河北承德某高陡邊坡治理及植被恢復(fù)研究

何 照，張小剛，白玉珍，葛 陽(yáng)

（1.美麗華夏生態(tài)環(huán)境科技有限公司，北京100085；2.昆明理工大學(xué)，云南昆明650504）

在公路道路開挖及礦山開采過程中，土方挖掘普遍導(dǎo)致高陡邊坡的產(chǎn)生[1]。在一定的降水、地震等條件下，高陡邊坡容易發(fā)生崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。邊坡失穩(wěn)危害巨大，但高陡邊坡穩(wěn)定性預(yù)測(cè)—治理一直都是工程地質(zhì)難題[2]。近年來，高陡邊坡治理研究取得了很大進(jìn)展，以三峽上游庫(kù)區(qū)為例，多種預(yù)測(cè)方法相結(jié)合為邊坡穩(wěn)定性預(yù)測(cè)—治理提供了很好的參考[3]。本文以承德某路高陡邊坡為例，在前期工程勘察的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了漿砌石護(hù)坡及格構(gòu)護(hù)坡工程。

1 項(xiàng)目區(qū)概況

承德屬溫帶大陸性季風(fēng)型山地氣候，森林覆蓋率高。區(qū)內(nèi)降雨豐富，植物種類繁多。某高陡邊坡治理區(qū)位于承德市某區(qū)，距承德市區(qū)約10km。東南西北分別與雙橋區(qū)、承德縣、灤平縣、隆化縣交界。因境內(nèi)有雙塔山、灤河水而得名。

全區(qū)下轄3個(gè)街道、4個(gè)鎮(zhèn)和2個(gè)鄉(xiāng)，共計(jì)26個(gè)社區(qū)、63個(gè)行政村。行政區(qū)域總面積451.74km2。101國(guó)道自西向東貫穿、京承旅游公路、京承高速公路、承圍公路（承赤西線）途經(jīng)境內(nèi)。

2 邊坡地質(zhì)環(huán)境

2.1 地形特征

承德地區(qū)位于內(nèi)蒙古高原區(qū)、冀北山地區(qū)、松遼平原區(qū)交界處。西北“壩上”位于內(nèi)蒙古高原的邊緣；七老圖嶺、努魯兒虎和杜嶺山脈分布于東北部；承德地區(qū)西南、南部為燕山山脈。整體地形趨勢(shì)西北高、東南低。區(qū)內(nèi)以山地地貌為主、西北為壩上高原。區(qū)內(nèi)海拔在1400～1600m，相對(duì)高200m以下，地形平坦。山地由高到低依次為中山、低山、丘陵、臺(tái)地，海拔約114～2215m。

某高陡邊坡為構(gòu)造剝蝕丘陵區(qū)，斜坡坡長(zhǎng)約171.84m，坡高約15～20m?，F(xiàn)狀條件下坡體穩(wěn)定性差。沿該邊坡走向，地形有一定變化。根據(jù)邊坡體規(guī)模、特征，考慮治理后與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)問題，該邊坡可分為西、中、東三段。

（1）西段邊坡其自下而上分兩級(jí)邊坡一級(jí)平臺(tái)，其中一級(jí)邊坡高約8～9m，坡度約75°～79°。二級(jí)邊坡高約6～11m，坡度約70°～75°。

（2）中段分兩級(jí)邊坡一級(jí)平臺(tái)，一級(jí)邊坡高約8～9m，坡度約75°，坡度較陡，且為邊坡下部坡面。二級(jí)邊坡高約2～6m，坡度約66°

（3）東段邊坡高約5.5～8.0m，坡度約65°～70°，分一級(jí)邊坡。

2.2 地層巖性

受太平洋—華北板塊俯沖碰撞作用影響，區(qū)內(nèi)自侏羅紀(jì)以來形成了以礫巖、砂巖—粉砂巖為主的沉積巖系[4]。華北板塊邊緣零星分布前中生界海相—淺海相碳酸鹽沉積[5]。研究區(qū)內(nèi)出露的地層從老到新有：太古界、元古界、古生界、中生界、新生界。

