基于水土保持的湖南山區高速公路設計的新理念、新方法

伍謀殊

（新化縣水土保持局 婁底市 417600）

高速公路是一種技術等級要求較高的線形工程。隨著社會經濟和公路事業的發展，高速公路逐步由大中型城市延伸到山區邊遠城鎮，根據《湖南高速公路建設網規劃》，在湖南的湘西、湘西北等偏遠山區，均已規劃建設高速公路。公路建設勢必造成高填深挖，嚴重破壞陸域范圍內地表土及原有覆蓋的植被；加之山區地表生態環境脆弱，施工及運營期間遇降雨易誘發山體滑坡、泥石流等地質災害。山區高速公路建設正面臨著“先破壞后恢復”與“重保護，少破壞”的建設理念之爭；工程建設大發展與區域環境破壞、水土流失嚴重的突出矛盾。因此，迫切需要不斷總結工程實踐中的經驗和教訓，將水土保持理念融入公路建設中，建立符合地方特色的山區公路建設科學發展觀。

國內諸多學者對高速公路水土保持與生態系統修復已經做過大量的研究，康艷等對滬陜高速公路信陽至南陽段路基邊坡物種多樣性特征及其與土壤特性的關系進行了深入分析，為類似立地條件下受損生態系統的恢復與重建提供了參考依據[1]。田國行等研究認為高速公路土壤組成結構受施工過程中的填挖影響，邊坡土壤類型復雜、土壤條件惡劣[2]。也有學者對高速公路生態防護[3~4]與植被恢復[5~6]進行了系統的研究。生態恢復研究旨在重建該系統受干擾前的結構與功能有關的物理、化學和生物學特征[7]。關于邊坡防護也有一些新技術、新材料，諸如厚層基材噴射植被護坡技術[8]、客土噴播[9~10]植生帶[11]和 噴 混 植 生[12~13]等 。

1 湖南山區高速公路設計階段存在的問題

（1）公路選線制約因素較多。在公路設計階段，從資源、生態保護的角度出發看，山區的文物、風景區、村落、良田、水利設施、軍事設施、已建成公路或鐵路交通設施以及地方規劃等都會成為線路走向的重要制約點或控制點；從技術安全角度而言，高填方、高挖方、高橋墩、長隧道以及既有的區域地質災害都會給工程增添許多棘手的技術難點和安全隱患。這一切都會在路線技術指標控制上提出更高的要求，加上高速公路工程規模大、路基寬、服務設施齊全，路線必須在滿足平縱面指標符合技術規范要求并明確公路的使用功能、服務水平的前提下，兼顧沿線各控制點之協調要求，靈活運用指標，合理布設線位，盡可能降低工程安全風險、技術難度和工程造價，并有效保護區域環境。

（2）生態環境破壞嚴重。工程建設難免破壞大自然的系統平衡，大填大挖往往會占用天然的溝谷或溪流，影響山谷平緩坡地的自然穩定；破壞地表植被，侵占大量稀缺的山區土地資源；造成嚴重水土流失，有時甚至會給工程乃至社會帶來嚴重的不良后果。生態環境保護和節能與公路設計成效密不可分。前者使公路設計始終面臨著破壞與不破壞，先破壞后恢復與少破壞，多避讓的困難抉擇之中；后者則對破壞的程度和恢復的效果提出更高的要求。節能要求設計盡可能節省投資、節約土地，通過路線科學布局優化資源配置，盡可能避免因山區地質災害帶來不可預見的追加投資。

2 基于水土保持的山區高速公路設計新理念、新方法

（1）堅持地質選線、地形選線、環保選線的原則。作為路線等級高、標準斷面寬的線形帶狀工程，高速公路往往會穿越不同的地貌、地質單元、自然風景保護區、礦產開采區等的區域，在工程可行性研究階段，應充分結合項目區內的地形、地貌、地質、水文、氣候、植被等特點，引入地質、地形、環保選線以及動態設計、信息化設計的理念，堅持以“地質選線”、“地形選線”為基礎，充分考慮結合利用沿線的自然景觀資源和人文環境，盡量選擇避讓自然保護區、良田聚集區和人口密集區，合理進行線路展布，盡量減少路基高填深切，規避地質災害，保護區域生態環境，同時路基設計根據地形、地質情況合理選擇斷面型式，根據公路線形指標要求結合地形情況的變化，合理設置橋梁、隧道，規劃確定線路標高，為下階段設計工作奠定基礎。

