C.1土質邊坡加固及滑坡減災
本文主要介紹了北美常用的壹些土質邊坡加固和滑坡減災技術，特別強調了那些無需或不需要詳細的土質或基巖分析資料，或在風險較低的情況下也能安全實施的簡單技術。壹些加固技術既昂貴又耗時。這裏只是對邊坡加固技術的概述，還有很多其他的相關技術，這裏不壹壹列舉。需要註意的是，無論是加固工程完成前、中、後，專業人員的技術指導都是非常重要的。
如果采取壹定的措施，邊坡的穩定性壹般會得到改善。為了有效地加固邊坡，我們必須首先確定影響所研究邊坡的最重要的控制因素，然後決定采用適當的技術方法來有效地解決邊坡的穩定性問題。減災計劃必須針對具體斜坡的具體情況，對癥下藥。比如，在壹個完全沒有地下水的斜坡上安裝排水管是沒有意義的。斜坡加固工程壹般在施工過程中進行，或在施工過程中意外出現穩定性問題時進行。大多數邊坡工程技術都需要詳細分析邊坡巖土的性質，特別是要充分了解其力學性質。
在任何有風險的情況下，如果可能危及生命或財產安全，在采取加固措施之前，必須咨詢巖土工程師或土木工程師等專業技術人員。
以下是壹些可用於提高邊坡穩定性的技術方法。
◆削坡
圖C1、圖C2、圖C3是壹些示意性的剖面圖，顯示了邊坡開挖的壹般原理，即不同部位削坡後的不同效果和後果。這些圖紙僅顯示了壹般原理。在具體情況下，最好盡可能咨詢巖土工程師或其他相關技術人員。
從滑坡頂部取土的方法可以通過減小滑動力來提高邊坡的穩定性。只適用於旋轉滑坡(見第1章“滑坡的基本類型”)，需要深挖。必須指出的是，這種方法對平移順層滑坡、平面滑坡或流動滑坡根本不起作用。
降低斜坡的高度
降低邊坡高度就是通過減少土的重量來降低作用在滑動面上的滑動力。它通常包括在主幹道上方修建壹條通路，然後通過開挖形成壹個較低的斜坡。這種方法在提高邊坡穩定性方面效果壹般，壹個完整的方案還必須包括地形調整等其他操作。根據Chatwin(1994)的研究，這種方法只能提高10% ~ 15%的安全系數(“安全系數”的簡單定義是物體或物體的壹部分的最大強度與施加在其上的最大載荷之比)。
用輕質材料回填
這是壹種與降低邊坡高度相關的技術。它可以通過挖掘斜坡的上層土壤並用輕質回填材料(如鋸末或樹皮)回填來減少滑動力。然後在上面覆蓋壹層薄薄的粗粒土，這樣回填材料也能起到路基的作用(如圖C4)。
圖1 .輕質回填材料的C4示意圖和照片。最近，在土木工程的實踐中，再生輪胎帶的使用增加了。例如，在公路建設中，廢輪胎條被用作輕質回填材料，以覆蓋軟土上的橋梁、大壩和擋土墻，或者在非常寒冷的地區，用作抵抗凍脹的路基，以及用作布置在排水區域邊緣的高滲透性介質(示意圖根據Chatwin SC等人，1994；圖片來源:美國交通部、聯邦公路管理局)(暗渠:排水走廊；木纖維:木纖維；礫石:礫石；加蓋:頭部保護)
將斜坡轉換成階梯形狀
這也是通過將邊坡挖入深土質邊坡或達到基巖面來減小邊坡下滑力的壹種方法。這種方法可以有效地減少淺層破壞的發生，但壹般難以提高整體邊坡的穩定性。如果將邊坡改造成臺階狀，如果在容易發生巖石崩塌的陡崖下坡進行，可以控制巖石崩塌的滾動距離，控制邊坡的地表排水，或者為地表排水系統提供安裝管道或其他構築物的空間。圖C12顯示了將斜坡轉換為階梯形狀的示例。
減緩斜坡坡度或調整斜坡形狀可以減輕斜坡重量，減少溪流或河流的侵蝕，減少斜坡上的建築荷載。
