公路邊坡生態防護技術探討

曹 柯 陽生權 陳玉凡

（1.湖南科技大學土木工程學院，湖南湘潭 411201；2.湖南聯智科技股份有限公司，湖南長沙 410219）

公路建過程需要設開挖路塹或填筑路堤，開挖或填筑后，路基的天然邊坡被破壞，容易出現邊坡失穩和水土流失等問題[1-3]。邊坡防護對道路安全和景觀保護具有重要意義。工程防護是常用的邊坡防護方法，耐久性較差、不均勻沉降難以控制且坡面植被難以修復[4-5]，不滿足“綠色”發展理念。邊坡生態防護結合工程防護和植被防護，具有良好的經濟效益和環境效益，是落實“綠色”發展理念的有效途徑之一。文章總結傳統工程防護的弊端，介紹生態防護的基本概念與研究現狀，為該技術的推廣提供參考。

1 傳統邊坡防護存在的問題

工程防護是常見的傳統公路邊坡防護措施，主要采用石料、片石、水泥及砂礫等材料在邊坡表面形成穩定的封閉層，可以有效減少自然因素作用給巖土體帶來的變形、推移及破壞，增強邊坡建設初期的穩定性。傳統邊坡防護技術主要類型有砌石防護、抹面防護、抗滑樁和噴射混凝土等[6]。

傳統邊坡防護技術可以防止地震、雨水等外部因素破壞邊坡，但施工成本較高；邊坡施工破壞原有生態系統且難以修復；采用脆性材料，其耐久性、適應性和結構穩定性較差；脆性材料砌筑的邊坡易發生傾覆且修復困難；柔性網布防護僅對植物進行加固，不能防護地基土被侵蝕[7]。

傳統工程防護技術對邊坡失穩的初期防護效果明顯，但耐久性較差，無自我修復能力。可持續性發展要求給工程建設行業帶來新的挑戰和發展方向。生態防護結合工程防護和植物防護的優點，是一種全新的防護技術。

2 邊坡生態防護研究現狀

2.1 生態防護機理研究

邊坡生態防護是現代綠色低碳循環公路建設的新興技術模式，能夠有效改善邊坡的穩定性，具有良好的植被恢復作用。工程防護可以加強路基保護，增加巖土體的黏聚力和內摩擦角，以達到邊坡穩定。植物護坡的作用機理主要為植物的水文效應莖葉蒸騰作用及根的機械效應[8-10]。Comino等[11]開展植物根系對邊坡影響的試驗研究，結果表明，植物根系能夠有效提高邊坡的穩定性。植物根系在植物中擔當“心臟”的作用，具有吸收、轉運、分泌和收縮功能和復雜的機械性能。根系統在土體中發揮復雜的“天然加固”作用，可以顯著增強不穩定斜坡的強度。

2.2 生物防護與生態防護

（1）生物防護的分類。

生物保護即植物保護，滿足公路生態環境建設的發展趨勢。生物保護利用植物穩定邊坡，具有良好的景觀效果[12-15]。

①土工格室植草防護。通過三維植被網護坡使植物的根系與網格結合在一起，具有施工簡易、經濟實惠、坡面植被覆蓋率較高、固土作用顯著等優點。土工格室植草防護技術可以發揮其固土消能的作用，網格加固效果好，實現邊坡的加固同時改善環境景觀。

②客土噴播技術。客土噴播技術使用骨料劑將客土轉化為骨料，在公路邊坡上形成穩定的保護結構。客土噴播技術已在多條高速公路邊坡防護中得到應用，可以顯著提升邊坡的耐水性、透氣性。

③植生帶護坡。植生帶指在可以自然降解的無紡布上按一定密度撒布草籽、肥料、保水劑等材料，經機器碾壓制作成復合體結構，具有體積小、重量輕、易運輸的優點。

④三維植被網護坡。三維植被網是一種新型土工材料，在公路邊坡防護工程中應用廣泛。三維植被網采用聚乙烯原料經化學反應合成，其化學性質穩定。三維網絡結構留有90%的空間以填補泥土、沙礫和細石。三維植被網護坡的固土性能和消能作用優良、網絡加筋效果突出、工程造價低、環境景觀效果好。

