邊坡是指地表面具有傾向臨空面的地質(zhì)體,是分布于地表的一種地貌景觀。其包括天然山坡和工程邊坡,按其組成材料性質(zhì)又分為土體邊坡和巖體邊坡。天然山坡是在自然地質(zhì)作用下形成的,在山區(qū)分布,如溝谷和江河岸坡;工程邊坡是因工程建設(shè)需要經(jīng)過(guò)人工開(kāi)挖或填埋而形成,如道路交通的建設(shè),水利水電工程的設(shè)施、露天礦山的采掘以及城市地質(zhì)環(huán)境的利用與改造等,這類(lèi)邊坡因工程的性質(zhì)不同有區(qū)別。按照挖方、填方等可分為上邊坡、下邊坡;按照坡面巖土性質(zhì)可分為土質(zhì)邊坡、巖質(zhì)邊坡和水泥錨噴邊坡等;此外邊坡的高度、陡度、面積等也有多種類(lèi)型。這些經(jīng)過(guò)人工擾動(dòng)和失去植被覆蓋的裸露邊坡,坡面容易變得很不穩(wěn)定,容易風(fēng)化和導(dǎo)致水土流失,甚至造成滑坡、塌方、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害事件的發(fā)生,不利于抵抗惡劣的氣候條件,同時(shí)也破壞了生態(tài)系統(tǒng),動(dòng)植物的生存環(huán)境受到嚴(yán)重干擾等危害。
1. 邊坡類(lèi)型劃分
邊坡是坡面、坡頂及其下部一定深度坡體的總稱(chēng)。邊坡的臨空斜面稱(chēng)為坡面,坡面與坡頂面的轉(zhuǎn)折部分稱(chēng)為坡肩,邊坡下部與平地相接部分稱(chēng)為坡腳,坡面與理想水平面交線稱(chēng)為邊坡走向線,坡面與理想水平面較大的夾角稱(chēng)為坡角,坡面與理想水平面的較大夾角稱(chēng)為坡角,坡頂面與坡面下部至坡腳范圍內(nèi)的巖(土)體。
邊坡根據(jù)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)和分類(lèi)目的不同,邊坡有多種分類(lèi)方式,例如根據(jù)成因、巖土性質(zhì)、邊坡高度等因素進(jìn)行分類(lèi)。邊坡的一般分類(lèi)如下:
1.1 按巖性和土質(zhì)不同分類(lèi)
我國(guó)幅員遼闊,自然條件復(fù)雜,地形地貌類(lèi)型多樣,按照巖石性質(zhì)劃分,邊坡類(lèi)型如表1所示:
表1 按照巖性劃分的邊坡類(lèi)型分類(lèi)
分類(lèi)依據(jù) |
亞類(lèi)名稱(chēng) |
簡(jiǎn) 述 |
巖石類(lèi)別 |
巖漿巖邊坡 |
由巖漿巖構(gòu)成,可細(xì)分為侵入巖邊坡及噴出巖邊坡 |
變質(zhì)巖邊坡 |
由變質(zhì)巖構(gòu)成,可細(xì)分為正變巖邊坡,副變質(zhì)巖邊坡 |
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沉積巖邊坡 |
由沉積巖構(gòu)成,可細(xì)分為碎屑沉積巖邊坡、碳酸鹽巖邊坡、粘土巖邊坡,特殊巖(夾有巖鹽、石膏等)邊坡 |
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巖體結(jié)構(gòu) |
整體結(jié)構(gòu)邊坡 |
邊坡巖體節(jié)理裂隙不發(fā)育,整體性好,巖體穩(wěn)定 |
塊狀結(jié)構(gòu)邊坡 |
邊坡巖體成塊狀結(jié)構(gòu),巖體較完整,由巖漿巖體,厚層或中層沉積巖或變質(zhì)巖構(gòu)成 |
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層狀結(jié)構(gòu)邊坡 |
邊坡巖體成層狀結(jié)構(gòu),由層狀或薄層結(jié)構(gòu)狀沉積巖或變質(zhì)巖構(gòu)成 |
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碎裂結(jié)構(gòu)邊坡 |
邊坡巖體成碎裂狀結(jié)構(gòu),由強(qiáng)風(fēng)或強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的破碎巖體構(gòu)成 |
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散體結(jié)構(gòu)邊坡 |
