边坡加固和滑坡减灾的方法有哪些？
C.1土质边坡加固及滑坡减灾
本文主要介绍了北美常用的一些土质边坡加固和滑坡减灾技术，特别强调了那些无需或不需要详细的土质或基岩分析资料，或在风险较低的情况下也能安全实施的简单技术。一些加固技术既昂贵又耗时。这里只是对边坡加固技术的概述，还有很多其他的相关技术，这里不一一列举。需要注意的是，无论是加固工程完成前、中、后，专业人员的技术指导都是非常重要的。
如果采取一定的措施，边坡的稳定性一般会得到改善。为了有效地加固边坡，我们必须首先确定影响所研究边坡的最重要的控制因素，然后决定采用适当的技术方法来有效地解决边坡的稳定性问题。减灾计划必须针对具体斜坡的具体情况，对症下药。比如，在一个完全没有地下水的斜坡上安装排水管是没有意义的。斜坡加固工程一般在施工过程中进行，或在施工过程中意外出现稳定性问题时进行。大多数边坡工程技术都需要详细分析边坡岩土的性质，特别是要充分了解其力学性质。
在任何有风险的情况下，如果可能危及生命或财产安全，在采取加固措施之前，必须咨询岩土工程师或土木工程师等专业技术人员。
以下是一些可用于提高边坡稳定性的技术方法。
◆削坡
图C1、图C2、图C3是一些示意性的剖面图，显示了边坡开挖的一般原理，即不同部位削坡后的不同效果和后果。这些图纸仅显示了一般原理。在具体情况下，最好尽可能咨询岩土工程师或其他相关技术人员。
从滑坡顶部取土的方法可以通过减小滑动力来提高边坡的稳定性。只适用于旋转滑坡(见第1章“滑坡的基本类型”)，需要深挖。必须指出的是，这种方法对平移顺层滑坡、平面滑坡或流动滑坡根本不起作用。
降低斜坡的高度
降低边坡高度就是通过减少土的重量来降低作用在滑动面上的滑动力。它通常包括在主干道上方修建一条通路，然后通过开挖形成一个较低的斜坡。这种方法在提高边坡稳定性方面效果一般，一个完整的方案还必须包括地形调整等其他操作。根据Chatwin(1994)的研究，这种方法只能提高10% ~ 15%的安全系数(“安全系数”的简单定义是物体或物体的一部分的最大强度与施加在其上的最大载荷之比)。
用轻质材料回填
这是一种与降低边坡高度相关的技术。它可以通过挖掘斜坡的上层土壤并用轻质回填材料(如锯末或树皮)回填来减少滑动力。然后在上面覆盖一层薄薄的粗粒土，这样回填材料也能起到路基的作用(如图C4)。
图1 .轻质回填材料的C4示意图和照片。最近，在土木工程的实践中，再生轮胎带的使用增加了。例如，在公路建设中，废轮胎条被用作轻质回填材料，以覆盖软土上的桥梁、大坝和挡土墙，或者在非常寒冷的地区，用作抵抗冻胀的路基，以及用作布置在排水区域边缘的高渗透性介质(示意图根据Chatwin SC等人，1994；图片来源:美国交通部、联邦公路管理局)(暗渠:排水走廊；木纤维:木纤维；砾石:砾石；加盖:头部保护)
将斜坡转换成阶梯形状
这也是通过将边坡挖入深土质边坡或达到基岩面来减小边坡下滑力的一种方法。这种方法可以有效地减少浅层破坏的发生，但一般难以提高整体边坡的稳定性。如果将边坡改造成台阶状，如果在容易发生岩石崩塌的陡崖下坡进行，可以控制岩石崩塌的滚动距离，控制边坡的地表排水，或者为地表排水系统提供安装管道或其他构筑物的空间。图C12显示了将斜坡转换为阶梯形状的示例。
减缓斜坡坡度或调整斜坡形状可以减轻斜坡重量，减少溪流或河流的侵蚀，减少斜坡上的建筑荷载。
