公路岩质边坡常见结构类型及其生态防护措施

《江苏交通科技》２００６年第２期　公路岩质边坡常见结构类型及其生态防护措施　王朝辉周鑫　（中国矿业大学　徐州　２２１０００）　（长安大学公路学院　西安７１００６４）　摘要本文对我国公路岩质边坡常见结构类型进行了分析，对各类岩质边坡的工程地质　特征、变形破坏机理、稳定性评价和治理原则作了总结。通过对公路边坡几种防护方式的研　究，分析了各种方式的优缺点，并提出一些相关的生态防护措施。　关键词边坡岩质边坡防护措施生态工程　０前言　一些岩体较为完整、节理不发育且岩性均一的块状　公路边坡病害处治是一项复杂的系统工程。目　岩石边坡，如花岗岩或巨厚层砾岩边坡，随着河谷的　前我国公路边坡问题比较严重，一些在建的公路建　下切边坡的形成，边坡岩体应力重新调整，常出现近　设项目因为边坡问题一再延误工期、增加投资；一些　乎平行坡面的卸荷裂隙，甚至呈“洋葱皮”状剥落，形　已建成的公路也因为边坡事故影响了运营，甚至中　成平整坡面，卸荷裂隙的发育深度有时可达３０—　断交通。为杜绝公路边坡隐患，应首先重视产生边　５０　ｍ。在深切河谷高陡边坡地段，在岩体自重作用　坡问题的根本原因，只有这样，边坡的各种综合处治　下，可能产生深层重力剪切，构成边坡的滑动带，但　才能有效。本文对公路岩质边坡常见结构类型进行　较为少见。　了系统分析，为公路边坡的防治提供了必要的依据。　作为工程边坡，块状岩石边坡一般开挖都较陡，　为了满足公路建设的技术要求，公路穿越山区时一　应特别注意调查节理裂隙的产状及其不利组合状　般不再绕行，而是采取开山或修建隧道的方式穿越，　况，分析论证是否会产生局部岩体崩塌。对可能产　因而会造成规模不等的裸露山坡和裸露边坡，这样　生崩塌的局部岩体，可采用锚固处理，当有卸荷裂隙　不但增加边坡的工程量，还会破坏已有的自然植被，　存在且边坡有通水建筑物通过时，应注意建筑物的　造成边坡冲刷、水土流失，破坏当地的自然景观。近　防渗和边坡的钻孔排水，以防裂隙充水破坏边坡稳　几年，随着社会的进步，人们对生态环境的保护提出　定。　了越来越高的要求，所以对破坏的裸露山坡及岩石　１．２层状同向结构岩石边坡　边坡进行生态恢复已是公路建设中必须解决的问题　层状同向结构岩石边坡可分为层状同向缓倾岩　之一。本文对公路岩质边坡的防护措施进行了较深　石边坡和层状同向陡倾岩石边坡。　入研究，提出了几种有效的生态防护措施。　层状同向缓倾岩石边坡系指由坚硬层状岩石组　１岩质边坡的结构类型分析【　Ｊ【　Ｊ　成的边坡，岩层的倾向与边坡倾向一致，但倾角小于　１．１块状结构岩石边坡　边坡坡角，坡面切断了岩层层面；层状同向陡倾岩石　块状结构岩石边坡一般指由块状岩浆岩或巨厚　边坡系指岩层走向与边坡走向基本一致，但岩层倾　层沉积岩组成的岩石边坡。影响边坡稳定的主要因　角大于边坡坡角的岩石边坡。　素是节理裂隙的切割状况和岩体的风化状况。　影响边坡稳定的主要因素是重力作用、水、岩层　块状结构岩石边坡一般情况下是稳定的，对于　的倾角大小、层面的抗剪强度及边坡岩体被节理裂　（收稿日期、编号：２００６一Ｏ１—１９／１７９７）　一・　１Ｏ・　江苏交通信息ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉ．