城市道路邊坡防護(hù)與病害處治研究

張秀賢

(中鐵上海設(shè)計院集團(tuán)有限公司，上海 200000)

1 蜂巢約束植被護(hù)坡

蜂巢約束植被護(hù)坡，簡稱蜂巢格室護(hù)坡，是利用格室對淺層土體的約束，結(jié)合格室內(nèi)植被根系對坡面的整體連接和覆蓋，有效實現(xiàn)對邊坡的安全防護(hù)和復(fù)綠坡面生態(tài)。土工格室已經(jīng)應(yīng)用了幾十年，用于提高諸如路面、擋土墻、埋地管道、邊坡和基礎(chǔ)等巖土結(jié)構(gòu)的性能。土工格室的廣泛使用，一方面是由于其耐用性、成本效益和易于施工；另一方面是由于與平面加固土工合成材料相比，其性能的增加。有研究通過一些條形基礎(chǔ)模型試驗，得出，土工格室優(yōu)于土工格柵和隨機(jī)分布的平面土工合成材料。

蜂巢格式護(hù)坡格室材料體積僅占防護(hù)層材料總體積約5%，植被根莖在平行于坡面方向交錯以及深入至坡體，起到加筋作用，淺顯來看，類似于預(yù)應(yīng)力混凝土的工作機(jī)理。良好的植被可以保護(hù)受侵蝕作用較強(qiáng)的邊坡。格室通過減緩流速和徑流侵蝕力，可阻止集中水流作用下細(xì)溝的發(fā)育。單個格室預(yù)先確定了表土深度，并保證營養(yǎng)根質(zhì)量，根很容易穿過非織造土工織物下層深入到底土，從而在整個坡面創(chuàng)建一個整體性強(qiáng)的加固系統(tǒng)。

1.1 護(hù)坡機(jī)理分析

從蜂巢約束植被護(hù)坡系統(tǒng)組成來分析其護(hù)坡機(jī)理。

(1)巢室

①土工格室層形成了一個堅硬的平臺，使應(yīng)力在下層土體中更均勻地分布，并防止滑動面穿過。

②對不同開口尺寸的典型土工格室加固邊坡的穩(wěn)定性分析表明，隨著土工格室尺寸的減小，安全系數(shù)FS增大，但增幅較小。格室尺寸越小，格室層越堅硬，加筋層下應(yīng)力分布越均勻，邊坡越穩(wěn)定。

③土工格室加固由于土工格室的抗拉及抗彎強(qiáng)度，有利于提高安全系數(shù)，減少邊坡側(cè)向變形；通過增加土工格室的嵌入深度，土工格室的等效剛度和沿加筋方向的界面抗剪能力隨正應(yīng)力的增加而增加，因此土工格室的抗拉和抗彎剛度增大。

④土工格室加固就像一個寬板，它可以抑制破壞面的發(fā)展，并在更寬的區(qū)域重新分配荷載。

(2)填料：填土為植被生長提供基床，格室填土中摻加的草籽通常會經(jīng)過由草本至灌木的生長過程，根莖的逐漸深入起到加筋的作用。填料(含植被種類)需根據(jù)具體情況酌情選擇，主要考慮工程所在地氣候環(huán)境、植被生長的季節(jié)性等。

(3)連鍵與錨釬：連接各巢室形成整體，并將其固定于邊坡。

(4)無紡?fù)凉げ迹阂龑?dǎo)滲流地下水排泄；隔離上部填料與下部土體，兼具截水與截留下部土體顆粒的作用；填充植物根群的加強(qiáng)；邊坡防護(hù)系統(tǒng)的抗拉加固。

1.2 應(yīng)用要點

(1)穩(wěn)定性分析。護(hù)坡的自然下滑傾向由護(hù)坡系統(tǒng)與路基土界面摩阻力抵抗，隨著坡度的增加，護(hù)坡系統(tǒng)自重的下滑部分超過了摩阻力，因而需要額外的錨固。分布在格室中的錨釬數(shù)量可通過單個錨釬可支撐最大護(hù)坡系統(tǒng)面積來確定。