（2）靈活運用公路技術指標、以橋代路、以隧代路，最大限度優化線路縱斷面標高，避免高填深挖，減少工程占地。湖南省從2000年左右開始建設山區高速公路，如常德至張家界高速公路、常德至吉首高速公路、張家界至花垣高速公路、吉首至茶洞高速公路等，在山區公路建設上積累了豐富的工程經驗和設計理論，一些新的設計理念有效保障了在建山區公路的安全、環保、造價和工期的控制。在高山峽谷地區，在總體布局上隨彎就勢，靈活運用技術指標，“宜橋則橋、宜路則路、宜隧則隧”“寧橋不隧，寧隧不挖”、“沿江不占江，沿路不占路，逢山少挖山”、“以橋代路，以隧代路”、“逢山少挖、逢水不斷”等設計思想是在長期工作中形成的主要設計精髓。

“以橋代路，以隧代路”可以節省大量的土地資源，減少拆遷，緩和社會矛盾；可以在地勢陡峻的路段降低工程難度，減少地質風險；“寧橋不隧，寧隧不挖”可以規避巖土工程的不確定性和地質災害風險，有利于風險和投資的可控性；“逢山少挖，逢溝不斷”詮釋了一個尊重大自然系統平衡的道理，人為的開挖、遷移或堵塞都有可能會遭致自然災害的發生；“沿江不占江，沿路不占路，逢山少挖山”是和諧的工程設計理念，是山區工程建設以不變應萬變的道理所在。從水土保持角度分析，橋梁、隧洞的設置不僅避免了高填深挖現象的發生，大大減少工程的土石方挖填工程量，同時也有效節約了工程占地，減少了對原生地貌的破壞，對區域的水土保持無疑是十分有利的。

（3）防護工程型式應因地制宜，避免公式化，并兼顧綠化要求。根據以往工程施工經驗，在建設階段水土流失最為嚴重的施工單元一般為各施工區開挖填筑形成的坡面，包括路基邊坡、隧道進出口洞門的坡面、互通立交開挖填筑邊坡等區域。山區公路項目的設計成效往往取決于這些地段的防護措施是否適當，能否在起到防護作用的基礎上兼顧解決公路的綠化美化要求。

① 路基的防護。在路基邊坡的防護中提倡“不見土少見石，適應地形、保持原貌”的防護理念。防護應以整理水系為先，保證路基范圍內的排水水路暢通，并與周邊天然水系相銜接，在此基礎上結合路基邊坡的巖性確定防護型式。防護措施的選擇應盡可能減少邊坡的面積，挖填的高度，盡可能避免采用大面積的剛性工程措施護坡，轉而采用生態防護，遵循邊坡設計和開挖的擬自然形態原理。

一般來說，路塹挖方邊坡是路基防護的主要內容。對于土質和軟巖質邊坡可將坡頂、坡腳兩端修成具有自然風格的圓弧形；堅硬巖石挖方邊坡宜采用直線式邊坡，坡腳、坡頂用折角。采用“植物+工程”一體化防護模式和新的邊坡綠化技術，如植生袋法、普通液壓噴播植被建植法、三維植被網法、土工格室綠化法、客土噴播法及預應力錨索框架植被法等。在現有植被群落的基礎上，對不同地形、不同地質條件以及不同坡比坡向的邊坡，采用森林型、草灌型、草本型、觀賞型等不同的植物群路。

如張家界至花垣高速公路經過傍山臨河路段時，盡量使開挖邊坡與地面垂直，開挖形成的邊坡采用了預應力錨索框架植被法進行了邊坡防護與綠化；臨河一側則在路堤修筑直立式擋墻外加防護板攔擋。

