公路邊坡生態(tài)組合防護(hù)技術(shù)探討

張偉斌

（山西路橋橋隧工程有限公司，山西 朔州 036000）

0 引言

公路路基邊坡多位于未經(jīng)開發(fā)的自然環(huán)境中，受公路工程施工影響，公路過境范圍內(nèi)的自然生態(tài)環(huán)境將受到較大的影響，尤其是公路路基填挖方施工對(duì)原有土體穩(wěn)定性造成的影響，極易誘發(fā)嚴(yán)重的土體滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害[1]。

邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)不僅能夠提高公路邊坡的穩(wěn)定性和抗沖刷性，同時(shí)有助于恢復(fù)因公路施工造成的局部生態(tài)環(huán)境破壞；目前，可用于公路邊坡生態(tài)防護(hù)的技術(shù)眾多，但防護(hù)效果存在一定的差異，為進(jìn)一步強(qiáng)化邊坡生態(tài)防護(hù)效果，本文在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了組合防護(hù)概念，即通過對(duì)多種生態(tài)防護(hù)技術(shù)的有機(jī)組合，發(fā)揮出不同防護(hù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

1 公路邊坡生態(tài)防護(hù)機(jī)理分析

公路邊坡生態(tài)防護(hù)主要依靠植被本身的根系作用和植被與構(gòu)筑物之間的組合強(qiáng)化作用完成邊坡加固，以下詳細(xì)闡述兩種加固補(bǔ)強(qiáng)作用的機(jī)理。

1.1 植被根系力學(xué)及水文效應(yīng)作用機(jī)理

1.1.1 根系力學(xué)效應(yīng)

隨著植被根系的向內(nèi)生長(zhǎng)，根系可深入邊坡土體內(nèi)1.0～1.5 m范圍內(nèi)，植被根系可等效為打入邊坡土體內(nèi)的預(yù)應(yīng)力錨桿，提高邊坡土體的抗剪強(qiáng)度。此外，大量植被根系相互交叉，并在邊坡土體內(nèi)向外延伸，可等效為在邊坡土體內(nèi)部敷設(shè)了大面積的土工加筋材料，依靠根系的網(wǎng)結(jié)作用提高了邊坡土體的多向穩(wěn)定性。最后，植被根系在生長(zhǎng)過程中可持續(xù)分泌黏性有機(jī)質(zhì)，土體顆粒與黏性有機(jī)質(zhì)充分混合后，土體顆粒間的黏結(jié)力明顯增強(qiáng)，土體固結(jié)效果大幅提升[2]。植被根系的錨定及網(wǎng)結(jié)作用示意詳見圖1所示。

圖1 植被根系錨定及網(wǎng)結(jié)作用示意圖

1.1.2 根系水文效應(yīng)

坡面積水下滲和水沖刷是造成公路邊坡滑塌的重要誘因之一，坡面植被依靠蒸騰和虹吸作用能夠消耗大量的坡面積水，從而抑制了積水下滲量和坡面沖刷強(qiáng)度，降低了邊坡土體的孔隙水壓力，提高了土體的抗剪強(qiáng)度[3]。此外，在強(qiáng)降雨天氣條件下，邊坡表面的植被起到了天然的雨水?dāng)r截和緩沖作用，削弱了水流對(duì)坡面的沖刷和侵蝕能力，植被殘枝落葉與坡面土體充分混合后，能夠大幅改善坡面土體的孔隙結(jié)構(gòu)，進(jìn)而加強(qiáng)了邊坡整體的水土保持能力[3]。

1.2 植被與構(gòu)筑物組合強(qiáng)化機(jī)理

植被對(duì)邊坡的加固防護(hù)作用不僅體現(xiàn)在植被本身，其與工程構(gòu)筑物組合后形成的防護(hù)加固作用則更加明顯。考慮到植被生長(zhǎng)具有一定的周期性和季節(jié)性，在植被剛栽種或越冬過程中，由于邊坡植被的根系強(qiáng)度不足、坡面覆蓋率較低，僅靠植被防護(hù)具有明顯的局限性，無(wú)法滿足既定的邊坡防護(hù)和水土保持要求。通過植被與工程構(gòu)筑物的組合防護(hù)，不僅可以彌補(bǔ)植被周期性和季節(jié)性的缺陷，還能發(fā)揮植被環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，同時(shí)可以控制工程構(gòu)筑物的劣化、風(fēng)化進(jìn)程[3]。目前，邊坡工程中多采用“植被+混凝土框架”“植被+預(yù)應(yīng)力錨桿”等組合形式，并已取得較好的工程應(yīng)用反饋。

