高速公路邊坡生態(tài)防護技術(shù)設(shè)計研究

劉源承

（北京建達道橋咨詢有限公司，北京 100015）

0 引言

對于高速公路設(shè)計而言，邊坡是非常重要的組成部分，目前行業(yè)關(guān)注的重點領(lǐng)域是生態(tài)防護、破損修復(fù)以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。研究高速公路邊坡生態(tài)防護技術(shù)設(shè)計具有重要的現(xiàn)實意義。一方面，能夠讓行業(yè)對邊坡生態(tài)防護治理引起高度重視；另一方面，可以掌握高速公路邊坡生態(tài)防護技術(shù)，并根據(jù)實際情況進行設(shè)計，從而保障邊坡質(zhì)量。

1 邊坡生態(tài)防護技術(shù)概述

穩(wěn)定性是邊坡生態(tài)防護技術(shù)的關(guān)鍵，以此為基礎(chǔ)，還應(yīng)該主動積極采用新材料、新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)，將綠化與穩(wěn)定充分結(jié)合，達到恢復(fù)邊坡生態(tài)以及維護生態(tài)系統(tǒng)的目標(biāo)。針對邊坡生態(tài)防護技術(shù)，進行概述。

1.1 生態(tài)擋墻

生態(tài)擋墻包括自嵌式擋墻、榮勛擋墻、加筋格賓籠擋墻等基本單元預(yù)制構(gòu)件。為了使整體外形適應(yīng)空間布局，通常采用現(xiàn)場拼裝。同時，將土壤填充到預(yù)制構(gòu)件內(nèi)部，為植物生長提供必要環(huán)境。隨著技術(shù)的發(fā)展，構(gòu)件加工流水化程度越來越高，不僅拼接的整體性好，而且可以改善邊坡景觀，維護綠化生態(tài)系統(tǒng)。具體來講：第一，加筋格賓籠擋墻。該擋墻采用鉸接方式對鋼筋骨架進行連接，不僅外觀柔性比較好，而且屬于“土石+鋼”的復(fù)合結(jié)構(gòu)，所以套籠的整體性以及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性可以得到保障。從骨架來看，不僅每個點位的抗拉強度一致，而且抗壓性能較好，小于70°的邊坡可采用該生態(tài)墻。從實際情況來看，不僅結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性優(yōu)良，施工效率高，而且綠化效果較好。第二，榮勛擋墻。該擋墻主要采用生態(tài)砌磚，如鋼塑類土工格柵、PP，采用卡錨將土工格柵與砌塊固定，屬于剛性筋式。擋墻的砌體孔洞可以為植物生長提供必要環(huán)境，但是植物的直徑不要超過11cm。隨著植物的生長，根系會在砌塊背后的土體中扎根，可以使擋墻更加牢固。第三，自嵌式擋墻。該擋墻結(jié)構(gòu)包括回填土、土工布反濾、纖維織造土工格柵、碎石反濾、砌塊、砌塊孔填灌碎石、插銷等，屬于柔性筋式，通常采用砌塊孔內(nèi)填灌碎石、插銷棒兩種方式連接土工格柵與砌塊，不僅使擋墻更加牢固，而且孔洞可以為植物提供生存空間[1]。

1.2 土工材料護坡

該護坡包括土工格柵、土工格室、三維土工網(wǎng)墊等，在坡面上固定土工材料，通過堆砌、上部牽引等方式形成擋墻，可以使坡體、土工格室結(jié)構(gòu)層更加穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)體內(nèi)可以為植物提供生存空間，也可以進行灑水養(yǎng)護，從而達到生態(tài)防護的目標(biāo)。土工材料護坡一般用于1/0.8～1/0.3，且坡底承載力穩(wěn)定，坡面完好、穩(wěn)定的邊坡。

1.3 植生基材護坡

將草種、綠化基材、纖維、種植土壤等材料，按照科學(xué)比例均勻混合，使其成為漿體。采用高次團粒、液壓等技術(shù)，將漿體噴射到邊坡，然后采用無紡布覆蓋。此外，還需要定期澆水，達到養(yǎng)護的目的，具體包括厚層基材噴播、高次團粒噴播、液壓噴播等。

1.4 骨架結(jié)構(gòu)護坡

如果采用骨架結(jié)構(gòu)護坡，就必須滿足邊坡骨架的設(shè)計強度。將土工纖維、植物草種、客土等復(fù)合材料添加到骨架結(jié)構(gòu)內(nèi)部，達到綠化的效果。護坡包括漿砌片石骨架結(jié)構(gòu)、鋼筋框格懸梁等，具體來講：其一，漿砌片石骨架結(jié)構(gòu)主要采用水泥砂漿、漿砌片石進行砌筑，使坡面形成框架，在內(nèi)部可以放置植生袋綠化、撒播草種、鋪草皮等。將草籽撒播到填方邊坡。其二，鋼筋框格懸梁主要采用錨桿將框格與懸梁連接成為整體，懸梁上的力從錨桿傳到石壁，形成定向牽引力，使得坡面擋墻更加穩(wěn)固。將土工纖維、肥料、植物草種、客土等復(fù)合材料添加到懸梁框架格內(nèi)，達到生態(tài)防護的目標(biāo)[2]。

