巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析及生態(tài)防護設計

徐可

摘要 巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析及生態(tài)防護設計是巖石工程領域關注的重要問題。文章在分析邊坡的類型和失穩(wěn)機理的基礎上，梳理了常用的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析方法，即定性分析和定量分析方法；結合具體的工程案例，重點分析了巖質(zhì)邊坡錨桿框格梁和掛網(wǎng)客土噴播的防護形式；提出了一套生態(tài)防護設計方案，旨在提高巖質(zhì)邊坡的生態(tài)環(huán)境保護和防護能力。

關鍵詞 巖質(zhì)邊坡；穩(wěn)定性分析；錨桿框格梁；掛網(wǎng)客土噴播；生態(tài)防護設計

中圖分類號TU457文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）07-0063-04

0 引言

近些年，我國相繼在山區(qū)進行大量的交通道路工程和隧道工程的建設，在項目的勘察、設計和施工過程中，對邊坡穩(wěn)定性的分析和評估工作在預防地質(zhì)災害、保護基礎設施安全、節(jié)約施工成本、保護環(huán)境、指導土地規(guī)劃和土地利用方面發(fā)揮著不可或缺的作用[1]。邊坡穩(wěn)定性研究是一個多學科的領域，一般而言，邊坡穩(wěn)定性的分析首先是通過對邊坡地質(zhì)情況進行詳細調(diào)查和勘探，獲取當?shù)氐刭|(zhì)、地貌、地下水等信息，了解邊坡的物理特性和環(huán)境條件[2-3]。其次進行巖土力學試驗，利用數(shù)值方法對邊坡進行力學分析和穩(wěn)定性評估。最后通過邊坡監(jiān)測技術，如傾斜計、應變計、位移計等，實時監(jiān)測邊坡的變形和位移情況。如今也可以利用先進的遙感技術，如衛(wèi)星遙感、無人機影像等，獲取邊坡變形的空間分布信息[4]。

與此同時，我國正在大力建設基礎設施，在此背景下，工程建設和環(huán)境保護之間的矛盾也日益突出。因此，如何將生態(tài)防護和邊坡的穩(wěn)定性相結合，推廣植物固坡技術是現(xiàn)階段工程實施中重要的課題。研究人員正不斷地探索和實踐，致力于提高邊坡穩(wěn)定性評估和治理的準確性、可靠性，并符合可持續(xù)發(fā)展的要求。鑒于此，該文采用綜合的研究方法和措施，通過對巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析和生態(tài)防護設計，提高巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性和生態(tài)環(huán)境保護水平，為巖石工程建設和環(huán)境保護提供有益的參考。

1 邊坡的類型和失穩(wěn)機理

根據(jù)不同的研究目的和標準對巖質(zhì)邊坡類型的劃分不盡相同。常用的分類是將巖質(zhì)邊坡劃分為3種類型：順向坡（也稱順層坡）、反向坡（也稱橫層坡）、切向坡[5]。

1.1 順向坡

順向坡是指斜坡和巖層的傾向相同的斜坡，即傾斜方向和巖體的不連續(xù)面相同，即便兩者的傾斜角度不同都可以稱為順向坡。天然的順向坡一般會出現(xiàn)在背斜或向斜的一翼，特點為長且緩。

1.2 切向坡

切向坡是指巖層的傾斜角大于軟弱巖的殘余摩擦角，巖層的走向和邊坡的走向在大于10 °～60 °夾角的層狀巖質(zhì)邊坡。完整巖體和切向?qū)訝畹膸r性較好的情況下，巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性較好。巖質(zhì)邊坡的切向坡是指巖石層面與邊坡的坡面垂直或接近垂直的邊坡。

1.3 反向坡

反向坡是指巖層的傾向和坡向相反，且?guī)r層的走向和邊坡的走向夾角一般小于20 °的一類巖狀巖質(zhì)邊坡。巖質(zhì)邊坡的反向坡是指巖石層面與邊坡的坡面相反方向傾斜的邊坡。以上三種類型邊坡的主要失穩(wěn)機理如圖1所示。

為了評估和處理反向坡的失穩(wěn)問題，需要進行詳細的現(xiàn)場調(diào)查和工程地質(zhì)勘察，了解巖石的力學特性、構造特征和巖層的連續(xù)性。同時，需要綜合應用巖體力學、巖層滑動分析、數(shù)值模擬等方法，對邊坡的穩(wěn)定性進行評估，并采取相應的防治措施，如加固巖體、排水排土、改善邊坡幾何形狀等，以確保邊坡的安全穩(wěn)定。