邊坡巖體呈散體狀結(jié)構(gòu)。由全風(fēng)或大斷層形成的極易破碎巖體構(gòu)成 |
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巖石走向、傾向與坡面走向、傾向的關(guān)系 |
順向邊坡或順層坡 |
二者基本一致 |
反向坡 |
二者的走向基本一致,但傾向相反 |
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斜向坡 |
二者的走向成較大角度(>45度)相交 |
按土質(zhì)類(lèi)型分類(lèi)如表2所示,
表2 按照土性劃分的邊坡類(lèi)型分類(lèi)
類(lèi)型 |
簡(jiǎn)述 |
黃土邊坡 |
黃土一般呈棕黃色或淡黃色,多孔,孔隙比一般大40%-50%,以粉粒為主,質(zhì)地均一,無(wú)層理。 |
砂性土邊坡 |
主要由砂或砂性土組成的邊坡,以結(jié)構(gòu)較疏松粘聚力低為特點(diǎn),作為工程邊坡,透水性較大,飽和含水的均質(zhì)砂土邊坡,在振動(dòng)力作用下,易于液化產(chǎn)生液化邊坡。 |
粘土性邊坡 |
粘土以顆粒細(xì)密為主要特征,但由于生成環(huán)境的不同,各類(lèi)粘土的組織粘土的組織結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)特性等差別較大,對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響也不一樣。但一般都具有干時(shí)堅(jiān)硬開(kāi)裂,遇水膨脹分解呈軟塑性狀的特點(diǎn)。 |
軟土邊坡 |
是指由淤化、泥炭、淤泥質(zhì)土以及其他抗剪強(qiáng)度低的土組成的邊坡。粘土由于其剪切強(qiáng)度低,流變性征顯著,對(duì)于邊坡穩(wěn)定性不利。 |
土石混合邊坡 |
由堅(jiān)硬巖石碎塊和砂土碎屑物質(zhì)混合組成的邊坡,按其形成條件可以分成堆積型(包括沉積、坡積)和殘積型。前者土石碎屑經(jīng)搬運(yùn)位移,如變形邊坡的殘留體或坡積體;后者則為基巖原位風(fēng)化而成。 |
1.2綜合分類(lèi)
表3 綜合對(duì)邊坡進(jìn)行分類(lèi)
分類(lèi)依據(jù) |
名稱(chēng) |
簡(jiǎn)述 |
成因 |
自然邊坡 (斜坡) |
由自然地質(zhì)作用形成的具有一定斜度地面的地段,按地質(zhì)作用可細(xì)分為:剝蝕邊坡、侵蝕邊坡、堆積邊坡 |
人工邊坡 |
由人工開(kāi)挖、回填而形成與地面具有一定斜度的地段 |
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巖性 |
巖質(zhì)邊坡 (巖坡) |
由巖石構(gòu)成,按巖石成因、巖體結(jié)構(gòu)可細(xì)分(如表1) |
土質(zhì)邊坡 (土坡) |
由土質(zhì)構(gòu)成、按土體結(jié)構(gòu)又可細(xì)分為:單元結(jié)構(gòu)、多元結(jié)構(gòu)、土質(zhì)混合結(jié)構(gòu)、土石疊置結(jié)構(gòu) |
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坡高 |
較高邊坡 |
巖質(zhì)邊坡坡高大于30m,土質(zhì)邊坡坡高大于15m |
高邊坡 |
巖質(zhì)邊坡坡高15-30m,土質(zhì)邊坡坡高10-15m |
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中高邊坡 |
巖質(zhì)邊坡坡高8-15m,土質(zhì)邊坡坡高5-10m |
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低邊坡 |
巖質(zhì)邊坡坡高小于8m,土質(zhì)邊坡坡高小于5m |
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坡長(zhǎng) |
長(zhǎng)邊坡 |
坡長(zhǎng)大于300m |
中長(zhǎng)邊坡 |
