北方山區高速公路邊坡生態防護方式探討

白春霞 李海濱 杜開兵

北京興國環境工程有限責任公司

北方山區高速公路邊坡生態防護方式探討

白春霞 李海濱 杜開兵

北京興國環境工程有限責任公司

我國北方大部分山區氣候干旱，高速公路坡面類型多樣復雜，邊坡生態防護較為困難。張承高速公路在邊坡生態恢復工程中針對不同邊坡類型采用以掛網噴播為主，結合主動防護網、鋪設草毯以及圬工防護的綜合模式，對北方山區高速公路邊坡因地制宜甚至因坡制宜地的防護方式及組合進行了探索，并對邊坡防護設計提出一些參考意見。

生態防護；邊坡；北方山區

隨著高速公路建設的飛速發展，公路邊坡防護問題隨之而來，在多山地區更為突出。邊坡防護方式最早多是漿片砌石等硬性防護，后來出現SNS主動防護網等柔性防護，目前普遍采用客土噴播一類的生態防護，人們不斷探索出新的符合時代發展的邊坡防護方式。在對生態環境日益關注的今天，生態防護替代其他防護方式是必然趨勢。

我國北方山區很大一部分屬于干旱、半干旱地區，自然條件惡劣，邊坡生態防護較為困難。另一方面，高速公路沿線數百公里，途經不同生態區域，形成的坡面類型多種多樣，難以一概而論的采用單一防護方式，應該因地制宜甚至因坡制宜地來進行坡面防護。

本文結合張承高速公路邊坡生態恢復工程，對北方山區高速公路的邊坡防護方式進行了探討。

1 研究區域概況

張承高速公路是河北省最北部東西走向的重要干線，全長375公里。工程地處燕山北麓和內蒙古高原南緣，沿線經壩上草原區域，地勢由東南向西北呈階梯狀增高，分壩下、接壩、壩上三個地貌單元。氣候為大陸季風高原氣候，最明顯的特征為寒冷、多風、干旱。年平均氣溫約1.4-5℃。冬季漫長，夏季無暑，年平均氣溫0.9-6.2℃，無霜期110-145天。年降水量350～550mm左右，主要集中于7、8、9月占全年降水量的79%，年蒸發量1735.7mm。年均風速4.3m·s–1，年均大風日數49天。主要土壤類型為栗鈣土。

2 生態防護應用的必要性與可行性

2.1 生態防護工程的必要性

裸露的邊坡不僅影響道路景觀還會危及行車安全，同時還可能帶來一系列環境問題，如水土流失、局部小氣候的惡化及生物鏈的破壞等。傳統的圬工防護如漿片砌石、噴混凝土、壘擋土墻等硬性防護，阻礙甚至隔絕了坡面植被生態自行恢復的可能性。而裸露坡面喪失了植被生存的基本條件，很難僅依靠自然力量恢復生態平衡。加之北方山區半干旱地區自然環境惡劣，被破壞掉的植被一般要經過數十年的漫長歲月才能得到恢復，甚至永久得不到恢復。張承高速很大一部分地處壩上高原的過渡地帶，沙化嚴重，地表非常干旱，生態環境十分脆弱，采取工程措施對邊坡進行生態防護非常必要。這樣既加強了公路邊坡的穩定性，又恢復和改善了公路沿線的生態環境及景觀環境。

2.2 生態防護的可行性

首先，工程地具備植被生長的自然條件。根據實地踏查以及文字資料記載，該地區有多種植被類型分布。大部分區域的植被具有明顯半干旱氣候條件下的生長特征，覆蓋率不高。主要喬木有楊樹、榆樹、油松等，主要灌木有沙棘、榛子等，禾草有披堿草、冰草等，其他類草本主要有艾蒿、柳葉蒿、馬齒莧等。壩上區域內有森林公園，植被覆蓋率高，喬木以落葉松，樺樹和側柏為主。

其次，邊坡防護技術經過近十多年探索與發展，各種生態防護施工方法趨于成熟，工程造價趨于經濟、透明、穩定。無論從眼前效果還是長遠利益考慮，生態防護都是邊坡防護的趨勢所在。

3 邊坡生態防護的應用

3.1 防護方式的選擇

邊坡防護方式多種多樣，每一種方式都有其優缺點，很難絕對地下結論某一種方式的優劣。與之相對，邊坡條件千差萬別，大的方面說邊坡所處地域、氣候條件、地質類型不同，小的方面說坡面的坡度，坡體類型，坡向和坡高等均有所不同。因此解決問題的關鍵是針對坡面的不同條件具體分析，選擇不同的技術方法或幾種方式的組合來進行防護，使其既能保證邊坡的穩定安全，又能達到恢復植被的目的才是最佳方案。

借鑒國內外和當地生態恢復的成功經驗，張承高速優化選擇了以客土噴播為主結合其他方式的一批邊坡生態恢復實用組合。

3.1.1 挖方邊坡的防護方式

張承高速公路挖方邊坡的特點：①坡面較多；②坡度設計為1：1，其中五級高陡坡面坡度為1：0.75，；③質地有四種類型：土質、石質、土石混雜和風積沙。④開挖兩年的坡面完全沒有植被生長。

