長江內河港區道路高邊坡穩定性與生態防護技術

（湖北交投荊州投資開發股份有限公司，湖北 荊州 434000）

路基高邊坡穩定性受多方面因素的共同作用，包含現場地質條件、坡度大小、水文等。工程實踐中，需兼顧各項影響因素，根據實際情況編制科學的施工方案，確保內河港區路基高邊坡具有穩定性。

1 工程概況

荊州港松滋港區車陽河港口二期工程，邊坡施工量較大，總長4568m，具體包含填方1117m、挖方3451m，共分為11 段。擋墻總長度783.4m，分為四段依次施工到位。本文以此為工程背景，圍繞高邊坡穩定性與生態防護技術展開探討。

2 路基高邊坡失穩的關鍵

2.1 坡長

路基高邊坡防護質量受多方面因素的影響，其中坡長的影響較為明顯，坡長的變化將隨之帶來路基高邊坡穩定性的改變。經試驗后可知，在降雨量相同的前提下，隨坡長長度的增加，產生的地表徑流量隨之加大，表面雨水產生的沖刷作用更為強烈，易導致路基高邊坡失穩；而在坡長較短的區段，雖然存在雨水沖刷作用，但相對微弱。若某處坡長超出許可值，沖刷形成的泥土將影響到實際沖刷效果，且將大范圍聚集在坡底，地表徑流速度逐步下降，此時反而削弱雨水對坡面的沖刷作用[1]。

2.2 坡度

坡度的不同主要會引起地表徑流和雨水沖刷效果的變化，若坡度偏大，此時地表徑流對坡面所產生的沖刷作用愈發明顯。根據經驗，隨坡度的增加，對應地表徑流的沖刷力同步提高，反之則同步減小，兩者具有正比變化關系。此外，與坡長相類似的是，若實際坡度超過某限值，兩者將逐步變化為反比的關系。

2.3 土壤硬度

路基高邊坡穩定性還易受到施工現場土壤硬度的影響，從具體作用機制來看，土壤硬度首先會在一定程度上決定土壤和土質的特性，從而間接影響到路基的穩定性[2]。土壤的顆粒度、孔隙度及含水量等均會影響到土壤的硬度，若某項因素發生變化，土壤硬度則隨之改變，進而對路基高邊坡的穩定性造成影響。

3 內河港區路基高邊坡穩定性分析

3.1 創建數值模型

內河港區路基高邊坡為本文的重點研究對象，為準確探討其穩定性，采取的是模擬分析的方式，根據典型路基斷面創建數值模型，進而對塑性區的分布特點及豎向位移展開深入的分析。本工程中路基為對稱式結構，因此從中選取一部分展開分析即可，此處選用的是右半幅路基。

約束方面：路基高邊坡左右均存在水平約束；底面約束形式較為復雜，包含水平和豎向的約束；上部遵循現場地質情況，不存在約束條件。

3.2 數值計算結果分析

以創建的二維數值模型為參考，分析其塑性區分布以及豎向位移兩方面的情況，并分別創建具體的圖形，以便對路基高邊坡的穩定性展開直觀的分析。

在路基高邊坡分布區域內，沿坡頂-坡腳方向產生大范圍的弧形塑性區，且此現象在坡腳處最為明顯，該處的塑性值達到最大，表明剪應力分布對塑性區發展狀況所帶來的影響較為顯著，此特點正好與路基高邊坡的應力場特性相符。究其原因，可歸結為自重應力和外部荷載作用兩方面的因素，在此類因素的作用下，導致路基高邊坡向下滑移，由此形成沿坡頂-坡腳方向的滑動面。

