高邊坡防護(hù)在土地復(fù)墾中的應(yīng)用

李 鈺 寇飛周 王 瑋 李 丹

（陜西華地勘察設(shè)計(jì)咨詢有限公司，陜西 西安 710000）

高邊坡防護(hù)在土地復(fù)墾中的應(yīng)用

李 鈺 寇飛周 王 瑋 李 丹

（陜西華地勘察設(shè)計(jì)咨詢有限公司，陜西 西安 710000）

影響高邊坡穩(wěn)定性的因素主要有削坡坡率、水文地質(zhì)條件、巖土體的結(jié)構(gòu)特征、礦物成分的含量等；根據(jù)邊坡所處的地形地貌、巖土體性狀等條件，采取的高邊坡防護(hù)措施包括生態(tài)措施和工程措施。其中，采用生態(tài)措施進(jìn)行高邊坡防護(hù)，可在短期內(nèi)完全覆蓋坡面，并且可以抑制邊坡的侵蝕發(fā)育，減少土壤流失量，在水土保持中發(fā)揮著顯著作用；根據(jù)邊坡土質(zhì)條件和復(fù)墾后地塊的用途，可適當(dāng)采用工程措施對(duì)高挖坡面進(jìn)行防護(hù)，防止邊坡坍塌，提高高邊坡的安全性和穩(wěn)定性。

高邊坡；削坡坡率；穩(wěn)定性；生態(tài)防護(hù)；工程防護(hù)

以《西安建業(yè)石料有限公司胡劉采石場(chǎng)土地復(fù)墾項(xiàng)目》和《高陵縣鹿苑鎮(zhèn)-通遠(yuǎn)鎮(zhèn)城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤調(diào)整后新拆舊區(qū)土地復(fù)墾項(xiàng)目》為例，探討露天采礦和燒磚造成的大量高挖邊坡的防護(hù)設(shè)計(jì)。

1 高邊坡成因

1.1 露天采礦形成

露天采礦是用一定的開采工藝，按一定的開采順序，剝離巖石，采出所需礦物的過(guò)程。采礦方式一般為水平臺(tái)階自上而下開采，從最高點(diǎn)至開采底面通常設(shè)多個(gè)臺(tái)階，臺(tái)階高度幾米到幾十米不等，形成高低不等的邊坡，如不采取必要的保護(hù)措施，邊坡坡面巖體將逐漸風(fēng)化破碎，造成一定的安全隱患［1］。如《西安建業(yè)石料有限公司胡劉采石場(chǎng)土地復(fù)墾項(xiàng)目》中的胡劉采石場(chǎng)，經(jīng)過(guò)幾年的采礦作業(yè)，開挖臺(tái)階的坡面上危石分布，坡頂分布有松散的碎石、土層，加之巖石坡面植被發(fā)育較差，邊坡穩(wěn)定較差，急需處理。

1.2 燒磚取土形成

《高陵縣鹿苑鎮(zhèn)-通遠(yuǎn)鎮(zhèn)城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤調(diào)整后新拆舊區(qū)土地復(fù)墾項(xiàng)目》中涉及8個(gè)建材廠，各建材廠均因常年取土燒磚，磚廠地勢(shì)較周邊區(qū)域有10～20 m的落差，坡度較陡，個(gè)別建材廠取土后出現(xiàn)直立坡面。在復(fù)墾過(guò)程中，從經(jīng)濟(jì)合理性考慮，在終采平臺(tái)高程對(duì)采土場(chǎng)進(jìn)行復(fù)墾，不可能將該地塊回填至與周邊區(qū)域齊平，復(fù)墾后地塊與周邊地塊仍有10～20 m的落差。邊坡較高，坡度較陡，對(duì)復(fù)墾后生產(chǎn)建設(shè)的安全造成威脅。