ｊｓ．ｃｎ—　《江苏交通科技》２００６年第２期　隙切割状况。此类边坡可能发生的主要变形破坏形　况主要决定于节理裂隙（包括层面裂隙）的发育特　式如下：　征，当平行边坡走向的高角度节理发育时，边坡的主　（１）倾倒变形。常出现在由脆性岩石（如砂岩）　要变形破坏形式是沿高角度节理的岩块崩塌。　组成的同向陡倾边坡，特别是岩层倾角较陡时，表现　当层面倾向坡外，与节理面组合形成楔形岩体，　为岩块沿层面错滑并向河谷一侧倾斜，外侧岩块相　且层面与节理面交线的倾斜角较大，又被坡面切断　对升高，出现反向翘坎。由于岩层的倾倒，岩体张裂　时，则可能出现楔状岩体滑动。如果交线的倾角甚　隙发育，有时呈架空状，严重者甚至可能出现局部崩　缓，则边坡是稳定的。在节理和岩层产状比较稳定　塌。　的平直河谷边坡，这种楔体滑动现象在一定区段常　（２）表部岩层弯曲变形。沿坡面在一定深度内　连续出现，不利于傍山渠道的开挖，从稳定的角度　的岩层向外侧弯曲，但并未断裂，层面间的张裂隙也　看，显然，岩层的走向与坡面的走向夹角越大，边坡　不发育，显示岩层的流变特性，多出现在薄层柔性岩　的稳定性越高，当岩层走向与河谷正交时，对边坡的　层地区。　抗滑稳定最为有利。此时，崩塌可能成为边坡变形　（３）岩块滑动。由节理裂隙和层面组成滑动　破坏的主要形式。　面，边坡岩体出现局部滑动。　、　１．５碎裂结构岩石边坡　（４）崩塌。当边坡坡度较陡时，由于节理裂隙　碎裂结构岩石边坡系指具有强烈发育的不规则　的切割，在振动、水及风化作用下出现局部崩塌。　节理裂隙的各种岩石边坡，在岩浆岩、沉积岩或变质　（５）当有软弱夹层分布时，多沿软弱夹层产生　岩地区都可能出现，特别在断层交汇部位和严重的　滑动。滑动的起始倾角，决定于夹层的抗剪强度。　构造挤压部位较为常见。由于边坡上节理裂隙密　（６）当下伏为软弱岩层时，由于软弱岩层在上　集、方向零乱，难以划分出岩体的层状结构，边坡岩　复坚硬岩层重力作用下，可以产生蠕变，坚硬岩石除　体多呈相互镶嵌的碎块，从宏观上看，可视此类结构　发生开裂外，还可以挤入软弱岩层，并向坡外蠕变流　为散体，边坡形态主要决定于节理裂隙的切割密度　动。如果软弱岩层分布于坡脚，蠕变可以导致坡脚　和组合形态。　岩层的隆起。　影响此类边坡稳定的因素主要是节理裂隙的切　１．３层状反向结构岩石边坡　割密度、裂隙的充填物特性以及坡体的含水条件。　层状反向结构岩石边坡，系指岩层走向与边坡　此类边坡的主要变形形式是岩块的崩塌、滑动，　走向接近一致，而倾向与坡面倾向相反的边坡，此类　对于一些特高的碎裂结构岩石边坡，当滑动变形的　边坡由于沿层面没有滑动变形空间，因此不论岩层　规模特别巨大，而岩体碎裂后的岩块相对甚小时，滑　倾角大小，一般情况下是稳定的。边坡的形态和稳　动变形的机制，近似于松散土质边坡，滑面也略呈弧　定程度主要受下列因素的控制：　形，至于崩塌，常具有塌滑的性质，甚至可以连续发　（１）节理裂隙的发育特征，特别是有无顺坡向　生。　节理发育。　通过以上分析，并根据各类岩质边坡的工程地　（２）边坡岩性及分布特征：例如有无软弱夹层　质特征、变形破坏机理、稳定性评价和治理原则，可　分布，坡脚有无软弱岩层或软弱破碎带分布。　对公路岩质边坡病害采取工程护坡及生物护坡等防　（３）地下水的活动状况。　