长江内河港区道路高边坡稳定性与生态防护技术

（湖北交投荆州投资开发股份有限公司，湖北 荆州 434000）

路基高边坡稳定性受多方面因素的共同作用，包含现场地质条件、坡度大小、水文等。工程实践中，需兼顾各项影响因素，根据实际情况编制科学的施工方案，确保内河港区路基高边坡具有稳定性。

1 工程概况

荆州港松滋港区车阳河港口二期工程，边坡施工量较大，总长4568m，具体包含填方1117m、挖方3451m，共分为11 段。挡墙总长度783.4m，分为四段依次施工到位。本文以此为工程背景，围绕高边坡稳定性与生态防护技术展开探讨。

2 路基高边坡失稳的关键

2.1 坡长

路基高边坡防护质量受多方面因素的影响，其中坡长的影响较为明显，坡长的变化将随之带来路基高边坡稳定性的改变。经试验后可知，在降雨量相同的前提下，随坡长长度的增加，产生的地表径流量随之加大，表面雨水产生的冲刷作用更为强烈，易导致路基高边坡失稳；而在坡长较短的区段，虽然存在雨水冲刷作用，但相对微弱。若某处坡长超出许可值，冲刷形成的泥土将影响到实际冲刷效果，且将大范围聚集在坡底，地表径流速度逐步下降，此时反而削弱雨水对坡面的冲刷作用[1]。

2.2 坡度

坡度的不同主要会引起地表径流和雨水冲刷效果的变化，若坡度偏大，此时地表径流对坡面所产生的冲刷作用愈发明显。根据经验，随坡度的增加，对应地表径流的冲刷力同步提高，反之则同步减小，两者具有正比变化关系。此外，与坡长相类似的是，若实际坡度超过某限值，两者将逐步变化为反比的关系。

2.3 土壤硬度

路基高边坡稳定性还易受到施工现场土壤硬度的影响，从具体作用机制来看，土壤硬度首先会在一定程度上决定土壤和土质的特性，从而间接影响到路基的稳定性[2]。土壤的颗粒度、孔隙度及含水量等均会影响到土壤的硬度，若某项因素发生变化，土壤硬度则随之改变，进而对路基高边坡的稳定性造成影响。

3 内河港区路基高边坡稳定性分析

3.1 创建数值模型

内河港区路基高边坡为本文的重点研究对象，为准确探讨其稳定性，采取的是模拟分析的方式，根据典型路基断面创建数值模型，进而对塑性区的分布特点及竖向位移展开深入的分析。本工程中路基为对称式结构，因此从中选取一部分展开分析即可，此处选用的是右半幅路基。

约束方面：路基高边坡左右均存在水平约束；底面约束形式较为复杂，包含水平和竖向的约束；上部遵循现场地质情况，不存在约束条件。

3.2 数值计算结果分析

以创建的二维数值模型为参考，分析其塑性区分布以及竖向位移两方面的情况，并分别创建具体的图形，以便对路基高边坡的稳定性展开直观的分析。

在路基高边坡分布区域内，沿坡顶-坡脚方向产生大范围的弧形塑性区，且此现象在坡脚处最为明显，该处的塑性值达到最大，表明剪应力分布对塑性区发展状况所带来的影响较为显著，此特点正好与路基高边坡的应力场特性相符。究其原因，可归结为自重应力和外部荷载作用两方面的因素，在此类因素的作用下，导致路基高边坡向下滑移，由此形成沿坡顶-坡脚方向的滑动面。

路基高边坡在竖向位移方面具有自上而下逐步降低的特点，最为明显的区域为内河港区路基高边坡顶部，为2.76mm，且覆盖范围较广，几乎涵盖半幅路基。通过对路基高边坡地基顶面竖向位移的分析可知，该值最大为0.46mm，相比于竖向位移值而言明显偏小。究其原因，可归结为泥岩、砂岩两方面因素，此类地质的工程性质较为稳定，可有效承受外界荷载，无明显的异常现象；而在内河港区路基填筑完成后，其粉砂含量将明显提高，加之外荷载和地下水的双重作用，易发生大幅度的变形现象，导致路基高边坡失稳。

4 内河港区路基高边坡生态防护技术

现代化工程理念中，生态护坡是路基高边坡建设中较为典型的防护形式[3]。根据本工程的特点，将顶部粉质黏土层坡率设为1：2.5，各级高度不超过8m；除此之外的其它部分坡率均为1：1.25，各级高度不超过9m。坡面采用锚杆挂网喷植被砼防护；考虑到坡脚易失稳的特点，于该处设坡脚墙以增强坡脚的稳定性；分别在坡顶及平台两处修筑截水沟，在边坡坡脚处修筑排水沟，配套急流槽，作用在于将水高效导入场地内排水沟，以免现场积水。填方边坡选择的是生态护坡的方式，其中以坡顶的坡率较特殊，为1：2，级高8m；除此之外的其它部分均采取1：1.75 的坡率控制标准，各级高6m。

4.1 PMS 技术的主要特点

PMS 技术以活性植物材料——植生基质（PGM）为核心，融入土工合成网等相关材料，在岩石坡面打造较完整的功能系统，并将植生基质以喷射的方式置于岩石坡面处，随植物的持续生长以及其他辅助措施的应用达到加固边坡的效果。PMS 集多学科于一体，其覆盖范围包含岩土工程学、土壤学、微生物学、生态工程学、植物学、园林景观学等，为典型的综合型技术。PMS技术在边坡加固方面具有显著应用优势，具体作如下分析：