坡長(zhǎng)100-300m |
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短邊坡 |
坡長(zhǎng)小于100m |
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坡度 |
緩坡 |
坡度小于15度 |
中等坡 |
坡度15-30度 |
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陡坡 |
坡度30-60度 |
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急坡 |
坡度大于60度至垂直 |
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倒坡 |
坡度大于90度 |
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穩(wěn)定性 |
穩(wěn)定坡 |
穩(wěn)定條件好,不會(huì)發(fā)生破壞 |
不穩(wěn)定坡 |
穩(wěn)定條件差或已發(fā)生局部破壞,處理才能穩(wěn)定 |
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已失穩(wěn)坡 |
已發(fā)生明顯的破壞 |
2. 邊坡坡面生態(tài)防護(hù)進(jìn)展
無(wú)論是公(鐵)路路塹邊坡,還是露天礦終邊坡以及沿河岸邊坡,常年暴露在自然環(huán)境中,承受著各種自然條件的影響,諸如風(fēng)吹、雨淋、太陽(yáng)曬、水流沖刷、人類(lèi)活動(dòng)等,使各類(lèi)邊坡發(fā)生變形,出現(xiàn)病害,甚至破壞。邊坡坡面的防護(hù),可以使邊坡坡面免受自然條件下的風(fēng)化、侵蝕、雨水沖刷,確保邊坡穩(wěn)定不可少的輔助工程,是邊坡防治工程的重要組成部分。
2.1國(guó)外邊坡坡面生態(tài)防護(hù)進(jìn)展
當(dāng)前國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家(如日本、澳大利亞、美國(guó)、加拿大等)多采用物理防護(hù)(修筑構(gòu)造物工程)和生物防護(hù)(綠化植生工程)相結(jié)合,并優(yōu)先考慮生物防護(hù)。常用的工藝有鋼筋水泥框格法、植生卷鋪蓋法、客土植生法、纖維綠化法、生態(tài)多孔砼綠化法和厚層基材噴射綠化法等。
關(guān)于邊坡的生態(tài)防護(hù)技術(shù),國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很多人進(jìn)行研究,也提出了不少新技術(shù),但不同的技術(shù)方法和防護(hù)方案都有其適用的條件和范圍,在不同工程、不同地形地質(zhì)條件下的適用性、經(jīng)濟(jì)性以及與周?chē)h(huán)境的美觀和諧型等都不同。
國(guó)外生態(tài)防護(hù)理念起步較早。日本早在1633年,就采用了鋪草皮和栽植樹(shù)苗的方法開(kāi)展荒山治理工程,1958年發(fā)明了液壓噴播技術(shù),并在1959年后獲得了廣泛的應(yīng)用。1973年日本新開(kāi)發(fā)出的纖維土綠化工法(Fiber-soil Greening Method)標(biāo)志著巖質(zhì)邊坡生態(tài)防護(hù)工程的開(kāi)始,也即是厚層基材噴射工法;此工法幾經(jīng)改進(jìn),1983年,日本進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出了比較先進(jìn)的高次團(tuán)粒SF綠化技術(shù)(Soil Flock Greening Method),有效的解決了纖維綠化法的缺陷。此技術(shù)在日本已施工2萬(wàn)多個(gè)地方,施工總面積超過(guò)200萬(wàn)m2;1987年6月,日本從法國(guó)引進(jìn)連續(xù)纖維加筋土工法。隨后把它與已有的坡面綠化工程方法結(jié)合在一起,開(kāi)發(fā)出連續(xù)纖維綠化工法(TG綠化工法)。該工法由于連續(xù)纖維的特性,使得基材能適應(yīng)坡體的微小變形,且抗蝕性更強(qiáng)。