生态防护在岩质边坡中的应用

生态防护在岩质边坡中的应用

1边坡稳定性分析在道路边坡的保护中，大部分边坡都采用了生态保护，但大部分边坡仍然采用了工程保护。在生态保护范围内，基本上采用了单挂网扩散混合的生态防御，不利于植物的长期生长，不完全适应周围环境。另外,在岩质边坡中,根据现场勘察进行的边坡设计存在着很多不稳定边坡,在边坡施工期间有很多地段发生滑坡,然后采用加固方式为主的工程处理措施,不利于边坡生态防护的需要和植物生长多样性的需要,若采用放缓边坡的削坡处理方式,机械至少需要5m工作平台,有的地段由于地形难以重新开挖机械通道,有的为硬岩且有不利结构面地段也很难重新放炮削缓边坡,加之重新征地,工期影响,使很多地段很难做到放缓边坡要求。因此,在施工初期对边坡进行一次系统的调查,确定有利于边坡生态防护的边坡坡率和有利于边坡立体生态防护的边坡结构,减少由于边坡稳定性不够需重新放缓或加固的边坡工程量,对需生态防护的岩质边坡是一项较为有意义的工作。2岩质边坡的生态保护发展趋势和要求2.1边坡防护的工程措施在加快铁路、公路基础建设中,中央提出要特别注重工程建设中的生态环境保护,采取切实可行的工程措施和植物措施,改善和保护沿线的生态环境,坚持科学规划、科学建设、提高铁路、公路的科技含量,对坡面水土保持、植草、种树将是公路生态环境保护和绿色通道建设的重点。在切方边坡中,为生态防护需要,一般尽量使切方边坡自然满足稳定性设计要求,减少工程加固措施。坡度越陡,植物根系伸入土中之深度越浅,植物生长较易衰退。边坡在35度以下时,从周围自然侵入植物的机会很大,但坡度超过35度以上时,甚少植物自然侵入,因其表层土壤不停地移动,致使种子无法固定,坡度在45～50°以上时,仅靠植物的抗剪力是不能维持坡面表土的稳定的,为防止根系生长的土层滑落,必须采取一定的工程措施,构成基础后才能种植植物。植被的力学效应:植物的深根有锚固作用,浅根有加筋作用。植被的水文效应:降雨是诱发边坡失稳的重要因素之一,植物通过吸收和蒸发水分,降低土体孔隙水压力,提高土体的抗剪强度,有利于边坡稳定。降雨截留,削弱溅蚀,控制土粒流失。改善生态环境,发达密集的根系在土壤中穿插、挤压、分割及网络作用和根系分泌分解产物的胶结作用,有助于防止边坡的风化剥落。根茎腐解过程,能导致各类土壤微生物大量繁殖,有利于边坡生态环境的恢复,从而走向良性循环。对于低丘高切方岩质边坡,首先要满足其稳定性,但在满足稳定性方面,可采取多项措施,如削坡和加固等,在这些措施的工程费用相当时,要选择便于生态防护的措施,对于不良地质体如膨胀土切方边坡,在边坡防护中,工程防护与生态防护相比采用生态防护可减少滑坡诱发可能性。因此,在高速公路稳定措施和防护设计中,要优先考虑便于生态防护的措施。2.2岩质边坡绿化的概念和对策(1)种植立地条件较好的植物岩质边坡表面贫脊,需喷混植生防护。在雨水季节之前或之后,种植速生型禾、草和矮灌型植物,使禾、草迅速覆盖坡面,保证岩质表面不被雨水冲刷,并使禾、草迅速生长覆盖坡面。(2)植物配置应用植物的多样性要求边坡植物生防采取多样性,在坡面采用一定工程措施后可种植草灌型植物,建立乔、灌、藤、草多层立体生态防护,其好处有:①多层利用水、光、热资源,生物质积累速率快;②根群立体分布深,不仅吸收养分面增加,且固坡能力增强,边坡稳定性提高;③乔灌藤草组合各生物互利互补,避免单一易退化,且难以恢复,多种植物混合可以增加群体生物的多样性和稳定性;④乔、灌、藤、草立体模式为自然生态植被,可延长边坡绿化寿命;⑤多层次植被形态可阻截雨水对坡面的直接冲击,减少水土流失。