滯洪區高速公路生態邊坡監測研究

張俊峰，陳永昊，薛丹璇，朱曉東

（1.中交一公局第六工程有限公司，天津市300451；2.中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津市300074）

0 引 言

滯洪區內高速公路建設地質條件復雜，施工難度較大，其路基邊坡常年受洪水浸泡、沖刷，易產生水損害，若防護不到位將嚴重影響公路的安全使用[1]。以往滯洪區內高速公路邊坡常采用漿砌片石等工程防護，導致植物生長環境遭到破壞，難以恢復到原有的生態環境。隨著生態修復和水土保持成為研究熱點，生態護坡技術逐步引入公路建設，但滯洪區路基邊坡生態防護技術尚屬研發的新工藝，其實施效果有待于實踐驗證。

目前，路基邊坡生態防護技術已有一定的實踐成果[2-5]，但多用于石質邊坡、浸水路基等，針對滯洪區公路邊坡應用研究較少，具體的護坡效果也未有定論。監測數據作為檢驗和分析評價邊坡防治工程效果的尺度，能夠準確反映邊坡體的演變過程，通過對邊坡特征信息的捕捉，為邊坡分析、評價、預測等提供可靠資料和科學依據。因此，加強生態邊坡監測具有重要的工程意義和社會效益。

本文以津石高速（交通運輸部第三批綠色公路建設典型示范工程之一）天津西段滯洪區路基邊坡為研究對象，應用新型生態護坡技術，開展監測、測試等現場試驗，對邊坡穩定性和生態性效果進行驗證分析，以期為滯洪區路基邊坡生態防護設計施工提供技術參考和實踐經驗。

1 滯洪區高速公路生態邊坡防護施工技術

公路邊坡防護對公路的日常運營具有重要意義，公路的使用質量、服務能力能否滿足行車安全及舒適要求，邊坡穩定起著至關重要的作用。

1.1 津石高速公路概況

津石高速公路天津西段位于天津市靜海區，線路長約12.5 km。工程所在區為海河流域大清河系賈口洼蓄滯洪區，線路采用橋梁和路基相結合的方式布設，由東向西先后以橋梁跨越運西排干渠、黑龍港河、網口排干渠、子牙耳河等排澇河道。路線所經地區屬于天津海積沖積平原區，地勢較為平坦，地表沉積物以黏土、亞黏土為主，地表以下7～15 m 有粉細砂及粉砂質黏土。境內地勢低平，排水不暢，地下水埋藏較淺，土壤多發育為潮土。工程項目地理位置圖見圖1。

圖1 工程項目地理位置圖

1.2 滯洪區路基邊坡生態防護施工

滯洪區內邊坡防護需要具備防沖刷、防滲透、耐浸泡等特點，同時滿足適應環境、保護生態的要求。邊坡采用三維土工墊生態護坡，自坡面向上依次為復合土工墊（由反濾土工布和三向土工格柵組成）、生態袋、三向土工格柵、噴播層。該方案結構穩定，施工便捷，可防止水土流失，具有良好的抗沖刷、防滲透能力和綠化效果。

施工過后，經養護一個雨季，綠植基本覆蓋坡面，形成了生態、穩定的新型生態護坡結構。

新型生態護坡方案設計圖見圖2。

圖2 新型生態護坡方案設計圖（單位：m）

2 滯洪區路基邊坡穩定性監測試驗

遠程信息化監測系統由監控中心、云端、GPRS通信網絡、無線采集設備、前端傳感器5 部分組成，通過高精度傳感器監測得到測點變化量，建立安全監測模型，從而分析變形規律并實現及時反饋。為了建立一個更接近實際情況的安全監測模型，合理制定監測方案是非常關鍵的基礎工作。

