高边坡防护在土地复垦中的应用

2016-02-19寇飞周

乡村科技 2016年24期

关键词：护坡坡面岩土

李钰寇飞周王玮李丹

（陕西华地勘察设计咨询有限公司，陕西西安 710000）

高边坡防护在土地复垦中的应用

李钰寇飞周王玮李丹

（陕西华地勘察设计咨询有限公司，陕西西安 710000）

影响高边坡稳定性的因素主要有削坡坡率、水文地质条件、岩土体的结构特征、矿物成分的含量等；根据边坡所处的地形地貌、岩土体性状等条件，采取的高边坡防护措施包括生态措施和工程措施。其中，采用生态措施进行高边坡防护，可在短期内完全覆盖坡面，并且可以抑制边坡的侵蚀发育，减少土壤流失量，在水土保持中发挥着显著作用；根据边坡土质条件和复垦后地块的用途，可适当采用工程措施对高挖坡面进行防护，防止边坡坍塌，提高高边坡的安全性和稳定性。

高边坡；削坡坡率；稳定性；生态防护；工程防护

以《西安建业石料有限公司胡刘采石场土地复垦项目》和《高陵县鹿苑镇-通远镇城乡建设用地增减挂钩调整后新拆旧区土地复垦项目》为例，探讨露天采矿和烧砖造成的大量高挖边坡的防护设计。

1 高边坡成因

1.1 露天采矿形成

露天采矿是用一定的开采工艺，按一定的开采顺序，剥离岩石，采出所需矿物的过程。采矿方式一般为水平台阶自上而下开采，从最高点至开采底面通常设多个台阶，台阶高度几米到几十米不等，形成高低不等的边坡，如不采取必要的保护措施，边坡坡面岩体将逐渐风化破碎，造成一定的安全隐患［1］。如《西安建业石料有限公司胡刘采石场土地复垦项目》中的胡刘采石场，经过几年的采矿作业，开挖台阶的坡面上危石分布，坡顶分布有松散的碎石、土层，加之岩石坡面植被发育较差，边坡稳定较差，急需处理。

1.2 烧砖取土形成

《高陵县鹿苑镇-通远镇城乡建设用地增减挂钩调整后新拆旧区土地复垦项目》中涉及8个建材厂，各建材厂均因常年取土烧砖，砖厂地势较周边区域有10～20 m的落差，坡度较陡，个别建材厂取土后出现直立坡面。在复垦过程中，从经济合理性考虑，在终采平台高程对采土场进行复垦，不可能将该地块回填至与周边区域齐平，复垦后地块与周边地块仍有10～20 m的落差。边坡较高，坡度较陡，对复垦后生产建设的安全造成威胁。

2 高边坡稳定性的影响因素及治理措施

无论是露天采矿形成的高边坡还是烧砖取土形成的高边坡，在项目复垦过程中，高边坡的稳定性是工程研究的重点，特别是复垦为耕地后，一定要确保边坡的稳定性。同时，随着国家对环保重视程度的不断增加，生态环境保护日益重要，复垦项目的高边坡防护也应遵循生态环保的原则，在设计及项目实施过程中应重视保护项目区的生态环境，尽量保持项目区生态平衡。影响高边坡稳定性的因素主要有削坡坡度、水文地质条件、岩土体的结构特征、矿物成分的含量等；高边坡的防护措施包括生态措施和工程措施两方面［2］。

2.1 高边坡稳定性影响因素

2.1.1 适合削坡坡度。适合高边坡的削坡坡度是指保证具体条件同时成立的情况下高边坡的坡度。具体条件是指：①各项安全系数满足规范要求；②削坡工程量要最小；③满足抗滑稳定性要求［3］。

无论是《西安建业石料有限公司胡刘采石场土地复垦项目》胡刘采石场砂石开采形成的砂土混合体的高边坡，还是《高陵县鹿苑镇-通远镇城乡建设用地增减挂钩调整后新拆旧区土地复垦项目》中各建材厂烧砖取土形成的土质高边坡，均未达到适合削坡坡度，需采取一定的技术措施，保证其高边坡的稳定。

