河池市過境公路邊坡穩(wěn)定性及生態(tài)加固技術(shù)研究

中圖分類號： 文獻標識碼：ADOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.01.006

文章編號：1673-4874（2025）01-0019-05

0 引言

在公路修建過程中，開挖會對邊坡巖土體固有穩(wěn)定性造成影響，在降雨、人力等作用下極易因邊坡失穩(wěn)而產(chǎn)生滑坡，破壞道路設(shè)施和原有生態(tài)。因此，諸多學者對邊坡穩(wěn)定性進行分析，并對巖石邊坡進行綠色生態(tài)加固，既加固了邊坡又實現(xiàn)公路兩旁開挖邊坡的生態(tài)修復和景觀的美化。

在邊坡穩(wěn)定性分析方面，周仁1采用有限元數(shù)值模擬的方法分析了不同支護方式對高填方邊坡整體穩(wěn)定性的影響。王振華等[2]基于強度折減理論，分析了不同壓實度下填方邊坡的穩(wěn)定性，建立了演示土體本構(gòu)關(guān)系模型。楊興3進行了基于確定性和概率分析的高路塹邊坡穩(wěn)定性研究，確定性分析結(jié)果顯示，在每一級斜坡上都設(shè)置排水溝，可以永久地降低地下水位，從而降低破壞風險；概率分析結(jié)果顯示，在地質(zhì)條件不確定的情況下，通過對邊坡進行合理的設(shè)計，并調(diào)節(jié)地下水位，可以進一步提高邊坡的穩(wěn)定性。李世明等4采用極限平衡法分析了錨桿長度、傾角、間距等設(shè)計參數(shù)對邊坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律。馮威雄采用Geo一studio軟件模擬分析了云南昭通市某高速公路高陡邊坡在降雨強度和降雨類型作用下的穩(wěn)定性和孔隙水壓變化。

在邊坡綠色生態(tài)加固方面，樊劍峰[對植被混凝土技術(shù)在高陡巖石邊坡上的應用進行了概述。杜文志等[]對道路邊坡植被恢復關(guān)鍵技術(shù)、植被恢復工程應用及植被修復效果的影響因素三方面在道路邊坡修復中的進展進行詳細的綜述。羅秋林針對廣西高速公路巖質(zhì)邊坡植被成活率低的問題，采用CBS植被混凝土生態(tài)修復技術(shù)提升邊坡的綠色生態(tài)系修復能力。

巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復困難，主要表現(xiàn)在施工和成本控制、坡面穩(wěn)定性較差、土壤條件不良、后期養(yǎng)護成本高等問題。因此，本文在對廣西河池市過境公路某路段兩側(cè)巖質(zhì)路塹邊坡進行穩(wěn)定性分析后，根據(jù)坡面情況提出采用支護型植生混凝土加固技術(shù)，用以提高邊坡穩(wěn)定性并有效實現(xiàn)植被生態(tài)修復的功能。研究成果可為類似巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性提升和綠色生態(tài)修復工程提供參考。

1工程概況

1.1試驗段基本情況

工程邊坡位于河池市過境公路 17+220-17+480 段，長度為260m。地質(zhì)為中風化灰?guī)r，右幅開挖最大頂標高為 ，坡腳標高為 ，深度為34.866m，4級邊坡。左幅 級邊坡（邊坡坡率均為1：1） 原設(shè)計防護形式為主動防護網(wǎng) + 藤蔓；右幅 級邊坡（邊坡坡率均為 1：1.25） 原防護形式為錨桿格梁 + 植生袋。

為加快邊坡防護植被生長速度、增加生態(tài)修復效果，根據(jù)地質(zhì)報告并結(jié)合邊坡現(xiàn)狀，擬采用支護型植生水泥土護坡替代原設(shè)計的錨桿 + 植生袋、主動防護網(wǎng) + 滕蔓兩種防護形式。左幅 級邊坡防護形式變更為支護型植生水泥土護坡（A型，單獨應用）；右幅 級邊坡防護形式變更為支護型植生水泥土護坡（B型，與系統(tǒng)錨桿組合應用）。支護型植生水泥土護坡是通過焊接鋼筋網(wǎng)片、高性能植生水泥土基材、植物根系協(xié)同作用，具有一定支護功能的新型護坡形式。