2 巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析

巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析為邊坡的設計、施工提供了科學的地質(zhì)力學依據(jù)，也為支護方法的確定提供了有利的參考。根據(jù)研究方法的不同，可以將分析方法分為定性分析和定量分析。

2.1 定性分析方法

定性分析方法是在大量收集工程現(xiàn)場的地質(zhì)資料，全面考慮現(xiàn)場各種因素的基礎上，估計和預測邊坡的穩(wěn)定性，常用的方法包括工程地質(zhì)類比法和圖解法。

2.1.1 工程地質(zhì)類比法

工程地質(zhì)類比法通過與已知工程實例的對比，來評估邊坡的穩(wěn)定性，具體步驟如圖2所示。

工程地質(zhì)類比法是一種經(jīng)驗性的評價方法，其準確性和可靠性都取決于類比案例的選擇和對比的質(zhì)量。因此，在使用這種方法時，需要確保選擇的類似案例與目標邊坡具有相似的地質(zhì)條件和工程特征，并進行合理的對比和分析。此外，定性評價方法的結果需要進一步結合定量評價方法進行綜合分析，以得出較為準確的邊坡穩(wěn)定性評價結論[6]。

2.1.2 圖解法

圖解法是通過制作邊坡剖面圖，并在圖上標注巖體、裂隙、滑動面等信息，以直觀地描述和評估邊坡的穩(wěn)定性。具體步驟如圖3所示。

圖解法的優(yōu)勢在于直觀且易于理解，可以將邊坡的地質(zhì)和工程特征以圖形的方式清晰地展示出來，幫助工程師和專家快速了解邊坡情況。然而，圖解法的缺點是主觀性較強，結果受到個人經(jīng)驗和判斷的影響，因此需要結合其他定量評價方法進行綜合分析和判斷。

2.2 定量分析方法

巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價的定量分析方法是通過數(shù)值計算和模型進行分析，巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價的一些常用定量分析方法如表1所示。

定量分析方法相對于定性方法具有更高的準確性和可靠性，可以提供更詳細和精確的邊坡穩(wěn)定性評價結果。然而，定量分析方法需要較為豐富的數(shù)據(jù)和專業(yè)的工程知識，復雜邊坡需要耗費較多的時間和資源。因此，在實際應用中，定量分析方法常常與定性方法結合使用，以得出全面的邊坡穩(wěn)定性評價結論。

3 案例分析

該文結合徐州東部繞越高速公路3號標段邊坡防護的具體施工過程，對邊坡防護的具體措施進行深入分析。該標段的長度為7.68 km，在該標段內(nèi)韭山和遠山存在巖質(zhì)路塹邊坡，設計采用的是錨桿框格梁、掛網(wǎng)客土噴播的防護形式。

3.1 錨桿框格梁防護

錨桿框格梁包括2個關鍵部分：

（1）錨桿。錨桿是通過在邊坡中打孔，然后注入高強度的錨桿材料，以增加邊坡的抗滑和抗剪能力。錨桿的作用是通過錨固到巖體或土體內(nèi)部，承擔邊坡的自重和外荷載，并將荷載傳遞到更深的穩(wěn)定層。

（2）框格梁?？蚋窳菏怯蓹M向和縱向鋼筋組成的結構，在邊坡表面形成網(wǎng)格狀的剛性結構?？蚋窳嚎梢允褂娩摻罨炷粱蝾A應力混凝土制成，并通過與錨桿的連接形成一個整體?？蚋窳旱淖饔檬窃鰪娺吰碌恼w剛度和強度，分散荷載，并提供額外的支撐和抵抗滑動的能力。

錨桿框格梁防護的作用機理：通過錨桿的固定作用和框格梁的剛性支撐，提供邊坡所需的額外支撐和加固，將邊坡上的荷載分散到更大的范圍內(nèi)，減少邊坡的變形和沉降，提高邊坡的整體穩(wěn)定性。該項目錨桿框格梁結構的法向投影如圖4所示，橫梁結構如圖5所示。

框架工程量（長12延米）：HRB400鋼筋：915.77 kg；HPB300鋼筋：438.72 kg；框架C30混凝土：18.76 m3；每道踏步C30混凝土：2.7 m3。

