高邊坡防護在土地復墾中的應用

李 鈺 寇飛周 王 瑋 李 丹

（陜西華地勘察設計咨詢有限公司，陜西 西安 710000）

高邊坡防護在土地復墾中的應用

李 鈺 寇飛周 王 瑋 李 丹

（陜西華地勘察設計咨詢有限公司，陜西 西安 710000）

影響高邊坡穩定性的因素主要有削坡坡率、水文地質條件、巖土體的結構特征、礦物成分的含量等；根據邊坡所處的地形地貌、巖土體性狀等條件，采取的高邊坡防護措施包括生態措施和工程措施。其中，采用生態措施進行高邊坡防護，可在短期內完全覆蓋坡面，并且可以抑制邊坡的侵蝕發育，減少土壤流失量，在水土保持中發揮著顯著作用；根據邊坡土質條件和復墾后地塊的用途，可適當采用工程措施對高挖坡面進行防護，防止邊坡坍塌，提高高邊坡的安全性和穩定性。

高邊坡；削坡坡率；穩定性；生態防護；工程防護

以《西安建業石料有限公司胡劉采石場土地復墾項目》和《高陵縣鹿苑鎮-通遠鎮城鄉建設用地增減掛鉤調整后新拆舊區土地復墾項目》為例，探討露天采礦和燒磚造成的大量高挖邊坡的防護設計。

1 高邊坡成因

1.1 露天采礦形成

露天采礦是用一定的開采工藝，按一定的開采順序，剝離巖石，采出所需礦物的過程。采礦方式一般為水平臺階自上而下開采，從最高點至開采底面通常設多個臺階，臺階高度幾米到幾十米不等，形成高低不等的邊坡，如不采取必要的保護措施，邊坡坡面巖體將逐漸風化破碎，造成一定的安全隱患［1］。如《西安建業石料有限公司胡劉采石場土地復墾項目》中的胡劉采石場，經過幾年的采礦作業，開挖臺階的坡面上危石分布，坡頂分布有松散的碎石、土層，加之巖石坡面植被發育較差，邊坡穩定較差，急需處理。

1.2 燒磚取土形成

《高陵縣鹿苑鎮-通遠鎮城鄉建設用地增減掛鉤調整后新拆舊區土地復墾項目》中涉及8個建材廠，各建材廠均因常年取土燒磚，磚廠地勢較周邊區域有10～20 m的落差，坡度較陡，個別建材廠取土后出現直立坡面。在復墾過程中，從經濟合理性考慮，在終采平臺高程對采土場進行復墾，不可能將該地塊回填至與周邊區域齊平，復墾后地塊與周邊地塊仍有10～20 m的落差。邊坡較高，坡度較陡，對復墾后生產建設的安全造成威脅。

2 高邊坡穩定性的影響因素及治理措施

無論是露天采礦形成的高邊坡還是燒磚取土形成的高邊坡，在項目復墾過程中，高邊坡的穩定性是工程研究的重點，特別是復墾為耕地后，一定要確保邊坡的穩定性。同時，隨著國家對環保重視程度的不斷增加，生態環境保護日益重要，復墾項目的高邊坡防護也應遵循生態環保的原則，在設計及項目實施過程中應重視保護項目區的生態環境，盡量保持項目區生態平衡。影響高邊坡穩定性的因素主要有削坡坡度、水文地質條件、巖土體的結構特征、礦物成分的含量等；高邊坡的防護措施包括生態措施和工程措施兩方面［2］。

2.1 高邊坡穩定性影響因素

2.1.1 適合削坡坡度。適合高邊坡的削坡坡度是指保證具體條件同時成立的情況下高邊坡的坡度。具體條件是指：①各項安全系數滿足規范要求；②削坡工程量要最小；③滿足抗滑穩定性要求［3］。

無論是《西安建業石料有限公司胡劉采石場土地復墾項目》胡劉采石場砂石開采形成的砂土混合體的高邊坡，還是《高陵縣鹿苑鎮-通遠鎮城鄉建設用地增減掛鉤調整后新拆舊區土地復墾項目》中各建材廠燒磚取土形成的土質高邊坡，均未達到適合削坡坡度，需采取一定的技術措施，保證其高邊坡的穩定。

