河道高陡回填土边坡生态防护技术研究

2024-03-28张青鹏

水利技术监督 2024年1期

张青鹏

(中电建华东勘测设计研究院(郑州)有限公司，河南郑州 450016)

当前国内对于河道边坡生态防护研究较多，主要实现边坡安全与生态的实现和谐统一，着重体现的是生态学、工程学、水利学、环境学等之间的高度融合[1]，但是对于高陡边坡研究较少。近年来，随着相关研究的深入，高陡边坡生态修复技术大多应用于高速公路沿线或者水库电站周边边坡以及矿区生态修复等工程[2]，而对于高陡回填土边坡特别是河道上游或峡谷地带的生态修复尚处在初期研究及应用阶段，对于复杂多变的高陡回填土边坡修复难度较大，不仅要区域内的地质勘测要求较高，还要结合坡度、坡高及回填沉降程度等特征来综合判别和选取相应生态修复技术，才能取得较好的治理效果。

1 河道高陡回填土边坡特征及其危害性

1.1 河道高陡回填土边坡特征

高边坡一般指土质边坡高度大于10m、小于100m或者岩质边坡高度大于30m、小于100m。回填土边坡主要由回填素土或杂土构成，一般固结和沉降年数较短，未完全固结。高陡回填土边坡由于坡高且陡，加上土体本身物理结构较差，边坡形态复杂，存在失稳及滑塌等安全风险；其次植物很难附着和生长，裸露的土体与周边的环境格格不入，给当地生态文明建设带来负面影响；最后治理措施难度大，治理效果往往不尽如人意。

1.2 河道高陡回填土边坡危害性分析

(1)安全方面：河道高陡回填土边坡处于河道两侧，地势复杂，坡高且陡，暴雨季节，水土流失严重，造成河道淤积堵塞。另外由于高陡边坡失去植被的保护，结构松散，容易引发滑坡垮塌等事故发生，给河道行洪安全及下游两岸带来严重威胁。

(2)环境方面：由于高陡回填土边坡裸露，在春秋风多的季节，会产生较严重的扬尘问题，污染周边空气；在雨季则会把土体及污染物等冲入河道，给河道水质带来不良影响。

(3)资源方面：高陡土质边坡附近，由于长期水土流失，会造成河道两岸进一步坍塌等现象，侵占两岸土地等资源，严重影响当地经济发展。

(4)生态方面：高陡回填土边坡使原有的绿色植被系统遭受严重破坏，形成不连续的斑秃等不良观感，不仅生态和景观效果极差，而且影响河道周边生活及自然生态环境。

2 河道高陡回填土边坡生态防护技术

2.1 高陡回填土边坡防护概述

对于不同类型河道或河段，边坡防护的材料和结构型式往往多种多样，差别很大。因为河道治理都要根据河道特性，结合当地条件因地制宜，并通过长期应用实践研究才能总结出经济适用的成熟技术。河道边坡防护技术虽年代久远，但长期以来发展提高缓慢，近20～30年来，随着新材料的不断出现和更新，为河道边坡防护工程开辟了1条新途径，使河道治理技术得到了较快较好的发展。

2.2 高陡回填土边坡生态防护技术分析

2.2.1挡墙及放坡绿化技术

挡墙及放坡是指在边坡坡脚修建挡墙土，挡墙以上采用坡率法，即采用削挖放坡技术，使边坡变缓，进而保证边坡稳定；然后辅助增加坡面绿化和排水处理，以达到边坡安全和生态的多重要求。放坡坡率一般根据地质要求，若陡于地质要求，则需结合计算，采取加筋材料等相应保护措施。该技术优点是投资较少，可以充分利用周边环境资源进行复绿修复；缺点是放坡开挖土方量较大，侵占两岸空间较多，对相邻建筑物及地下管线等影响较大；征迁工作量较大。

2.2.2加筋格宾护坡生态防护技术

加筋格宾挡墙护坡[3]是近几年出现的一种新型岩土工程加固技术，该技术具备工程适用性广、综合成本低、施工效率高、环保、可持续性好等优势，已在高填方路基加固施工中得到广泛应用。加筋格宾挡墙结构本质上是一种“土石-钢”复合结构。格宾单元相互之间通过高强度钢丝铰接，部分加强加筋格宾结构可以通过附加钢板的方式提高格宾结构的承载能力和抗变形能力。通常情况下，高陡格宾挡墙护坡通常与土工格栅等材料结合使用，减少格宾挡墙墙后的土压力，增大边坡的稳定性。