2.1 測點布置

本監測系統共布設2 個斷面進行對比監測，一個為新型生態護坡斷面，另一個為普通植草護坡斷面（見圖3）。

圖3 監測裝置示意圖（單位：m）

2.1.1 新型生態護坡斷面布設

（1）從坡頂到坡腳，沿坡面軸線距離坡頂5.5 m、4.0 m 和0.5 m 布設3 個鉆孔（編號為鉆孔1、鉆孔2、鉆孔3），鉆孔深度分別為6.5 m、2.5 m、10.5 m。

（2）鉆孔1 和鉆孔3 安裝導輪式測斜儀，其中鉆孔1 安裝2 個導輪式測斜儀，埋設深度分別為3 m和6 m；鉆孔3 安裝4 個導輪式測斜儀，埋設深度分別為2 m、4 m、7 m、10 m。

（3）3 個鉆孔內各布設4 個孔隙水壓計，埋設深度分別為0.5 m、1.0 m、1.5 m、2.0 m。

（4）3 個鉆孔內各布設4 個土壤溫濕度計，埋設深度分別為0.5 m、1.0 m、1.5 m、2.0 m。

（5）沿邊坡表面在鉆孔1、鉆孔2、鉆孔3 附近布設3 個表面位移監測點，共計3 個位移計。

2.1.2 普通植草護坡斷面布設

（1）從坡頂到坡腳，沿坡面軸線距離坡頂5.5 m、4.0 m 和0.5 m 布設3 個鉆孔（編號為鉆孔4、鉆孔5、鉆孔6），鉆孔深度分別為6.5 m、2.5 m、10.5 m。

（2）鉆孔4 和鉆孔6 安裝導輪式測斜儀，其中鉆孔4 安裝2 個導輪式測斜儀，埋設深度分別為3 m和6 m；鉆孔6 安裝4 個導輪式測斜儀，埋設深度分別為2 m、4 m、7m、10 m。

（3）3 個鉆孔內各布設2 個土壤溫濕度計，埋設深度分別為1 m、2 m。

（4）沿邊坡表面布設3 個表面位移監測點，共計3 個位移計。

雨量計在邊坡上部選擇穩定、開闊的位置布設1套雨量監測站。

數據通過GPRS 遠程傳輸回服務器和平臺。用戶可以通過電腦端和手機端，多人同步共享數據查詢、分析、采集等功能。

2.2 監測周期

（1）監測時長。根據《邊坡防治工程設計與施工技術規范》（DZ/T 0219—2006）和《崩塌、邊坡、泥石流監測規范》（DZ/T 0221—2006），邊坡監測時長設定為1 a。

（2）監測周期。雨季：雨天1 d 觀測1 次，晴天每2～3 d 觀測1 次；旱季：1 周觀測1 次。區域降雨量監測：實時采集降雨量，監測頻率為6 h 采集1 次。

3 滯洪區路基邊坡生態性監測試驗

通過觀測普通植草護坡和新型生態護坡在一定區域內的植物數量和植物種類，進行滯洪區路基邊坡生態性效果驗證分析。具體試驗步驟如下：

（1）在普通植草護坡區域內隨機選取3 塊1 m×1 m 的樣方，分別用卷尺量出精確尺寸，將樣方編號，邊界用彩繩或者硬紙條臨時標記。人工現場觀測并記錄每塊樣方內的植物種類和植被覆蓋率。

（2）在新型生態護坡區域內隨機選取3 塊1 m×1 m 的樣方，分別用卷尺量出精確尺寸，將樣方編號，邊界用彩繩或者硬紙條臨時標記。人工現場觀測并記錄每塊樣方內的植物種類和植被覆蓋率。

（3）通過普通植草護坡和新型生態護坡內植物種類和數量的數據分析和對比，檢驗新型生態護坡效果。

4 數據結果及分析

本次監測在津石高速西段黑龍港河的橋頭位置（K6+415.370～K6+515.370）、橋尾位置（K7+514.230～K7+614.230）和王口排干渠的橋頭位置（K8+928.570～K9+028.570）范圍內開展生態護坡試驗段設計。