在某些情況下，將滑坡物質全部挖出來是壹種有效而經濟的方法。但在實際工作中，它只適用於小型滑坡或小型旋轉滑坡。不建議對大型滑坡進行大規模挖掘，原因如下:
(1)開挖並不總是有效的——對於大規模的平面滑坡(如順層滑坡)，開挖並不能阻止滑坡運動，反而可能擴大滑坡的範圍。
(2)如果開挖部分是提供抗滑力的滑坡前緣部分，開挖可能誘發更大的滑坡。
(3)如果在邊坡下方進行開挖，可能會導致邊坡失穩，失穩範圍會擴大到邊坡上部。
在深層土體中，尤其是軟粘土中，如果存在兩個潛在滑動面(淺層和深層)，當淺層滑動面開挖時，可能會引起深層滑動面的突然破壞。在這種情況下，建議使用土壤強度數據進行邊坡穩定性分析，尤其是在深厚粘土中進行大規模開挖時。
◆提高邊坡強度。
塑料網邊坡加固
市場上有許多合成增強材料，例如，通過拉伸塑料聚合物形成的高拉伸強度網格。這種網格有點類似於混凝土中的鋼筋網格，可以增強土的抗剪強度。
這種材料已用於鐵路軟土地基，以增加下臥土的承載力，減少所需的礫石量。這種格柵在邊坡加固中有許多應用，包括增加土壤強度、改善土壤排水性能和建造擋土墻。
縫紉機壓腳
增強邊坡穩定性的壹個簡單方法是增加滑坡前緣的重量，以提供抵抗破壞的抗滑力(圖C5)。帶有回填土的護道或橋墩可以簡單地堆放在斜坡的前緣。與普通土相比，使用礫石或堆石更為理想，因為礫石和堆石的摩擦阻力更高，排水順暢，可以避免地下水流堵塞等問題。
這個山谷用混凝土填平了。
用混凝土整平山谷是加固溪流及其側壁的另壹種方法。找平時采用高標號混凝土進行噴漿或灌漿，若采用能防止表面損傷的鋼纖維板進行加固，效果會更好。混凝土中的混合石頭有助於消散水流的能量。
平整山谷可以減少泥石流的頻率和規模(圖C6)。這種方法對保護橋墩也很有效。這種方法對於整個不穩定的山谷是最有效的。特別是在長河谷的加固中，這種方法比砂壩更經濟。但如果壹個山谷特別不穩定，修建沙壩的效果會更好，因為沙壩的壩肩可以嵌入山谷邊坡，可以提供前方支撐，從而增強邊坡的穩定性。
谷坊
古方建在陡峭的山溝裏，旨在加固河床，是攔截泥沙的小壩。在歐洲和日本廣泛用於控制泥石流的頻率和規模。有時也建在泥石流源區，治理零散的淺層滑坡。古方造價昂貴，所以往往只有在下遊地區有露營地等重要設施或者有野生動物獨特的生活繁殖區的情況下才修建。溝型泥石流多發生在溝坡大於25度的地區。在向下運動的過程中，往往從溝床中搜出大量的物質，以擴大其規模。建造在山谷中的古方有以下三個主要目的(引自Chatwin S C等人，1994):
當它建在沖溝上遊時，目的是降低上部沖溝床的坡度，以減少邊坡破壞的頻率；通過對邊坡前緣提供支撐，提高了山谷兩側邊坡的穩定性，防止了山谷的進壹步侵蝕和下切，從而減少了山谷中儲存的物質；當它建在山谷的下遊時，其主要目的是儲存泥石流沈積物。
當它建在碎屑巖滑坡上時，山谷車間可以儲存地表流動物質，並最終在滑坡上形成壹個小平臺，從而減緩坡面坡度。古方的材料可以是鋼筋混凝土或原木(圖C7和C8)。壹般情況下，混凝土塊谷的高度不超過8米，而木壩的高度必須小於2米。山谷間距取決於山谷的坡度和大壩高度。例如，在坡度為20度的山谷中修建2米高的山谷車間，當壩後山谷的坡度為10度時，壩間距將設計為12米。古方的主要缺點是:容易受到側向沖溝的侵蝕和溢洪道來水的侵蝕。
防止山谷作坊的破壞