1.2 區(qū)域氣候條件

廣西河池市屬于亞熱帶季風氣候區(qū)。該地區(qū)氣候宜人、光照充足、雨量充沛。年平均日照時數(shù) 1696.9h 年平均氣溫為19 。

1.3地形地貌及地質(zhì)條件

工程區(qū)地形特點為南北高、中部低，自西向東傾斜，整體上屬于半山半丘陵地區(qū)。該地區(qū)的地貌類型主要包括中山、低山、丘陵、臺地和平原。中山和低山面積占總面積的 27.47% ，丘陵面積占 58.80% ，臺地面積占3.53% ，平原面積占 10.20% 。工程區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復雜，以喀斯特地貌為主，這是由于石灰?guī)r廣泛分布并受到風化和水流的長期作用形成的。工程區(qū)內(nèi)的巖溶地貌景觀發(fā)育充分，包括典型的溶洞、地下河、孤峰殘丘、巖溶丘陵等。

2模型的建立

2.1模型參數(shù)選擇及模型的建立

分別建立左幅和右幅兩側(cè)邊坡的典型剖面模型，根據(jù)現(xiàn)場和室內(nèi)試驗，得到基巖邊坡中風化灰?guī)r的物理力學參數(shù)見表1。

采用Geo一studio軟件對兩側(cè)邊坡建立二維模型（圖1），左幅為2級邊坡，其邊坡坡率均為 1：1 ，右幅為3級坡，邊坡坡率為 1：1.25 。網(wǎng)格大小為1 ，得到兩側(cè)邊坡節(jié)點個數(shù)分別為1060和1365，單元個數(shù)分別為990和 1284 。根據(jù)《滑坡防治工程勘察規(guī)范》（GB/T32864一2016）9穩(wěn)定性系數(shù)計算，將邊坡穩(wěn)定狀態(tài)分為不穩(wěn)定（ 、欠穩(wěn)定 1.00≤F_s＜1.05"、基本穩(wěn)定（1. 05≤F_s＜1.15）和穩(wěn)定（F_s≥1.15）四種。

2.2 模擬方案

本次模擬考慮邊坡在天然工況、飽和工況、暴雨工況下邊坡的整體穩(wěn)定性。其中，暴雨工況的降雨類型為平均型，降雨時長為3d，即從第1d開始到第3d結(jié)束，暴雨工況持續(xù)進行，其降雨強度設(shè)置為0. 考慮降雨條件下邊坡臺階處孔隙水壓的變化，在進行降雨工況模擬時，分邊在兩側(cè)邊坡的坡頂、坡底和臺階處等地點下方1.0m處設(shè)定監(jiān)測點，以判斷降雨對邊坡臨空面的影響。

3孔隙水壓及穩(wěn)定性分析

3.1 孔隙水壓變化

圖2為兩側(cè)邊坡暴雨工況下測點處孔隙水壓隨降雨時長的變化過程。從圖2中可以看出，兩側(cè)的孔隙水壓力隨著降雨時長的增加而逐漸提升，說明邊坡上部土體在降雨的作用下水分逐漸滲入。左幅邊坡的三處測點孔隙水壓接近，在暴雨工況下沒有多大區(qū)分，這是因為左側(cè)坡面較陡（45°），降雨形成的水流被大量排走而只有部分水分在坡面進行入滲。右幅邊坡各測點的孔隙水壓區(qū)分度明顯大于左幅邊坡，這是因為右幅邊坡坡面坡度較小，降雨形成的水流相較左幅大，進而導致坡面孔隙水壓發(fā)生較大變化。

3.2穩(wěn)定性變化

采用極限平衡法計算邊坡穩(wěn)定性，設(shè)定滑移方向為從左往右，滑移面采用網(wǎng)格半徑的方法確定。通過設(shè)置密集網(wǎng)格，提供精細的應力分布和潛在滑移面識別，更加可靠地確定滑移面及其安全系數(shù)。