(2)表面集中流。受降雨時表面集中流影響的蜂巢約束系統(tǒng)需要評估最大潛在流速、水流深度和水流剪應(yīng)力，還必須確定填充材料的極限剪切阻力和覆蓋系統(tǒng)的總牽引力，某些情況下可能需要額外的系統(tǒng)錨固。

(3)施工工藝。自上而下進(jìn)行土石回填，上方多余土石自然滾落至下方，既避免了一次投放過量，亦減少多次重復(fù)投放工作量；另外，上方已填充巢室為下方待填充巢室提供向上的拉力，降低下方巢室下滑趨勢。

2 邊坡加固

2.1 識別問題并確定原因

(1)一般表面侵蝕問題

降雨影響及徑流：隨著徑流的集中，土壤顆粒在懸浮狀態(tài)下分離和移動，隨著土壤顆粒流失的累積，細(xì)溝和溝壑形成并擴(kuò)大。降雨強(qiáng)度、土壤可蝕性、坡度以及植被覆蓋率影響侵蝕的速度和程度。

(2)表面局部不穩(wěn)定性問題

①地下水滲流：地下水從邊坡排出會產(chǎn)生高的局部滲流壓力，導(dǎo)致形成土壤管道，因顆粒被沖刷出邊坡表層，此種作用會破壞路徑附近的材料，導(dǎo)致邊坡表面逐漸退化。②水動力沖擊，加上高速上涌及回流，對坡面覆蓋層產(chǎn)生很高的應(yīng)力；循環(huán)液壓上升力進(jìn)一步破壞覆蓋層的穩(wěn)定性，使表層和地下土壤發(fā)生位移和流失。

(3)一般邊坡覆蓋層失穩(wěn)問題

在現(xiàn)有邊坡或?qū)吰录庸讨羞M(jìn)行植被或剛性防護(hù)，需要特殊的措施或前提。如：①比覆蓋材料的自然休止角更陡的斜坡；②邊坡傾角當(dāng)超過覆蓋材料與下層土體的界面摩擦角。

由于許多土工合成材料的摩擦系數(shù)相對較低，土工膜和土工織物可能會導(dǎo)致保護(hù)性覆蓋層不穩(wěn)定。如果覆蓋層飽和，受到動力作用或液壓上升力，或者額外填土超載影響，穩(wěn)定性會進(jìn)一步降低。邊坡覆蓋層的穩(wěn)定性一定程度上可以依賴于坡腳的支撐，因而邊坡下部的沖刷可能會導(dǎo)致整個保護(hù)層失穩(wěn)。

2.2 加固措施選擇

邊坡防護(hù)從形式上分為植被防護(hù)、工程防護(hù)，以及兩者結(jié)合使用，常用的有漿砌片石護(hù)坡、骨架植被防護(hù)、網(wǎng)噴混凝土、土工格室護(hù)坡、三維植被網(wǎng)、柔性防護(hù)等。

對邊坡病害的內(nèi)外因，現(xiàn)有研究已分析得比較詳實，外因主要有工程開挖、地下水、堆載、雨水沖刷等，內(nèi)因主要有軟弱結(jié)構(gòu)面、開挖中應(yīng)力調(diào)整、圍巖位移等?；趯χ率惯吰率Х€(wěn)外因的把握，結(jié)合邊坡自身狀態(tài)，邊坡加固主要包括以下措施：