2 高邊坡穩(wěn)定性的影響因素及治理措施

無(wú)論是露天采礦形成的高邊坡還是燒磚取土形成的高邊坡，在項(xiàng)目復(fù)墾過(guò)程中，高邊坡的穩(wěn)定性是工程研究的重點(diǎn)，特別是復(fù)墾為耕地后，一定要確保邊坡的穩(wěn)定性。同時(shí)，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保重視程度的不斷增加，生態(tài)環(huán)境保護(hù)日益重要，復(fù)墾項(xiàng)目的高邊坡防護(hù)也應(yīng)遵循生態(tài)環(huán)保的原則，在設(shè)計(jì)及項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中應(yīng)重視保護(hù)項(xiàng)目區(qū)的生態(tài)環(huán)境，盡量保持項(xiàng)目區(qū)生態(tài)平衡。影響高邊坡穩(wěn)定性的因素主要有削坡坡度、水文地質(zhì)條件、巖土體的結(jié)構(gòu)特征、礦物成分的含量等；高邊坡的防護(hù)措施包括生態(tài)措施和工程措施兩方面［2］。

2.1 高邊坡穩(wěn)定性影響因素

2.1.1 適合削坡坡度。適合高邊坡的削坡坡度是指保證具體條件同時(shí)成立的情況下高邊坡的坡度。具體條件是指：①各項(xiàng)安全系數(shù)滿足規(guī)范要求；②削坡工程量要最?。虎蹪M足抗滑穩(wěn)定性要求［3］。

無(wú)論是《西安建業(yè)石料有限公司胡劉采石場(chǎng)土地復(fù)墾項(xiàng)目》胡劉采石場(chǎng)砂石開采形成的砂土混合體的高邊坡，還是《高陵縣鹿苑鎮(zhèn)-通遠(yuǎn)鎮(zhèn)城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤調(diào)整后新拆舊區(qū)土地復(fù)墾項(xiàng)目》中各建材廠燒磚取土形成的土質(zhì)高邊坡，均未達(dá)到適合削坡坡度，需采取一定的技術(shù)措施，保證其高邊坡的穩(wěn)定。

2.1.2 其他影響因素。影響高邊坡穩(wěn)定的其他影響因素包括項(xiàng)目區(qū)高邊坡的水文地質(zhì)條件、高邊坡巖土體的結(jié)構(gòu)特征及邊坡土（石）中礦物成分的含量等［4］。由于這幾項(xiàng)因素主要影響高邊坡土（石）體的強(qiáng)度，對(duì)高邊坡的穩(wěn)定性影響較大。

2.2 高邊坡防護(hù)

項(xiàng)目復(fù)墾后，為了保證邊坡下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及過(guò)往行人的安全，需要對(duì)原高邊坡進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)，邊坡防護(hù)一般采用生態(tài)防護(hù)與工程防護(hù)相結(jié)合的方式［5］。

2.2.1 生態(tài)防護(hù)。生態(tài)防護(hù)因在保護(hù)坡面的同時(shí)可以起到改善環(huán)境、提升景觀的效果，因而被越來(lái)越多地應(yīng)用于工程實(shí)踐中。常見的生態(tài)防護(hù)形式通常有以下幾種。

2.2.1.1 人工植草護(hù)坡。人工植草護(hù)坡是一種較為傳統(tǒng)的邊坡防護(hù)措施，通過(guò)人工撒播草種，在坡面形成草皮覆蓋以達(dá)到保護(hù)坡面的目的，適用于各類土質(zhì)邊坡、土石混合邊坡，施工簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉。但是，種草成活率較低，易造成坡面沖溝、表土流失等邊坡病害［6］。

2.2.1.2 網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡。網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡是目前廣泛應(yīng)用的一種生態(tài)護(hù)坡形式，尤其在道路工程中應(yīng)用極廣。網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡先以磚、石、現(xiàn)澆混凝土等剛性材料形成網(wǎng)格骨架，對(duì)邊坡形成剛性防護(hù)，防止邊坡失穩(wěn)破壞，然后再在網(wǎng)格中栽植相應(yīng)植物，形成對(duì)網(wǎng)格內(nèi)土體的防護(hù)，防止邊坡水土流失，最終形成網(wǎng)格與植物相輔相成的綜合護(hù)坡體系，既能保持邊坡穩(wěn)定，同時(shí)又能恢復(fù)邊坡生態(tài)，防止水土流失，保護(hù)環(huán)境。網(wǎng)格生態(tài)護(hù)坡形式投資較大，適用于大型工程，對(duì)于投資較小的復(fù)墾項(xiàng)目，經(jīng)濟(jì)性較差，不太適用［7］。

