不同生態(tài)技術(shù)防護(hù)方案邊坡的穩(wěn)定性研究

武秀文 王 璐

青島黃海學(xué)院 山東 青島 266427

邊坡生態(tài)防護(hù)是指采用植物方式將土木工程與周圍的自然環(huán)境進(jìn)行結(jié)合，達(dá)到固坡效果是上世紀(jì)60年代，由西方國家首次應(yīng)用于高速公路，并在日后的使用推廣過程中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合各地區(qū)不同的自然情況進(jìn)行內(nèi)容的補(bǔ)充，目前已經(jīng)是一套成熟的邊坡防護(hù)體系，我國第1條應(yīng)用該型邊坡防護(hù)技術(shù)的公路始于上世紀(jì)90年代中期建設(shè)的云南省高速公路[1]。為我國在公路綠化技術(shù)方面的探索和研究貢獻(xiàn)了大量的經(jīng)驗(yàn)，尤其是對于公路邊坡噴播技術(shù)的宣傳推廣提供了巨大的助力。在那之后類似的綠化工程在我國[2]。如雨后春筍，在全國各地區(qū)都有廣泛應(yīng)用，近幾年我國不斷投入的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，使得公路綠化技術(shù)的使用場景和工作范圍，又有了更大的進(jìn)步，噴播技術(shù)在公路綠化中也得到了更加廣泛和成熟的應(yīng)用，在一些寒冷地區(qū)，過去由于積雪或特殊土壤條件所造成的種植困難，問題也得到了很好的解決。

1.邊坡生態(tài)防護(hù)的原理

邊坡穩(wěn)定是工程中的一個(gè)重要因素，邊坡的穩(wěn)定決定了整個(gè)路基的穩(wěn)定性，決定了道路的安全性，作為各大土木院校必學(xué)的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)和必須掌握的一個(gè)重點(diǎn)難點(diǎn)，同時(shí)也是進(jìn)行路基路面課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)所要必須做的一個(gè)課題，就這一個(gè)邊坡穩(wěn)定性分析不知道難倒了多少同學(xué)，因?yàn)樗粌H要求你有計(jì)算能力，還需要CAD作圖能力，還有對實(shí)際項(xiàng)目的分析能力，以及EXCEL編程能力，可以說本設(shè)計(jì)課題可以全方位對學(xué)生的一次考察，也是對全方面能力的一次鍛煉，不要因?yàn)殡y就不去做，不去思考，聽天由命。植物在生長過程中會(huì)產(chǎn)生龐大的根系，這些根系會(huì)穿過坡體表層的土壤，潮更深處的巖土層蔓延，起到錨固作用，由于植物生長所需，在土壤之中，根系發(fā)育錯(cuò)綜復(fù)雜，延伸范圍極廣。淺層草根也可以作為帶有一定寓意力效果的三維加筋材料，可以強(qiáng)化土體強(qiáng)度。植被能降低坡體，土壤的中間空隙是土壤流失，情況得到緩解，與圬工技術(shù)結(jié)合能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)圬工防護(hù)和植物防護(hù)的優(yōu)點(diǎn)[3]。

2.邊坡生態(tài)防護(hù)施工辦法

目前在國內(nèi)為了適應(yīng)不同省份的地質(zhì)條件情況會(huì)采用的，邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)有很多種羅列，主要類型包括濕法噴播，三維網(wǎng)植草，客土噴波和噴混植土。

2.1 濕法噴播

該方法將水作為主要載體進(jìn)行植被的種植，將配置好的肥料種子，土壤穩(wěn)定劑覆蓋，料與水分進(jìn)行充分的混合，采用高壓噴槍對工作面進(jìn)行均勻噴灑，使其能夠落到土壤表面，噴灑后混合物中的土壤穩(wěn)定劑和覆蓋料可以快速的讓混合物與土壤之間形成膜狀結(jié)構(gòu)，防止種子在重力作用下被沖刷，較短時(shí)間內(nèi)確保植株能夠附著在工作面上，經(jīng)過植物生長，在其根系發(fā)育的情況下，使得土體被強(qiáng)化，達(dá)到穩(wěn)固公路邊坡和綠化的目的。該技術(shù)對于施工區(qū)域的環(huán)境適應(yīng)力較好，在我國無論是西北地區(qū)，華北地區(qū)還是西南地區(qū)都有采用該工藝的施工項(xiàng)目，即使是在西藏海南島這種自然條件較為特殊的區(qū)域，采用該方式也能夠得到較為穩(wěn)定的施工完成狀態(tài)。

