綠色生態(tài)山體防護(hù)設(shè)計(jì)方案研究

齊慶祥， 郭麗蘋(píng)， 王崇偉

（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300074）

大連長(zhǎng)興島經(jīng)濟(jì)區(qū)位于遼東半島西側(cè)中部，恒力廠區(qū)東側(cè)山體防護(hù)工程位于長(zhǎng)興島經(jīng)濟(jì)區(qū)，該邊坡東臨濱海路，西側(cè)為恒力石化廠區(qū)。為奠定長(zhǎng)興島經(jīng)濟(jì)區(qū)全面開(kāi)發(fā)、全域發(fā)展的基礎(chǔ)，滿足恒力企業(yè)發(fā)展需求，保障恒力廠區(qū)、道路及其他園區(qū)地塊安全，研究邊坡治理方案，營(yíng)造良好的生態(tài)環(huán)境，勢(shì)在必行。

1 工程概況

恒力廠區(qū)東側(cè)山體防護(hù)工程為永久性邊坡，絕大多數(shù)屬于巖質(zhì)邊坡，少數(shù)為土質(zhì)邊坡，存在大量的超限邊坡，最大高度可達(dá)54.6 m，必須進(jìn)行邊坡安全防護(hù)；同時(shí)考慮到邊坡下方鐵路和化工場(chǎng)地的安全性和重要性，本區(qū)域邊坡均應(yīng)予以支護(hù)。邊坡支護(hù)施工完成后有效使用年限為50 a。

針對(duì)邊坡的變形特征及破壞模式，為有效控制病害的深層破壞，提高邊坡的穩(wěn)定性，盡量減少對(duì)自然環(huán)境的破壞，同時(shí)滿足邊坡動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的要求，擬采用預(yù)應(yīng)力錨索/全粘結(jié)錨桿+格構(gòu)梁+柔性防護(hù)網(wǎng)+客土噴播植草綠化的生態(tài)治理方案。

邊坡防護(hù)工程總長(zhǎng)5 289 m，支護(hù)面積201 502 m2，共分3段。見(jiàn)表1和圖1。

表1 各邊坡基本情況

圖1 山體防護(hù)工程位置

2 區(qū)域地貌和沿線地質(zhì)情況

2.1 地形地貌

各段工程邊坡地形地貌復(fù)雜。見(jiàn)表2。

表2 邊坡地形地貌情況

續(xù)表2

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

場(chǎng)地地形起伏較大，為構(gòu)造剝蝕丘陵區(qū)，最大高差超過(guò)100 m。工作區(qū)內(nèi)主要出露有青白口系橋頭組一段和二段的石英砂巖和板巖，地表有少量第四系松散層分布。

2.3 水文地質(zhì)

調(diào)查區(qū)內(nèi)無(wú)主要含水層位，有的僅是構(gòu)造裂隙水，受大氣降水影響，具有季節(jié)性變化，通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)孛窬{(diào)查，地下水位3.0～5.0 m，為貧水區(qū)。工作區(qū)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，開(kāi)山區(qū)開(kāi)采時(shí)標(biāo)高為7.3～40.0 m，地下水對(duì)礦山開(kāi)采不會(huì)產(chǎn)生不利影響，但應(yīng)注意雨季施工時(shí)，開(kāi)采石坑內(nèi)易集水。

2.4 廠區(qū)地震效應(yīng)

本地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40 s，地震基本烈度為7度[1]。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 邊坡形態(tài)

邊坡為山體爆破機(jī)械開(kāi)挖形成的人工巖質(zhì)或巖土質(zhì)邊坡。根據(jù)可計(jì)算巖體的基本質(zhì)量指標(biāo)，確定該邊坡巖體基本質(zhì)量級(jí)[2]，見(jiàn)表3。

表3 巖體質(zhì)量分級(jí)

邊坡頂部土地目前為林地，主要以松樹(shù)等喬木為主、夾雜低矮灌木和雜草。坡面土體或巖體基本直接裸露，坡面巖體以中風(fēng)化石英砂巖及強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖為主，兩者在各坡段以互層形式存在。巖體在受內(nèi)外應(yīng)力作用下，強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖節(jié)理裂隙發(fā)育，中風(fēng)化石英砂巖巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，局部坡段受地質(zhì)構(gòu)造影響嚴(yán)重，巖體呈碎裂狀或散體狀結(jié)構(gòu)（主要呈現(xiàn)于強(qiáng)風(fēng)化巖體）。見(jiàn)圖2。

圖2 部分邊坡現(xiàn)狀

3.2 穩(wěn)定性分析

該地塊地形地貌、地質(zhì)情況復(fù)雜。坡腳下為運(yùn)輸鐵路線，擬建項(xiàng)目，有石化西線、恒力石化等，破壞后果較嚴(yán)重，工程安全等級(jí)為一級(jí)[3]。平面滑動(dòng)法安全系數(shù)≮1.35，圓弧滑動(dòng)法安全系數(shù)≮1.30。

現(xiàn)狀坡體巖石受結(jié)垢面切割，節(jié)理裂隙發(fā)育，已有大面積滑塌發(fā)生，邊坡表面凹凸不平。在長(zhǎng)期風(fēng)化剝蝕、雨水沖刷、凍融、侵蝕及地震等不利因素影響下，坡體可能發(fā)生崩塌或沿土巖結(jié)合面發(fā)生滑移且現(xiàn)狀邊坡作為裸巖永久性邊坡不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求，是不穩(wěn)定邊坡[4]。

