55.0 m間。場地設(shè)計標(biāo)高擬定為23.80 m，故站址的東北面和東南面為挖方區(qū)，將形成最高約27.0 m的邊坡，站址西面為填方區(qū)，填方邊坡最高約8.0 m。本工程挖填方邊坡支護(hù)方案擬采用擋土墻結(jié)合放坡的形式進(jìn)行支護(hù)。挖方坡率采用1∶1.25;填方坡率采用1∶1.75，站址東北側(cè)挖方坡腳設(shè)置凈高3.0 m的擋土墻，南側(cè)挖方坡腳設(shè)置凈高1.0 m的擋土墻，西側(cè)填方坡腳設(shè)置凈高2.0 m的擋土墻進(jìn)行支護(hù)，墻底設(shè)排水溝，中間設(shè)3 m寬馬道，具體做法詳見圖5。

圖5 邊坡支護(hù)方案坡面圖

坡面采用三維排水柔性生態(tài)邊坡體系對整個邊坡進(jìn)行護(hù)面、綠化和排水，既滿足了邊坡穩(wěn)定要求，也使邊坡和周邊生態(tài)園的環(huán)境協(xié)調(diào)。

3 結(jié)語

三維排水柔性生態(tài)邊坡解決了傳統(tǒng)邊坡?lián)鯄Σ灰拙G化、與基礎(chǔ)坡體相融性差、視覺疲憊、阻斷與大地之間的交流及生態(tài)平衡被破壞等缺點。實現(xiàn)了建造穩(wěn)定性永久綠色邊坡的目的，大大降低了維護(hù)費用。

［1］王振國.重力式擋墻加護(hù)坡的應(yīng)用［J］.路基工程，1992(2):90-91.

［2］李中國，張玉芳.高陡預(yù)應(yīng)力錨索框架在加固路塹邊坡中的應(yīng)用［J］.鐵道建筑，2005(5):53-55.

［3］吳繼明.漿砌石護(hù)坡技術(shù)在水利工程施工中的應(yīng)用［J］.工程實踐，2011(4):55-56.