公路邊坡生態防護設計方法及措施

趙星宇

（中設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210014）

我國幅員遼闊，不同的工程項目在地質地形、自然環境等方面存在較大的差異。雖然在如今的公路工程項目建設中，可持續發展理念已貫穿其中，但自然環境、沿線地形等因素對工程項目的限制使得沿線環保與公路建設不能實現協調統一[1]。公路建設不僅會改變沿線地形地貌，還會破壞當地生態資源。在深挖路塹和高填路基的公路工程項目中，當地生態系統會遭到嚴重破壞，如消除植物覆蓋層使得巖石裸露，引起水土流失，甚至導致滑坡或泥石流等災害，嚴重威脅道路出行者的安全。邊坡生態防護設計不僅可以起到固化邊坡的作用，還可以顯著改善沿線環境，提升公路路容路貌水平，極大地保證出行者的安全。

1 公路邊坡生態防護機理

公路邊坡生態防護機理如圖1所示。

圖1 公路邊坡生態防護機理

1.1 力學效應

邊坡的力學效應主要是植被根系對土壤的錨固作用。相關數據顯示，植物的豎向根系不僅可以扎根于較淺的表層風化土層，還可以扎根于深處穩定土層；而植物的側向根系可以以網狀的形式將土體更為緊密地聯系在一起。側向根系和豎向根系的共同作用，使得邊坡土體具備立體防護的功能，通過增加其抗剪強度和抗拉強度的方式提高邊坡的安全系數[2]。植被對邊坡的加固效果與根系分布形態、數量和根的強度密切相關。

1.2 水文效應

在坡面的侵蝕作用中，地表徑流強度對其影響較大，同時坡面的平陡情形、降雨強度等因素又影響著坡面徑流強度。由降雨引起的超滲徑流對土體有著較強的侵蝕能力，但生態防護邊坡的存在會提升邊坡的抗侵蝕能力[3]。一方面，生態防護邊坡中的植被會減弱雨水下降的沖擊力，大幅度減少或避免了降雨對坡面的濺蝕，不僅增加了雨水徑流時間，還延長了雨水的滲透時間；另一方面，植被的根系可以起到較好的固化土層的作用。總之，生態邊坡防護以改變邊坡周邊小氣候的形式減弱坡面所受的侵蝕。

1.3 生態效應

在水土保護方面，植物具有較強的保護能力，其縱橫交錯以及發達的根系對于提高路基的穩定性有著重要作用。公路行駛車輛壓縮空氣或者車輪摩擦地面產生的噪聲對于沿線居民有著不良影響，邊坡生態防護設計的植被防護可以將噪聲反射至不同方向，從而降低噪聲的強度。與此同時，植被還可以吸附行車行駛產生的污染物，改善周邊環境。行駛速度較快的車輛，在風流的作用下使得沿線的濕度降低、溫度升高，導致周邊小氣候惡化。生態防護邊坡不僅可以起到調節周邊環境的作用，還可以營造舒適的駕駛環境，降低疲勞事故發生的概率。

2 公路邊坡生態防護設計方法

公路邊坡生態防護要求在保證公路工程項目與沿線環境協調統一的同時，還應保證公路邊坡的穩定性。這不僅體現了尊重自然的設計理念，也體現了對公路工程項目負責的態度。

2.1 遵從生態位法則

生態位法則認為每個不同的物種在生態系統中承擔著不同的角色，生活習性近似且生活在同一片區域的物種相互競爭較小。在進行公路邊坡生態防護設計時，應將植被的生態位特征作為首要考慮因素，以不同植被在區域內協調共生為原則，對植被的多樣性進行科學配置，防止不同種類植被出現競爭的現象。如此，不僅可以修復因公路建設對邊坡造成的破壞，還可以大幅度增強邊坡的生態防護功能。

2.2 尊重植被的生態習性

不同植被對地形、土壤成分（無機鹽、有機質等）以及氣候（濕度、溫度、光照強度）等因素有著不同的要求和適應條件。不適合植被生態習性的條件不利于植被的發育，進而影響生態防護的效果。因此，植被的生態習性也是邊坡生態防護設計時需要重點了解的內容，應根據工程項目實際特點選擇不同的植被。

2.3 群落多樣性

公路邊坡生態群落的穩定性受到群落多樣性的影響。植物鏈網隨著多樣性的增大而增大，進而提升對外界因素的抗干擾能力。因此，綜合考慮群落多樣性可以有效提高公路邊坡防護設計的耐久性。

3 公路邊坡生態防護措施

公路邊坡生態防護的本質是通過植被根系對土體的錨固作用，從而達到邊坡水土保護和邊坡結構加固的目的。根據公路工程項目的實際特點，在系統分析生態防護機理的基礎上，選擇不同的防護措施。

