公路邊坡工程生態防護應用研究

王 友 順

(駐馬店市公路管理局，河南 駐馬店 463000)

·道路·鐵路·

公路邊坡工程生態防護應用研究

王 友 順

(駐馬店市公路管理局，河南 駐馬店 463000)

分析了公路邊坡生態防護的功能及防護機理，從公路邊坡生態防護指標體系、指標量化方法、評價方法等方面，探討了公路邊坡生態防護功效評價體系，為生態防護技術在公路邊坡工程中的應用提供參考。

生態防護，公路，邊坡，評價體系，層次分析法

0 引言

近年來，我國公路交通運輸的迅猛發展在促進經濟繁榮方面發揮了巨大作用，但公路建設中通常不可避免的形成大量的裸露邊坡或山崖斷面，不僅會改變公路沿線的自然地貌特征，還會造成沿線生態環境的破壞。傳統的公路建設通常只注重公路的交通功能，忽視對公路邊坡環境的保護。這不僅會導致嚴重的水土流失等生態問題，還可能誘發滑坡、泥石流等地質災害，增加公路的運營成本。

而隨著經濟水平的提高，人們對生態環境的要求及關注日益提升。因此，現階段的公路建設不僅要滿足交通運輸的功能要求，還要做好沿線環境的保護與修復，努力建成綠色、低碳的“生態型”公路。因此，公路邊坡的生態防護已成為公路建設中環境保護的重要措施。生態防護技術不僅有利于保證邊坡穩定，還能夠美化環境、修復生態，具有高效、環保、經濟的優勢，在邊坡防護中不斷得到推廣應用[1,2]。

本文從邊坡生態防護的功能及機理出發，討論邊坡生態防護功效的評價體系及其等級劃分標準，為工程應用提供參考。

1 邊坡生態防護的功能及機理

公路邊坡生態防護是利用植物或者植物與工程材料相結合的方式，實現穩定和防護邊坡的目的。與常規工程護坡相比，邊坡生態防護技術除具有邊坡防護功能外，還具有生態功能、景觀功能及改善行車狀況等方面的功能。

1.1 邊坡防護功能與機理

邊坡防護是公路邊坡生態防護最基本和最主要的功能，目的在于防止邊坡水土流失、邊坡失穩、滑坡或坡面塌陷等公路病害。為實現邊坡防護的目的，邊坡生態防護技術綜合考慮工程護坡與植被護坡的功能，以工程防護為受力框架，結合植被所具有的土體加固及防止水土流失效用，以防止外界因素綜合作用下的邊坡破壞。邊坡生態防護中，植被所發揮的防護作用主要體現在植被的水文效應和植物根系的力學效應兩方面，其內在機理如圖1所示。

邊坡植被的水文效應指的是植被的存在能夠有效截留降雨、削弱降雨對邊坡的濺蝕、抑制地表徑流，極大程度的改善降雨條件下邊坡穩定性狀況[3-5]。

植物根系在邊坡防護中發揮的作用主要包括加筋、錨固、支撐三個方面。對于草本植物，其根系通常位于淺表土層。草本植物淺根系的延伸，能夠形成根系—土體的三維加筋復合材料，提高土體的抗剪強度，大幅提高邊坡淺表土層的穩定性。而木本植物的根系通常分為垂直根系和水平根系。木本植物的水平根系在邊坡土體中延伸生長，形成具有一定強度的根網，極好地固結與支撐根際土體；木本植物的垂直根系通常向深處生長，能夠很好地錨固到深處較穩定的巖土層上，通過水平根系與垂直根系的牢固連接，最終將水平根系所支撐的根際土體錨固到深處較穩定的土體，提高邊坡中淺層土體的穩定性。總體而言，植物根系具有良好的固土性能，能夠有效提高邊坡土體的抗剪強度，從而發揮改善邊坡穩定性狀況的作用。

此外，研究表明，邊坡失穩破壞往往與土體的孔隙水壓力過高密不可分。而邊坡植被生長過程中會通過其根系源源不斷地吸收水分，降低土體內的孔隙水壓力，進而改善邊坡的穩定性。

1.2 生態與景觀功能

公路建設期間，往往伴隨邊坡開挖或填筑，這必然對公路沿線的生態環境和自然景觀造成嚴重破壞，公路邊坡的開挖，使原來的自然景觀遭到破壞。采取邊坡生態防護措施，可以較大程度地恢復公路沿線的植被，并利用植物群落作為生物的棲息地，促進公路沿線生態環境的修復，降低公路系統對生態環境的破壞。同時，邊坡生態防護還是公路與周邊環境的緩沖帶，能夠有效地削弱公路交通系統中噪聲污染、懸浮顆粒物污染及有害氣體等對周邊環境的影響[6]。此外，采取邊坡生態防護措施，能夠很好的合理搭配喬木、灌木及草本植物，能夠使裸露的邊坡重新恢復綠色，豐富公路沿線的景觀環境，將公路邊坡打造成人工與自然相結合的風景線。

1.3 改善公路通行功能

采取邊坡生態防護措施，提高公路沿線的地表綠化率，能夠改變氣流條件，降低風速，減小風沙危害；公路邊坡植被覆蓋率的提高，能夠減緩公路路面溫度變化幅度，降低路面溫度，從而延緩瀝青的老化，改善公路的使用質量的功能。此外，通過合理的搭配植被系統，還能改善公路交通的安全性，提高公路的通行能力，如采用視線誘導植物指示線型的變化；采用遮光植物防止夜間行駛時對面車輛燈光引起的眩目；在公路隧道外側種植明暗適應植物，幫助駕駛員縮短車輛進入隧道后對明暗急劇變化的適應時間；種植緩沖植物，當車輛與公路沿線構造物發生碰撞時，降低對車輛和乘客的損害[6]。