2.2.1 太古界

遵化巖群（Ar3Z）：巖性主要為黑云斜長(zhǎng)變粒巖、斜長(zhǎng)角閃巖。

漢兒莊片麻巖套（Ar3Hgn）：巖性主要為斜長(zhǎng)片麻巖、角閃斜長(zhǎng)片麻巖。

張家口片麻巖套（Ar23Zgn）：巖性主要為鉀長(zhǎng)片麻巖、斜長(zhǎng)片麻巖及角閃斜長(zhǎng)片麻巖。

2.2.2 元古界

常州溝組（Chc）：巖性主要為一套河流相沉積的砂巖、砂礫巖、石英砂巖及頁(yè)巖。

串嶺溝組（Chch）：巖性主要為淺海潮間帶沉積的砂質(zhì)頁(yè)巖、粉砂質(zhì)頁(yè)巖。

團(tuán)山子組（Cht）：巖性主要為濱海相沉積的含鐵白云巖、粉砂質(zhì)泥晶白云巖及粉砂質(zhì)頁(yè)巖。

大紅峪組（Chd）：巖性主要為長(zhǎng)石石英砂巖。

高于莊組（Chg）：巖性主要為濱海潮浦相沉積的白云巖、砂巖及泥巖、灰質(zhì)白云巖。

2.2.3 中生界

（1）侏羅系。

土城子組（J2tch）：即后城組。巖性主要為河流相沉積的砂礫巖、礫巖及砂巖。呈北東向分布于雙塔山—陳柵子間。

張家口組（J2z）：本組以火山巖、火山碎屑巖為主，間有河流相碎屑巖沉積。巖性主要為流紋巖、流紋質(zhì)火山碎屑巖及安山巖。主要分布在雙灤區(qū)偏橋子?xùn)|南部。

（2）白堊系。大北溝組（K1d）：巖性主要為火山噴發(fā)的安山巖及砂頁(yè)巖、砂礫巖。

2.2.4 新生界

（1）Q3al+elo黃色含礫夾粘土、黃土。

（2）Q4pal+edl洪沖積物：砂、礫石層，含礫亞粘土、現(xiàn)代土壤。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

中生代、新生代以來，受西太平洋—特提斯構(gòu)造域共同影響，華北板塊邊緣地質(zhì)—構(gòu)造—成礦作用極其復(fù)雜，形成了獨(dú)居風(fēng)格的構(gòu)造—巖漿熱液系統(tǒng)。

研究區(qū)所處構(gòu)造單元為：中朝準(zhǔn)地臺(tái)、燕山臺(tái)隆—褶皺帶（Ⅱ級(jí)）中承德拱斷束（Ⅲ級(jí)）。Ⅳ級(jí)構(gòu)造子區(qū)：北部屬大廟穹斷束，中部屬灤平凹斷束，南緣屬平泉凹斷束。尚義—赤城—平泉深斷裂橫亙于本區(qū)中南部，對(duì)本區(qū)構(gòu)造格局起到了決定性作用。

研究區(qū)內(nèi)斷裂通過侏羅系地層分布區(qū)的陳柵子一帶，呈北東東向展布，最高層位可達(dá)上侏羅統(tǒng)，平面上呈蛇狀彎曲，斷面南傾，傾角40°～60°，南盤的長(zhǎng)城系向北逆沖甚至于逆覆于侏羅系之上，擠壓破碎帶寬可達(dá)200m，滑動(dòng)面發(fā)育，屬右行壓扭性質(zhì)。該斷裂為灤平凹斷束與平泉凹斷束分界線。受其影響，區(qū)內(nèi)北東向、近東西向斷裂構(gòu)造比較發(fā)育。

2.4 工程地質(zhì)

承德市區(qū)地殼相對(duì)穩(wěn)定，地震基本烈度為6度。區(qū)內(nèi)無活動(dòng)性斷裂通過，基底巖石地質(zhì)環(huán)境比較穩(wěn)定（趙云榮等，1996）。巖石的中等風(fēng)化層和微風(fēng)化層是建筑物的良好基礎(chǔ)持力層，但對(duì)地貌單元過渡地帶基巖頂面的突變性及基巖的破碎、蝕變等對(duì)工程基建有一定影響。地下水對(duì)混凝土無腐蝕性。研究區(qū)主要地層為：①層狀軟硬相間半堅(jiān)硬碎屑巖組；②碎裂狀堅(jiān)硬變質(zhì)巖組；③粘性土單層土體；④砂卵石、中細(xì)砂雙層土體。