TG工法于1988年開(kāi)始實(shí)用化,至1992年4年間就已施工300萬(wàn)m2。之后,該工法又獲得加拿大等國(guó)發(fā)明專(zhuān)利,并推廣到中國(guó)香港、臺(tái)灣。1995年,日本又開(kāi)始進(jìn)行植被多孔混凝土的研究,并獲得成效但由于成本過(guò)高而沒(méi)有得到的應(yīng)用。近年來(lái)日本開(kāi)始全國(guó)推行實(shí)施喬、灌、草結(jié)合的多層立體綠化體系。目前日本在公路邊坡生態(tài)防護(hù)方面已經(jīng)形成了一整套的系統(tǒng)技術(shù)體系,并且制定了公路綠化防護(hù)技術(shù)規(guī)范,施工也已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化,機(jī)械施工主要包括種子噴播法、客土噴播法、厚層基材噴播法等;部分人工生態(tài)防護(hù)的方式有:植生帶(袋)法、鋼筋混凝土框格法、肥料袋法、纖維綠化法和生態(tài)多孔混凝土綠化法等。其中,客土噴播技術(shù)在邊坡生態(tài)防護(hù)中的應(yīng)用較為廣泛。日本在發(fā)展生態(tài)護(hù)坡技術(shù)時(shí),并不只是單純的追求施工技術(shù)的改變,在施工技術(shù)創(chuàng)新的同時(shí),還在生態(tài)方面做了大量理論研究和科學(xué)實(shí)驗(yàn),總體上看,日本在生態(tài)護(hù)坡工程技術(shù)研究方面已先于歐美國(guó)家,達(dá)到了先進(jìn)水平。
在英國(guó),生態(tài)護(hù)坡方法始于20世紀(jì)40年代末,用于陸地景觀的穩(wěn)定、堤岸和交通線路邊坡的穩(wěn)定等。歐洲國(guó)家鐵路、公路沿線大多數(shù)是矮邊坡,因此主要研究目的是雨水對(duì)護(hù)坡的侵蝕,通常采用的方法有活枝捆垛、樹(shù)枝壓條、枝條籬墻等總體來(lái)說(shuō)歐洲國(guó)家的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)較簡(jiǎn)單,但整體效果較好。
美國(guó)道路邊坡生態(tài)防護(hù)始于上世紀(jì)30年代,經(jīng)歷了一系列生態(tài)災(zāi)難后,逐漸被重視起來(lái)。目前美國(guó)生態(tài)護(hù)坡的技術(shù)已經(jīng)非常發(fā)達(dá),機(jī)械化施工已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí),美國(guó)注重于噴播綠化中基材的研究以及草籽的培育,目前很多國(guó)家都從北美市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)進(jìn)口草種及基材。
2.2國(guó)內(nèi)邊坡坡面生態(tài)防護(hù)進(jìn)展
在生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的研究和應(yīng)用方面,由于我國(guó)的鐵路、公路建設(shè)起步較晚,發(fā)展相對(duì)滯后,直到上世紀(jì)90年代以來(lái)才相繼展開(kāi),生態(tài)護(hù)坡研究也相對(duì)滯后。開(kāi)始也有些簡(jiǎn)單的方法對(duì)邊坡進(jìn)行綠化和治理,常用的有:撒草種,鋪草皮,框架植草等。1989年前我國(guó)邊坡的生態(tài)防護(hù)主要以人工作業(yè)為主,為了提高施工效率,實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工,廣東省水利水電科學(xué)研究所于1989年從香港引進(jìn)噴播機(jī),開(kāi)始在華南地區(qū)進(jìn)行我國(guó)起步液壓噴播試驗(yàn)。1990-1991年間,中國(guó)黃土高原治山技術(shù)培訓(xùn)中心與日本合作在黃土高原上開(kāi)展了黃土高原邊坡液壓噴播試驗(yàn)研究。