(3)冷季植物对于我国中部地区,冷暖分明,暖季型植物在冬季时燥黄,冷季型草木在夏天基本不生长,在坡面实行冷暖季型套种,可使坡面四季常春,美化环境。3基于生态保护的岩质边坡设计3.1岩质边坡的一般情况低丘地区的岩质边坡,自然坡面一般都缓于30°,坡面种植以松树等为主,另外有其它小灌木和草本植物。3.2两种边坡的对比对于不稳定需采取工程措施的切方边坡,较陡的边坡采用工程加固措施和放缓较陡边坡都能使其满足稳定要求,在综合工程费用相当时,采用放缓边坡的工程措施有利于生态防护,但在较陡的边坡施工完成大半或切方接近完成时,重新放缓边坡需施工机械开挖新的通道重新涮坡,另外重新征地有时也较困难或由于可能延误工期而较难实施。因此,较重要地段的岩质边坡预先重新进行工程地质调查和分析计算,确定合适的边坡坡率,既满足稳定要求,减少不必要的重复施工,又有利于边坡生态防护。3.3边坡景观绿化以往,对于工程防护为主的切方边坡来说,放缓岩质边坡,需多征地多毁坏林地,增加灰色防护带,增加工程量,随着技术的发展,岩质边坡生防日趋成熟,挂网喷混生防在岩质边坡中普遍使用。对以生态防护为主的切方边坡,公路建设占用林地时,在公路沿线坡地补偿同等数量的林地,以维护地区生态环境,对建设用地由经济补偿转变为林地、绿化地面积补偿,这对生态环境及公路景观方式均有益。低丘地区,适当放缓边坡,增加的工程量也较小,增加的切方工程量与边坡加固工程量其费用基本相当,生态防护费用与工程防护费用也基本相当,因此对于低丘岩质边坡适当放缓边坡有利于边坡生态防护,陡坡一般来说只能挂网生防,并且只能种植禾、草植物,植物单一,缓坡有利于植物生长多样性要求。3.4种植槽和覆盖物在风化的软质岩石或较破碎岩石的切方边坡确需护面墙时,可在碎落台上设置种植槽,种植低矮灌木类、小乔木类及上攀爬藤类植物,在台阶上种植低矮灌和下吊型灌藤类,使植物尽量掩盖工程防护表面。在需进行工程处理的边坡,尽可能减少加固工程措施,采用放缓达到边坡稳定,在坡面和台阶上进行草、灌、乔相结合的立体生态防护,使植物生防达到多样性,台阶和碎落台上的种植槽不低于60cm,一般在80～100cm,便于种植乔木,在台阶上的种植槽底部可以不设计砼封底层,以便乔、灌根系向下生长于岩层裂隙内部,由于种植槽有80cm左右的土层,雨水在一般情况下不易下渗到坡面,即使强降雨期间,出露有限面积的种植槽下渗到岩石内的雨水极为有限,不会对坡面岩石形成危害,但不封底的种植槽对乔灌长期生长效果较为有利,乔灌根系生长于岩层内后,对破碎岩石坡面稳定性也有利。多级坡面处,在整个边坡坡率满足稳定条件下,尽可能地间隔设置1～2个宽平台,由于较陡的岩质坡面难以生长乔灌木,可在宽台阶处设置种植槽,种植乔灌类使生态防护达到多样化和立体化。由于岩石边坡复杂的地质条件,放缓的边坡,节理裂隙组合仍可能产生不稳定的小楔形体滑移,可以采用锚杆结合钢筋砼骨架加固坡面,加强岩石表面的整体性,使其达到长期稳定,骨架相嵌于岩石坡面内一定深度,一般为20～50cm,骨架露出坡面约20cm,稳固喷混植草生防的基层,使工程加固与边坡生态防护相结合。4实例分析4.1顺坡厚层土岩特点某公路边坡最高为38m,出露以震旦系黄色石英绢云母片岩、暗绿色变辉长辉绿岩和黄色灰色千枚岩为主,岩体多变,岩体节理裂隙发育,有多组倾向顺坡向节理,节理倾角35°～40°为主,可组合成楔形小滑体,岩体以强弱风化为主,边坡开挖后部分地带有地下水渗出。原设计六级坡,每级坡高6m,第一级坡坡比为1∶0.75,中间四级坡比为1∶1,最上一级坡比为1∶1.25。