1.5 生態(tài)混凝土護坡

生態(tài)混凝土護坡包括混凝土砌塊生態(tài)護坡以及植物生長混凝土結(jié)構(gòu)護坡。第一，混凝土砌塊生態(tài)護坡所構(gòu)建的生態(tài)體系之中主要是混凝土工程，具體采用的是鉸接技術(shù)、現(xiàn)澆技術(shù)等構(gòu)造植草空間，不僅能夠使邊坡更加穩(wěn)定，而且可以保障邊坡綠化景觀。第二，植物生長混凝土結(jié)構(gòu)護坡指的是將有機肥料填充到大孔無砂的混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部。將草皮鋪在表面或者是撒播草籽，可以達到生態(tài)防護目標(biāo)。植物生長混凝土結(jié)構(gòu)護坡如圖1 所示。

圖1 植物生長混凝土結(jié)構(gòu)護坡圖

2 邊坡生態(tài)防護技術(shù)設(shè)計

設(shè)計高速公路邊坡時，要兼顧穩(wěn)定性與生態(tài)防護。高速公路邊坡的穩(wěn)定性直接關(guān)系到安全，因此，設(shè)計時必須將穩(wěn)定性擺在第一位。深入、仔細(xì)研究影響邊坡穩(wěn)定性的各種因素，并有針對性進行優(yōu)化，確保結(jié)構(gòu)強度達標(biāo)，從而保障邊坡的穩(wěn)定性。同時，兼顧生態(tài)防護，將綠化與穩(wěn)定結(jié)合，根據(jù)實際情況，選擇綠化物種，充分發(fā)揮綠植的生態(tài)功能與外觀價值，讓生態(tài)效益最大化。在具體設(shè)計過程中，需要根據(jù)實際情況，選擇邊坡生態(tài)防護技術(shù)。

2.1 土質(zhì)邊坡

在設(shè)計邊坡的過程中，需要對邊坡的實際情況進行分析。如果是土質(zhì)邊坡，那么需要充分考慮地形地貌條件、降雨情況、土質(zhì)結(jié)構(gòu)等因素。某些地區(qū)降雨量大，建議在設(shè)計時采用骨架結(jié)構(gòu)、框格梁、擋墻等支護主體，加大防護力度，減輕雨水對坡體的侵蝕程度；如果土質(zhì)邊坡的坡度比較平緩，可以采用的防護措施有噴射植物生長基材、植草護坡等；如果土質(zhì)邊坡的坡度比較陡，又或者土質(zhì)比較疏松，設(shè)計時就需要采用生態(tài)混凝土結(jié)構(gòu)、骨架結(jié)構(gòu)護坡體系等技術(shù)[3]。

2.2 巖質(zhì)邊坡

對于巖質(zhì)邊坡而言，在設(shè)計邊坡生態(tài)防護時，需要考慮穩(wěn)定性、風(fēng)化程度、節(jié)理發(fā)育、巖土體性質(zhì)、坡度等。如果巖石的硬度比較高、節(jié)理發(fā)育比較少、坡度比較緩等，可以采用噴射厚層基材防護技術(shù)；如果坡度比較陡，建議采用噴射植物生長基材技術(shù)，并掛三維網(wǎng)；如果邊坡周邊存在破碎的巖石，就需要采用掛網(wǎng)噴播技術(shù)，或者進行落石網(wǎng)工程；如果破碎巖塊體積較大，而且?guī)r體與山體接觸面較少，那么建議用錨桿加固，可以增強邊坡的穩(wěn)定性，再采用噴射植物生長基材，可以達到綠化目標(biāo)；對于表面容易風(fēng)化并且節(jié)理發(fā)育的巖質(zhì)邊坡，直接使用噴射混凝土植草技術(shù)；如果邊坡已經(jīng)出現(xiàn)整體性風(fēng)化的情況，需要采用掛網(wǎng)噴錨技術(shù)或者是掛網(wǎng)噴播技術(shù)；如果是軟巖或者全風(fēng)化巖，意味著穩(wěn)定性比較差，設(shè)計時必須采用鋼筋框格懸梁技術(shù)或掛網(wǎng)噴錨技術(shù)。

2.3 土石混合邊坡

對于這類邊坡而言，如果邊坡坡度比較緩，且比較穩(wěn)定，設(shè)計時可以采用噴播技術(shù)；如果坡度比較陡，且質(zhì)地比較松軟，設(shè)計時應(yīng)該考慮采用骨架結(jié)構(gòu)、框格梁、擋墻等主體，讓邊坡更加穩(wěn)固，然后采用掛網(wǎng)噴播技術(shù)達到綠化效果[4]。