1993年我國(guó)引進(jìn)土工材料植草護(hù)坡技術(shù),與有關(guān)生產(chǎn)廠家合作,開(kāi)發(fā)并研制了各式各樣的土工材料產(chǎn)品,如三維植被網(wǎng)、土工格柵等。1996年在交通部指導(dǎo)下,云南省也引入瑞士濕法噴播技術(shù),并應(yīng)用于昆曲、楚大等多條高速路,取得了不錯(cuò)的效果,隨后該技術(shù)在滬寧高速路,陜西銅川-黃陵高速公路,青藏公路等多條高速路上得到推廣應(yīng)用。1997年以后,國(guó)內(nèi)不少科研單位針對(duì)巖石邊坡的植被防護(hù),也開(kāi)始進(jìn)行較為廣泛的應(yīng)用研究,開(kāi)發(fā)出噴混植生護(hù)坡、植被混凝土護(hù)坡、厚層基材植被護(hù)坡、噴射種植混合基材植被護(hù)坡等適用于巖石邊坡的技術(shù),統(tǒng)稱(chēng)為客土噴播技術(shù)。
為了更好的解決巖質(zhì)邊坡的生態(tài)防護(hù)問(wèn)題,我國(guó)從日本引進(jìn)了客土噴播技術(shù),并于2000年在廣東河惠高速公路巖石邊坡上修建國(guó)內(nèi)客土噴播試驗(yàn)工程呢過(guò)。隨后,在借鑒日本同類(lèi)技術(shù)的基礎(chǔ)上,章夢(mèng)濤、張俊云等人利用土壤為主要材料、并添加硅酸鹽水泥為粘結(jié)材料,在惠河高速公路和株六、內(nèi)昆等鐵路進(jìn)行噴混植生試驗(yàn),取得了一些研究成果;在客土噴播的基礎(chǔ)上,由西南交通大學(xué)和四川省勵(lì)自自然生態(tài)與環(huán)境工程公司共同研究開(kāi)發(fā)出了巖石邊坡TBS植被護(hù)坡綠化技術(shù),該技術(shù)比客土噴播適應(yīng)性更好,在推廣后,取得了很好的環(huán)保效果。另外許文年在02年開(kāi)發(fā)的植被混凝土邊坡技術(shù),在巖石邊坡的防護(hù)也取得了一定的效果。
3.邊坡生態(tài)防護(hù)發(fā)展趨勢(shì)
總的來(lái)看,目前邊坡生態(tài)防護(hù)存在著兩種理念。一是解決以下三個(gè)問(wèn)題: ( 1)邊坡無(wú)土壤或土壤的理化性質(zhì)惡劣;( 2)邊坡陡峭,土壤不穩(wěn)定,植物不易定植;( 3)選擇能在條件惡劣的邊坡上生長(zhǎng)的植物,使坡面重新披上綠裝,同時(shí)講究景觀效果,用高強(qiáng)度的人工養(yǎng)護(hù)來(lái)維持高速公路的綠和美。事實(shí)上,這也是現(xiàn)如今高速公路邊坡生態(tài)防護(hù)工程實(shí)踐主要所做的工作。二是邊坡的生態(tài)恢復(fù),希望通過(guò)人為的努力使邊坡恢復(fù)到?jīng)]有被破壞的狀態(tài)。應(yīng)該說(shuō)這是一個(gè)理想的狀態(tài),是高速公路邊坡生態(tài)防護(hù)的目標(biāo),然而我們又不得不說(shuō)這只是一個(gè)美好的愿望。生態(tài)恢復(fù)也不僅僅是指植被的恢復(fù),它還涉及到土壤、水條件、大氣條件、微生物、動(dòng)物等的恢復(fù)。高速公路建設(shè)對(duì)于路域生態(tài)環(huán)境的改變很大程度上是好的,是不可逆的。在這種情況之下要想恢復(fù),其難度是大的,所需要的時(shí)間也是漫長(zhǎng)的。
3. 1 人工輔助的自然生態(tài)重建
人工輔助的自然生態(tài)重建的含義:通過(guò)人工輔助的方法,尊重自然植被的演替規(guī)律,在生態(tài)系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)進(jìn)行綠化,使坡面能具有形成生態(tài)良性循環(huán)的自然恢復(fù)的能力。
3. 2 土壤的化學(xué)改良和生物改良
總的來(lái)看,邊坡生態(tài)防護(hù)所面臨的較大困難就是邊坡上缺乏滿足植物生長(zhǎng)需要的土壤,土壤改良的方法有三:物理法、化學(xué)法和生物法。物理的方法很常用的就是換土,換土不但成本高昂,而且也破壞其他地方的生態(tài)環(huán)境,因此化學(xué)法和生物法是可取的,特別是生物的方法,還可與坡面綠化相結(jié)合,一舉兩得。
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