而且其主要的施工準(zhǔn)備以及施工工藝較為簡單，只需要經(jīng)過前期準(zhǔn)備、噴播、鋪蓋無紡布和后期養(yǎng)護(hù)4部分即可完成。

但是在施工組織過程中，工程管理人員和作業(yè)人員還是要對該方法的特點(diǎn)進(jìn)行摸索，首先該方式比較適合在土體坡度小于1:0.5，土夾石邊坡或風(fēng)化巖石上進(jìn)行[4]。

在實(shí)際使用過程中，該方法與公路工程齊擦邊坡防護(hù)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，可以在短時(shí)間內(nèi)形成較為穩(wěn)定且長效的穩(wěn)定性，而且公路工程中存在大量的移土過程，進(jìn)行植物覆蓋也能夠較好的改善施工作業(yè)面所在的區(qū)域環(huán)境，恢復(fù)施工區(qū)域的生態(tài)環(huán)境。

2.2 三維網(wǎng)植草

我國在公路，鐵路，水利等工程中都廣泛采用了三維植被網(wǎng)植草技術(shù)。該技術(shù)對于砂性土、土夾石、風(fēng)化巖石區(qū)域，坡度緩于1:0.75的條件，具有較穩(wěn)定的施工效果。最大的特點(diǎn)在于其有網(wǎng)暴過程的多層聚合物，罔顧釘在邊坡上有網(wǎng)暴中的植草物質(zhì)，對邊坡進(jìn)行綠化網(wǎng)暴的設(shè)定和規(guī)格以及其抗拉能力，可以根據(jù)施工需求，以固土能力需要作為參考設(shè)置不同的層數(shù)一般來說較薄的一層應(yīng)用于填土邊坡，而較厚的則用于挖土邊坡。

該方法所具備的特點(diǎn)包括3類：

（1）較明顯的固土性能

由于三維植被往表面呈波浪形，由于三維植被網(wǎng)表面呈波浪形。可以較好的在土體表面進(jìn)行附著和固定減少由于雨水對土體表層植物植株導(dǎo)致的沖刷效應(yīng)。

（2）消能作用較為明顯

由于土包結(jié)構(gòu)的存在，雨滴對于土壤造成的直接沖擊，效果會(huì)進(jìn)一步緩解，可以很好的保護(hù)網(wǎng)包內(nèi)所附著的物質(zhì)。

（3）網(wǎng)絡(luò)加筋突出

三維網(wǎng)植草的基礎(chǔ)層和網(wǎng)包層網(wǎng)格間的經(jīng)緯線交錯(cuò)布置，能夠?qū)λ街鴧^(qū)域的土體起到較好的加筋作用。

2.3 客土傳播

這種傳播技術(shù)包含了植物學(xué)生態(tài)學(xué)土壤學(xué)多學(xué)科理論知識(shí)，將經(jīng)過謹(jǐn)慎選擇和處理的樹皮種子養(yǎng)生材料，優(yōu)質(zhì)土壤進(jìn)行混合并添加營養(yǎng)劑，提升植物生長的可能性并根據(jù)土體研究選擇合適的連接劑和土壤穩(wěn)定劑，采用噴播機(jī)以掛網(wǎng)噴波形式均勻噴播到在施工作業(yè)面上，形成對區(qū)域巖土邊坡的防護(hù)和綠化，特別適合在分化巖石或土壤較少的軟質(zhì)巖石上進(jìn)行使用，施工效率高，單臺(tái)設(shè)備即可完成大片施工區(qū)域的作業(yè)任務(wù)。

為確保施工效果再選擇采用客土噴播技術(shù)前，需要對在施工區(qū)域的地形條件，周圍植株分布，地質(zhì)，土壤，氣候坡度以及植物種類選型進(jìn)行復(fù)核調(diào)查。根據(jù)邊坡類型和實(shí)際特點(diǎn)確定采用錨桿還是掛網(wǎng)方式。根據(jù)氣候條件確定混合物中各物質(zhì)的加入方案和具體配合比，根據(jù)年平均降水量和邊坡坡度確定混合物噴播厚度。

采用客土噴播的方式，首先要對分撥區(qū)域周圍進(jìn)行清理，清除草根、樹枝、垃圾。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙。和現(xiàn)場實(shí)際特點(diǎn)，選擇鉆孔位置打進(jìn)錨桿、掛網(wǎng)、噴射客土、進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

