公路挖方邊坡防護(hù)形式的優(yōu)化組合研究

單鴻飛

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300392）

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施投資建設(shè)規(guī)模的日益擴(kuò)大，公路工程建設(shè)在山區(qū)同樣取得了較大進(jìn)展，而在山區(qū)修建高速公路以及國道、省道等高等級(jí)的公路時(shí)不可避免要對(duì)其進(jìn)行開挖，因而產(chǎn)生了大量的挖方邊坡。受降雨或人為工程活動(dòng)影響，挖方邊坡可能會(huì)失穩(wěn)破壞從而影響到工程安全，為此人們愈發(fā)重視挖方邊坡的防護(hù)加固技術(shù)。通過近些年的研究應(yīng)用，在我國公路挖方邊坡的防護(hù)形式逐步趨向于生物防護(hù)和工程防護(hù)相結(jié)合的模式，從單一形式轉(zhuǎn)向多層次、多品類、多功能發(fā)展，既達(dá)到了治理邊坡的目的，又使工程與自然環(huán)境融為一體，減少了生態(tài)環(huán)境的破壞。

1 挖方邊坡常見的病害類型及其特征

對(duì)挖方邊坡的防護(hù)工程進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先要分析其工程地質(zhì)條件、潛在失穩(wěn)模式，并結(jié)合穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究特定的挖方邊坡工程的方案。針對(duì)不同隱患的路塹邊坡采用不同的防護(hù)措施進(jìn)行加固，統(tǒng)計(jì)分析其常見的病害類型，公路路塹邊坡常見的病害有滑坡、坍塌、崩塌、錯(cuò)落[1]。從受力方式、邊坡的破壞特征及其主要影響因素可以對(duì)上述四類病害進(jìn)行區(qū)分，具體的特征及挖方邊坡破壞模式如表1所示。

表1 邊坡常見病害及其破壞特征

滑坡、坍塌、崩塌、錯(cuò)落等工程病害的發(fā)生都會(huì)影響原邊坡的整體坡度。邊坡還存在坡面的病害，其一般規(guī)模較小，對(duì)原邊坡的整體坡度影響很小，通常只是在坡面一定范圍內(nèi)發(fā)生，破壞過程一般是從斜坡的表層開始逐步擴(kuò)展到邊坡的風(fēng)化破碎帶、主剪切面、松散堆積體中。如果斜坡高而陡峭，風(fēng)化的破碎帶或重力積聚體較厚，變形量就會(huì)很大，從而造成危害，將對(duì)高速公路的安全運(yùn)行造成隱患。常見的坡面病害有坡面沖溝溜塌、剝落、落石、碎落等。20世紀(jì)50—60年代，在山區(qū)進(jìn)行公路建設(shè)時(shí)，為防止落石、危巖等病害修建了大量的棚洞，同時(shí)為了防止坡面變形，在挖方邊坡上修建了大量的護(hù)坡工程。

2 挖方邊坡常用的防護(hù)措施

挖方邊坡的防護(hù)手段按照邊坡的巖土體性質(zhì)可分為巖質(zhì)邊坡防護(hù)和土質(zhì)邊坡防護(hù)，按照防護(hù)手段的施工工藝可以分為生態(tài)防護(hù)和工程防護(hù)，邊坡防護(hù)對(duì)工程周圍的生態(tài)環(huán)境和安全性保護(hù)意義重大，在美化周邊生態(tài)環(huán)境的同時(shí)也可以防止水土流失和邊坡失穩(wěn)破壞。為此，在進(jìn)行邊坡防護(hù)時(shí)應(yīng)該確保工程景觀和周圍生態(tài)環(huán)境相結(jié)合，在最大程度上保證原有的自然狀態(tài)。