4.1 滯洪區路基邊坡穩定性效果分析

通過對比新型生態護坡和普通植草護坡深層位移、表層位移和土壤含水率的監測結果，進行滯洪區路基邊坡穩定性效果驗證分析。

4.1.1 深層位移監測

自2021 年1 月8 日起近1 a 監測時長內，新型生態護坡和普通植草護坡的深層位移變化情況見圖4。

由圖4 可知，新型生態護坡的深層位移變化曲線較普通植草護坡的變化曲線平緩，坡體穩定，連續性強。普通植草護坡在2021 年7 月出現了一次較大的位移變化，而新型生態護坡出現波動不大的位移后又復位，之后趨于穩定。

圖4 新型生態護坡和普通植草護坡的深層位移變化圖

4.1.2 表層位移監測

新型生態護坡和普通植草護坡的表層位移變化情況見圖5。

由圖5 可知，新型生態護坡和普通植草護坡的表層位移在整個監測期間變化不大，其中普通植草護坡的表層位移在2021 年7 月出現一次較大波動，可能是人為影響所致，并非坡體變化。

圖5 新型生態護坡和普通植草護坡的表層位移變化圖

4.1.3 土壤含水率監測

新型生態護坡和普通植草護坡的土壤含水率變化情況見圖6。

由圖6 可知，新型生態護坡的土壤含水率變化區間不大，普通植草護坡的土壤含水率隨季節性變化起伏較大。

圖6 新型生態護坡和普通植草護坡的土壤含水率變化圖

通過對新型生態護坡和普通植草護坡的信息化監測，實現了對護坡效果的精細化感知。工程監測數據整體上反映了新型生態護坡和普通植草護坡的建設使用效果，新型生態護坡較普通植草護坡在坡體穩定性、土壤含水率穩定性等方面具有一定的優勢，新型生態護坡受季節性變化的影響較小，體現出了更好的護坡穩定效果。

4.2 滯洪區路基邊坡生態性效果分析

在普通植草護坡和新型生態護坡區域內各隨機選取3 塊1 m×1 m 的樣方。普通植草護坡內樣方標記為樣方1、樣方2 和樣方3，分別位于普通植草護坡下部、中部和頂部；新型生態護坡內樣方標記為樣方4、樣方5、樣方6，分別位于新型生態護坡下部、中部和頂部。具體取樣位置見圖7。

圖7 新型生態護坡和普通植草護坡的取樣位置圖

樣方內具體情況見圖8，樣方植物種類和多樣性統計見表1。

圖8 新型生態護坡和普通植草護坡的樣方圖

由表1 可知，新型生態護坡中植物種類（6 種）多于普通植草護坡（3 種），植物豐富度更好。同時，新型生態護坡上生長有灌木（胡枝子），其在面對雨水沖刷時較草本植物能起到更好的邊坡防護作用。另一方面，普通植草護坡受混凝土格構的影響，植物覆蓋度小于新型生態護坡，即新型生態護坡的植物覆蓋度更好。

表1 樣方植物多樣性統計表 單位：%

綜上所述，新型生態護坡的植物生態性優于普通植草護坡，在植物豐富度和覆蓋度上具有較明顯的優勢。

5 結 語

（1）新型生態護坡較普通植草護坡在穩定性和生態性上更具優勢，體現出更好的護坡效果；監測作為施工的“眼睛”，能夠為試驗順利進行和工程安全提供保證；應用先進的監測儀器及時獲取信息，能夠為信息化管理和施工提供有力的保障。新型生態護坡技術具有廣泛的應用前景。

（2）本研究應用于津石高速天津西段。鑒于該路基邊坡坡度較緩，路基本身穩定系數高，新型生態防護方案安全系數也較高，使得護坡結構穩定有效。若能在此基礎上進一步探討加固與生態結合的陡峭路基邊坡的生態防護新技術，進行新型生態護坡的長期監測，可以發現新型生態護坡的不足之處并在后續設計中予以改進。