在施工過程中，混凝土橋臺和圓木的端部必須牢固地固定在沖溝兩側的基巖和沖溝床的基巖中，以抵抗運行過程中來自其後面的填充材料的壓力和側向開挖。壩肩必須保持70%的坡度，進入河谷邊墻至少1 ~ 2米；古方基礎的最小寬度必須在65438+總壩高的0/3以上；對深度的要求是比所有可能的底切孔都深。
古方壩建成後，應在壩後進行人工回填，而不是等待自然泥石流堆積。這樣可以減少泥石流堆積的影響，從而形成穩定的河谷。人工回填後的坡度應小於山谷坡度的壹半。回填的山谷房屋通常可以安全度過泥石流。回填材料應保證不受暴雨和急流的侵蝕。
◆采用引流技術。
地下水可能是單獨誘發滑坡的最重要因素。毫無疑問，無論是對於已有滑坡，還是對於僅有潛在滑坡危險的邊坡，充足的排水已成為邊坡加固工程中最重要的因素。邊坡排水不僅可以提高土體的強度，還可以減輕滑坡的重量，從而有效地提高穩定性。邊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復雜的設計或太多的資金，但它們可以對提高邊坡穩定性做出很大貢獻。因此，無論是具有潛在滑坡危險的邊坡還是活動滑坡，地表排水都是壹種值得推薦的方法。
地表排水有兩個目的:壹是防止地表的侵蝕，從而減少地表的小規模滑坡；二是防止地表水滲入邊坡，從而降低地下水壓力。地下排水措施也有效，但成本相對較高。因此，在采用地下排水措施之前，最好確定地下水是否是滑坡的原因，然後再爭取采用地表排水措施。這裏有壹些不同的排水方法。
平整場地。
平整滑坡表面可以防止地表積水，切斷其與地下水的聯系。必須排除斜坡上任何可能含水的低窪地區。用不同等級的土填封寬裂縫，可有效防止地表水到達滑動面。
排水溝和排水道
坡地的地表排水可通過地表排水溝或淺排水溝(圖C9)。滑坡頂部的地表排水尤為重要。連接滑坡頂部形成的縱向排水溝槽和橫向排水通道的排水系統將非常有效。排水溝的坡度必須在2%以上，以保證水快速流出不穩定區域。
最簡單的地下排水通道是在不穩定的邊坡頂部修建水平溝。只有當基巖或堅硬的不透水覆蓋層較薄時，使用排水溝才更經濟。排水槽必須挖至淺土層底部，以切斷沿滑動面流動的地下水。開挖後，可用粗礫石回填排水溝，以免溝壁坍塌。目前常用排水管，用粗礫石回填。
排水管
在高速公路建設中，水平排水管被廣泛用於預防滑坡災害(圖C10)。最有效的是在初期開挖時鋪設排水管道。因為降低地下水位需要很長的時間，所以只有在管道經過可能滑動面的位置小心翼翼地安裝，並能真正排出邊坡中的地下水時，排水管道才是有效的。由於大多數邊坡的土質條件、水力條件和幾何條件不同，所以必須因地制宜，針對不同的邊坡設計不同的排水系統。當鉆孔達到設計深度時，首先安裝套管。外殼中的泥土必須完全清除。然後用濾布將多孔的PVC排水管包裹起來，推入套管中，並與之緊密結合。之後拔出套管，在排水管出口處安裝防護網，這樣排水管就完成了。排水管必須幹凈無泥。沒有清潔的孔只有大約25%的效率。
在粘土中，地下水位的完全變化需要五年，第壹年可以完成地下水位變化的壹半。當粘土中地下水位下降時，這種影響基本穩定；但是季節變化還是會發生。如果排水管沒有堵塞，雨水壹般不會改變邊坡內的地下水位。在砂土中，地下水位可以在幾個月內完全下降，但會受降雨影響而波動。
稻草和草捆