路基高邊坡在豎向位移方面具有自上而下逐步降低的特點，最為明顯的區域為內河港區路基高邊坡頂部，為2.76mm，且覆蓋范圍較廣，幾乎涵蓋半幅路基。通過對路基高邊坡地基頂面豎向位移的分析可知，該值最大為0.46mm，相比于豎向位移值而言明顯偏小。究其原因，可歸結為泥巖、砂巖兩方面因素，此類地質的工程性質較為穩定，可有效承受外界荷載，無明顯的異常現象；而在內河港區路基填筑完成后，其粉砂含量將明顯提高，加之外荷載和地下水的雙重作用，易發生大幅度的變形現象，導致路基高邊坡失穩。

4 內河港區路基高邊坡生態防護技術

現代化工程理念中，生態護坡是路基高邊坡建設中較為典型的防護形式[3]。根據本工程的特點，將頂部粉質黏土層坡率設為1：2.5，各級高度不超過8m；除此之外的其它部分坡率均為1：1.25，各級高度不超過9m。坡面采用錨桿掛網噴植被砼防護；考慮到坡腳易失穩的特點，于該處設坡腳墻以增強坡腳的穩定性；分別在坡頂及平臺兩處修筑截水溝，在邊坡坡腳處修筑排水溝，配套急流槽，作用在于將水高效導入場地內排水溝，以免現場積水。填方邊坡選擇的是生態護坡的方式，其中以坡頂的坡率較特殊，為1：2，級高8m；除此之外的其它部分均采取1：1.75 的坡率控制標準，各級高6m。

4.1 PMS 技術的主要特點

PMS 技術以活性植物材料——植生基質（PGM）為核心，融入土工合成網等相關材料，在巖石坡面打造較完整的功能系統，并將植生基質以噴射的方式置于巖石坡面處，隨植物的持續生長以及其他輔助措施的應用達到加固邊坡的效果。PMS 集多學科于一體，其覆蓋范圍包含巖土工程學、土壤學、微生物學、生態工程學、植物學、園林景觀學等，為典型的綜合型技術。PMS技術在邊坡加固方面具有顯著應用優勢，具體作如下分析：

（1）施工便捷，效率較高。PMS 技術主要包含搭設錨桿、掛土工網、噴植生基質三個環節。而傳統的混凝土護坡方式則以混凝土為主要材料，將其噴射至坡體表面，其局限之處在于嚴重破壞環境的美感。相比之下，PMS技術的核心在于恢復生態，在增強坡面穩定性的同時可最大限度保持生態環境的穩定性。通過該項技術的應用能夠有效緩解坡體孔隙水壓力，避免土粒大范圍流失的現象，生態環境維持在相對穩定的狀態。

（2）植生基質適應能力強。PMS 技術得以實現的關鍵在于使用高品質的植生基質，其包含有機質、粗細纖維、pH 值調整劑、生物菌肥、消毒劑植壤土、保水劑及水，能夠向植被輸送充足的養分。該材料在嚴寒或干旱的環境中均具有穩定性，生命力較強。

（3）經濟高效，便于維護。PMS 在抗拉、抗張強度方面均有較好的表現，能夠與巖石穩定粘接，在相同建設規模下，相比于同類技術成本更低。

（4）物種品質高。為提高PMS 技術的應用效果，需以現場環境為準合理選擇物種，通常以混合植物種子較合適，以構成地被植物群落，隨時間的延長將產生具有多樣化特性的混生群落，穩定護坡。植物種子選擇時應充分考慮到現場施工條件，包含地域、巖質、坡度等方面，以保證植物種子良好生長并逐步演替進化，通過植物的作用提高坡面的穩定性。

4.2 PMS 技術的基本原理

PMS 技術應用中，以基質材料、錨桿、復合材料及植被為核心，彼此間共同作用，構成完整的坡面防護體系。各組成要素均具有獨特的應用特點，具體有：

（1）錨桿、土工柵網：錨桿可穩定至巖土內達到加固坡面的效果，并且形成錨桿定位固定點，以便給土工網的設置創設良好的條件。土工柵網可進一步防護坡面，有助于增強坡面的穩定性。