3 高速公路邊坡生態(tài)防護技術(shù)設(shè)計案例分析

3.1 基本情況

該高速公路項目需要擴建雙車道匝道單側(cè)，改建成為雙向四車道，長度大約為0.56km。結(jié)合雙車四車道一級公路標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定，所有道路采用瀝青路面。對項目樣本進行分析，以路塹邊坡ZK1 為例，可以發(fā)現(xiàn)路塹邊坡在低緩丘陵處，坡體地面標(biāo)高大約為25.0～50.0m，左右兩邊自然坡的角度最大，分別為35°與45°。整個地形的起伏比較大，大部分被橄欖植物覆蓋山體。ZK1 的橫斷面如圖2 所示。

圖2 ZK1 橫斷面

3.2 設(shè)計思路

結(jié)合實際情況，始終堅持“穩(wěn)定性與生態(tài)性結(jié)合”“經(jīng)濟適用、因地制宜”等基本原則，采用綜合設(shè)計，綜合使用各種方法包括綜合治水、坡面防護、坡體加固、坡腳直擋，不僅可以增強邊坡的穩(wěn)定性，而且采用“防、排、截、輸”綜合措施，防止徑流、自然降水等。結(jié)合各個坡體地質(zhì)條件（巖體完整性、邊坡巖體類型、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、邊坡巖土層分布特征）等，參照沿線已有的人工邊坡，明確一般路塹邊坡坡率值（見表1）。

表1 一般路塹邊坡坡率值

所選取的項目樣本屬于土巖石混合邊坡，坡體殘積著粉質(zhì)黏土，全、強風(fēng)化層比較厚，植被發(fā)育較為緩慢。從邊坡上部來看，主要由花崗巖風(fēng)化層、覆蓋層殘坡積土組成。一旦水體含水量飽和，就可能出現(xiàn)崩解、軟化，所以設(shè)計時需要重點做好排水、防水等方面設(shè)計，需要特別加強結(jié)構(gòu)之間的連接強度[5]。

3.3 生態(tài)防護技術(shù)確定及依據(jù)

結(jié)合之前的勘探數(shù)據(jù)，在邊坡防護的過程中，應(yīng)按照地形變化的實際狀況設(shè)置塹頂截水溝，在平臺位置附近設(shè)置截水溝，坡面位置做好排水孔。如果用地區(qū)域狹窄，應(yīng)當(dāng)對邊坡進行收陡時，需要提前實施穩(wěn)定性驗算，按照驗算結(jié)果，制訂有針對性的防護方案。如果區(qū)域降水量較大，土質(zhì)和混合土質(zhì)邊坡頻繁出現(xiàn)泥石流災(zāi)害，為避免坡面因為雨水沖刷而產(chǎn)生安全隱患，通常選擇植物防護措施，確保植物在坡面產(chǎn)生保護層，有效降低雨水滲流以及表面徑流對土體帶來的危害。或選擇分割受水面積、降低雨水流速或者排坡面水等方法對其實施保障，如設(shè)置有針對性的骨架、框架梁等。對于部分強、弱風(fēng)化巖質(zhì)以及坡率較陡的區(qū)域，采取植草的措施較為困難，可選擇噴混植草或者客土植草等方式。對于土質(zhì)或者混合土質(zhì)邊坡實施防護的情況，應(yīng)當(dāng)選擇預(yù)制構(gòu)件吊裝以及人工吊裝的措施對其實施防護。另外針對巖性較差以及應(yīng)加固的邊坡，可以選擇格梁、框梁等各種預(yù)制構(gòu)件予以支撐[6]。

4 高速公路邊坡生態(tài)防護技術(shù)設(shè)計注意事項

針對高速公路邊坡生態(tài)防護技術(shù)，目前依舊存在一些問題。例如，生態(tài)防護植物種類相對單一化，植物類型不符合地區(qū)氣候環(huán)境，并未形成較為完善的生態(tài)系統(tǒng)等。在設(shè)計環(huán)節(jié)，沒有完全考慮影響邊坡穩(wěn)定性的因素。應(yīng)科學(xué)設(shè)置邊坡植物，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件，依靠分段、分區(qū)種植不同植物的方式，讓邊坡生態(tài)系統(tǒng)更加豐富，確保植被和公路邊坡防護作業(yè)有機結(jié)合，提高人工栽種植被和原有地質(zhì)之間的融合度[7]。

5 結(jié)語

隨著綠色環(huán)保理念的深入，邊坡生態(tài)防護技術(shù)在高速公路設(shè)計與建設(shè)中的價值更加突出，達到穩(wěn)定、綠色、環(huán)保、經(jīng)濟等目標(biāo)。隨著植被生長，根系扎根土壤、人工構(gòu)件內(nèi)部等，可以達到更好的固定效果，讓邊坡更加穩(wěn)定。植被不斷吸收車輛帶來的污染物質(zhì)，如粉塵、顆粒物等，可以有效提升空氣質(zhì)量。高速公路邊坡生態(tài)防護技術(shù)設(shè)計的相關(guān)研究還處于發(fā)展階段，雖然帶來了明顯的生態(tài)效益、安全效益以及經(jīng)濟效益，但是如何結(jié)合實際情況做到合理設(shè)計非常關(guān)鍵，因此，需要廣大研究者深入研究，才能讓設(shè)計更加完善。