這裏說的麥稭、麥捆，和中國農村收割時的麥捆形狀不太壹樣。在北美，許多捆被做成直徑20 ~ 30cm，長7 ~ 9m的長條(圖C11)。它們通常被裝在麻袋、尼龍袋或其他在光照下容易分解的材料制成的袋子裏。平均體重約16kg。它們被放置在與等高線平行的淺排水溝中，形成壹個連續的屏障來攔截斜坡上的水流。如果放在坡度小於70%的斜坡上，可使用1 ~ 2年。但是，需要註意的是，如果放置它們的斜坡的坡度大於50%，它們的效果將會大大降低。斜坡上的土層雖然可以很淺，但必須不少於20厘米。當用於提供長期水土保持的永久性植被尚未完全建立時，小麥稭稈可以改善滲透性，增加粗糙度，減少表面侵蝕，並為斜坡提供短期保護。小麥包在世界任何地方都可以很容易地找到，並且它們也非常便攜，可以在坡面侵蝕和排水控制過程中以不同的組合方式應用(圖C12)。
擋土墻對於所有類型的擋土墻，結構必須采取足夠的排水措施。因為在擋土墻的背面，可能會產生很高的地下水壓力，從而導致擋土墻的破壞。擋土墻的排水很簡單，主要是利用粗粒回填材料和粗粒基礎材料。
木質枕木墻
木枕壁是壹種類似枕木的箱形結構，由原木制成，填充粗粒礫石材料(圖C1)。這種結構通過最危險的滑動面，通過力的傳遞，將潛在的滑動面轉向更深的深度，即危險程度較小的深度。這種結構本身必須能夠抵抗:①剪切；②傾覆；③沿底面滑動。因此，在建造時，必須埋入足夠的深度，並超過臨界滑動面。垛墻(又稱木籠擋土墻)只適用於加固滑坡體體積比較小的情況。最有效的情況是不穩定的薄土層覆蓋更深更穩定的土層。框架式擋土墻結構的體積壹般應為加固對象體積的10% ~ 15%。如此小的體積無法給滑坡前緣提供足夠的壓力；因此，框架擋土墻結構主要依靠自身的強度來維持邊坡的穩定。
鋼箱墻
鋼箱墻是將鍍鋅波紋鋼件用螺栓連接成箱，然後用土填充而成的重力式擋土墻(圖C14)。重力式擋土墻的穩定性取決於墻本身的重量，墻前堆土的重量也會對其穩定性起到壹定的提高作用。在設計鋼箱墻基礎時，壹定要記住，鋼箱墻的重量不僅僅是鋼材本身的重量，還有裝入其中的土的重量。大型墻體必須單獨設計和施工，荷載和基礎根據需要單獨計算。對於具體的荷載工況，結構工程和土木工程設計圖表可以提供詳細的排梁(水平梁)指標和墻體的高寬比。其寬度壹般為2 ~ 5米，是其高度的1/2 ~ 3/5。為了提供更大的抗滑阻力，墻腳埋入地面以下0.5 ~ 1.0m。但設計中壹般不考慮墻體前緣的這部分強度，因為這部分土會在不經意間被侵蝕或帶走。如果鋼箱墻按1:6的坡度設置，其安全系數會提高。鋼箱壁內的填充材料必須具有良好的排水性能，最好每隔20厘米壓實壹次。墻後的材料還必須具有良好的排水性能，並且壓實良好。
加筋土墻
加筋土是高陡邊坡填築的專利技術，在填築面不需要支護結構(圖C15)。該系統在回填土中使用柔性水平金屬條，以形成高強度的土壤-金屬系統。
石籠網墻(石籠網墻)
格賓網為箱形鐵絲網，網內填充大小為10 ~ 20cm的礫石塊(圖C16)。格賓網擋土墻由許多格賓網堆疊在壹起組成。石籠網墻(格賓網墻)造價低廉，容易快速完成。因為他們柔韌性好，可以抵抗自己基礎的移動，不需要對基礎做太精細的準備。本身就是粗粒材料，所以透水性好，能起到很好的排水作用。
石籠網墻發揮作用的關鍵在於石籠網之間的高摩擦強度，底排石籠網與下面的土之間的摩擦力也高。如果有損壞的話，主要是在下層地基的土裏。高度低於25米的三層石籠網墻，不需要詳細的工程分析就可以直接搭建。對於較高的石籠網墻，由於自重較重，可能需要較大的基礎和地基，甚至可能需要對石籠網墻采取支撐措施(壹種支撐措施是將橋墩與石籠網墻背面連接起來，提高其穩定性)。建在粘土上的石籠網墻需要配套措施。壹種方法是將石籠網從墻體前端延伸到可能滑動面的圓弧處，它不僅是墻體結構的壹部分，還起到排水的作用。
