高陡岩石边坡护坡机理及应用研究

王东谦

(中国葛洲坝集团股份有限公司勘测设计院，湖北宜昌 443002)

0 引言

岩质边坡的治理防护及其生态恢复一直是岩土工程界关注的重点。随着经济建设的迅速发展，城市建设形成越多的裸露的岩质边坡。不仅威胁到城市人民生产、生活的安全，也严重影响了城市的区域景观和人民的生活品质。针对岩质边坡防护及其生态修复问题，国内外已研究出多种多样的生态修护技术。本文以具体工程的实际特点出发，进行边坡生态防护，同时考虑城市景观的设计，以供参考。

1 高陡岩质边坡的加固措施

1.1 影响边坡稳定性的主要因素

影响边坡稳定的因素很多，主要包括内因和外因。内因主要包括地质水文条件、地形地貌、新构造运动等工程地质特征，外因主要有自然气候条件、人类的工程活动及地震等。

1.1.1 工程地质特征

工程地质特征是判断边坡稳定与不稳定的主要内因，主要包括地层岩性、地质构造、风化程度及水文条件等几个方面:地层岩性及其组合状态是构成高边坡的物质基础，地质构造决定岩层的发育程度、节理裂隙及产状的性质等，岩石的风化主要有物理风化、化学风化及生物风化三个方面，物理风化能破坏岩体的完整性，化学及生物风化则使岩石物质成分发生变化，地下水不仅增大边坡体下滑力，而且降低软弱夹层和结构面的抗剪强度，导致滑动面的抗滑力减小。

1.1.2 自然气候条件

自然气候条件主要指的是大气降雨，不同地域的气候条件不同，大气降雨量各异，大气降雨形成地下水，对边坡产生不利影响。

1.1.3 人类的工程活动

随着经济建设的迅速发展，人类的工程活动日益剧烈，特别是越来越多的挖山形成大量不稳定的边坡，尤其不当的工程活动引起边坡失稳事故经常发生。

1.2 高陡岩石边坡加固技术

边坡因其场地周边环境、高度、边坡岩体的特性及其施工方法、要求的不同，采用不同的支护措施。表1为常用的岩质边坡支护方法。

表1 常用岩质边坡支护方法

2 高陡岩石边坡的景观恢复技术

2.1 护坡绿化技术

边坡的地质特性、地形地貌及所处的环境复杂多变，即使是同一个边坡在不同的时间其立地环境也不同。因此，针对不同的边坡其护坡绿化技术也不一样。表2中总结归纳了目前在工程界应用较多的护坡绿化技术及其各自的特点。

2.2 边坡绿化的景观设计

边坡绿化的景观设计原则是在水土保持的基础上，兼具生态景观效果，体现当地特色。在选择植物种类时要坚持生物多样性，同时还要考虑对整个生态系统的逐步恢复。在进行边坡绿化物种配置时，应遵循以下特点。

表2 护坡绿化技术及特点

2.2.1 适宜性

在边坡的景观设计中，应考虑物种是否适宜当地的生存域，及其对当地环境因子的适宜度。考虑土壤、气候、地形地貌的基础上，优先选择耐瘠薄、耐干旱、景观效果好的物种，既能适应当地环境，又能满足生态景观的要求，达到科学、艺术、功能的统一。

2.2.2 生物多样性

生物多样性主要体现在物种配置上，尽量选择多科属，草、灌、乔结合，在平面结构和垂直空间上营造复层生态景观群落，挖掘单位面积上的潜在生态力，提高叶面积指数，追求绿叶面积及绿量最大化及整个绿化效果在立体空间上的节奏感。生物多样性包括遗传多样性、物种多样性、生态多样性和景观多样性，在边坡绿化的物种中，生物多样性程度越高，在边坡的生态平衡越稳定，越有利于边坡的稳定。

3 案例分析

3.1 项目概况

边坡工程位于湖北省宜昌市某拟建小区场地四周，将整个小区包围其中，由兴建住宅小区开挖山体形成。边坡的支护长度约为982.0 m，边坡高度为0 m～24.5 m变化不等，坡上为自然山体，坡下为拟建小区。

3.2 工程地质条件

场区土层为填土、粉质粘土，下伏为中风化基岩。基岩产状为倾向113°～118°，倾角5°～8°左右，厚度达数百米。场地为坡形地貌，易于地表水排泄，地下水不易汇集。场地内无稳定地下水，仅场地填土层含少量上层滞水，基岩含少量裂隙水。根据区域地质资料及钻探资料，场区无不良地质构造，未发现不良地质作用;场区内岩土层种类少，地层及水文地质条件简单，岩层分布稳定。