2.1.2 其他影响因素。影响高边坡稳定的其他影响因素包括项目区高边坡的水文地质条件、高边坡岩土体的结构特征及边坡土（石）中矿物成分的含量等［4］。由于这几项因素主要影响高边坡土（石）体的强度，对高边坡的稳定性影响较大。

2.2 高边坡防护

项目复垦后，为了保证边坡下的农业生产及过往行人的安全，需要对原高边坡进行防护设计，边坡防护一般采用生态防护与工程防护相结合的方式［5］。

2.2.1 生态防护。生态防护因在保护坡面的同时可以起到改善环境、提升景观的效果，因而被越来越多地应用于工程实践中。常见的生态防护形式通常有以下几种。

2.2.1.1 人工植草护坡。人工植草护坡是一种较为传统的边坡防护措施，通过人工撒播草种，在坡面形成草皮覆盖以达到保护坡面的目的，适用于各类土质边坡、土石混合边坡，施工简单，造价低廉。但是，种草成活率较低，易造成坡面冲沟、表土流失等边坡病害［6］。

2.2.1.2 网格生态护坡。网格生态护坡是目前广泛应用的一种生态护坡形式，尤其在道路工程中应用极广。网格生态护坡先以砖、石、现浇混凝土等刚性材料形成网格骨架，对边坡形成刚性防护，防止边坡失稳破坏，然后再在网格中栽植相应植物，形成对网格内土体的防护，防止边坡水土流失，最终形成网格与植物相辅相成的综合护坡体系，既能保持边坡稳定，同时又能恢复边坡生态，防止水土流失，保护环境。网格生态护坡形式投资较大，适用于大型工程，对于投资较小的复垦项目，经济性较差，不太适用［7］。

2.2.1.3 生态袋护坡。生态袋护坡是近年来新兴的一种生态护坡形式，目前在河道水生态治理项目中得到了广泛的应用。生态袋护坡是通过植物在装有营养基的生态袋中生长繁育形成坡面植物覆盖的方式，达到护坡和修复环境的一种护坡技术［8］。有很好的水环境和潮湿环境的适用性，但由于植物生长过于依赖生态袋中的营养基，植被后期的生存条件受到限制，坡面防护的持续性较差。

2.2.1.4 平铺草皮。平铺草皮是一种传统的边坡植物防护措施。该护坡形式施工简单，造价低廉且在短期内即可成坪，达到边坡防护的目的［9］。但由于草皮为非本地自然生长，故本护坡形式前期的养护管理较为困难，且存在新铺草皮易受各种自然灾害影响的缺点。

除了以上几种边坡生态防护措施外，比较常用的生态护坡形式还有土工格室植草护坡、土工网垫植草护坡等。在实际工程中，应根据工程特性、高边坡特点和边坡土质条件，选择技术可靠、经济可行的坡面防护类型。本次《西安建业石料有限公司胡刘采石场土地复垦项目》设计过程中，考虑到项目防护体为土石混合边坡，且部分裸露田坎极易被侵蚀，在夏季雨水冲刷和冬季冻融破坏的作用下，坍塌现象较为严重，不仅影响田坎临近区域耕地安全，同时坍塌的田坎占用耕地，影响正常的田地耕作［10］。从经济性及技术可行性考虑，该项目边坡防护采用植草护坡形式，草种选择当地易生长的紫花苜蓿。

项目实施后，通过在田坎上种植草木，在田坎表面形成植被覆盖，保水阻水，降低坡面水体流速，减小坡面冲刷；同时，在坡面下通过盘根错节的根系固持土壤，防止田坎发生滑塌。同时田坎上种草后，枝叶覆盖，减少了立体蒸发，调节了局部温度，改变农田小气候环境，利于作物生长［11］。