（1）施工便捷，效率较高。PMS 技术主要包含搭设锚杆、挂土工网、喷植生基质三个环节。而传统的混凝土护坡方式则以混凝土为主要材料，将其喷射至坡体表面，其局限之处在于严重破坏环境的美感。相比之下，PMS技术的核心在于恢复生态，在增强坡面稳定性的同时可最大限度保持生态环境的稳定性。通过该项技术的应用能够有效缓解坡体孔隙水压力，避免土粒大范围流失的现象，生态环境维持在相对稳定的状态。

（2）植生基质适应能力强。PMS 技术得以实现的关键在于使用高品质的植生基质，其包含有机质、粗细纤维、pH 值调整剂、生物菌肥、消毒剂植壤土、保水剂及水，能够向植被输送充足的养分。该材料在严寒或干旱的环境中均具有稳定性，生命力较强。

（3）经济高效，便于维护。PMS 在抗拉、抗张强度方面均有较好的表现，能够与岩石稳定粘接，在相同建设规模下，相比于同类技术成本更低。

（4）物种品质高。为提高PMS 技术的应用效果，需以现场环境为准合理选择物种，通常以混合植物种子较合适，以构成地被植物群落，随时间的延长将产生具有多样化特性的混生群落，稳定护坡。植物种子选择时应充分考虑到现场施工条件，包含地域、岩质、坡度等方面，以保证植物种子良好生长并逐步演替进化，通过植物的作用提高坡面的稳定性。

4.2 PMS 技术的基本原理

PMS 技术应用中，以基质材料、锚杆、复合材料及植被为核心，彼此间共同作用，构成完整的坡面防护体系。各组成要素均具有独特的应用特点，具体有：

（1）锚杆、土工栅网：锚杆可稳定至岩土内达到加固坡面的效果，并且形成锚杆定位固定点，以便给土工网的设置创设良好的条件。土工栅网可进一步防护坡面，有助于增强坡面的稳定性。

（2）植生基质（PGM）：具有较高的抗拉、抗张强度，该部分材料能够与岩石有效结合，从而形成完整的保护体系，并向植物提供充足的养分，优化植物的理化性能，使其健康生长。

（3）植被：植被是护坡工程中的关键内容，其生长状况将直接影响到护坡质量，在植被生长状况良好的条件下，可缓解雨水对坡面产生的冲刷作用，由此也表明植被选择的重要性，需得到工程人员的高度重视。

4.3 PMS 技术的施工工艺流程

（1）清理坡面。全面清理存留于坡面的危石和碎石，以保证坡面的平整性，给植生基质与岩石坡面的结合创设良好条件。坡面经清理后的情况如图1所示。

（2）锚杆施工。合理控制钻孔的姿态，保证其与坡面形成垂直的关系，孔深0.88m，按照2m 的间距标准依次布孔，遵循梅花形布置原则。锚杆外露量为（12.0±1.0）cm，配制C20 水泥砂浆，将该部分材料注入锚孔。

（3）挂网。以SS20 土工格栅较为合适，按照自上而下的顺序有序挂设，并与锚杆固定以形成完整的体系。格栅搭接距＞10cm，通过火烧丝绑扎，与坡面间距8cm～9cm 铺设。考虑到坡面与网之间需形成足够空间的基本要求，特对格栅与锚杆连接处采取优化措施，即设置混凝土块。挂网施工现场如图2所示。

图1 清理后的坡面

图2 挂网施工

（4）喷附植生基质。根据坡面防护需求选择合适的植壤土，将其中的杂物和块石清理干净，将其与植生基质等比例混合，再通过机械化作业的方式喷射至坡面。工程实践中应保证各凹凸角等部位均被喷射到位，并按自上而下、从左至右的顺序依次有序推进，保证实际喷射厚度满足要求。

（5）铺设生态植被毯。及时检查植生基质喷射层的状态，当其定型后便可在坡面铺设生态植被毯，其无需采取搭接处理措施，但必须拍实，与施工成型的坡面紧密贴合，再利用U 形铁钉固定。铁钉应按20cm 的间距依次设置，采取梅花形布设的方式。

（6）前期管理。植物茁壮生长需经过较长的阶段，前期管理将对其生长状况带来显著影响，关注种子萌发期和幼苗生长期，需根据实际生长状况给予充足的水分和养分供给。高压射流水的冲击力较强，易对基质混合料产生冲击作用，从而形成径流。鉴于此，宜通过雾状水的方式向坡面喷洒，期间严格控制养护湿润深度，发芽期3cm～5cm，幼苗期5cm～10cm。

4.4 后期效果分析

（1）施工后正值初秋，该阶段的气温较为适宜，根据观察结果可知4d后混合草种的先锋草种已经相继发芽，经15d 后坡面基本被覆盖。

（2）施工当年的坡面总体状况较好，呈翠绿色，且局部有花草灌木。

（3）施工次年，部分草本被淘汰，可见灌木生、乡土种树生长状况良好，部分野草种子混入坡面。

（4）施工后第3年，坡面植被的总体生长状况提升至全新的层次，趋近于自然状态，乡土植物入侵，通过与外来物种的混合，构成具有多样化特性的植物群落。

5 结束语

PMS 生态防护工程技术是建立在90年代中期随着高速公路的建设和生物技术发展，近几年オ形成的新兴综合性技术。我国气候多样，因此在这项技术的推广上需要结合我国的国情，在具体的施工之前一定要做好相应的调查和研究工作。经过近年来各方面协作和努力，这项技术在国内已经取得了较大的进展。相信通过PMS 生态防护工程技术在国内的进一步研究和推广，将有力解决我国岩石边坡绿化防护难的问题。