施工過程中主要的注意事項：框格梁采用C30混凝土現(xiàn)澆，框格內(nèi)植生袋綠化。條形基礎和封頂沿縱向每四個框格（12 m）設置一道伸縮縫，縫寬2 cm，用瀝青木屑板填塞。錨桿施工時，錨孔位置取在框格梁的交點中心處。施工時，注意坡口處封邊及封頂應沿坡口線現(xiàn)澆，每隔90 m設置一道踏步，以利于養(yǎng)護維修。

3.2 掛網(wǎng)客土噴播

掛網(wǎng)客土噴播是一種常用的邊坡防護方法，它結合了掛網(wǎng)和客土噴播技術，可以有效地增強邊坡的穩(wěn)定性。其中，掛網(wǎng)是指在邊坡表面安裝鋼絲網(wǎng)或合成纖維網(wǎng)，形成一個網(wǎng)狀結構覆蓋在邊坡上。客土噴播是指將土壤和植被種子以噴吹或噴灑的方式施加到邊坡表面，形成一個土壤植被層。

掛網(wǎng)可以固定客土層并將荷載分散到更大的范圍內(nèi)，防止其被沖刷和侵蝕，從而減緩邊坡變形和破壞?？屯羾姴バ纬傻耐寥乐脖粚涌梢蕴峁┻m宜的生長環(huán)境，促進植被的生長和根系的發(fā)育，增加土壤的黏聚力和抗剪強度，減緩雨水和風力對邊坡表面的沖擊，保護邊坡表面免受直接侵蝕和氣候影響的作用。

3.3 生態(tài)防護設計

巖質(zhì)邊坡生態(tài)防護方法包括平面網(wǎng)固土法、土工格室固土法、植生袋法、客士噴播法等[7]。施工設計方法的選擇與項目的整體造價、地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境條件有關。目的是達到可以保護邊坡的生態(tài)環(huán)境，增強邊坡的穩(wěn)定性，同時實現(xiàn)環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的目標。具體的工藝流程如圖6所示。

3.3.1 基材選擇

基材是由草種、肥料、土壤改良劑、纖維等材料按一定比例調(diào)和而成的混合物。根據(jù)該項目的地質(zhì)情況和生態(tài)環(huán)境條件，基材的配置如表2所示。

3.3.2 草種的選擇

草種的選擇應該適應項目當?shù)氐臍夂驐l件，根系發(fā)達，具有較好的抗侵蝕能力，具有耐旱、耐貧瘠、美觀的特性。該項目按照以上的原則，選擇羽茅、狗尾草、黃花苜蓿、紫花苜蓿、金魚草、金魚藤的組合，取25 g/m2進行播種。噴涂的最佳時間為3—5月，其次為6—8月。

3.3.3 養(yǎng)護方案

由于巖質(zhì)邊坡具有一定的傾斜角度，在噴播覆土后，容易被雨水沖刷。對植物的養(yǎng)護也是保證施工質(zhì)量的重要部分，養(yǎng)護管理可以分為前期養(yǎng)護和后期養(yǎng)護。所以，前期的養(yǎng)護應該十分注意，一般前期的養(yǎng)護時間為50 d，采用高壓噴霧設備降水，以霧狀的形式均勻地噴灑至坡面上，注意控制噴頭的高度和移動速度；噴灑完成后用單層無紡布覆蓋坡面，防止暴風雨的直接沖刷。

后期的養(yǎng)護管理包括澆水、追肥、病蟲害的防治、除雜草等內(nèi)容。養(yǎng)護的主要計劃如表3所示。

4 總結

該文主要針對巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析和生態(tài)防護設計進行了研究。通過對巖質(zhì)邊坡的地質(zhì)特征和工程要求，梳理了邊坡穩(wěn)定性的評估和分析方法；結合具體的工程實際，分析了錨桿框格梁防護和掛網(wǎng)客土噴播方法的設計方案，闡述了生態(tài)防護設計方案。

總之，巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析是確保工程安全和生態(tài)環(huán)境保護的重要環(huán)節(jié)；數(shù)值模擬方法可以輔助評估邊坡的穩(wěn)定性狀況，并為設計提供科學依據(jù)；生態(tài)防護設計方案可以提高邊坡的抗沖刷和抗侵蝕能力，并促進生態(tài)環(huán)境的恢復和保護。在具體的工程設計和施工中，需要根據(jù)邊坡的地質(zhì)條件、荷載情況和工程要求等因素合理地選擇設計方案和施工措施，確保巖質(zhì)邊坡防護方案的科學性和可持續(xù)性。

參考文獻

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