對於各種邊坡和擋土墻高度的組合，都有現成的設計圖表可供參考。
抗滑樁
大直徑樁可設置在坡前緣，樁間距較小，形成垂直樁墻(圖C17)。樁墻壹般在開挖前實施，以限制變形——邊坡開挖將在樁墻前進行。在高速公路建設中，大直徑混凝土樁和涵管樁已經成功應用，而小直徑木樁或鋼管樁還沒有。對於大多數土壤或巖石運動，木樁不能提供足夠的抗剪強度。只有當需要加固的土方量很小時，木樁才比較合適。平均每50立方米土需要壹根木樁，對於大規模的加固工程是不夠的。如果樁數過少，可能是由於樁壁後或樁間土的移動，導致傾倒破壞或斷樁。
使用木樁的主要限制之壹是木樁的長度，因為許多滑動面位於木樁下方。木樁的最佳應用對象是厚穩定土層表面的淺層滑坡。抗滑樁必須遠遠超過潛在滑動面，並牢固地嵌入堅實穩定的土壤中。如果樁的布置不能使樁產生有效的懸臂梁效應，應通過其他錨固系統對樁頂施加向後的拉力。
◆利用植被進行邊坡加固。
地表侵蝕在壹定條件下會導致滑坡，在坡面種植牧草和豆科植物可以減少坡面侵蝕。種植灌木可以增加地表覆蓋度，強化根系，從而增強邊坡的穩定性。如果不及時控制地表侵蝕和壹些小規模的淺邊坡破壞，將導致不可控制的問題。大規模的侵蝕需要高工程技術手段來治理。生物工程和生物技術護坡技術是指利用植被進行護坡，以防止邊坡破壞和侵蝕。本手冊第三章詳細討論了生態工程減災方法。
為了成功實施邊坡植被重建計劃，必須做好規劃工作。播種前，最好向當地有經驗的人咨詢。相關的成功或失敗的經驗和教訓是很有價值的。種子的購買必須在滑坡發生後立即進行，或者至少在長期幹旱和森林破壞前6周進行(如果提前知道)。
播種前應盡可能穩定地處理邊坡，這樣更有利於增強邊坡今後抵抗侵蝕和破壞的能力。在播種之前，必須完成所有其他的事情，如地表水排水控制，清除那些懸浮的切土坡，減緩坡角和踩坡。
播種有兩種方法:旱種和水力播種。
旱種可以用轉盤和噴播機進行。這些方法比水力播種便宜，但只限於粗糙表面和緩坡。轉盤播種機通過離心力撒播種子和肥料。最簡單的播種機是旋轉式便攜式播種機。噴射播種機利用氣壓將種子和肥料噴射5-8米。這些裝置可以連接到發動機上。
水力播種水力播種是將種子、肥料、粘合劑和/或覆蓋物攪拌成漿狀，然後噴灑出去的壹種播種方法。該系統需要配備有機械液壓攪拌器的大容量混合桶。在陡坡上播種時，需要在坡上粘種子。水力播種法可以播種1:1甚至更陡的坡度。
種子的分類壹般來說，2 ~ 5個草種和豆科種子的混合，可以有效地防治坡面侵蝕。選種的可行性主要取決於表土的性質、氣候條件、種子之間的協調性和種子之間的替代性。因為這些條件因地而異，所以沒有壹個公式可以推薦給世界上任何地方。植被的種類可以因地制宜，最好的辦法是向熟悉當地種植條件的人咨詢。
地膜覆蓋是指用無生命物質覆蓋土壤表面，防止雨水侵蝕表面，控制含水量的增長。可以使用的覆蓋物有很多，如麥稭、草纖維、木纖維、海藻甚至紙制品。
◆利用生物技術進行邊坡防護的主要目的是減少減輕滑坡災害的工程措施對環境造成的不利影響。傳統的鋼筋混凝土擋土墻結構用於滑坡災害防治工程時，外觀不美觀，對環境不友好。這些傳統的“硬”預防和控制項目越來越多地被環境友好的植被復合土壤/結構所取代。這種新的施工方法被稱為生物技術護坡法。常見的生物技術系統包括geonet和geocell。前者用土釘固定地網，在網眼中的土壤中加入草籽；後者是在混凝土等構成的地塊之間加入混有草籽的土壤。