如圖3所示為兩側(cè)邊坡在不同情況下的安全系數(shù)及滑弧分布情況。從圖3可以看出，由于左幅邊坡坡比較大，坡面相對較陡，在天然工況下最小安全系數(shù)為1.235，而右幅邊坡坡比較小，坡面較緩，其天然工況下的最小安全系數(shù)為1.462。

在飽和工況下，左右幅邊坡最小安全系數(shù)均較大幅度下降，左幅邊坡最小安全系數(shù)下降至1.176，且在所有有效滑弧中，安全系數(shù)在1.377～1.477的滑弧占比增加，邊坡整體穩(wěn)定性降低。右幅邊坡最小安全系數(shù)下降至1.275，且在所有有效滑弧中，安全系數(shù)在1.475～1.5757的滑弧占比增加，邊坡整體穩(wěn)定性降低。但左右幅邊坡在飽和工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

在暴雨工況下，左幅邊坡最小安全系數(shù)相較右幅邊坡下降較大，相較于天然工況下的邊坡安全系數(shù)，左幅邊坡最小安全系數(shù)由1.235下降至1.187，右幅邊坡最小安全系數(shù)由1.462下降至1.458，說明較緩的坡面可有效提升邊坡的整體穩(wěn)定性。

如圖4所示為兩側(cè)邊坡在暴雨工況下安全系數(shù)隨降雨時長的變化情況。左幅邊坡安全系數(shù)下降明顯，在降雨前2d下降最大，到第3d時下降較少，而右幅邊坡安全系數(shù)略微降低。

3.3飽和前后邊坡穩(wěn)定性

左右兩側(cè)邊坡在飽和前后的安全系數(shù)如圖5所示。飽和后的邊坡土體整體的穩(wěn)定性降低，右幅邊坡安全系數(shù)由1.462下降至1.275，邊坡仍處于穩(wěn)定狀態(tài)。而左幅邊坡安全系數(shù)由1.235下降至1.176，邊坡由穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)榛痉€(wěn)定狀態(tài)，因此有必要對左幅邊坡進行加固。

通過以上分析可知，兩側(cè)邊坡在暴雨工況和飽和工況下，右幅邊坡可保持穩(wěn)定狀態(tài)，右幅邊坡坡度較緩且進行分級，使得邊坡整體的穩(wěn)定性更好，在分級臺階處安全系數(shù)最大。而左幅邊坡可承受一定時長的降雨，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，一旦整個邊坡土體達到飽和工況，邊坡的整體穩(wěn)定性減弱，邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，需要進一步加固。

4邊坡生態(tài)加固技術(shù)

基于以上數(shù)值分析以及公路邊坡綠化的要求，本文提出一種支護型的植被混凝土加固技術(shù)，使得邊坡在保持穩(wěn)定的狀態(tài)下同時滿足生態(tài)化的需求。

4.1護坡設(shè)計

鋼筋網(wǎng)片采用E形焊接鋼筋網(wǎng)，鋼筋規(guī)格采用 mm光圓鋼筋，網(wǎng)目15 c m× 15cm。鐵絲網(wǎng)采用 鍍鋅鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)目6 ?？够^筋采用 f16帶肋鋼筋，布置間距為 型或 （B型）。坡面噴12cm厚高性能植生水泥土，包裹鋼筋網(wǎng)片和鐵絲網(wǎng)，其中基層厚 10c m ，面層（含有混合植物種子）厚2cm。高性能植生水泥土基材配合比見表2，混合植物種子配合比見表3。

4.2 施工技術(shù)

清理修整坡面大的塊石和松散石塊，然后安裝抗滑錨筋。灌漿前應用高壓風清孔；錨筋使用前應進行校直、除銹、除油處理。漿液采用水泥凈漿，漿液灌注后進行鋼筋植入，植入深度≥80cm，植入后鋼筋穩(wěn)定、牢固后方可進行下一道工序施工。待抗滑錨筋安裝后，進行鋼筋網(wǎng)片以及鐵絲網(wǎng)的鋪設(shè)。