3.3 气候条件

据宜昌市环境水文工程地质资料，宜昌市属亚热带大陆性季风气候，气候温和，四季分明。年平均气温16.8℃，最高气温41.4℃。雨量充沛，多年平均降水量为1 213.6 mm，日特大降水量为386 mm，潮湿系数0.89，为湿度适中带。

3.4 边坡的防护与加固

本工程为挖山形成的高边坡，边坡围绕整个场区形成近280°的圆弧，总长近千米，将整个小区包围其中。边坡属岩质边坡，高度大，范围广，地形复杂，总工程量大。考虑边坡地形、地质条件、红线范围等进行分级开挖，根据边坡的总高度选择不同的分级数，每级高度3 m～6 m，每级边坡之间采用1 m宽马道进行连接。坡率分为 1∶0.3，1∶0.5，1∶1 三种，当边坡岩土层地质条件较好时，选择1∶0.3或1∶0.5的坡率放坡。对坡顶浅层的填土、粉质粘土及较破碎的岩土，则采用1∶1的坡率进行放坡。通过对各边坡典型断面进行稳定分析计算，结果表明:放坡后各坡段边坡处于暂时自稳状态。本工程边坡属于岩质边坡，坡顶浅部存在少量杂填土及粉质粘土。综合分析各边坡防护与加固技术后，主要考虑了以下三个方案进行方案比选:方案A:喷锚，方案B:生态袋绿化护坡，方案C:客土喷播技术(见表3)。

表3 方案比选

方案A喷锚支护致使边坡完全裸露，考虑到边坡裸露面积大(约13 786 m2)，且将小区包围其中，将严重影响小区的景观及小气候，如何改善边坡完全裸露的环境，营造良好的小区环境，是本方案需要考虑的重点。方案B主要是考虑其施工繁琐、成本高，在一定程度上影响到整个工程项目的工期。方案C后期绿化效果退化，本地生态系统的恢复慢，考虑到部分坡段边坡高度较大，在长期不利环境影响下(如持续大暴雨等)将使边坡风化程度加剧，节理、裂隙扩张，使边坡产生不利变形，威胁到小区人民的人身财产安全，故也不适宜选用。综合考虑工期、施工成本及小区景观等，确定边坡采用喷锚技术进行支护，锚杆的长度根据构造要求进行设计，在坡脚、马道及较缓的坡面上进行有效的种植，前期形成阶梯形及长廊式的绿化景观，后期通过爬藤植物来改善坡面的绿化。

3.5 边坡的生态恢复

为了给小区人民的生活营造良好的环境，起到净化空气，改善小气候，降低噪声和美化城市景观效应的多功能要求，该边坡拟采用藤本植物绿化，恢复城市景观;在坡脚种植常春藤和油麻藤，常春藤适应性强，生长快，一根较粗的藤条，种植两年，墙面绿化覆盖面可达30 m2～50 m2，且常春藤可保持半常绿或常绿状态;油麻藤生长迅速，枝叶繁盛，开深紫色花，可形成独特的景观。在坡顶及各级马道中间种植垂吊绿色植物迎春，迎春喜光，耐旱，冬末至早春开花，花色金黄，叶丛翠绿，绿化及景观效果突出。在坡顶及马道上的迎春与坡底的常春藤、油麻藤上攀下挂，相向而行。在边坡坡度较缓的坡面上(1∶1放坡)混播狗牙根、狼尾草等草本植物。狗牙根根系发达，侵占能力强，狼尾草耐贫瘠、生命力强，两者都能极大的提高坡面抗冲刷能力，为后期边坡自然生态系统的恢复提供了良好的土壤环境。典型剖面示意图见图1。从图中可以看出，通过坡顶及马道处的藤状灌木的垂吊、坡脚藤本植物攀援及坡面草本植物的种植，形成立体化的绿化，在较短的时间能形成一定的景观效果，维护城市生态景观。

4 结语

城市高陡边坡的设计有一些自身的特殊性，人工开挖的高边坡一般都是在短时间内形成的，坡体的应力状况发生了改变。因此，虽然边坡的支护设计是以详细的地质资料为前提，但地质情况复杂多变，设计时的最危险工况仍存在一定的预测，这些都使边坡的设计具有风险性。在边坡防护与加固过程中，一定要根据边坡的实际情况，依据有效的计算保证边坡安全的基础上，通过多种方案的比选，综合考虑造价、施工工期及社会效应等多种因素，以期达到最优的效果。

图1 典型剖面示意图

城市高陡边坡的绿化景观防护应基于边坡自身的稳定性，两者要权衡得当。切不可过分追求边坡的景观效应而忽视边坡的支护效果;在边坡支护方案选择的同时，也要适当考虑边坡的景观效果。

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