城市道路边坡防护与病害处治研究

张秀贤

(中铁上海设计院集团有限公司，上海 200000)

1 蜂巢约束植被护坡

蜂巢约束植被护坡，简称蜂巢格室护坡，是利用格室对浅层土体的约束，结合格室内植被根系对坡面的整体连接和覆盖，有效实现对边坡的安全防护和复绿坡面生态。土工格室已经应用了几十年，用于提高诸如路面、挡土墙、埋地管道、边坡和基础等岩土结构的性能。土工格室的广泛使用，一方面是由于其耐用性、成本效益和易于施工；另一方面是由于与平面加固土工合成材料相比，其性能的增加。有研究通过一些条形基础模型试验，得出，土工格室优于土工格栅和随机分布的平面土工合成材料。

蜂巢格式护坡格室材料体积仅占防护层材料总体积约5%，植被根茎在平行于坡面方向交错以及深入至坡体，起到加筋作用，浅显来看，类似于预应力混凝土的工作机理。良好的植被可以保护受侵蚀作用较强的边坡。格室通过减缓流速和径流侵蚀力，可阻止集中水流作用下细沟的发育。单个格室预先确定了表土深度，并保证营养根质量，根很容易穿过非织造土工织物下层深入到底土，从而在整个坡面创建一个整体性强的加固系统。

1.1 护坡机理分析

从蜂巢约束植被护坡系统组成来分析其护坡机理。

(1)巢室

①土工格室层形成了一个坚硬的平台，使应力在下层土体中更均匀地分布，并防止滑动面穿过。

②对不同开口尺寸的典型土工格室加固边坡的稳定性分析表明，随着土工格室尺寸的减小，安全系数FS增大，但增幅较小。格室尺寸越小，格室层越坚硬，加筋层下应力分布越均匀，边坡越稳定。

③土工格室加固由于土工格室的抗拉及抗弯强度，有利于提高安全系数，减少边坡侧向变形；通过增加土工格室的嵌入深度，土工格室的等效刚度和沿加筋方向的界面抗剪能力随正应力的增加而增加，因此土工格室的抗拉和抗弯刚度增大。

④土工格室加固就像一个宽板，它可以抑制破坏面的发展，并在更宽的区域重新分配荷载。

(2)填料：填土为植被生长提供基床，格室填土中掺加的草籽通常会经过由草本至灌木的生长过程，根茎的逐渐深入起到加筋的作用。填料(含植被种类)需根据具体情况酌情选择，主要考虑工程所在地气候环境、植被生长的季节性等。

(3)连键与锚钎：连接各巢室形成整体，并将其固定于边坡。

(4)无纺土工布：引导渗流地下水排泄；隔离上部填料与下部土体，兼具截水与截留下部土体颗粒的作用；填充植物根群的加强；边坡防护系统的抗拉加固。

1.2 应用要点

(1)稳定性分析。护坡的自然下滑倾向由护坡系统与路基土界面摩阻力抵抗，随着坡度的增加，护坡系统自重的下滑部分超过了摩阻力，因而需要额外的锚固。分布在格室中的锚钎数量可通过单个锚钎可支撑最大护坡系统面积来确定。

(2)表面集中流。受降雨时表面集中流影响的蜂巢约束系统需要评估最大潜在流速、水流深度和水流剪应力，还必须确定填充材料的极限剪切阻力和覆盖系统的总牵引力，某些情况下可能需要额外的系统锚固。

(3)施工工艺。自上而下进行土石回填，上方多余土石自然滚落至下方，既避免了一次投放过量，亦减少多次重复投放工作量；另外，上方已填充巢室为下方待填充巢室提供向上的拉力，降低下方巢室下滑趋势。

2 边坡加固

2.1 识别问题并确定原因

(1)一般表面侵蚀问题

降雨影响及径流：随着径流的集中，土壤颗粒在悬浮状态下分离和移动，随着土壤颗粒流失的累积，细沟和沟壑形成并扩大。降雨强度、土壤可蚀性、坡度以及植被覆盖率影响侵蚀的速度和程度。

(2)表面局部不稳定性问题

①地下水渗流：地下水从边坡排出会产生高的局部渗流压力，导致形成土壤管道，因颗粒被冲刷出边坡表层，此种作用会破坏路径附近的材料，导致边坡表面逐渐退化。②水动力冲击，加上高速上涌及回流，对坡面覆盖层产生很高的应力；循环液压上升力进一步破坏覆盖层的稳定性，使表层和地下土壤发生位移和流失。