在某些情况下，将滑坡物质全部挖出来是一种有效而经济的方法。但在实际工作中，它只适用于小型滑坡或小型旋转滑坡。不建议对大型滑坡进行大规模挖掘，原因如下:
(1)开挖并不总是有效的——对于大规模的平面滑坡(如顺层滑坡)，开挖并不能阻止滑坡运动，反而可能扩大滑坡的范围。
(2)如果开挖部分是提供抗滑力的滑坡前缘部分，开挖可能诱发更大的滑坡。
(3)如果在边坡下方进行开挖，可能会导致边坡失稳，失稳范围会扩大到边坡上部。
在深层土体中，尤其是软粘土中，如果存在两个潜在滑动面(浅层和深层)，当浅层滑动面开挖时，可能会引起深层滑动面的突然破坏。在这种情况下，建议使用土壤强度数据进行边坡稳定性分析，尤其是在深厚粘土中进行大规模开挖时。
◆提高边坡强度。
塑料网边坡加固
市场上有许多合成增强材料，例如，通过拉伸塑料聚合物形成的高拉伸强度网格。这种网格有点类似于混凝土中的钢筋网格，可以增强土的抗剪强度。
这种材料已用于铁路软土地基，以增加下卧土的承载力，减少所需的砾石量。这种格栅在边坡加固中有许多应用，包括增加土壤强度、改善土壤排水性能和建造挡土墙。
缝纫机压脚
增强边坡稳定性的一个简单方法是增加滑坡前缘的重量，以提供抵抗破坏的抗滑力(图C5)。带有回填土的护道或桥墩可以简单地堆放在斜坡的前缘。与普通土相比，使用砾石或堆石更为理想，因为砾石和堆石的摩擦阻力更高，排水顺畅，可以避免地下水流堵塞等问题。
这个山谷用混凝土填平了。
用混凝土整平山谷是加固溪流及其侧壁的另一种方法。找平时采用高标号混凝土进行喷浆或灌浆，若采用能防止表面损伤的钢纤维板进行加固，效果会更好。混凝土中的混合石头有助于消散水流的能量。
平整山谷可以减少泥石流的频率和规模(图C6)。这种方法对保护桥墩也很有效。这种方法对于整个不稳定的山谷是最有效的。特别是在长河谷的加固中，这种方法比砂坝更经济。但如果一个山谷特别不稳定，修建沙坝的效果会更好，因为沙坝的坝肩可以嵌入山谷边坡，可以提供前方支撑，从而增强边坡的稳定性。
谷坊
古方建在陡峭的山沟里，旨在加固河床，是拦截泥沙的小坝。在欧洲和日本广泛用于控制泥石流的频率和规模。有时也建在泥石流源区，治理零散的浅层滑坡。古方造价昂贵，所以往往只有在下游地区有露营地等重要设施或者有野生动物独特的生活繁殖区的情况下才修建。沟型泥石流多发生在沟坡大于25度的地区。在向下运动的过程中，往往从沟床中搜出大量的物质，以扩大其规模。建造在山谷中的古方有以下三个主要目的(引自Chatwin S C等人，1994):
当它建在冲沟上游时，目的是降低上部冲沟床的坡度，以减少边坡破坏的频率；通过对边坡前缘提供支撑，提高了山谷两侧边坡的稳定性，防止了山谷的进一步侵蚀和下切，从而减少了山谷中储存的物质；当它建在山谷的下游时，其主要目的是储存泥石流沉积物。
当它建在碎屑岩滑坡上时，山谷车间可以储存地表流动物质，并最终在滑坡上形成一个小平台，从而减缓坡面坡度。古方的材料可以是钢筋混凝土或原木(图C7和C8)。一般情况下，混凝土块谷的高度不超过8米，而木坝的高度必须小于2米。山谷间距取决于山谷的坡度和大坝高度。例如，在坡度为20度的山谷中修建2米高的山谷车间，当坝后山谷的坡度为10度时，坝间距将设计为12米。古方的主要缺点是:容易受到侧向冲沟的侵蚀和溢洪道来水的侵蚀。
防止山谷作坊的破坏