4 邊坡防護(hù)技術(shù)方案

在保證山體邊坡防護(hù)穩(wěn)定性的同時(shí)，考慮對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，采用預(yù)應(yīng)力錨索（全粘結(jié)錨桿）+格構(gòu)梁+客土噴播植草綠化相結(jié)合的聯(lián)合支護(hù)體系[5]。

4.1 預(yù)應(yīng)力錨索格構(gòu)

預(yù)應(yīng)力錨索格構(gòu)梁技術(shù)是一種采用抗拉強(qiáng)度高的柔性材料錨固于穩(wěn)定的巖土體內(nèi)，充分利用和提高巖土自身強(qiáng)度和自穩(wěn)能力來(lái)加固不穩(wěn)定巖土體的工程措施，適用于整體穩(wěn)定性差、前沿坡面需防護(hù)的疏散介質(zhì)邊坡治理，尤其適合進(jìn)一步削坡條件受限的邊坡治理工程。這種結(jié)構(gòu)形式可以較好地將高邊坡病害防治與坡面柔性防護(hù)有機(jī)的結(jié)合，既達(dá)到防治高邊坡病害的目的，又能美化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了自然和工程的和諧統(tǒng)一。

1）錨索長(zhǎng)度。邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.35（巖質(zhì)邊坡）/1.30（土質(zhì)邊坡），據(jù)此確定錨索長(zhǎng)度為10.0～20.0 m，其中錨固長(zhǎng)度5～8 m,自由段長(zhǎng)度5～12 m。錨索材料為15.2 mm高強(qiáng)度鋼絞線，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為1 320 MPa。

2）錨固角度為25°。

3）錨索間距。1號(hào)邊坡巖石錨索水平間距3.0 m，豎向間距為2.12～1.66 m，呈井字型布置，錨索以格構(gòu)相連，格構(gòu)平面為3.0 m×3.0 m的矩形；2號(hào)邊坡巖石錨索水平間距3.0 m，豎向間距為2.12～1.66 m，呈井字形布置，錨索以格構(gòu)相連，格構(gòu)平面約為3.0 m×3.0 m的矩形；土層錨索水平間距2.5 m，豎向間距為1.77～1.66 m，呈井字形布置，錨索以格構(gòu)相連，格構(gòu)平面為2.5 m×2.5 m的矩形；3號(hào)邊坡錨索水平間距3.0 m，豎向間距為2.12～1.6 6m，呈井字形布置，錨索以格構(gòu)相連，格構(gòu)平面為3.0 m×3.0 m的矩形。

4）錨索孔徑和直徑。錨索為4束15.24 mm高強(qiáng)度鋼絞線，錨孔直徑150 mm。砂漿強(qiáng)度為M30。

5）格構(gòu)梁。截面尺寸為300 mm×500 mm，每根梁內(nèi)配4根?22 mm主筋，箍筋為?8mm＠150 mm，保護(hù)層厚50 mm。高強(qiáng)土工格室是一種應(yīng)用較為廣泛、工程力學(xué)性能經(jīng)改進(jìn)后更佳的工程材料，具有造價(jià)低、施工簡(jiǎn)易、固土效果良好的特點(diǎn)。在格構(gòu)梁內(nèi)鋪設(shè)高度為400 mm的土工格室，再?lài)娚淇屯劣诟袷覂?nèi)，避免客土的沖刷流失和剝落，起到良好的固土作用。

4.2 格構(gòu)內(nèi)客土綠化

客土噴播山體生態(tài)復(fù)綠主要解決高邊坡坡面植物防護(hù)，不穩(wěn)定邊坡的生物防護(hù)，沿海氣候條件下邊坡生物防護(hù)等問(wèn)題；減少邊坡排水對(duì)柔性防護(hù)的破壞。

4.2.1 綠化植被原則

1）適地適“樹(shù)”，營(yíng)造自然群落景觀。

2）灌木為主、草本為輔，兼顧短期效果和長(zhǎng)期效果。

3）多年生為主、少年生和一年生為輔。

4）根系強(qiáng)大，植株低矮。

5）耐貧瘠，抗性強(qiáng)。

6）豆科和禾本科相結(jié)合，保證物種的多樣性。

7）價(jià)格適中，貨源充足。

4.2.2 植被選擇

利用植物四季的色彩及生長(zhǎng)變化，在3.0 m×3.0 m的格構(gòu)空間內(nèi)創(chuàng)造變化的景觀展示平臺(tái)，達(dá)到展示，提醒，觀賞等功效。

大部分常用的園林綠化植物都能夠在改良后的鹽堿量中等（0.2%～0.4%）的土地上生長(zhǎng)良好；所以，土地改良和養(yǎng)護(hù)管理對(duì)植物的耐鹽堿性具有重要的影響。植物的根系和材質(zhì)雖然是抗風(fēng)、耐風(fēng)的先決條件，但是疏于修剪和養(yǎng)護(hù)卻往往是樹(shù)木被吹倒的直接原因；因此無(wú)論是抗鹽堿，還是防臺(tái)風(fēng)，多層次的群落才能發(fā)揮最大的效用。

4.3 邊坡排水

坡頂作截水溝設(shè)計(jì)。

5 結(jié)論

在預(yù)應(yīng)力錨索格構(gòu)梁內(nèi)進(jìn)行植被防護(hù)，不但使坡面得到綠化，還可遮擋人工加固痕跡，與周?chē)h(huán)境相互協(xié)調(diào)。同時(shí)植被防護(hù)還有利于保護(hù)錨索格構(gòu)梁的長(zhǎng)期加固，坡面植被恢復(fù)后，可阻止水土流失，減少降水下滲，使格構(gòu)梁對(duì)坡面的預(yù)壓應(yīng)力始終保持，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架梁的耐久性較好，基本可以滿足50 a使用年限的要求。