(3)一般边坡覆盖层失稳问题

在现有边坡或对边坡加固中进行植被或刚性防护，需要特殊的措施或前提。如：①比覆盖材料的自然休止角更陡的斜坡；②边坡倾角当超过覆盖材料与下层土体的界面摩擦角。

由于许多土工合成材料的摩擦系数相对较低，土工膜和土工织物可能会导致保护性覆盖层不稳定。如果覆盖层饱和，受到动力作用或液压上升力，或者额外填土超载影响，稳定性会进一步降低。边坡覆盖层的稳定性一定程度上可以依赖于坡脚的支撑，因而边坡下部的冲刷可能会导致整个保护层失稳。

2.2 加固措施选择

边坡防护从形式上分为植被防护、工程防护，以及两者结合使用，常用的有浆砌片石护坡、骨架植被防护、网喷混凝土、土工格室护坡、三维植被网、柔性防护等。

对边坡病害的内外因，现有研究已分析得比较详实，外因主要有工程开挖、地下水、堆载、雨水冲刷等，内因主要有软弱结构面、开挖中应力调整、围岩位移等。基于对致使边坡失稳外因的把握，结合边坡自身状态，边坡加固主要包括以下措施：

(1)改变边坡形态：减载、反压、减缓坡度；

(2)排水：通过排水沟、钻孔、盲沟等排出坡面地表水及坡体内地下水；

(3)支挡：各类挡墙、抗滑桩、防护网等；

(4)坡体内部加强：灌浆、锚固等。

3 边坡处治案例分析

3.1 减荷+锚板挡墙

某城市主干道右侧边坡为土质挖方边坡，边坡长30 m，坡高最大为16.5 m，安全等级为一级，该段边坡强降雨后发生了土质塌方，如下照片所示为两段高边坡间的冲沟位置，降雨后汇水量较大。该段边坡滑坡后地勘单位进行了补勘，根据补勘资料，提出了两种处理方案。

方案一采用重力式抗滑挡墙进行支护，该方案挡墙体积较大，挡墙开挖时形成的临时边坡存在一定的安全风险，造价约80万。

方案二采用抗滑桩挡墙进行支护，该方案桩板挡墙施工较困难，需填筑施工平台，土层塌孔处需设置钢护筒等施工措施，造价约60万。

后期施工单位对该处边坡进行了清理，将不稳定土体清除。清方后现状边坡坡率较缓。根据现状地形，提出方案三采用锚板挡墙进行支护，造价约30万。

3.2 减荷+重力式挡墙

某城市主干道右侧边坡长约200 m段落，为岩土混合边坡，最大挖方高度约27.1 m，坡向约307°，边坡土质段坡高最大约7 m，岩质段坡高最大约27 m，土体主要为坡残积粉质黏土，局部为素填土，安全等级为一级。按逆作法自上而下逐级施工，岩质段已按1∶1坡率分阶放坡，土质段按1∶1.5坡率分阶放坡。边坡施工基本完成后施工单位日常巡查中发现，一次强降雨(日降雨量约41.6 mm)后，在该段边坡坡顶外约20 m发现明显裂缝，同时边坡三级(最上级)边坡出现裂缝，该段边坡土体部分及边坡外侧宽约100 m范围加剧变形，最大裂缝宽度约55 cm，延伸约35 m。

由于该段边坡处于不稳定状态， 且滑面已形成贯通，故采取清坡的处理方案；沿滑面将该段边坡不稳定土体全部清除，在清除后的边坡坡顶设置重力式挡墙，挡墙采用C20混凝土浇筑，埋深不小于1 m，基础应置于稳定岩层。

4 总 结

基于对城市道路边坡防护特点及要求的把握，对适用性较强的新型生态护坡型式——蜂巢格室护坡的特点、作用机理及应用要点进行了分析，并就边坡常见滑坡病害成因及处治进行理论和案例讨论，主要结论如下。

(1)城市道路边坡相较公路边坡对边坡景观性要求更高，蜂巢格室护坡因其可靠性与生态性均较好，而具有很强的适用性。

(2)蜂巢格室护坡系统通过格室、填料、连键、锚钎、土工布等组成自身以及与下部坡面之间的作用发挥，创建了一个整体性强的加固系统。实际应用中当对其进行稳定性分析以及坡面集中流影响分析，施工中遵循自上而下布置格室以及填土及压实顺序。

(3)病害发生后，应从内外影响因素剖析病害成因，从改变边坡形态、排水、支挡以及坡体内部加强等方面进行单一或综合措施处治，并应用实际案例进行了分析。