（2）植生基質（PGM）：具有較高的抗拉、抗張強度，該部分材料能夠與巖石有效結合，從而形成完整的保護體系，并向植物提供充足的養分，優化植物的理化性能，使其健康生長。

（3）植被：植被是護坡工程中的關鍵內容，其生長狀況將直接影響到護坡質量，在植被生長狀況良好的條件下，可緩解雨水對坡面產生的沖刷作用，由此也表明植被選擇的重要性，需得到工程人員的高度重視。

4.3 PMS 技術的施工工藝流程

（1）清理坡面。全面清理存留于坡面的危石和碎石，以保證坡面的平整性，給植生基質與巖石坡面的結合創設良好條件。坡面經清理后的情況如圖1所示。

（2）錨桿施工。合理控制鉆孔的姿態，保證其與坡面形成垂直的關系，孔深0.88m，按照2m 的間距標準依次布孔，遵循梅花形布置原則。錨桿外露量為（12.0±1.0）cm，配制C20 水泥砂漿，將該部分材料注入錨孔。

（3）掛網。以SS20 土工格柵較為合適，按照自上而下的順序有序掛設，并與錨桿固定以形成完整的體系。格柵搭接距＞10cm，通過火燒絲綁扎，與坡面間距8cm～9cm 鋪設。考慮到坡面與網之間需形成足夠空間的基本要求，特對格柵與錨桿連接處采取優化措施，即設置混凝土塊。掛網施工現場如圖2所示。

圖1 清理后的坡面

圖2 掛網施工

（4）噴附植生基質。根據坡面防護需求選擇合適的植壤土，將其中的雜物和塊石清理干凈，將其與植生基質等比例混合，再通過機械化作業的方式噴射至坡面。工程實踐中應保證各凹凸角等部位均被噴射到位，并按自上而下、從左至右的順序依次有序推進，保證實際噴射厚度滿足要求。

（5）鋪設生態植被毯。及時檢查植生基質噴射層的狀態，當其定型后便可在坡面鋪設生態植被毯，其無需采取搭接處理措施，但必須拍實，與施工成型的坡面緊密貼合，再利用U 形鐵釘固定。鐵釘應按20cm 的間距依次設置，采取梅花形布設的方式。

（6）前期管理。植物茁壯生長需經過較長的階段，前期管理將對其生長狀況帶來顯著影響，關注種子萌發期和幼苗生長期，需根據實際生長狀況給予充足的水分和養分供給。高壓射流水的沖擊力較強，易對基質混合料產生沖擊作用，從而形成徑流。鑒于此，宜通過霧狀水的方式向坡面噴灑，期間嚴格控制養護濕潤深度，發芽期3cm～5cm，幼苗期5cm～10cm。

4.4 后期效果分析

（1）施工后正值初秋，該階段的氣溫較為適宜，根據觀察結果可知4d后混合草種的先鋒草種已經相繼發芽，經15d 后坡面基本被覆蓋。

（2）施工當年的坡面總體狀況較好，呈翠綠色，且局部有花草灌木。

（3）施工次年，部分草本被淘汰，可見灌木生、鄉土種樹生長狀況良好，部分野草種子混入坡面。

（4）施工后第3年，坡面植被的總體生長狀況提升至全新的層次，趨近于自然狀態，鄉土植物入侵，通過與外來物種的混合，構成具有多樣化特性的植物群落。

5 結束語

PMS 生態防護工程技術是建立在90年代中期隨著高速公路的建設和生物技術發展，近幾年オ形成的新興綜合性技術。我國氣候多樣，因此在這項技術的推廣上需要結合我國的國情，在具體的施工之前一定要做好相應的調查和研究工作。經過近年來各方面協作和努力，這項技術在國內已經取得了較大的進展。相信通過PMS 生態防護工程技術在國內的進一步研究和推廣，將有力解決我國巖石邊坡綠化防護難的問題。