2.2.1.3 生態(tài)袋護(hù)坡。生態(tài)袋護(hù)坡是近年來(lái)新興的一種生態(tài)護(hù)坡形式，目前在河道水生態(tài)治理項(xiàng)目中得到了廣泛的應(yīng)用。生態(tài)袋護(hù)坡是通過(guò)植物在裝有營(yíng)養(yǎng)基的生態(tài)袋中生長(zhǎng)繁育形成坡面植物覆蓋的方式，達(dá)到護(hù)坡和修復(fù)環(huán)境的一種護(hù)坡技術(shù)［8］。有很好的水環(huán)境和潮濕環(huán)境的適用性，但由于植物生長(zhǎng)過(guò)于依賴生態(tài)袋中的營(yíng)養(yǎng)基，植被后期的生存條件受到限制，坡面防護(hù)的持續(xù)性較差。

2.2.1.4 平鋪草皮。平鋪草皮是一種傳統(tǒng)的邊坡植物防護(hù)措施。該護(hù)坡形式施工簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉且在短期內(nèi)即可成坪，達(dá)到邊坡防護(hù)的目的［9］。但由于草皮為非本地自然生長(zhǎng)，故本護(hù)坡形式前期的養(yǎng)護(hù)管理較為困難，且存在新鋪草皮易受各種自然災(zāi)害影響的缺點(diǎn)。

除了以上幾種邊坡生態(tài)防護(hù)措施外，比較常用的生態(tài)護(hù)坡形式還有土工格室植草護(hù)坡、土工網(wǎng)墊植草護(hù)坡等。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)工程特性、高邊坡特點(diǎn)和邊坡土質(zhì)條件，選擇技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)可行的坡面防護(hù)類型。本次《西安建業(yè)石料有限公司胡劉采石場(chǎng)土地復(fù)墾項(xiàng)目》設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到項(xiàng)目防護(hù)體為土石混合邊坡，且部分裸露田坎極易被侵蝕，在夏季雨水沖刷和冬季凍融破壞的作用下，坍塌現(xiàn)象較為嚴(yán)重，不僅影響田坎臨近區(qū)域耕地安全，同時(shí)坍塌的田坎占用耕地，影響正常的田地耕作［10］。從經(jīng)濟(jì)性及技術(shù)可行性考慮，該項(xiàng)目邊坡防護(hù)采用植草護(hù)坡形式，草種選擇當(dāng)?shù)匾咨L(zhǎng)的紫花苜蓿。

項(xiàng)目實(shí)施后，通過(guò)在田坎上種植草木，在田坎表面形成植被覆蓋，保水阻水，降低坡面水體流速，減小坡面沖刷；同時(shí)，在坡面下通過(guò)盤根錯(cuò)節(jié)的根系固持土壤，防止田坎發(fā)生滑塌。同時(shí)田坎上種草后，枝葉覆蓋，減少了立體蒸發(fā)，調(diào)節(jié)了局部溫度，改變農(nóng)田小氣候環(huán)境，利于作物生長(zhǎng)［11］。

2.2.2 工程防護(hù)。在土地復(fù)墾項(xiàng)目中，一般需要設(shè)置工程防護(hù)措施，最常用的形式為護(hù)面墻（重力式擋土墻）。雖然護(hù)面墻強(qiáng)度較高，效果較好，但由于護(hù)面墻石材用量較大，導(dǎo)致成本較高，且后期運(yùn)行過(guò)程中難以形成植物覆蓋，顏色單調(diào)，缺乏相應(yīng)景觀效果，不利于環(huán)境保護(hù)［12］。

3 邊坡穩(wěn)定計(jì)算理論

3.1 巖土體抗滑穩(wěn)定性計(jì)算原理

巖土體邊坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算一般采用極限平衡理論進(jìn)行。采用極限平衡法分析巖體和土地穩(wěn)定性時(shí)，首先應(yīng)假定一個(gè)破壞面，取破壞面內(nèi)的巖土體某一塊體作為研究對(duì)象，作用于巖土體中潛在破壞面上塊體沿破壞面的抗剪力和與該塊體沿破壞面的剪切力的比值，即為該塊體的穩(wěn)定系數(shù)。