在施工过程中，混凝土桥台和圆木的端部必须牢固地固定在冲沟两侧的基岩和冲沟床的基岩中，以抵抗运行过程中来自其后面的填充材料的压力和侧向开挖。坝肩必须保持70%的坡度，进入河谷边墙至少1 ~ 2米；古方基础的最小宽度必须在65438+总坝高的0/3以上；对深度的要求是比所有可能的底切孔都深。
古方坝建成后，应在坝后进行人工回填，而不是等待自然泥石流堆积。这样可以减少泥石流堆积的影响，从而形成稳定的河谷。人工回填后的坡度应小于山谷坡度的一半。回填的山谷房屋通常可以安全度过泥石流。回填材料应保证不受暴雨和急流的侵蚀。
◆采用引流技术。
地下水可能是单独诱发滑坡的最重要因素。毫无疑问，无论是对于已有滑坡，还是对于仅有潜在滑坡危险的边坡，充足的排水已成为边坡加固工程中最重要的因素。边坡排水不仅可以提高土体的强度，还可以减轻滑坡的重量，从而有效地提高稳定性。边坡排水可以是地面排水，也可以是地下排水。表面排水措施不需要太复杂的设计或太多的资金，但它们可以对提高边坡稳定性做出很大贡献。因此，无论是具有潜在滑坡危险的边坡还是活动滑坡，地表排水都是一种值得推荐的方法。
地表排水有两个目的:一是防止地表的侵蚀，从而减少地表的小规模滑坡；二是防止地表水渗入边坡，从而降低地下水压力。地下排水措施也有效，但成本相对较高。因此，在采用地下排水措施之前，最好确定地下水是否是滑坡的原因，然后再争取采用地表排水措施。这里有一些不同的排水方法。
平整场地。
平整滑坡表面可以防止地表积水，切断其与地下水的联系。必须排除斜坡上任何可能含水的低洼地区。用不同等级的土填封宽裂缝，可有效防止地表水到达滑动面。
排水沟和排水道
坡地的地表排水可通过地表排水沟或浅排水沟(图C9)。滑坡顶部的地表排水尤为重要。连接滑坡顶部形成的纵向排水沟槽和横向排水通道的排水系统将非常有效。排水沟的坡度必须在2%以上，以保证水快速流出不稳定区域。
最简单的地下排水通道是在不稳定的边坡顶部修建水平沟。只有当基岩或坚硬的不透水覆盖层较薄时，使用排水沟才更经济。排水槽必须挖至浅土层底部，以切断沿滑动面流动的地下水。开挖后，可用粗砾石回填排水沟，以免沟壁坍塌。目前常用排水管，用粗砾石回填。
排水管
在高速公路建设中，水平排水管被广泛用于预防滑坡灾害(图C10)。最有效的是在初期开挖时铺设排水管道。因为降低地下水位需要很长的时间，所以只有在管道经过可能滑动面的位置小心翼翼地安装，并能真正排出边坡中的地下水时，排水管道才是有效的。由于大多数边坡的土质条件、水力条件和几何条件不同，所以必须因地制宜，针对不同的边坡设计不同的排水系统。当钻孔达到设计深度时，首先安装套管。外壳中的泥土必须完全清除。然后用滤布将多孔的PVC排水管包裹起来，推入套管中，并与之紧密结合。之后拔出套管，在排水管出口处安装防护网，这样排水管就完成了。排水管必须干净无泥。没有清洁的孔只有大约25%的效率。
在粘土中，地下水位的完全变化需要五年，第一年可以完成地下水位变化的一半。当粘土中地下水位下降时，这种影响基本稳定；但是季节变化还是会发生。如果排水管没有堵塞，雨水一般不会改变边坡内的地下水位。在砂土中，地下水位可以在几个月内完全下降，但会受降雨影响而波动。
稻草和草捆