2.2.3土钉框格梁植草护坡

土钉框格梁植草护坡[4]通过边坡土钉增加边坡自身稳定能力，有效保证边坡的安全和长期稳定；通过现浇钢筋混凝土框格梁使河道边坡形成整体三维立体护坡结构，使边坡具备更好的抗雨水冲刷和侵蚀能力。一方面确保了河道边坡防护水体保持土体的功能，另一方面保证了河道边坡草皮植被成活率和整体景观绿化，满足了河道边坡防护的生态要求，更好地将海绵城市及生态理念等设计思想融入河道综合整治工程中。

框格梁生态河道边坡防护能适应堤身沉陷和坡度变化，尤其对河道边坡高差大、结构性安全要求高、坡度多变、施工区域复杂等多因素限制的情况更为适用。

2.2.4锚杆加主动防护网护坡

锚杆主要固定在土体中，与土体相互作用，形成复位和重力结构，使土体强度得到有提高，有效控制位移。表面采用钢筋网，改善边坡受力条件的作用，有效控制边坡的横向位移。生态绿化采用覆土植草辅以喷混植生等方式使边坡覆盖绿植。此技术常用于岩质边坡，在土质边坡中应用较少。

3 河道高陡回填土边坡生态防护技术应用

3.1 项目概况

郑州市某河道综合整治工程，设计范围为河道及其两岸绿地空间，工程主要建设内容包括河道工程、生态修复工程、景观绿化工程、桥梁工程、智慧工程等。通过工程实施，恢复损毁河道功能、提升河道行洪能力，提高城市应急管理能力，促进“一河两岸”生态环境品质提升，实现“河安、水清、路通、岸美”的总体目标。河道上游段位于郊区，两侧为峡谷地带，两侧边坡高达20m左右，局部为高陡回填土边坡，存在失稳风险，亟需治理。

3.2 岩土工程条件

根据现场工程地质调查和测绘、区域地质资料，将本场地划分山前冲积倾缓平原地貌，沿线岸坡主要为自然岸坡，两岸现状主要为空地及零散分布居民、公园等，两岸地面高程125～163m为主，河床高程120～145m，宽度30～60m为主，水源不稳定，常见断流，岸坡高度一般10～20m，局部5～10m或大于20m，坡度30～65°不等，偶见陡立边坡。该段沿线岸坡堆填有人工填土层，厚度一般2～15m。受“7.20”特大暴雨影响，沿线岸坡或边坡发生过较多滑塌及崩塌，目前进行了部分修复。组成岸坡的地层主要有杂填土①1、素填土①2、粉土②1、粉土③1、粉质黏土③2、粉土③3层，岸坡稳定性差，抗冲刷性能较差，属稳定性差岸坡，存在岸坡失稳隐患。

3.3 方案设计

考虑到边坡的失稳破坏主要有深层和浅层滑动，因此需结合2种破坏模式综合考虑设计方案[5]。由于坡顶为军事管理区，场地空间严格受限，因此不再考虑放坡方案。另外，考虑主动防护网一般用于岩质边坡，因此也不再考虑。本次只对锚索抗滑桩+加筋格宾挡墙护坡和抗滑桩+锚杆+框格梁植草护坡2个方案进行设计和比选。

(1)方案一：锚索抗滑桩+加筋格宾挡墙

在边坡坡脚设置直径1.5m的锚索抗滑桩，桩间距为1.5m，用以抵抗边坡的剩余下滑力，防止边坡由游步道坡脚剪出破坏，桩身采用C30钢筋混凝土灌注桩，锚索采用普通拉力型锚索，设计抗拔力750kN；灌注桩顶边坡采用加筋格宾挡墙进行防护，防止边坡从抗滑桩顶部产生滑动，坡顶设置截水沟，防止坡顶场外雨水直接冲刷边坡。

(2)方案二：抗滑桩+锚杆+框格梁植草

在边坡坡脚设置直径1.5m的抗滑桩，桩间距为1.5m，用以抵抗边坡的剩余下滑力，防止边坡由游步道坡脚剪出破坏，桩身采用C30钢筋混凝土灌注桩。桩前采用水泥土搅拌桩对土体进行加固处理，改良土体性能，抵抗灌注桩的倾覆力，水泥土搅拌桩桩径0.5m，桩间距1.0m，28d桩身强度不小于0.8MPa；灌注桩顶边坡采用锚杆加框格梁植草护坡，坡比为1∶1.5，边坡设置系统排水孔，间距3m，梅花型布置；排水孔内插入排水盲管，仰角10°；一方面防止边坡从抗滑桩顶部产生滑动，另一方面起到坡面排水作用，避免边坡发生浅层滑动；边坡顶部设置截水沟，防止坡顶场外雨水直接冲刷边坡。