3.2 巖土體邊坡參數(shù)的確定

巖土體的強(qiáng)度是邊坡穩(wěn)定性分析中最重要的一個(gè)指標(biāo)，要較準(zhǔn)確研究邊坡的穩(wěn)定性，必須要正確合理選用計(jì)算邊坡穩(wěn)定系數(shù)的一些參數(shù)。大量實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，試驗(yàn)條件、水文地質(zhì)條件、巖土體的結(jié)構(gòu)特征、礦物成分的含量、含水量大小和顆粒組成是影響巖土體強(qiáng)度的主要因素。

3.3 邊坡綜合坡率與穩(wěn)定安全系數(shù)的關(guān)系

在進(jìn)行邊坡開挖時(shí)，邊坡坡頂?shù)剿矫娴拇怪备叨群推马數(shù)狡碌姿骄嚯x的比值，為邊坡的綜合坡率。一般坡率與邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)成正比，開挖坡率下的安全系數(shù)稍小于綜合坡率下的安全系數(shù)［13］。

4 土地復(fù)墾高邊坡設(shè)計(jì)實(shí)例

《西安建業(yè)石料有限公司胡劉采石場(chǎng)土地復(fù)墾項(xiàng)目》采石場(chǎng)削坡后，邊坡為土石混合物，其穩(wěn)定性較差，單純做生態(tài)護(hù)坡難以保證其穩(wěn)定性；而且該采石場(chǎng)復(fù)墾為耕地，田坎和邊坡高度介于5.00～8.18 m，若長(zhǎng)期遭受雨水沖刷，可致坡體坍方、滑坡。為保證村民農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人身安全，本工程邊坡防護(hù)采用了生態(tài)護(hù)坡與工程防護(hù)措施相結(jié)合的形式，即在邊坡和田坎根部設(shè)置漿砌塊石重力擋土墻，邊坡和田坎上部采用生態(tài)護(hù)坡形式。

4.1 重力擋土墻截面形式選擇

重力擋土墻的形式有仰斜、垂直、俯斜、凸形折線式和衡重式。由于削坡坡面較陡，若采用仰斜式擋墻形式，擋墻高度會(huì)較高，斷面增大，增加項(xiàng)目投資，經(jīng)濟(jì)性較差。俯斜式墻身斷面較大，同時(shí)墻體后部土壓力較大，本項(xiàng)目不適用；凸形折線式上部俯斜、下部仰斜，墻身斷面較經(jīng)濟(jì)；衡重式擋墻形式在背部設(shè)有衡重臺(tái)，可增加墻體穩(wěn)定性。但是，俯斜式、凸形折線式、衡重式擋墻形式均需土體回填，由于該項(xiàng)目沒(méi)有多余土源，故均不適用于本項(xiàng)目。最終本次設(shè)計(jì)選用垂直式擋墻形式。

4.2 擋土墻穩(wěn)定計(jì)算

擋土墻穩(wěn)定計(jì)算采用理正巖土擋土墻設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算。依據(jù)典型斷面，合理選擇各物理參數(shù)，進(jìn)行主動(dòng)土壓力計(jì)算、抗滑穩(wěn)定計(jì)算、抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算、地基應(yīng)力及偏心距驗(yàn)算、基礎(chǔ)強(qiáng)度驗(yàn)算、墻底截面強(qiáng)度驗(yàn)算和法向應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算，通過(guò)驗(yàn)算結(jié)果，驗(yàn)證擋土墻的穩(wěn)定性。穩(wěn)定計(jì)算表明，本項(xiàng)目所采用擋墻形式各項(xiàng)參數(shù)合理，各項(xiàng)安全系數(shù)既能滿足規(guī)范規(guī)定的最小安全系數(shù)要求，又能保證合理的安全裕度，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)合理性與技術(shù)可行性的平衡［14］。

在土地復(fù)墾高邊坡治理中，采用生態(tài)防護(hù)進(jìn)行高邊坡防護(hù)，可在短期內(nèi)完全覆蓋坡面，并且可以抑制邊坡的侵蝕發(fā)育，減少土壤流失量，在水土保持中發(fā)揮著顯著作用；根據(jù)邊坡土質(zhì)條件和復(fù)墾后地塊的用途，可適當(dāng)采用工程措施對(duì)高挖坡面進(jìn)行防護(hù)，防止邊坡坍塌，提高高邊坡的安全性和穩(wěn)定性。

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