这里说的麦秸、麦捆，和中国农村收割时的麦捆形状不太一样。在北美，许多捆被做成直径20 ~ 30cm，长7 ~ 9m的长条(图C11)。它们通常被装在麻袋、尼龙袋或其他在光照下容易分解的材料制成的袋子里。平均体重约16kg。它们被放置在与等高线平行的浅排水沟中，形成一个连续的屏障来拦截斜坡上的水流。如果放在坡度小于70%的斜坡上，可使用1 ~ 2年。但是，需要注意的是，如果放置它们的斜坡的坡度大于50%，它们的效果将会大大降低。斜坡上的土层虽然可以很浅，但必须不少于20厘米。当用于提供长期水土保持的永久性植被尚未完全建立时，小麦秸秆可以改善渗透性，增加粗糙度，减少表面侵蚀，并为斜坡提供短期保护。小麦包在世界任何地方都可以很容易地找到，并且它们也非常便携，可以在坡面侵蚀和排水控制过程中以不同的组合方式应用(图C12)。
挡土墙对于所有类型的挡土墙，结构必须采取足够的排水措施。因为在挡土墙的背面，可能会产生很高的地下水压力，从而导致挡土墙的破坏。挡土墙的排水很简单，主要是利用粗粒回填材料和粗粒基础材料。
木质枕木墙
木枕壁是一种类似枕木的箱形结构，由原木制成，填充粗粒砾石材料(图C1)。这种结构通过最危险的滑动面，通过力的传递，将潜在的滑动面转向更深的深度，即危险程度较小的深度。这种结构本身必须能够抵抗:①剪切；②倾覆；③沿底面滑动。因此，在建造时，必须埋入足够的深度，并超过临界滑动面。垛墙(又称木笼挡土墙)只适用于加固滑坡体体积比较小的情况。最有效的情况是不稳定的薄土层覆盖更深更稳定的土层。框架式挡土墙结构的体积一般应为加固对象体积的10% ~ 15%。如此小的体积无法给滑坡前缘提供足够的压力；因此，框架挡土墙结构主要依靠自身的强度来维持边坡的稳定。
钢箱墙
钢箱墙是将镀锌波纹钢件用螺栓连接成箱，然后用土填充而成的重力式挡土墙(图C14)。重力式挡土墙的稳定性取决于墙本身的重量，墙前堆土的重量也会对其稳定性起到一定的提高作用。在设计钢箱墙基础时，一定要记住，钢箱墙的重量不仅仅是钢材本身的重量，还有装入其中的土的重量。大型墙体必须单独设计和施工，荷载和基础根据需要单独计算。对于具体的荷载工况，结构工程和土木工程设计图表可以提供详细的排梁(水平梁)指标和墙体的高宽比。其宽度一般为2 ~ 5米，是其高度的1/2 ~ 3/5。为了提供更大的抗滑阻力，墙脚埋入地面以下0.5 ~ 1.0m。但设计中一般不考虑墙体前缘的这部分强度，因为这部分土会在不经意间被侵蚀或带走。如果钢箱墙按1:6的坡度设置，其安全系数会提高。钢箱壁内的填充材料必须具有良好的排水性能，最好每隔20厘米压实一次。墙后的材料还必须具有良好的排水性能，并且压实良好。
加筋土墙
加筋土是高陡边坡填筑的专利技术，在填筑面不需要支护结构(图C15)。该系统在回填土中使用柔性水平金属条，以形成高强度的土壤-金属系统。
石笼网墙(石笼网墙)
格宾网为箱形铁丝网，网内填充大小为10 ~ 20cm的砾石块(图C16)。格宾网挡土墙由许多格宾网堆叠在一起组成。石笼网墙(格宾网墙)造价低廉，容易快速完成。因为他们柔韧性好，可以抵抗自己基础的移动，不需要对基础做太精细的准备。本身就是粗粒材料，所以透水性好，能起到很好的排水作用。
石笼网墙发挥作用的关键在于石笼网之间的高摩擦强度，底排石笼网与下面的土之间的摩擦力也高。如果有损坏的话，主要是在下层地基的土里。高度低于25米的三层石笼网墙，不需要详细的工程分析就可以直接搭建。对于较高的石笼网墙，由于自重较重，可能需要较大的基础和地基，甚至可能需要对石笼网墙采取支撑措施(一种支撑措施是将桥墩与石笼网墙背面连接起来，提高其稳定性)。建在粘土上的石笼网墙需要配套措施。一种方法是将石笼网从墙体前端延伸到可能滑动面的圆弧处，它不仅是墙体结构的一部分，还起到排水的作用。