② 隧洞、橋梁的防護。對于隧道的設置應遵循洞口“早進晚出”，盡可能與自然保持一致，減少對山體的切割。隧道的設置要充分考慮水文地質情況，對影響生態、環保，人畜用水的隧道，以堵為主，限量排水，確保隧道開挖不影響周邊群眾生活，不影響山體穩定和工程安全。

隧道開挖時應先采用錨桿在洞口支護，然后再開挖，盡量保護坡體及植被，使隧洞更安全、更穩固，更好地保護現有植被。對于“削竹式”洞口，開挖后的仰坡盡量回填表土并進行高標準綠化；端墻式洞口可采取栽種攀援植物并點綴自然石塊的方式。條件允許的情況下，可以采用棚洞技術，如湖南吉首至茶洞高速公路就設置了一處唯一的棚洞隧道，不僅減少了開挖，也保護了生態環境。

對于橋梁應視地質情況合理選取橋型、基礎和施工工藝，避免地質災害發生；如建橋對工程量增加不大應盡可能建橋，少占用耕地。橋梁的防護主要是橋梁兩側錐形面的防護，也應當推廣橋梁生態型“錐坡+生態型水溝”的防護理念，避免單調冰冷的硬性防護。

③ 互通立交區的防護。互通區的防護是公路綠化的重要部分，能起到畫龍點睛、錦上添花的重要作用。應充分結合地形的高差變化及立交橋附近預留用地情況進行設計，避免全面大開挖，因地制宜采取多樣的錨桿防護、植生袋綠化護坡、掛網噴播種草等措施，與周邊山體融合。植物配置主要以灌木（特別是花灌木）為主要景觀樹種，其余樹種做點綴布置，突出每個互通區自身環境氛圍。植物種植多采用叢植滿栽的形式，以形成獨特的模紋圖案，強調流線型的塊面效果。在塊面內點綴少許球狀灌木及喬木，使綠化帶立面的景觀更為豐富多彩。

3 結 語

隨著國家對基礎設施建設投入的不斷加大，在山區公路建設中應不斷總結經驗教訓，引入基于水土保持及生態保護的建設理念和新方法，處理好建設與保護自然環境和生態平衡的關系，將建設對生態環境的破壞盡可能降到最低，實現可持續發展。

[1]康艷，楊曉明，劉仁慶，等.高速公路邊坡物種多樣性與土壤特性的關系分析[J].中國水土保持，2011，（6）.

[2]田國行，楊曉明，楊春.高速公路邊坡土壤侵蝕研究進展[J].中外公路，2008，28（6）：21-28.

[3]田國行，田耀武，路玲，等.生態防護工程對高速公路邊坡土壤保持效率的影響[J].河南農業大學學報，2005，39（3）：259-264.

[4]卓慕寧，李定強，鄭煜基.高速公路生態護坡技術的水土保持效應研究[J].水土保持學報，2006，20（1）：164-167.

[5]劉春霞，韓烈保.高速公路邊坡植被恢復研究進展[J].生態學報，2007，27（5）：2090-2098.

[6]楊漢忠，劉春霞.云南省高速公路邊坡植被恢復技術與展望[J].福建林業科技，2008，35（4）：261-267.

[7]楊學震,水土保持生態修復是以生態恢復為目標的中長期時間尺度的水土流失綜合治理[A].全國水土保持生態修復研討會論文匯編[C].北京：中華人民共和國水利部水土保持司，中國科學院資源環境科學與技術局，2004,350-360.

[8]張俊云，周德培，李紹才.厚層基材噴射護坡試驗研究[J].水土保持通報，2001，（4）：44-46

[9]路橋二局.路基[M].北京：人民交通出版社，2003：688-689.

[10]舒翔，杜娟，曹映泓.生態工程在高速公路巖石邊坡防護工程中的應用[J].公路，2001，（7）：86-89.

[11]陳振盛.泥巖邊坡植生技術研究[J].水土保持研究，1995，（3）：68-75.

[12]郭小平，朱金兆，周心澄，等.植被護坡技術及其應用[J].中國水土保持科學，2004，（4）：112-115.

[13]楊凡成.采用植草混凝土綠化鐵路石質邊坡的研究與實踐[J].鐵道建筑，2004，（3）：38-40.