(1)改變邊坡形態(tài)：減載、反壓、減緩坡度；

(2)排水：通過排水溝、鉆孔、盲溝等排出坡面地表水及坡體內(nèi)地下水；

(3)支擋：各類擋墻、抗滑樁、防護(hù)網(wǎng)等；

(4)坡體內(nèi)部加強(qiáng)：灌漿、錨固等。

3 邊坡處治案例分析

3.1 減荷+錨板擋墻

某城市主干道右側(cè)邊坡為土質(zhì)挖方邊坡，邊坡長30 m，坡高最大為16.5 m，安全等級為一級，該段邊坡強(qiáng)降雨后發(fā)生了土質(zhì)塌方，如下照片所示為兩段高邊坡間的沖溝位置，降雨后匯水量較大。該段邊坡滑坡后地勘單位進(jìn)行了補(bǔ)勘，根據(jù)補(bǔ)勘資料，提出了兩種處理方案。

方案一采用重力式抗滑擋墻進(jìn)行支護(hù)，該方案擋墻體積較大，擋墻開挖時形成的臨時邊坡存在一定的安全風(fēng)險，造價約80萬。

方案二采用抗滑樁擋墻進(jìn)行支護(hù)，該方案樁板擋墻施工較困難，需填筑施工平臺，土層塌孔處需設(shè)置鋼護(hù)筒等施工措施，造價約60萬。

后期施工單位對該處邊坡進(jìn)行了清理，將不穩(wěn)定土體清除。清方后現(xiàn)狀邊坡坡率較緩。根據(jù)現(xiàn)狀地形，提出方案三采用錨板擋墻進(jìn)行支護(hù)，造價約30萬。

3.2 減荷+重力式擋墻

某城市主干道右側(cè)邊坡長約200 m段落，為巖土混合邊坡，最大挖方高度約27.1 m，坡向約307°，邊坡土質(zhì)段坡高最大約7 m，巖質(zhì)段坡高最大約27 m，土體主要為坡殘積粉質(zhì)黏土，局部為素填土，安全等級為一級。按逆作法自上而下逐級施工，巖質(zhì)段已按1∶1坡率分階放坡，土質(zhì)段按1∶1.5坡率分階放坡。邊坡施工基本完成后施工單位日常巡查中發(fā)現(xiàn)，一次強(qiáng)降雨(日降雨量約41.6 mm)后，在該段邊坡坡頂外約20 m發(fā)現(xiàn)明顯裂縫，同時邊坡三級(最上級)邊坡出現(xiàn)裂縫，該段邊坡土體部分及邊坡外側(cè)寬約100 m范圍加劇變形，最大裂縫寬度約55 cm，延伸約35 m。

由于該段邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)， 且滑面已形成貫通，故采取清坡的處理方案；沿滑面將該段邊坡不穩(wěn)定土體全部清除，在清除后的邊坡坡頂設(shè)置重力式擋墻，擋墻采用C20混凝土澆筑，埋深不小于1 m，基礎(chǔ)應(yīng)置于穩(wěn)定巖層。

4 總 結(jié)

基于對城市道路邊坡防護(hù)特點及要求的把握，對適用性較強(qiáng)的新型生態(tài)護(hù)坡型式——蜂巢格室護(hù)坡的特點、作用機(jī)理及應(yīng)用要點進(jìn)行了分析，并就邊坡常見滑坡病害成因及處治進(jìn)行理論和案例討論，主要結(jié)論如下。

(1)城市道路邊坡相較公路邊坡對邊坡景觀性要求更高，蜂巢格室護(hù)坡因其可靠性與生態(tài)性均較好，而具有很強(qiáng)的適用性。

(2)蜂巢格室護(hù)坡系統(tǒng)通過格室、填料、連鍵、錨釬、土工布等組成自身以及與下部坡面之間的作用發(fā)揮，創(chuàng)建了一個整體性強(qiáng)的加固系統(tǒng)。實際應(yīng)用中當(dāng)對其進(jìn)行穩(wěn)定性分析以及坡面集中流影響分析，施工中遵循自上而下布置格室以及填土及壓實順序。

(3)病害發(fā)生后，應(yīng)從內(nèi)外影響因素剖析病害成因，從改變邊坡形態(tài)、排水、支擋以及坡體內(nèi)部加強(qiáng)等方面進(jìn)行單一或綜合措施處治，并應(yīng)用實際案例進(jìn)行了分析。