草本植物、灌木植物的根系和木本植物的側根可以加固淺坡土壤[16]。椰絲型、麥秸型以及椰絲麥秸混合型植被毯護坡均可以有效增加土壤覆蓋率，減少降水和土壤侵蝕的徑流[17]。劉宏遠等[18]和黃學文等[19]研究表明，植被毯可以利用自身的抗拉強度起到固土保護作用，減小雨水對邊坡坡面的沖刷，提高水土流失治理效率。Wang等[20]在降雨條件下進行邊坡模型試驗，認為植物根系可以改善土壤的水力特性，減少降雨對邊坡徑流的影響。Yan等[21]指出，原始生態立體邊坡植被可以用于加強植被防護，增強邊坡穩定性，提高邊坡防護效果，防止植被退化和水土流失。

植物對邊坡的防護效果是雙向的，植物在加固邊坡方面效果顯著，植物根莖會提升表面的粗糙度和土壤滲透性，減少土壤濕度，提高土壤滲透性。相關研究表明，植物的重量將增加邊坡沿坡面方向的下滑力，增大邊坡下滑的風險。單一邊坡防護技術的效果不佳。

（2）生物防護與工程防護相結合。

生物防護初期防護效果不佳，植物的根系無法控制更深的斜坡滑動。結合工程防護可以使邊坡土體牢牢固定在工程材料上，高陡邊坡的情況下其效果更佳。隨著植物的生長和繁殖，雙層防護可以明顯減輕坡面的不穩定性，提高抗侵蝕防護作用[22-23]。

生物防護與生態防護的區別如表1所示。

表1 生物防護與生態防護的區別

土工格柵以其優越的加固效果和經濟性在邊坡防護工程中得到廣泛的應用[24]。復合植被與土工格柵相結合的生態保護方法可以有效提高邊坡的穩定性。Hu等[25]研究表明，在降雨條件下，土工格柵生態邊坡最大位移比原邊坡減小82%，整體穩定性提高35%。Song等[26]提出一種利用土工格室結構和麥秸加固的復合土壤處理和邊坡防護方法。周顯廣[13]研究發現，不同生態邊坡防護技術中，土工格室植草防護、客土噴播邊坡綠化防護效果最優。

Su等[27]根據邊坡防護的力學性能要求，提出一種新型錨桿+鉸接塊體生態邊坡，利用錨桿將混凝土塊固定在坡面上，與連接混凝土塊鉸接，使護坡墻與邊坡土體連成一體，承受土壓力，力學性能優良；為滿足生態性能要求，在混凝土砌塊上設置孔洞，使植物可以在孔洞空間中生長。姚丁等[28]為了提高邊坡穩定性，在邊坡中使用聚合物固化劑，外部土體中植草，將軟弱巖質邊坡治理與植物防護相結合。

生態防護技術充分結合工程防護與生物防護的優勢，可以有效穩定邊坡，減少水土流失，維護生態平衡，美化邊坡環境。從護坡作用、景觀效果、建設成本、生態效益角度分析，發展生態邊坡防護已成為必然趨勢。

3 邊坡生態防護的問題與發展方向

與傳統工程防護技術相比，邊坡生態防護在促進人與自然和諧平衡發展、降低工程造價等方面具有明顯優勢，生態防護技術已成為公路發展的必然趨勢。邊坡生態防護在技術應用和理論研究方面仍處于起步階段，仍存在較多的技術難題有待攻克。

設計人員對生態邊坡防護的設計隨意，未綜合考慮施工現場邊坡的地質條件、土壤狀況、氣候影響等因素會對邊坡的穩定性的不良影響。不合理地引進外來物種造成新的生態問題，易導致水土不服或損害當地的植物，不利于穩定的植物群落甚至造成植物的大規模死亡。

公路工程建設不斷發展，對邊坡的修復技術提出更高的要求，傳統工程防護養護和重建邊坡成本過高。生態防護作為一種穩定、經濟、綠色的新技術，將逐步應用于公路邊坡中，成為公路邊坡防護技術中的“黑馬”。加強植物根系加強作用的機制。在實際工程應用中，某個區域內各類植物的根系形成一個地下防護網，不僅是某一植物根系的獨立作用。加強生態保護技術的適應性，研究和區分不同的生物與工程全面保護技術的應用條件。

4 結語

邊坡生態防護技術充分發揮傳統工程防護顯著的力學加固作用以及植物防護良好的生態效應，是一種經濟、穩定、高效、環保的新技術。植物作為生態系統中的一部分，其對邊坡的加固機理復雜，處于初步研究階段，邊坡防護效果缺乏理論支撐。植物的種類繁多，如何優選植物類型、根據不同地理位置與氣候區間以及不同質地的邊坡進行工程防護和生物防護的最佳搭配等是未來的研究重點。隨著公路建設的快速發展，生態防護技術的相關理論和實踐必然會越發成熟，將廣泛應用在工程建設中。