3.1 鋪草皮護坡

鋪草皮護坡是一種傳統且廣泛應用的公路邊坡防護技術。充足的草皮來源是進行鋪草皮防護的前提條件，然后借助專業機械設備鏟起草皮，接著將其轉運至需要進行生態防護的場地進行鋪植[4]。對公路邊坡實施鋪草皮防護，邊坡表面植物覆蓋層的存在使雨水以及地面徑流對土體的侵蝕作用減弱，保障了公路運營階段邊坡的穩定性，防護效果較為明顯。鋪草皮防護節約了植物生長和發育的時間，因此除特殊天氣如寒冷冬季外，均可實施該防護措施。但該種防護方式的前期管理難度很大，因為要確保鋪植的草皮可以適應當地的環境，防止病蟲害等因素的影響，所以，鋪草皮防護的前期管理至關重要。與此同時，為避免單一草皮易引起大規模病蟲害現象的出現，可實施分區鋪植。

3.2 客土噴播護坡

團粒劑是客土噴播技術實施的關鍵，其通過將客土形成團粒化結構并混合一定纖維完成護坡。這種噴射到邊坡上的網狀結構和植物根系作用原理相同，可起到固結土體的作用。而且客土還具有透氣性好、抗沖刷能力強、抗侵蝕能力強等特點，且結構強度遠大于自然土體。某高速公路路塹邊坡坡度較大，達到4∶3，平均高度為13.5m。巨大的高度差導致邊坡設計和施工都較為困難，同時也給邊坡防護施工帶來嚴峻的考驗。在公路建設的過程中，對自然坡體造成了極大的毀壞。由于工程建設導致邊坡裸露大量黃褐色土體，因此邊坡存在嚴重的風化現象。根據項目的實際特點，最終選用客土噴播技術進行邊坡防護，并重新在原邊坡覆蓋植被達到邊坡美化和加固的目的。客土噴播技術的應用明顯減弱了降雨對于邊坡的沖刷，保護了邊坡水土。

3.3 土工合成材料-植草護坡

邊坡表面或層間土工織物的存在可以有效防止土顆粒的通過，保證土體的穩定性。與此同時，具有良好透氣性的土工織物又能保證土體中的氣體和水分通過，防止土體由于升高的水壓力出現失穩現象。離散的土體經由鋪設于土體內部的土工合成材料形成一個整體，或土體與土工織物形成一個復合體，從而增強邊坡的抗變形和抗拉強度，增強土體的摩阻力，使邊坡盡可能穩固。土工合成材料-植草護坡的防護結合了植被與土工合成材料的不同特點，形成了立體的防護模式。隨著植被的發育以及根系的延展，植被與土工合成材料形成的復合體，進一步提高了邊坡的抗沖刷能力。在這種立體防護體系的初期，土體顆粒由于土工合成材料的存在避免了被雨水沖刷；在立體防護體系的中后期，植被與土工合成材料二者的共同作用對周邊生態平衡的穩定起到了決定性的作用，保障了公路運營的安全。

表1 不同生態防護方式對比

3.4 植生混凝土護坡

作為新型的公路生態防護形式，植生混凝土防護不僅考慮植被綠色環保等因素，還綜合了混凝土高強度、高性能的特點。該種邊坡防護形式不僅有顯著的防護效果，而且可以根據實際項目特點，選擇不同特性的植生混凝土。多孔混凝土、緩釋肥料、保水材料以及表層土是植生混凝土結構的重要組成部分。多孔混凝土作為保護邊坡穩定以及提高抗沖刷能力的重要骨架，其由一定數量細骨料、水泥和粗骨料組成；保水材料通常與無機保水劑綜合使用，提供植被生長發育的水分。

綜合以上公路邊坡生態防護措施，傳統植物方式如鋪草皮防護施工簡單，土工合成-植草防護方式具有施工效率高的特點，而植生混凝土防護方式的防護效果最好。不同防護措施的適用性不同，應根據公路工程項目的實際特點因地制宜地選擇科學合理的防護方式。不同生態防護方式對比如表1所示。

4 結語

隨著我國公路建設的蓬勃發展，帶動公路沿線經濟快速發展的同時，也引發了一系列的問題，如破壞沿線生態平衡。為實現保護生態平衡、保障公路運營安全的目標，需對公路邊坡生態防護進行全面研究。由于我國幅員遼闊，不同工程項目地質地形、自然環境等方面存在較大的差異性，因此不同的公路工程項目應在系統分析邊坡防護機理的基礎上，選擇適宜的防護技術。