2 公路邊坡生態(tài)組合防護(hù)技術(shù)分析

為了加強(qiáng)公路邊坡的防護(hù)能力，充分發(fā)揮植被生態(tài)防護(hù)與工程構(gòu)筑物防護(hù)各自的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而達(dá)到邊坡防護(hù)的綜合性、可靠性、生態(tài)環(huán)保性及經(jīng)濟(jì)性等目的，本文基于邊坡的形式特點(diǎn)，提出了具體的組合防護(hù)形式。

2.1 “混凝土框格梁+錨桿+三維植被網(wǎng)”組合防護(hù)形式

傳統(tǒng)的生態(tài)組合防護(hù)技術(shù)多采用“混凝土框格梁+坡面草皮”或“錨桿+坡面草皮”形式，但對(duì)于部分地質(zhì)條件較差的挖方路塹路段或坡率較大的填方路堤高邊坡路段，上述生態(tài)組合防護(hù)技術(shù)的防護(hù)效果仍舊無(wú)法滿足需求。為進(jìn)一步提高坡面生態(tài)組合防護(hù)技術(shù)的可靠性，本文提出了“混凝土框格梁+錨桿+三維植被網(wǎng)”生態(tài)組合防護(hù)形式，最大限度發(fā)揮了生態(tài)防護(hù)與工程構(gòu)筑物防護(hù)的自身優(yōu)勢(shì)。

以坡率較大的填方路堤高邊坡為例，為了避免邊坡受外荷載擾動(dòng)而出現(xiàn)不同程度的滑塌病害，先對(duì)邊坡坡面進(jìn)行徹底的清表修整，保證坡面的平整性，依靠坡面搭設(shè)施工腳手架，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙定位后鉆孔、清孔，將錨桿打入孔道內(nèi)并快速高壓注漿，以坡面整體為對(duì)象，劃分框格梁網(wǎng)格，現(xiàn)場(chǎng)支設(shè)混凝土模板，下入鋼筋骨架后現(xiàn)澆混凝土形成一體框格梁。待錨桿內(nèi)注漿及框格梁混凝土凝固后，在坡面裸露區(qū)域鋪設(shè)三維植被網(wǎng)，相較于鋪設(shè)草皮，三維植被網(wǎng)具有更強(qiáng)的土體固結(jié)能力，同時(shí)可大幅降低雨水侵蝕及沖刷作用對(duì)坡面土體的影響，且三維網(wǎng)還能發(fā)揮一定的坡面加筋補(bǔ)強(qiáng)作用[2]。“混凝土框格梁+錨桿+三維植被網(wǎng)”生態(tài)組合防護(hù)形式示意如圖2所示。

圖2 “混凝土框格梁+錨桿+三維植被網(wǎng)”生態(tài)組合防護(hù)形式示意圖

2.2 “土工加筋材料+植草”組合防護(hù)形式

相較于上述生態(tài)組合防護(hù)形式，“土工加筋材料+植草”防護(hù)模式則適用于邊坡穩(wěn)定性良好或填方路堤邊坡率較小的路段，該生態(tài)組合防護(hù)模式成本低廉，施工難度較低，應(yīng)用范圍更廣。通過敷設(shè)土工加筋材料能夠?yàn)橹脖簧L(zhǎng)提供一個(gè)更加穩(wěn)定的土壤環(huán)境，植被根系的固定作用同時(shí)也增強(qiáng)了土工加筋材料與邊坡土體的貼合性。“土工加筋材料+植草”防護(hù)模式優(yōu)勢(shì)如表1所示。

表1 “土工加筋材料+植草”防護(hù)優(yōu)勢(shì)

3 結(jié)語(yǔ)

公路邊坡生態(tài)組合防護(hù)技術(shù)不僅發(fā)揮了植被防護(hù)與人工構(gòu)筑物防護(hù)二者的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)有助于恢復(fù)公路邊坡的自然生態(tài)環(huán)境，生態(tài)環(huán)保價(jià)值更高。本文以現(xiàn)有邊坡生態(tài)防護(hù)與人工構(gòu)筑物防護(hù)技術(shù)為基礎(chǔ)，在充分結(jié)合不同形式公路邊坡特點(diǎn)后，提出了“混凝土框格梁+錨桿+三維植被網(wǎng)”與“土工加筋材料+植草”兩種公路邊坡生態(tài)組合防護(hù)模式，并指出了不同生態(tài)組合防護(hù)模式的應(yīng)用場(chǎng)景，希望為完善和優(yōu)化現(xiàn)有的邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)提供借鑒。