以往的研究表明，植物可以用來加固表土，從而防止坡面的進壹步侵蝕，甚至減少滑坡災害的影響。草是最有前途的植物之壹，它可以在不同的環境中保護坡面免受侵蝕。在附錄C中，列出了許多關於這種植物的信息，以及它的用途和地理適應性。
生物護坡包括兩個方面:生物技術加固和土壤生物工程加固。這兩種方法都使用植物。特別是，通過生物技術的植被加固方法將機械因素(結構)和生物因素(植物)結合起來，以防止和阻止邊坡破壞和土壤侵蝕。機械因素和生物因素必須以互補的方式共同作用。土壤生態處理後的邊坡加固方法可視為上述方法中的壹個特殊派別。在這種方法中，植物的各個部分，如根、莖和枝，作為力學因素在整個護坡系統中起著主要的結構作用。生物技術護坡系統與周圍的地形相協調。與鋼筋混凝土等制造材料相比，它們強調使用附近容易找到的天然材料，如土壤、巖石、木材和植被。與傳統擋土墻不同，其力學因素盡量不幹擾周圍環境。利用生物技術為構築物保護植被的例子很多，多見於木枕墻、石籠網墻、鐵絲墻、加筋土等。采用生態施工方法進行拉伸加固，回填土坡度可達70°。在Schuster Robert L et al .，2004中，讀者可以了解到越來越多的關於通過不同的生態建設方法加固邊坡的詳細知識。
如前所述，對土壤進行生態處理後進行邊坡加固的施工方法主要采用天然材料，如植物的根、莖、枝、巖石、樹木或土壤等。適合這種施工方法的植物有柳樹、楊樹等當地可以獲得且易於傳播的植物。另外，這種施工方法在實施過程中，由於不需要搬入太多的設備和太多的工人，壹般不會對環境造成太大的破壞。隨著時間的推移，生態護坡系統越來越不起眼，逐漸融入自然環境。這最適合那些對環境穩定性要求較高的區域，如公園、河邊地區、景區等。在大多數情況下，當地的草，灌木和樹木可用於生態邊坡加固方法。柳樹已經在世界許多地方被成功地使用。在熱帶和亞熱帶地區，香根草綠籬因其生長快、根深而被廣泛應用。然而，必須註意的是，引進外來植物物種有時是危險的，因為它們可能與當地植物區系不協調，並造成嚴重的問題。
大部分詳細的邊坡穩定性評價工作是由巖土工程師和工程地質學家完成的，但土壤科學家、農學家、林學家和水文學家可能對植物、土壤和結構之間的有機相互作用更有發言權。因此，在實施生態護坡方法時，需要巖土工程和植物科學的協商和協調。
世界各地都有壹些關於生態建築方法有效性的出版物。有壹本很好的關於栽培草的入門書叫《香根草:抵禦侵蝕的壹道細細的綠線》(栽培草:防治水土流失的綠色景觀)，值得參考(國研會，1993；Yoon P K，1994).
關於種草的附加信息:對於發展中國家來說，土壤侵蝕，包括極端情況下的山體滑坡，是最具破壞性的自然過程之壹，必須認真對待。在如何用廉價、持久、有效的方法防治水土流失的技術開發上，進展甚微。草耕地是壹種熱帶植物，它提供了壹種防止土壤侵蝕的經濟方法。在坡地上沿等高線栽培，栽培的茅草可以形成壹個狹窄但密集的柵欄屏障。它堅硬的葉子可以阻擋周圍的泥土和碎片。幾十年來，在斐濟、印度和壹些加勒比海國家，這些根深蒂固的草保護了容易被侵蝕的土坡。圖C18顯示了剛果民主共和國栽培草的栽培項目和壹些如何用栽培草穩定山谷和道路的照片。壹些政府機構為這個項目提供了援助。