2.5 水文地質(zhì)

承德市區(qū)主要為第四系松散孔隙潛水及基巖表層風(fēng)化裂隙潛水。第四系松散孔隙潛水主要賦存于武烈河沿岸及山間溝谷地段的第四系全新統(tǒng)地層下部砂礫石中。pH值為7.1～7.4?；鶐r表層風(fēng)化裂隙水主要賦存在山間溝谷的緩坡及基巖出露地段。區(qū)內(nèi)地下水主要靠大氣降水補(bǔ)給，主要以地下徑流方式排泄[6]。

2.5.1 地下水類型

研究區(qū)內(nèi)歸燕山山地水文地質(zhì)大區(qū)的興隆—平泉低山深谷裂隙巖溶水區(qū)、龍關(guān)—隆化中低山裂隙水區(qū)和赤城—半截塔中山裂隙水區(qū)。

本區(qū)基巖地下水劃分為兩個(gè)含水巖組，即基巖裂隙含水巖組和碳酸巖類含水巖組，其富水性與構(gòu)造或巖溶發(fā)育程度關(guān)系密切。片麻巖區(qū)泉流量達(dá)10.0L/s，水位埋深0.80～12m，多為HCO3-Ca型水。碳酸鹽類巖石巖溶和構(gòu)造裂隙發(fā)育，其富水性強(qiáng)，但不夠均一，最大泉流量可達(dá)2952L/s，水位埋深1.0～26m，水化學(xué)類型為HCO3-Ca·Mg型。

第四系松散巖類孔隙含水巖組分布于山地寬谷及盆地中，為本區(qū)地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)之重點(diǎn)。山間盆地、寬谷中含水層厚在6.92～20m之間，單井涌水量485.50m3/d。

2.5.2 地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄

地下水的主要補(bǔ)給來源于大氣降水。基巖裂隙含水層接受大氣降水的補(bǔ)給后，通常以側(cè)向滲流的形式補(bǔ)給鄰近溝谷的孔隙含水層，同時(shí)以泉的形式排泄。山間河谷孔隙含水層除直接大氣降水的補(bǔ)給外，還接受基巖裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給及上游地表水的徑流補(bǔ)給。

3 高陡邊坡基本特征

邊坡失穩(wěn)與邊坡坡角、降水量及邊坡工程地質(zhì)特征關(guān)系密切。利用GIS、強(qiáng)度折減法、多元信息監(jiān)測(cè)等高陡邊坡穩(wěn)定性分析也成為工程建設(shè)必不可少的部分[7]。護(hù)坡工程作為高陡邊坡治理的主要手段，在公路、礦山等地災(zāi)區(qū)應(yīng)用廣泛。除消除地質(zhì)災(zāi)害外，邊坡生態(tài)植被的恢復(fù)應(yīng)作為生態(tài)環(huán)境治理的重要標(biāo)準(zhǔn)。

鑒于承德地區(qū)特殊的地質(zhì)演化、氣候降雨條件，地質(zhì)災(zāi)害在區(qū)內(nèi)具有時(shí)間和空間上的耦合性特征。綜合地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估也成為區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)必不可少的內(nèi)容。某邊坡坡腳大于70°，邊坡巖石以礫巖、砂礫巖為主。受區(qū)域降水影響，發(fā)生邊坡失穩(wěn)可能性大。

4 護(hù)坡工程設(shè)計(jì)

根據(jù)邊坡特征，初步在該邊坡設(shè)計(jì)漿砌石護(hù)坡工程、格構(gòu)護(hù)坡工程、邊坡綠化工程。各工程結(jié)合邊坡地形地貌基本條件，充分考慮降雨等因素影響，在消除地質(zhì)災(zāi)害的同時(shí)，恢復(fù)坡面植被。實(shí)現(xiàn)坡面地災(zāi)治理與生態(tài)景觀恢復(fù)的雙重目標(biāo)。