2.1.2 其他影響因素。影響高邊坡穩定的其他影響因素包括項目區高邊坡的水文地質條件、高邊坡巖土體的結構特征及邊坡土（石）中礦物成分的含量等［4］。由于這幾項因素主要影響高邊坡土（石）體的強度，對高邊坡的穩定性影響較大。

2.2 高邊坡防護

項目復墾后，為了保證邊坡下的農業生產及過往行人的安全，需要對原高邊坡進行防護設計，邊坡防護一般采用生態防護與工程防護相結合的方式［5］。

2.2.1 生態防護。生態防護因在保護坡面的同時可以起到改善環境、提升景觀的效果，因而被越來越多地應用于工程實踐中。常見的生態防護形式通常有以下幾種。

2.2.1.1 人工植草護坡。人工植草護坡是一種較為傳統的邊坡防護措施，通過人工撒播草種，在坡面形成草皮覆蓋以達到保護坡面的目的，適用于各類土質邊坡、土石混合邊坡，施工簡單，造價低廉。但是，種草成活率較低，易造成坡面沖溝、表土流失等邊坡病害［6］。

2.2.1.2 網格生態護坡。網格生態護坡是目前廣泛應用的一種生態護坡形式，尤其在道路工程中應用極廣。網格生態護坡先以磚、石、現澆混凝土等剛性材料形成網格骨架，對邊坡形成剛性防護，防止邊坡失穩破壞，然后再在網格中栽植相應植物，形成對網格內土體的防護，防止邊坡水土流失，最終形成網格與植物相輔相成的綜合護坡體系，既能保持邊坡穩定，同時又能恢復邊坡生態，防止水土流失，保護環境。網格生態護坡形式投資較大，適用于大型工程，對于投資較小的復墾項目，經濟性較差，不太適用［7］。

2.2.1.3 生態袋護坡。生態袋護坡是近年來新興的一種生態護坡形式，目前在河道水生態治理項目中得到了廣泛的應用。生態袋護坡是通過植物在裝有營養基的生態袋中生長繁育形成坡面植物覆蓋的方式，達到護坡和修復環境的一種護坡技術［8］。有很好的水環境和潮濕環境的適用性，但由于植物生長過于依賴生態袋中的營養基，植被后期的生存條件受到限制，坡面防護的持續性較差。

2.2.1.4 平鋪草皮。平鋪草皮是一種傳統的邊坡植物防護措施。該護坡形式施工簡單，造價低廉且在短期內即可成坪，達到邊坡防護的目的［9］。但由于草皮為非本地自然生長，故本護坡形式前期的養護管理較為困難，且存在新鋪草皮易受各種自然災害影響的缺點。

除了以上幾種邊坡生態防護措施外，比較常用的生態護坡形式還有土工格室植草護坡、土工網墊植草護坡等。在實際工程中，應根據工程特性、高邊坡特點和邊坡土質條件，選擇技術可靠、經濟可行的坡面防護類型。本次《西安建業石料有限公司胡劉采石場土地復墾項目》設計過程中，考慮到項目防護體為土石混合邊坡，且部分裸露田坎極易被侵蝕，在夏季雨水沖刷和冬季凍融破壞的作用下，坍塌現象較為嚴重，不僅影響田坎臨近區域耕地安全，同時坍塌的田坎占用耕地，影響正常的田地耕作［10］。從經濟性及技術可行性考慮，該項目邊坡防護采用植草護坡形式，草種選擇當地易生長的紫花苜蓿。

項目實施后，通過在田坎上種植草木，在田坎表面形成植被覆蓋，保水阻水，降低坡面水體流速，減小坡面沖刷；同時，在坡面下通過盤根錯節的根系固持土壤，防止田坎發生滑塌。同時田坎上種草后，枝葉覆蓋，減少了立體蒸發，調節了局部溫度，改變農田小氣候環境，利于作物生長［11］。