2.1 挖方邊坡生態(tài)防護(hù)措施

生態(tài)防護(hù)的主要手段是在生產(chǎn)輕質(zhì)的種植土壤，它的骨料結(jié)構(gòu)較高，且抗沖刷能力強(qiáng)，持水性好，主要是通過當(dāng)?shù)鼗蛲鈦淼闹参镞M(jìn)行人工修復(fù)，并搭配合適的養(yǎng)護(hù)手段，最終保護(hù)自然環(huán)境，使兩者搭配協(xié)調(diào)，這樣既保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，又維持了邊坡安全性。其原理是通過植物根系固定邊坡表土體，同時(shí)確保莖葉覆蓋在邊坡體上，以減少降雨時(shí)地表水的沖刷侵蝕，保持土壤完整減少水土流失，從而保證邊坡處于安全穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)達(dá)到綠化環(huán)境的目的[2]。

開挖段土質(zhì)邊坡應(yīng)盡可能減緩邊坡坡度，在坡頂種植灌木，采用草坪式護(hù)坡方式，然后適當(dāng)點(diǎn)綴多年生根莖花卉或種植低矮灌木等；而開挖段巖質(zhì)邊坡不具備種植植物的條件，為了使植物得以生存，可以用巖石上的土工格柵鋪設(shè)堅(jiān)實(shí)的材料，用于土壤耕作和植草。攀爬的藤蔓或懸在巖石斜坡上的植物被切割成凹槽。目前，針對(duì)巖土邊坡的生態(tài)護(hù)坡工程方法主要有三種：一是林業(yè)和園藝方法，例如人工植樹、挖溝草種植、藤蔓種植、草皮鋪設(shè)、植被帶護(hù)坡等；二是噴灑植被的方法，例如水力噴灑草木種植，有機(jī)基質(zhì)噴灑植被護(hù)坡等；三是結(jié)合工程與生物學(xué)的邊坡防護(hù)方法，例如采用多種巖土材料進(jìn)行植被邊坡防護(hù)，利用工程方法在邊坡表面形成各種框架或單元進(jìn)行植被邊坡防護(hù)。邊坡的生態(tài)防護(hù)技術(shù)如圖1所示。

圖1 邊坡的生態(tài)防護(hù)技術(shù)

2.2 挖方邊坡工程防護(hù)措施

挖方邊坡的工程防護(hù)措施很多，如圖2所示。無論是采用何種形式，其目的都是減少水土流失，對(duì)于不同類型的邊坡所適用的工程防護(hù)措施有所不同。挖方邊坡較陡峭或者為風(fēng)化嚴(yán)重的巖質(zhì)邊坡時(shí)，通常采用混凝土骨架坡面防護(hù)，即現(xiàn)場澆筑混凝土作為骨架，并且在骨架交匯的框格處布設(shè)固定樁或者錨索、錨固鋼筋等。現(xiàn)場石料匱乏時(shí)可以采用混凝土預(yù)制塊進(jìn)行坡面防護(hù)。現(xiàn)澆混凝土坡面防護(hù)適用于軟巖、風(fēng)化、較破碎的巖質(zhì)邊坡和坡面侵蝕嚴(yán)重的土質(zhì)邊坡，且邊坡坡度較為平緩。

圖2 邊坡的工程防護(hù)技術(shù)

3 挖方邊坡的防護(hù)組合形式

在實(shí)際工程中，每一個(gè)特定的邊坡都有多種防護(hù)方案，而每一個(gè)方案同時(shí)包括了多種防護(hù)措施，邊坡防護(hù)措施同樣適用于多種類的挖方邊坡，通常依據(jù)邊坡類型及破壞模式選擇合適的防護(hù)組合。可見，挖方邊坡和防護(hù)組合是存在多種對(duì)應(yīng)關(guān)系的，為此在實(shí)際工程中設(shè)計(jì)人員需要遵照兩個(gè)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。一是要對(duì)癥下藥，即根據(jù)病害的性質(zhì)和原因采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)工程措施；二是要量體裁衣，根據(jù)邊坡的規(guī)模和穩(wěn)定性量身定制防護(hù)組合形式，從而達(dá)到保證邊坡安全穩(wěn)定的目的[4]。