4.1 漿砌石護(hù)坡工程

漿砌石護(hù)坡具有安全性能高、造價(jià)低廉的特點(diǎn)，在公路高陡邊坡治理中應(yīng)用廣泛[8]。某高陡邊坡一級(jí)平臺(tái)長(zhǎng)170余米，坡高達(dá)20m。該邊坡巖石組成以礫石為主，坡角大于70°。結(jié)合一級(jí)邊坡工程地質(zhì)特征，設(shè)計(jì)沿坡腳的漿砌石護(hù)坡工程。根據(jù)壩體溶蝕參數(shù)，設(shè)計(jì)漿砌石強(qiáng)度等級(jí)為MU30，水泥砂漿強(qiáng)度為M10。

4.2 格構(gòu)護(hù)坡工程

格構(gòu)護(hù)坡優(yōu)點(diǎn)明顯，如布置靈活、格構(gòu)平面多樣、坡面密貼、可隨坡就勢(shì)等。護(hù)坡工程實(shí)施后，框格內(nèi)可進(jìn)行培土、植草，達(dá)到邊坡加固和美化環(huán)境的雙重效果[9]。某邊坡巖層結(jié)構(gòu)松散，植被覆蓋率低。在二級(jí)邊坡設(shè)計(jì)格構(gòu)護(hù)坡能固定坡體穩(wěn)定性、提供植被綠化單元。

格構(gòu)護(hù)坡平面設(shè)計(jì)為正方形。橫、豎梁間距為3.0m×3.0m，柱肋分別平行于坡面傾向與走向，格構(gòu)斷面設(shè)計(jì)為矩形，寬×高一般為0.2m×0.4m；澆筑格構(gòu)的砼強(qiáng)度等級(jí)為C25，格構(gòu)鋼筋籠主筋配置規(guī)格為4?14mm，箍筋配置規(guī)格為?8mm@200，砼保護(hù)層厚度不小于25mm（如圖1所示）。上下兩級(jí)坡面的護(hù)坡格構(gòu)四周以圈梁相連，橫、豎梁交叉處設(shè)計(jì)一深3m的錨桿，錨桿傾斜20°打入基巖，增加整體穩(wěn)定性。頂部設(shè)冠梁壓頂，底部設(shè)底梁支撐，格構(gòu)每隔15m設(shè)置一條縱向伸縮縫，縫寬50mm，縫內(nèi)充填柔性防水材料。

4.3 邊坡綠化工程

圖1 格構(gòu)梁設(shè)計(jì)平面圖

邊坡綠化是高陡邊坡生態(tài)修復(fù)的重要手段。植物的選擇應(yīng)以具有良好的水土保持功能的鄉(xiāng)土植物為主，適當(dāng)選用經(jīng)過長(zhǎng)期適應(yīng)馴化已野生化的外來物種。

高邊坡生態(tài)修復(fù)能夠有效改善裸露坡面，恢復(fù)植被生態(tài)系統(tǒng)，減少水土流失的功能。鑒于研究區(qū)地形陡峭、坡度高、坡角大，植被立地條件一般，保水保肥能力差、存在崩塌或浮石，危石的邊坡特點(diǎn)，生態(tài)修復(fù)難度大。除選擇合適本土植物生長(zhǎng)的土壤，還應(yīng)對(duì)植物物種搭配進(jìn)行合理的選擇。

對(duì)坡面平臺(tái)進(jìn)行平整處理，其外側(cè)靠?jī)?nèi)5cm處漿砌3排標(biāo)準(zhǔn)水泥磚，水泥磚內(nèi)側(cè)進(jìn)行客土回填，回填后平臺(tái)栽植灌木，土面按25g/hm2播種草籽。該邊坡平臺(tái)整治面積約180.16m2。其平臺(tái)綠化見圖2。

圖2 邊坡綠化示意圖

5 結(jié)論

（1）高陡邊坡治理應(yīng)因地制宜，充分考慮影響邊坡穩(wěn)定的各種因素。工程設(shè)計(jì)宜結(jié)合工程地質(zhì)、水文地質(zhì)特征進(jìn)行。

（2）邊坡綠化有利于恢復(fù)治理區(qū)生態(tài)環(huán)境，抗逆性強(qiáng)的鄉(xiāng)土植物對(duì)生態(tài)廊道恢復(fù)意義重大。