2 公路邊坡生態防護評價體系

盡管近年來邊坡生態防護技術得以快速發展，但由于施工工藝、質量控制等方面仍缺乏科學的規范標準，生態防護效果往往參差不齊。因此，開展邊坡生態防護效果的研究，并建立相應的評價指標體系，有利于推動邊坡生態防護技術水平的提高。

目前，層次分析法結合模糊綜合評價法是進行邊坡生態防護效果定量評價的常用技術[7]，該技術的基本思路是：首先建立評價指標體系，并對各評價指標進行量化；其次是分層次構建判斷矩陣；繼而分層次對各因素進行模糊評價，并最終得到評價對象的綜合模糊評價結果。

2.1 公路邊坡生態防護指標體系

根據層次分析法的思想，可將公路邊坡生態防護評價指標分為目標層、因素層和指標層等3個層次。根據公路邊坡生態防護所具有的功能，通過工程調研和專家咨詢，建立了公路邊坡生態防護效果評價的指標體系，見圖2。

2.2 公路邊坡生態防護指標量化方法

為便于進行公路邊坡生態防護效果的定量評價，首先對各評價指標進行無量綱化量化處理。對于定量評價指標xij∈[Aij,Bij]，Bij>Aij>0，可按式(1)無量綱化：

(1)

即評價指標xij∈[Aij,Bij]，無量綱化后yij∈[0,5]。

對于定性評價指標，首先應通過專家考核確定其定性評級，繼而根據該評級直接得到無量綱化評分。為便于實施，可將定性指標分為(好，較好，中等，差，較差)五級，相應的評價分值為(5，4，3，2，1)。

2.3 公路邊坡生態防護評價方法

采用層次分析法進行邊坡生態防護效果評價時，判斷矩陣A可根據相應層次各指標的相對重要性確定。以一級指標B1的判斷矩陣為例：

(2)

構造判斷矩陣A時，若B1i與B1j相比重要性相同，則xij賦值1，若高一級，則賦值2，若高二級，則賦值3；若B1i比B1j重要性等級低，則賦值為相應值的倒數。

根據判斷矩陣，通過歸一化求取判斷矩陣的特征W=[W1W2W3]，并按式(3)計算判斷矩陣的最大特征根λmax：

(3)

求得判斷矩陣的最大特征根后，可由式(4)計算一致性指標CI，若CI≤0.1，則判斷矩陣A一致性良好。

(4)

若判斷矩陣A滿足一致性檢驗，則其特征向量W即為各因素的權重指標。

通過上述方法分層次進行指標評價、構建判斷矩陣、計算權重指標，最終得到公路邊坡生態防護綜合評價得分。

公路邊坡生態防護功效可根據其評價指標的綜合評分結果劃分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ級，具體劃分標準見表1。

表1 公路邊坡生態防護功效等級劃分標準

3 結語

本文對公路邊坡生態防護功能、機理及其功效評價體系等方面開展研究，主要結論包括：

1)公路邊坡生態防護主要具有邊坡防護、生態修復、景觀美化、改善公路通行等方面的功能。

2)公路邊坡生態防護主要是利用植被的水文效應，以及植物根系的加筋、錨固、支撐作用，達到防止邊坡水土流失、邊坡失穩、滑坡或坡面塌陷等公路病害的目的。

3)基于層次分析法的思想，根據邊坡生態防護功能構建其評價指標體系，并給出邊坡生態防護功效綜合評分方法，提出公路邊坡生態防護功效等級劃分標準。

[1] 湯紹陽.生態防護在高速公路大型巖石邊坡中的應用研究[J].中國水運(下半月),2014(3):286-287.

[2] 李志清,胡瑞林,吳禮舟,等.生態防護在高速公路護坡中的應用研究[J].工程地質學報,2005(2):280-284.

[3] 周立榮,向 波,周德培.紅層軟巖生態防護坡面抗沖性現場試驗研究[J].西南交通大學學報,2006,41(2):197-201.

[4] 孔 嶸,王桂堯.幾種邊坡生態防護形式對雨水入滲影響的試驗研究[J].中外公路,2014,34(1):23-28.

[5] 鄒新軍,趙明華.巖質邊坡生態防護現場試驗研究[J].土木工程學報,2011(S2):202-206.

[6] 景志遠,張春禹,張 姣，等.生態防護在公路邊坡防護中的應用[J].交通標準化,2014,42(3):7-10.

[7] 龍 鳳,李紹才,孫海龍，等.巖石邊坡生態護坡效果評價指標體系及應用[J].巖石力學與工程學報,2009(S1):3095-3101.

Research on the application of ecological protection engineering in highway slope

Wang Youshun

(HighwayAdministrationBureauofZhumadian,Zhumadian463000,China)

This paper analyzed the function and protection mechanism of ecological protection of highway slope, from the ecological protection index system of highway slope, index based method, evaluation method and other aspects, discussed the evaluation system of highway slope ecological protection effect, provided reference for the application of ecological protection technology in slope engineering.

ecological protection, highway, slope, evaluation system, Analytic Hierarchy Process(AHP)

1009-6825(2017)21-0112-03

2017-05-12

王友順(1976- )，男，高級工程師

U416

A