对于各种边坡和挡土墙高度的组合，都有现成的设计图表可供参考。
抗滑桩
大直径桩可设置在坡前缘，桩间距较小，形成垂直桩墙(图C17)。桩墙一般在开挖前实施，以限制变形——边坡开挖将在桩墙前进行。在高速公路建设中，大直径混凝土桩和涵管桩已经成功应用，而小直径木桩或钢管桩还没有。对于大多数土壤或岩石运动，木桩不能提供足够的抗剪强度。只有当需要加固的土方量很小时，木桩才比较合适。平均每50立方米土需要一根木桩，对于大规模的加固工程是不够的。如果桩数过少，可能是由于桩壁后或桩间土的移动，导致倾倒破坏或断桩。
使用木桩的主要限制之一是木桩的长度，因为许多滑动面位于木桩下方。木桩的最佳应用对象是厚稳定土层表面的浅层滑坡。抗滑桩必须远远超过潜在滑动面，并牢固地嵌入坚实稳定的土壤中。如果桩的布置不能使桩产生有效的悬臂梁效应，应通过其他锚固系统对桩顶施加向后的拉力。
◆利用植被进行边坡加固。
地表侵蚀在一定条件下会导致滑坡，在坡面种植牧草和豆科植物可以减少坡面侵蚀。种植灌木可以增加地表覆盖度，强化根系，从而增强边坡的稳定性。如果不及时控制地表侵蚀和一些小规模的浅边坡破坏，将导致不可控制的问题。大规模的侵蚀需要高工程技术手段来治理。生物工程和生物技术护坡技术是指利用植被进行护坡，以防止边坡破坏和侵蚀。本手册第三章详细讨论了生态工程减灾方法。
为了成功实施边坡植被重建计划，必须做好规划工作。播种前，最好向当地有经验的人咨询。相关的成功或失败的经验和教训是很有价值的。种子的购买必须在滑坡发生后立即进行，或者至少在长期干旱和森林破坏前6周进行(如果提前知道)。
播种前应尽可能稳定地处理边坡，这样更有利于增强边坡今后抵抗侵蚀和破坏的能力。在播种之前，必须完成所有其他的事情，如地表水排水控制，清除那些悬浮的切土坡，减缓坡角和踩坡。
播种有两种方法:旱种和水力播种。
旱种可以用转盘和喷播机进行。这些方法比水力播种便宜，但只限于粗糙表面和缓坡。转盘播种机通过离心力撒播种子和肥料。最简单的播种机是旋转式便携式播种机。喷射播种机利用气压将种子和肥料喷射5-8米。这些装置可以连接到发动机上。
水力播种水力播种是将种子、肥料、粘合剂和/或覆盖物搅拌成浆状，然后喷洒出去的一种播种方法。该系统需要配备有机械液压搅拌器的大容量混合桶。在陡坡上播种时，需要在坡上粘种子。水力播种法可以播种1:1甚至更陡的坡度。
种子的分类一般来说，2 ~ 5个草种和豆科种子的混合，可以有效地防治坡面侵蚀。选种的可行性主要取决于表土的性质、气候条件、种子之间的协调性和种子之间的替代性。因为这些条件因地而异，所以没有一个公式可以推荐给世界上任何地方。植被的种类可以因地制宜，最好的办法是向熟悉当地种植条件的人咨询。
地膜覆盖是指用无生命物质覆盖土壤表面，防止雨水侵蚀表面，控制含水量的增长。可以使用的覆盖物有很多，如麦秸、草纤维、木纤维、海藻甚至纸制品。
◆利用生物技术进行边坡防护的主要目的是减少减轻滑坡灾害的工程措施对环境造成的不利影响。传统的钢筋混凝土挡土墙结构用于滑坡灾害防治工程时，外观不美观，对环境不友好。这些传统的“硬”预防和控制项目越来越多地被环境友好的植被复合土壤/结构所取代。这种新的施工方法被称为生物技术护坡法。常见的生物技术系统包括geonet和geocell。前者用土钉固定地网，在网眼中的土壤中加入草籽；后者是在混凝土等构成的地块之间加入混有草籽的土壤。