接著進行高性能植生水泥土的鋪設(shè)，植生水泥土由壤土、水泥、有機物料、混合纖維、生態(tài)改良劑和肥料混合組成，各組分材料的選擇要求如下：

（1）壤土需風干粉碎過篩，壤中砂粒含量 5% ，最大粒徑應 ，含水量 ≤20% ；（2）采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥；（3）選用秸稈、谷殼、鋸末、木屑中的一種或多種，宜粉碎、篩分、干燥處理后使用，嚴禁使用發(fā)酵不完全的有機物料；（4）選用椰殼纖維、木素纖維、海泡石纖維中的一種或多種，摻配聚丙烯纖維；（5）采用三峽大學潤智生態(tài)科技研究院提供的生態(tài)改良劑；（6）有機肥為緩釋復合肥和粉末狀、干燥的有機肥。公路兩側(cè)支護型植生水泥土護坡方式見圖6，抗滑錨筋及掛網(wǎng)布置方式見圖7。

4.3邊坡穩(wěn)定性分析

為驗證以上生態(tài)加固技術(shù)對于左幅邊坡的加固效果，將支護型植被混凝土技術(shù)進行簡化，驗證在左幅邊坡第二個臺階的上下坡面進行錨桿加固對邊坡穩(wěn)定性的影響。錨桿沿著上下坡面的走向和傾向均按照1 5m× 1.5m布置，錨桿平均錨入長度為4.0m，平均黏結(jié)長度和直徑分別為2.8m和0.5m，抗拔安全系數(shù)為1。對上下坡面的首末兩只錨桿進行加長處理。

左幅邊坡土體在完全飽和情況下加固前后的安全系數(shù)和有效滑弧分布如圖8所示。由圖8可知，未經(jīng)加固的左幅邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，且危險滑弧集中于兩段坡體內(nèi)部。經(jīng)過錨桿加固后的邊坡，總的滑弧區(qū)域沒有明顯變化，但安全系數(shù)得到提升，邊坡在完全飽和的情況下仍處于穩(wěn)定狀態(tài)，且危險滑弧面積減小，在錨桿加固區(qū)域安全系數(shù)較高，可以保證邊坡的整體穩(wěn)定性?？梢姴捎缅^桿加固后的邊坡穩(wěn)定性有較明顯提升。再通過表面植被混凝土加固方法，可使降雨雨水得到分流和減少雨水入滲，左幅坡面會更加穩(wěn)定。

5 結(jié)語

本文以廣西河池市過境公路某路段兩側(cè)巖質(zhì)路塹邊坡為背景，采用數(shù)值模擬的方法，對邊坡在天然、飽和、暴雨等工況下的穩(wěn)定性進行分析，并根據(jù)邊坡現(xiàn)狀提出一種支護型植被混凝土加固技術(shù)，得出結(jié)論如下：

（1）隨著降雨的持續(xù)發(fā)生，兩側(cè)邊坡在各平臺處的孔隙水壓有所差異，這主要是兩側(cè)邊坡坡度差異引起的。左幅坡面坡面較陡（45°），暴雨形成的水流不易聚集，導致入滲量小，各級臺階的孔隙水壓變化不大。右幅邊坡坡面較緩，暴雨形成的水流更易聚集，在各級臺階處的孔隙水壓逐漸提升。

（2）坡比越大邊坡整體穩(wěn)定性越高。左幅邊坡坡比為1：1，其在降雨和完全飽和的情況下，安全系數(shù)由天然工況下的1.235分別下降至1.187和1.176；右幅坡比較大，為1：1.25，坡面較緩，相較左幅邊坡，其安全系數(shù)較高且整體穩(wěn)定性較好，在降雨和完全飽和的情況下，安全系數(shù)由天然工況下的1.462分別下降至1.458和1.275。但左右幅邊坡均處于穩(wěn)定狀態(tài)。

（3）本文將物理加固和生態(tài)護坡結(jié)合，提出支護型植生混凝土加固技術(shù)。采用抗滑錨筋加生態(tài)基材的方式既提升邊坡的整體穩(wěn)定性，又實現(xiàn)植被的生態(tài)恢復。通過對左幅邊坡進行錨桿加固后的穩(wěn)定性驗算可知，左幅邊坡的整體穩(wěn)定性得到提升，在飽和工況下邊坡由基本穩(wěn)定轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)，再通過表面的植被混凝土處理，可起到良好的降雨分流和吸水效果，保證邊坡的長期穩(wěn)定。

參考文獻

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