治措施。　（４）风化、地应力、振动等的作用。　２岩质边坡的防护措施［　。］　此类边坡如未产生变形破坏，一般情况下是稳　２．１　传统的护坡方式及优缺点　定的，当岩层中夹有软弱夹层时，常对边坡地下水的　（１）工程护坡方式　活动起制约作用，使夹层的泥化现象加剧，不利于边　传统的护坡方法主要指工程护坡，包括挡土墙　坡的抗滑稳定，如果边坡已经倾倒松动，则按松动型　护坡、干砌块石封面护坡、浆砌块石棱形网格护坡、　蠕变边坡处理。　三合土灰浆抹面护坡、挂网喷锚护坡等。这类护坡　１．４层状斜向结构岩石边坡　、　的优点是护坡能力强，但缺点是一次性投资大，难以　层状斜向结构岩石边坡系指由岩层走向与坡面　恢复自然植被，不利于生态环境的保护。在外观上　走向呈一定夹角的层状岩石组成的边坡。　较为单调生硬，多数情况下与周边的景观不协调，与　由于岩层走向与边坡走向斜交，边坡的稳定状　目前注重保护生态环境的发展趋势相违背。因此，　一江苏交通科技ｂｊｂ＠ｔｉ．ｊｓ．ｃｎ一　・１１・　《江苏交通科技》２００６年第２期　此类工程护坡方法将在今后工程建设中受到越来越　多的限制。　（２）生物护坡方式　常见的生物护坡形式有直铺草皮、铺设草坪植　生带、液压喷播等，其主要特点是能快速形成覆盖，　防止水土流失能力强。直铺草皮是把草坪直接铺植　在需要护坡的坡面上，可以在短时间内形成全面的　在公路工程中还没得到大面积的推广应用，不适宜　碎裂结构的岩石边坡防护。　（３）水泥生态种植基　水泥生态种植基是由固体、液体和气体有机物　质构成的具有一定强度的多孔人工材料。固体物质　包括粗细不同的土壤矿物质颗粒、胶结材料、肥料、　有机质及其它混合物。固体物质间形成形状和大小　不相同的空隙，空隙由作物秸杆等成孔材料形成，空　地面覆盖、杂草少、景观效果好。草坪植生带是将木　质纤维、草坪种子、保水剂等材料按比例配合后覆盖　坡面防止水土流失，既可固定种子，防止种子被水冲　走，又可防除杂草，其造价一般低于直铺草皮的方　法。液压喷播是把纸浆、木质纤维、保水剂、胶结剂、　水、染料、肥料、草坪种子等拌合成浆状，通过专门的　高压喷播设备喷到坡面上，必要时在上面覆盖无纺　隙中充满水和空气。通过高压喷射的方法把种植基　与植物种子喷到岩坡面上，通过管理维护，建立植被　系统。材料类型和材料性质是否符合植物生长的要　求，主要根据当地的地形、地质、气候条件等多种因　素而定。此方法在我国仍处于试验阶段，在配料选　择及配方调整方面均需完善。该方法不适宜碎裂结　构的岩石边坡防护。　（４）客土喷播　客土喷播是一种融合土壤学、植物学、生态学理　论的生态防护技术。在理论指导下精心配制适合于　特殊地质条件下的植物生长基质（客土）和种子，然　布，防止水分蒸发。草籽通过喷播层得到水分发芽　出苗，形成草坪。该方法适合于大面积的公路护坡　工程。　以上几种植物护坡方法的条件是坡面上必需有　一定厚度的土层，以保证植物发芽出苗后能正常生　长，对于裸露岩面的无土坡则不适宜。　总之，单纯的生物护坡具有一定局限性，主要适　应于坡度不太大，土质坡面的植被恢复与景观重建。　对于坡度较大的裸岩山体和道路边坡用单纯的植物　材料护坡则难以达到目的。　２．２生态工程护坡　后用挂网喷附的方式覆盖在坡面，从而实现对岩石　边坡的防护和绿化。