3.1 鋼筋混凝土框架內(nèi)部植草護(hù)坡

（1）防護(hù)原理及其適用性。采用鋼筋混凝土框架對(duì)挖方邊坡進(jìn)行防護(hù)時(shí)有兩種選擇，一是使用現(xiàn)澆模板在現(xiàn)場進(jìn)行澆筑，二是在廠房預(yù)制鋼筋混凝土框架，框架安裝完畢后在內(nèi)部回填客土。將土體固定框架內(nèi)部，然后在框架中種草，以達(dá)到護(hù)坡和綠化的目的。與漿砌片石相比，鋼筋混凝土的強(qiáng)度更強(qiáng)，且對(duì)邊坡的防護(hù)效果更好。一般來說，這種方法可以應(yīng)用于各種邊坡，但由于成本高昂，因此往往僅用于高陡峭巖石邊坡和土壤穩(wěn)定性差、綠化較淺的地方。

（2）固土方法。采用鋼筋混凝土框架內(nèi)部植草護(hù)坡時(shí)，固定于框架內(nèi)部的客土是相當(dāng)重要的，不同的工程適用的固土方法不同，常用的有：①在框架內(nèi)填筑空心六棱磚，并在空洞處回填土體，植草種樹，主要適用于坡率小于1∶1的低矮邊坡，也可以用在坡率為1∶0.3的巖質(zhì)邊坡，高度一般不大于10m，保證施工安全。②土工格室固土植草護(hù)坡，土工格室安裝在框架內(nèi)，用于固定土壤和種植草坡。③在框架內(nèi)回填加筋土，然后通過直噴法或掛網(wǎng)噴播草種，并在框架內(nèi)植草護(hù)坡。

3.2 預(yù)應(yīng)力錨索框架梁植被護(hù)坡

（1）防護(hù)原理及其適用性。高陡的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性較差，此時(shí)單純地使用錨桿并不能把鋼筋混凝土框架梁固定在邊坡坡面，預(yù)應(yīng)力錨索適用于此類高陡巖質(zhì)邊坡，此時(shí)邊坡的坡體穩(wěn)定性和鋼筋混凝土框架均得到了加固，之后再在框架里植草護(hù)坡[3]。

（2）施工注意事項(xiàng)。預(yù)應(yīng)力錨索框架梁的施工工藝較為復(fù)雜，在進(jìn)行框架梁和錨索支座澆筑時(shí)，必須嚴(yán)格按照混凝土澆筑施工方法以確保質(zhì)量。當(dāng)采用預(yù)制的框架梁時(shí)，需要保障反力支座和節(jié)點(diǎn)之間連接牢固，并且預(yù)制框架梁需要和坡面緊貼；當(dāng)噴播的草種和基材較厚時(shí)，要確保噴播均勻，保證草籽分布均勻；通常要在噴播2d后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)所澆水分應(yīng)該均勻且緩慢地潑灑在坡面種植處，不能使用高壓射流來沖擊坡面[4]。

3.3 預(yù)應(yīng)力錨索地梁植草護(hù)坡

存在一些高陡巖土體邊坡，其淺層巖土體穩(wěn)定性較好，破壞模式通常為深層失穩(wěn)破壞，對(duì)于這類邊坡而言，不需要固定淺層，可以去掉框架只采用地梁，以此減少工程材料的浪費(fèi)。地梁采用預(yù)應(yīng)力錨索固定在邊坡上，穩(wěn)定性好的邊坡也可采用錨桿固定。當(dāng)淺層邊坡穩(wěn)定性較差時(shí)，地梁間可采用水力噴射或厚基料噴射，地梁間可用漿砌片石形成框架，框架內(nèi)采用植被防護(hù)。

4 結(jié)束語

在山區(qū)公路建設(shè)和運(yùn)營期間，產(chǎn)生了大量的挖方邊坡，為了保證挖方邊坡的安全，要注意采用生物防護(hù)和工程防護(hù)相結(jié)合的模式對(duì)其進(jìn)行防護(hù)，以達(dá)到保護(hù)生態(tài)環(huán)境且挖方邊坡安全穩(wěn)定的目的，為此對(duì)公路挖方邊坡防護(hù)形式的優(yōu)化組合研究是十分有必要的。