以往的研究表明，植物可以用来加固表土，从而防止坡面的进一步侵蚀，甚至减少滑坡灾害的影响。草是最有前途的植物之一，它可以在不同的环境中保护坡面免受侵蚀。在附录C中，列出了许多关于这种植物的信息，以及它的用途和地理适应性。
生物护坡包括两个方面:生物技术加固和土壤生物工程加固。这两种方法都使用植物。特别是，通过生物技术的植被加固方法将机械因素(结构)和生物因素(植物)结合起来，以防止和阻止边坡破坏和土壤侵蚀。机械因素和生物因素必须以互补的方式共同作用。土壤生态处理后的边坡加固方法可视为上述方法中的一个特殊派别。在这种方法中，植物的各个部分，如根、茎和枝，作为力学因素在整个护坡系统中起着主要的结构作用。生物技术护坡系统与周围的地形相协调。与钢筋混凝土等制造材料相比，它们强调使用附近容易找到的天然材料，如土壤、岩石、木材和植被。与传统挡土墙不同，其力学因素尽量不干扰周围环境。利用生物技术为构筑物保护植被的例子很多，多见于木枕墙、石笼网墙、铁丝墙、加筋土等。采用生态施工方法进行拉伸加固，回填土坡度可达70°。在Schuster Robert L et al .，2004中，读者可以了解到越来越多的关于通过不同的生态建设方法加固边坡的详细知识。
如前所述，对土壤进行生态处理后进行边坡加固的施工方法主要采用天然材料，如植物的根、茎、枝、岩石、树木或土壤等。适合这种施工方法的植物有柳树、杨树等当地可以获得且易于传播的植物。另外，这种施工方法在实施过程中，由于不需要搬入太多的设备和太多的工人，一般不会对环境造成太大的破坏。随着时间的推移，生态护坡系统越来越不起眼，逐渐融入自然环境。这最适合那些对环境稳定性要求较高的区域，如公园、河边地区、景区等。在大多数情况下，当地的草，灌木和树木可用于生态边坡加固方法。柳树已经在世界许多地方被成功地使用。在热带和亚热带地区，香根草绿篱因其生长快、根深而被广泛应用。然而，必须注意的是，引进外来植物物种有时是危险的，因为它们可能与当地植物区系不协调，并造成严重的问题。
大部分详细的边坡稳定性评价工作是由岩土工程师和工程地质学家完成的，但土壤科学家、农学家、林学家和水文学家可能对植物、土壤和结构之间的有机相互作用更有发言权。因此，在实施生态护坡方法时，需要岩土工程和植物科学的协商和协调。
世界各地都有一些关于生态建筑方法有效性的出版物。有一本很好的关于栽培草的入门书叫《香根草:抵御侵蚀的一道细细的绿线》(栽培草:防治水土流失的绿色景观)，值得参考(国研会，1993；Yoon P K，1994).
关于种草的附加信息:对于发展中国家来说，土壤侵蚀，包括极端情况下的山体滑坡，是最具破坏性的自然过程之一，必须认真对待。在如何用廉价、持久、有效的方法防治水土流失的技术开发上，进展甚微。草耕地是一种热带植物，它提供了一种防止土壤侵蚀的经济方法。在坡地上沿等高线栽培，栽培的茅草可以形成一个狭窄但密集的栅栏屏障。它坚硬的叶子可以阻挡周围的泥土和碎片。几十年来，在斐济、印度和一些加勒比海国家，这些根深蒂固的草保护了容易被侵蚀的土坡。图C18显示了刚果民主共和国栽培草的栽培项目和一些如何用栽培草稳定山谷和道路的照片。一些政府机构为这个项目提供了援助。