4.2研究对象及研究分析根据平面地形图和坡面实测断面图,选择了二个断面进行边坡稳定性分析计算。在计算分析时,将云母片岩等岩体假定为均质体,平均容重设为25.5kN/m3,边坡稳定性计算采用毕肖普法。根据边坡岩层力学特征及同类工程资料,先选取φ值,然后假定边坡稳定性安全系数处于某一范围值,计算出边坡岩体的粘聚力。根据计算得到的一组值,结合边坡实际地质情况进行工程类比,最终确定岩体潜在滑动面剪切强度指标值。另外,根据国内水利水电工程和其它工程同类岩体现场剪切强度试验值,如中国科学院武汉岩土力学研究所1986年在十堰二汽煤气厂煤库边坡稳定性研究中对云母石英片岩中微风化切层岩体抗剪试验等。经类比分析选择几组同类岩体试验值对目前边坡进行稳定性分析计算,综合两方面的计算。对该边坡稳定性状态进行分析判断,边坡稳定性分析计算结果见表1。根据中同类岩石现场剪切试验,中、微风化绢云母片岩一般摩擦系数在0.55～0.88。c值为10～320kPa。中科院武汉岩土力学研究所在十堰二汽煤气厂进行的同类岩石原位剪切试验中,tanφ=0.55～0.63。c值为120～230kPa,在此范围内,经类比分析,对边坡稳定性进行计算。其边坡稳定性计算结果见表2。锚杆加固后对局部台阶内稳定性有较大提高。根据边坡工程地质条件,潜在滑坡滑动面以组合节理面为主,潜在滑动剪切面岩层相对较破碎软弱,其抗滑的剪切强度指标值较低。另外,切方边坡到自然边坡的山脊线间有一定汇水面积,自然山坡坡度平缓,雨水可沿结构面渗透,可在边坡中形成一定的静水压力。文献和中科院武汉岩土力学研究所关于十堰二汽煤汽厂库边坡稳定性研究报告(简称研究报告)中参考的中微风化云母片岩、千枚岩的抗剪强度:文献为c=10～330kPa,φ=25°～35°,大部分主要为c=30～80kPa,φ=27°～31°;研究报告为c=120～230kPa,φ=29°～32.5°。研究报告的试验条件为50cm×60cm的切层试验。边坡稳定性计算分析中,考虑到岩石的长期强度中c值下降较明显,φ值变化不大,且对于整个边坡来说中剪试验的试验值应用到边坡计算中还应有所折减。另外,滑坡主要为顺层或节理面,层面间的c值大为下降,φ值也有所下降。结合文献、研究报告和工程经验,对该边坡的值取c=60kPa,φ=29°。在此条件下,整治前边坡稳定性安全系数计算值k=1.12。根据边坡稳定性反分析计算和类比计算,结合边坡实际条件,确定目前该边坡稳定性系数在1.05～1.15之间。要使永久性边坡稳定性安全系数k≥1.25,可以采用削坡放缓边坡和喷锚加固的两种方式进行边坡整治。两种工程措施相比较,增加工程量的工程费用基本相当,显然削坡放缓措施有利于该边坡的生态防护,削坡后的边坡坡比都为1∶1.25,第二和第四级台阶宽为5m,按此施工完后的第一级边坡仍有部分地段存在小楔形不稳定体,为了配合总体生态防护需要,在第一级坡进行锚杆加固,在锚杆之间采用钢筋砼框架,加强坡面岩体的整体性,骨架埋入坡面30cm,露出坡面20cm,以便喷混生防的基层材料稳定。4.3综合植物种植边坡削坡后的第二和第四级宽台阶上设置大种植槽,种植槽高约100cm,填放种植营养土后可以种植与周围森林环境相协调的中低林并套种其它灌藤草相结合的植物,达到边坡立体生态防护。其它台阶上种植灌木为主,并套种藤草。在碎落台上设置种植槽,高度为60～80cm,种植槽内填放植物生长的营养土,种植矮灌低林木以及观偿性花卉等。在坡面上,进行挂网喷混植生,喷混基层为有一定级配配置的营养土,厚度一般在12～18cm,以