2.2.2 工程防護。在土地復墾項目中，一般需要設置工程防護措施，最常用的形式為護面墻（重力式擋土墻）。雖然護面墻強度較高，效果較好，但由于護面墻石材用量較大，導致成本較高，且后期運行過程中難以形成植物覆蓋，顏色單調，缺乏相應景觀效果，不利于環境保護［12］。

3 邊坡穩定計算理論

3.1 巖土體抗滑穩定性計算原理

巖土體邊坡抗滑穩定計算一般采用極限平衡理論進行。采用極限平衡法分析巖體和土地穩定性時，首先應假定一個破壞面，取破壞面內的巖土體某一塊體作為研究對象，作用于巖土體中潛在破壞面上塊體沿破壞面的抗剪力和與該塊體沿破壞面的剪切力的比值，即為該塊體的穩定系數。

3.2 巖土體邊坡參數的確定

巖土體的強度是邊坡穩定性分析中最重要的一個指標，要較準確研究邊坡的穩定性，必須要正確合理選用計算邊坡穩定系數的一些參數。大量實驗和工程實踐經驗表明，試驗條件、水文地質條件、巖土體的結構特征、礦物成分的含量、含水量大小和顆粒組成是影響巖土體強度的主要因素。

3.3 邊坡綜合坡率與穩定安全系數的關系

在進行邊坡開挖時，邊坡坡頂到水平面的垂直高度和坡頂到坡底水平距離的比值，為邊坡的綜合坡率。一般坡率與邊坡的穩定安全系數成正比，開挖坡率下的安全系數稍小于綜合坡率下的安全系數［13］。

4 土地復墾高邊坡設計實例

《西安建業石料有限公司胡劉采石場土地復墾項目》采石場削坡后，邊坡為土石混合物，其穩定性較差，單純做生態護坡難以保證其穩定性；而且該采石場復墾為耕地，田坎和邊坡高度介于5.00～8.18 m，若長期遭受雨水沖刷，可致坡體坍方、滑坡。為保證村民農業生產及人身安全，本工程邊坡防護采用了生態護坡與工程防護措施相結合的形式，即在邊坡和田坎根部設置漿砌塊石重力擋土墻，邊坡和田坎上部采用生態護坡形式。

4.1 重力擋土墻截面形式選擇

重力擋土墻的形式有仰斜、垂直、俯斜、凸形折線式和衡重式。由于削坡坡面較陡，若采用仰斜式擋墻形式，擋墻高度會較高，斷面增大，增加項目投資，經濟性較差。俯斜式墻身斷面較大，同時墻體后部土壓力較大，本項目不適用；凸形折線式上部俯斜、下部仰斜，墻身斷面較經濟；衡重式擋墻形式在背部設有衡重臺，可增加墻體穩定性。但是，俯斜式、凸形折線式、衡重式擋墻形式均需土體回填，由于該項目沒有多余土源，故均不適用于本項目。最終本次設計選用垂直式擋墻形式。

4.2 擋土墻穩定計算

擋土墻穩定計算采用理正巖土擋土墻設計軟件進行計算。依據典型斷面，合理選擇各物理參數，進行主動土壓力計算、抗滑穩定計算、抗傾覆穩定計算、地基應力及偏心距驗算、基礎強度驗算、墻底截面強度驗算和法向應力強度驗算，通過驗算結果，驗證擋土墻的穩定性。穩定計算表明，本項目所采用擋墻形式各項參數合理，各項安全系數既能滿足規范規定的最小安全系數要求，又能保證合理的安全裕度，達到了經濟合理性與技術可行性的平衡［14］。

在土地復墾高邊坡治理中，采用生態防護進行高邊坡防護，可在短期內完全覆蓋坡面，并且可以抑制邊坡的侵蝕發育，減少土壤流失量，在水土保持中發揮著顯著作用；根據邊坡土質條件和復墾后地塊的用途，可適當采用工程措施對高挖坡面進行防護，防止邊坡坍塌，提高高邊坡的安全性和穩定性。

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