该方法适宜层状同向、反向、斜　向结构的岩石边坡防护。　该技术由广东省高速公路公司和交通部科学研　究院联合从日本引进，在惠河高速公路项目中的实　施是国内首次应用。该技术在设计上首先是根据地　质和气候情况确定边坡的植物生长基质配方，同时　随着人们环境意识的增强，环保要求也愈来愈　高。公路生态防护，其环保机能、景观机能及安全机　确定喷播厚度（一般为０．０３—０．１　ｍ）。然后根据坡　面稳定性确定锚杆的长度和金属网的尺寸。施工工　能都相应得到提高，也是公路建设工程中可持续发　展的对策之一。生态工程护坡（Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）是指　采用植物与土木工程相结合的固坡措施。此方法主　要是针对裸露岩石坡面的生态恢复工程，适用于各　艺顺序为：清理坡面，钻孔打锚杆，挂网，喷播客土。　客土的配方是主要特点。它包含土壤、纤维、肥料、　保水剂、粘结剂、稳定剂。配制后的客土能满足植物　类边坡防护。　（１）生态绿化网　生长所需要的基本厚度、酸碱度、空隙率、营养成分、　水份以及耐久性。这些指标不仅与具体的边坡地质　条件有关，而且还受当地的气候条件的影响，因此技　术引进必须根据具体情况进行试验。　植物种类选择也有别于普通植草。客土喷播的　用抗拉和抗老化的尼龙高分子材料，结合肥料、　植物种子、保水剂、腐殖土等组成三维网状覆盖材　料，覆盖锚固在边坡上，实现植被恢复。此法也叫木　土网覆盖植被护坡方法，适宜层状同向、反向、斜向　植物由多种草本、灌木组成，而且尽量采用与当地天　然植被类似的种类。混合种类的目的在于使植被可　结构的岩石边坡防护。　（２）植被型生态混凝上　以实现从草坪到树林的演替，而且乡土植物更容易　与自然融为一体。这两个方面的考虑使得人工植被　更接近原始生态。　锚杆挂网的目的有两个：一是防护功能。对于　边坡局部不稳定者，可通过加大加深锚杆以稳定边　由粗骨料、水泥和适量的细骨料与保水保肥的　填充材料（如人工基质、高分子保水材料）配制成多　孔混凝土，其上覆盖一层土壤，然后种植植物。此方　法是发达国家专用的岩坡生态恢复措施，成本较高，　但生态效果较好。受专业机械和投入的限制，目前　・　坡；二是支撑功能。客土基质可以借助金属网的支　一１２・　江苏交通信息ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｔｉ．ｊｓ．ｃｒｌ—　《江苏交通科技》２００６年第２期　撑附着在坡面，对坡率陡者可以加密网或设置双层　网。　（６）三维植被网喷草防护　采用本方法，植物根系与三维植被网交织形成　致密的覆盖层，对路基坡面形成连续和长期的持久　由于客土可以由机械拌和，挂网实施容易，因　此，该技术施工的机械化程度高，速度快。经过在惠　河高速公路的边坡试验结果可以看出，该技术无论　从效率和成本上都比浆砌片石护面墙和挂网喷混凝　土防护要优越。而且植被防护的效果良好，基本不　需要养护即可维持植物的正常生长。　（５）喷混植草　保护，使坡面不受日晒雨淋而自然侵蚀剥落，达到固　土的目的。　３结论　公路岩质边坡的病害防治是一项长期工程，它　不仅涉及公路的运营情况，而且对自然生态环境具　有重要的影响。