采用客土噴播的方式能夠改善土壤結(jié)構(gòu)簡化公路植被長時(shí)間養(yǎng)護(hù)管理所需投入的費(fèi)用和時(shí)間節(jié)約了總體成本投入，而且客土的存在，使得灌木和樹木根系有了更好的生長環(huán)境，能夠與表層的灌草喬形成合理的植物群落配比。

2.4 噴播植草

這是一種將草種有機(jī)質(zhì)混凝土混合噴灑在巖石表面的蓬勃工藝。該工藝最大的特點(diǎn)在于在完成邊坡防護(hù)的同時(shí)，又可以恢復(fù)植被覆蓋的目的，可以實(shí)現(xiàn)過去不適合進(jìn)行類似施工技術(shù)的區(qū)域也進(jìn)行同樣的邊坡植草。在施工前根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙選擇合適位置，打設(shè)孔洞，埋入錨桿掛設(shè)鐵絲網(wǎng)，做到穩(wěn)定坡面的基礎(chǔ)承接。然后將有機(jī)質(zhì)土壤肥料，種子保水材料水泥通過特定拌合比拌合使用噴射裝置，將混合物直接噴射到邊坡上，具體的噴射厚度根據(jù)邊坡坡率來確定。

需要注意的是采用該方式對于保水和保肥效果較差，而且隔熱性能較低，但優(yōu)點(diǎn)是可以在一些過去不適合進(jìn)行同類型施工作業(yè)的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)基本的邊坡防護(hù)效果。但由于缺點(diǎn)的存在，所以后期還要進(jìn)行精心的養(yǎng)護(hù)，要布置專門的養(yǎng)護(hù)人員，定期對采用干施工工藝的工作面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

3.路堤邊坡的應(yīng)力分析

自然邊坡土體的最大應(yīng)力在坡頂坡角以及中心位置這些受拉區(qū)域形成一個(gè)連貫的滑移面，容易出現(xiàn)屈服破壞。

植草護(hù)坡坡體的最大主應(yīng)力分布在坡頂位置，在坡頂與坡角之間，有靈心的應(yīng)力分布，但沒有形成連貫的滑移面，不會(huì)構(gòu)成大面積的屈服破壞隱患。如果坡體存在灌草，由于根系發(fā)育增加了土體的最大主應(yīng)力就可以使得自然坡體的最大主應(yīng)力上限有所提升，有植株生長的邊坡穩(wěn)定性更佳。

如果采用的是矮墻加灌草的邊坡土地，那么其最大的主義內(nèi)分布規(guī)律就與灌草坡體保持一致，但是在坡腳最大應(yīng)力的分布較為明晰，這是由于矮墻的存在，減少了邊坡坡角位置的應(yīng)力集中，使得整體上穩(wěn)定性會(huì)提升到更高的水平。

如果采用的是錨桿格溝灌草邊坡的形式，由于土體受到格溝作用最大，主應(yīng)力有所提升，錨桿的錨固作用持續(xù)顯現(xiàn)，加固了表層的土體，使得潛在滑移面下移，重心更加穩(wěn)定。

4.路堤邊坡的穩(wěn)定性分析

在外部所承受的荷載保持不變的前提下，邊坡內(nèi)部的土體最大抗剪強(qiáng)度與外部荷載在邊坡上所產(chǎn)生的實(shí)際剪應(yīng)力之比。

在極限情況下，外部荷載所產(chǎn)生的實(shí)際剪應(yīng)力與抵抗外部荷載所發(fā)揮的最低抗剪強(qiáng)度，按照強(qiáng)度指標(biāo)折減確定，實(shí)際中與發(fā)揮的抗剪強(qiáng)度相等。

結(jié)束語：對于公路工程而言，對邊坡進(jìn)行生態(tài)護(hù)坡防護(hù)有助于顯著提升土壤穩(wěn)定性，讓邊坡以更加穩(wěn)定的姿態(tài)確保公路路面安全，對于邊坡而言對其穩(wěn)定性造成威脅的因素分為內(nèi)外兩個(gè)方面，內(nèi)在由于不同地區(qū)邊坡形成土壤以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的區(qū)別，不同地區(qū)的邊坡穩(wěn)定性都存在比較明顯的差異，而外部由于表層植被的覆蓋區(qū)別，土壤的附著效果也會(huì)受到相應(yīng)的影響。而且在不同自然條件下，某些地區(qū)的強(qiáng)降雨也會(huì)對土壤穩(wěn)定性造成持續(xù)性的影響。