2.2.2 工程防护。在土地复垦项目中，一般需要设置工程防护措施，最常用的形式为护面墙（重力式挡土墙）。虽然护面墙强度较高，效果较好，但由于护面墙石材用量较大，导致成本较高，且后期运行过程中难以形成植物覆盖，颜色单调，缺乏相应景观效果，不利于环境保护［12］。

3 边坡稳定计算理论

3.1 岩土体抗滑稳定性计算原理

岩土体边坡抗滑稳定计算一般采用极限平衡理论进行。采用极限平衡法分析岩体和土地稳定性时，首先应假定一个破坏面，取破坏面内的岩土体某一块体作为研究对象，作用于岩土体中潜在破坏面上块体沿破坏面的抗剪力和与该块体沿破坏面的剪切力的比值，即为该块体的稳定系数。

3.2 岩土体边坡参数的确定

岩土体的强度是边坡稳定性分析中最重要的一个指标，要较准确研究边坡的稳定性，必须要正确合理选用计算边坡稳定系数的一些参数。大量实验和工程实践经验表明，试验条件、水文地质条件、岩土体的结构特征、矿物成分的含量、含水量大小和颗粒组成是影响岩土体强度的主要因素。

3.3 边坡综合坡率与稳定安全系数的关系

在进行边坡开挖时，边坡坡顶到水平面的垂直高度和坡顶到坡底水平距离的比值，为边坡的综合坡率。一般坡率与边坡的稳定安全系数成正比，开挖坡率下的安全系数稍小于综合坡率下的安全系数［13］。

4 土地复垦高边坡设计实例

《西安建业石料有限公司胡刘采石场土地复垦项目》采石场削坡后，边坡为土石混合物，其稳定性较差，单纯做生态护坡难以保证其稳定性；而且该采石场复垦为耕地，田坎和边坡高度介于5.00～8.18 m，若长期遭受雨水冲刷，可致坡体坍方、滑坡。为保证村民农业生产及人身安全，本工程边坡防护采用了生态护坡与工程防护措施相结合的形式，即在边坡和田坎根部设置浆砌块石重力挡土墙，边坡和田坎上部采用生态护坡形式。

4.1 重力挡土墙截面形式选择

重力挡土墙的形式有仰斜、垂直、俯斜、凸形折线式和衡重式。由于削坡坡面较陡，若采用仰斜式挡墙形式，挡墙高度会较高，断面增大，增加项目投资，经济性较差。俯斜式墙身断面较大，同时墙体后部土压力较大，本项目不适用；凸形折线式上部俯斜、下部仰斜，墙身断面较经济；衡重式挡墙形式在背部设有衡重台，可增加墙体稳定性。但是，俯斜式、凸形折线式、衡重式挡墙形式均需土体回填，由于该项目没有多余土源，故均不适用于本项目。最终本次设计选用垂直式挡墙形式。

4.2 挡土墙稳定计算

挡土墙稳定计算采用理正岩土挡土墙设计软件进行计算。依据典型断面，合理选择各物理参数，进行主动土压力计算、抗滑稳定计算、抗倾覆稳定计算、地基应力及偏心距验算、基础强度验算、墙底截面强度验算和法向应力强度验算，通过验算结果，验证挡土墙的稳定性。稳定计算表明，本项目所采用挡墙形式各项参数合理，各项安全系数既能满足规范规定的最小安全系数要求，又能保证合理的安全裕度，达到了经济合理性与技术可行性的平衡［14］。

在土地复垦高边坡治理中，采用生态防护进行高边坡防护，可在短期内完全覆盖坡面，并且可以抑制边坡的侵蚀发育，减少土壤流失量，在水土保持中发挥着显著作用；根据边坡土质条件和复垦后地块的用途，可适当采用工程措施对高挖坡面进行防护，防止边坡坍塌，提高高边坡的安全性和稳定性。

［1］王树仁，何满潮，王健，等.复杂工程条件下边坡工程稳定性研究［M］.北京：科学出版社，2007.

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