公路的运营关系到国民经济的发　喷混凝土植草也是类似于客土喷播的一项生态　展，关系到生命财产的安全；生态环境则是人类生存　防护技术。对于边坡稳定性不足者，首先在坡面上　和发展的基本条件，是经济、社会发展的物质基础，　打设锚杆并挂镀锌编织铁丝网起到稳定坡面的作　保护和建设好生态环境，是实现经济可持续发展的　用，然后将由黏土、谷壳、锯末、水泥、复合肥以及草　重要环节。因此公路边坡的生态工程护坡和恢复重　木种籽等通过一定配方拌和的混合物喷射在边坡　建作为一个重要的环保和工程边坡防护手段，已经　上，喷射厚度一般为０．０６～０．１　ｍ，视坡率和坡面的　成为公路建设的重要组成部分。生态边坡是今后与　破碎程度而定。对于边坡比较稳定者则可以直接在　环境保护相协诃的边坡防护治理措施的一个主要发　原始坡面上喷射混合物。一周之后，岩石坡面上就　展方向。　会逐渐形成草木结合的植被绿化。　参考文献　在该技术中，混合物配方是成功实施的关键。　［１］金德濂．水利水电工程边坡的工程地质分类（中）［Ｊ］．地　良好的配方能够达到在陡于１：０．７５的边坡上既具　质与勘测．２０００（２）：１０～１２．　备一定的强度保护坡面和抵抗雨水冲刷，又具有足　［２］朱赞凌，颜志平，杨航字．广东省公路边坡常见工程地质　够的空隙率和肥力以保证植物生长。该技术于　病害分析［Ｊ］．广东交通科技．２００１（增刊）：６～１０．　１９９７年由湖北宜昌久丰植生有限公司参考日本和　［３］舒翔，杜娟等．生态工程在高速公路岩石边坡防护工程中　台湾的相关技术引进，经消化改进后曾在三峡工程　的应用［Ｊ］．公路．２００１（７）：８６～８９．　［４］张俊云，周德培，李绍才．高速公路岩石边坡绿化方法探　永久船闸和襄（樊）一（当）阳铁路中成功试点和实　讨［Ｊ］．岩石力学与工程学报．２００２（９）：１４００～１４０３．　施。在惠河高速公路的应用是该技术首次进入华南　［５］谢建明等．三维植被网在公路边坡生物防护中的应用研　地区。为检验该技术对南方气候的适应性并相应改　究［Ｊ］．草原与草坪．２００２（４）：４２—４３．　进配方，惠河高速公路筹建处首先在惠河高速公路　［６］徐国钢，赖庆旺等．南方高速公路边破生态防护的某些问　上选择了两处有代表性的岩石边坡作为试点。经过　题及施工对策［Ｒ］．中国公路学会环境与可持续发展分会　试点施工后从４月至９月半年的季节考验，证明该　成立大会暨第一届理事会资料文件汇编．２００２：８１　８４．　技术在南方的应用是基本成功的。　［７］姚劲松，曹平．高速公路边坡稳定性分析及与环境保护相　协调的治理措施研究［Ｊ］．岩土工程技术．２００５．（１）：９　１２．　（上接第４页）　线形要素指标；对于纵断面拟合，需要根据路面加铺　３结语　厚度、老路及桥梁改造方案、路面横坡等综合因素来　老路改造中，拟合老路是对现有资源最佳的利　进行设计，确保达到对老路的最大利用。　用，在拟合的过程中，在平面上首先根据道路特点、　参考文献　使用要求、地形地物、控制点分布等要素确定单侧或　［１］ＪＴＪ０１１—９４，公路路线设计规范［Ｓ］．　双侧的加宽方式，再灵活的运用规范标准，采用合理　［２］张雨化．道路勘测设计［Ｍ］．北京：人民交通出版社．　［３］ＣＪＪ　３７—９０城市道路设计规范［Ｓ］．　一江苏交通科技ｂｊｂ＠ｔｉ．ｊｓ．ｃｎ一　・１３・