城市道路邊坡防護與病害處治研究

張秀賢

(中鐵上海設計院集團有限公司，上海 200000)

1 蜂巢約束植被護坡

蜂巢約束植被護坡，簡稱蜂巢格室護坡，是利用格室對淺層土體的約束，結合格室內植被根系對坡面的整體連接和覆蓋，有效實現對邊坡的安全防護和復綠坡面生態。土工格室已經應用了幾十年，用于提高諸如路面、擋土墻、埋地管道、邊坡和基礎等巖土結構的性能。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模型試驗，得出，土工格室優于土工格柵和隨機分布的平面土工合成材料。

蜂巢格式護坡格室材料體積僅占防護層材料總體積約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，類似于預應力混凝土的工作機理。良好的植被可以保護受侵蝕作用較強的邊坡。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溝的發育。單個格室預先確定了表土深度，并保證營養根質量，根很容易穿過非織造土工織物下層深入到底土，從而在整個坡面創建一個整體性強的加固系統。

1.1 護坡機理分析

從蜂巢約束植被護坡系統組成來分析其護坡機理。

(1)巢室

①土工格室層形成了一個堅硬的平臺，使應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定性分析表明，隨著土工格室尺寸的減小，安全系數FS增大，但增幅較小。格室尺寸越小，格室層越堅硬，加筋層下應力分布越均勻，邊坡越穩定。

③土工格室加固由于土工格室的抗拉及抗彎強度，有利于提高安全系數，減少邊坡側向變形；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展，并在更寬的區域重新分配荷載。

(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)需根據具體情況酌情選擇，主要考慮工程所在地氣候環境、植被生長的季節性等。

(3)連鍵與錨釬：連接各巢室形成整體，并將其固定于邊坡。

(4)無紡土工布：引導滲流地下水排泄；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；邊坡防護系統的抗拉加固。

1.2 應用要點

(1)穩定性分析。護坡的自然下滑傾向由護坡系統與路基土界面摩阻力抵抗，隨著坡度的增加，護坡系統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量可通過單個錨釬可支撐最大護坡系統面積來確定。

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

(3)施工工藝。自上而下進行土石回填，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下分離和移動，隨著土壤顆粒流失的累積，細溝和溝壑形成并擴大。降雨強度、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)表面局部不穩定性問題

①地下水滲流：地下水從邊坡排出會產生高的局部滲流壓力，導致形成土壤管道，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，對坡面覆蓋層產生很高的應力；循環液壓上升力進一步破壞覆蓋層的穩定性，使表層和地下土壤發生位移和流失。

(3)一般邊坡覆蓋層失穩問題

在現有邊坡或對邊坡加固中進行植被或剛性防護，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相對較低，土工膜和土工織物可能會導致保護性覆蓋層不穩定。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，穩定性會進一步降低。邊坡覆蓋層的穩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致整個保護層失穩。

2.2 加固措施選擇

邊坡防護從形式上分為植被防護、工程防護，以及兩者結合使用，常用的有漿砌片石護坡、骨架植被防護、網噴混凝土、土工格室護坡、三維植被網、柔性防護等。

對邊坡病害的內外因，現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，內因主要有軟弱結構面、開挖中應力調整、圍巖位移等。基于對致使邊坡失穩外因的把握，結合邊坡自身狀態，邊坡加固主要包括以下措施：

(1)改變邊坡形態：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地下水；

(3)支擋：各類擋墻、抗滑樁、防護網等；

(4)坡體內部加強：灌漿、錨固等。

3 邊坡處治案例分析

3.1 減荷+錨板擋墻

某城市主干道右側邊坡為土質挖方邊坡，邊坡長30 m，坡高最大為16.5 m，安全等級為一級，該段邊坡強降雨后發生了土質塌方，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行了補勘，根據補勘資料，提出了兩種處理方案。

方案一采用重力式抗滑擋墻進行支護，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險，造價約80萬。

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

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

3.2 減荷+重力式擋墻

某城市主干道右側邊坡長約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°，邊坡土質段坡高最大約7 m，巖質段坡高最大約27 m，土體主要為坡殘積粉質黏土，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，巖質段已按1∶1坡率分階放坡，土質段按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現，一次強降雨(日降雨量約41.6 mm)后，在該段邊坡坡頂外約20 m發現明顯裂縫，同時邊坡三級(最上級)邊坡出現裂縫，該段邊坡土體部分及邊坡外側寬約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定狀態， 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定土體全部清除，在清除后的邊坡坡頂設置重力式擋墻，擋墻采用C20混凝土澆筑，埋深不小于1 m，基礎應置于穩定巖層。

4 總 結

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

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

(2)蜂巢格室護坡系統通過格室、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揮，創建了一個整體性強的加固系統。實際應用中當對其進行穩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)病害發生后，應從內外影響因素剖析病害成因，從改變邊坡形態、排水、支擋以及坡體內部加強等方面進行單一或綜合措施處治，并應用實際案例進行了分析。