(1)掛網客土噴播

工藝特點：先在坡面上錨固金屬網，后用噴播機將客土、木纖維、肥料、粘合劑、保水劑等材料按一定比例的混合物添加植物種子噴射到坡面上。

使用范圍：大部分的挖方坡面選用了掛網客土噴播，包括石質邊坡，硬土邊坡，土石混雜坡面。

金屬網能穩定坡面表層浮石，同時增加客土附著力。噴播施工必須考慮客土層不易脫落且有足夠的厚度和營養保證植被初期的生長，噴播厚度一般在8～20cm之間。

(2)主動防護網與客土噴播組合

主動防護網工藝特點：以鋼絲繩網為主的各類柔性網覆蓋包裹在所需防護斜坡或巖石上，以限制坡面巖石土體的風化剝落或破壞以及為巖崩塌，或將落石控制于一定范圍內運動。

使用范圍：山體高陡，坡高五級坡以上且坡度陡于1：0.75，無法實施客土噴播施工或養護的坡面。局部區域如一、二級坡面仍可采用客土噴播。

主動防護網起穩定邊坡作用，對坡面形態特征無特殊要求，不破壞和改變坡面原有地貌形態和植被生長條件，其開放特征給植被自然恢復或日后實施人工綠化保留了必要的條件。

(3)鋪設草毯(或植生帶)

工藝特點： 這是一種將植物種子夾在多層無紡土工織物或天然纖維墊中直接密貼在邊坡表面進行快速綠化的方法。

使用范圍：少量挖方邊坡坡面條件較好，坡度一般緩于1：1.5，坡面平整的土質或砂土類邊坡，每級坡高小于10m。

草毯中草種、施肥均勻，數量精確，施工操作簡便省時、省工，并可任意栽剪。缺點是應用范圍窄、適應性差。

(4)圬工防護和客土噴播相組合

圬工防護工藝特點：主要有錨桿掛網噴混凝土漿、漿砌片石和護面墻等結構形式，硬性防護穩固坡面。

使用范圍：①坡面存在風積沙層流動造成坡體不穩定，圬工防護封閉風積沙避免風積沙進一步擴大，確保坡面穩定。②石質坡面破碎程度高，且坡度無法修整緩于1：0.75，采用圬工防護穩固坡面。

3.1.2 填方邊坡的防護方式

張承高速填方坡面特點：①坡面緩和，坡度基本緩于1：1，②多數坡面為土質或砂土類，少部分混有大塊碎石，但整體較為平整。③坡面高度不高。坡面整體情況較好，施工難度較低，可采用較為經濟的生態防護方式。

(1)鋪設草毯。使用范圍：有自然土壤，坡面平整、坡度較緩的坡面。

(2)鋪設菱形磚與撒播草種結合。使用范圍：坡面表層土不穩定，采用鋪設菱形空磚穩定坡表層棱形空格內撒播草種的方式。

(3)掛網噴播。使用范圍：坡面碎石較大，鋪設草毯無法與坡面貼合，草種萌發后根系沒有附著點而死亡，宜采用掛網噴播形式。

3.2 生態防護植物的選擇

植物種類的選擇及配比是能否通過生態防護施工在較短的時間把開挖的邊坡恢復到自然狀態的關鍵因素。遵循高速公路護坡植被物種選擇的7項基本原則：①鄉土植物種或適生植物種；②多年生植物；③耐干旱、耐瘠薄、耐低溫、耐酷熱、耐鹽堿、耐陰性、抗逆性強(適宜粗放型管理)；④出苗早、生長迅速；⑤根系發達，固坡能力強；⑥種子易獲得、易發芽、易繁殖；⑦多種植物協調配置，綠期長、景觀效果好。張承高速根據當地情況選擇了禾本科草無芒雀麥、老芒麥，豆科草紫花苜蓿、沙打旺，灌木檸條、沙棘用于本工程。并遵循現有的草灌結合理念，在不同地段和施工季節調整各草種之間以及和灌木之間的比例。以期通過這種人工的方式誘導，加速植物的生長、演替，使綠化后的植物群落與相鄰地區相互吻合，融入自然，形成保持水土、降低地表徑流的邊坡自然生態系統。

4.邊坡防護設計的幾點思考

高速公路邊坡采用自然的生態防護代替硬性的圬工防護是必然趨勢。而在實際施工過程中如何能使邊坡盡可能適用于生態防護，且盡可能降低工程造價，其根本解決之道是從坡面及坡面防護設計之初就充分考慮這一點。本文就張承高速邊坡防護形式以及邊坡上的結構物提出以下觀點，請設計人員及施工技術人員探討。

(1)坡度問題：邊坡開挖坡比應達到1：1，不僅降低了滑坡落石危險，也最大化利于邊坡生態防護。一般來說，坡比在1：0.75是植被能否生長的界限。

(2)挖方表土問題：挖方破壞了山體的原有植被覆蓋層，露出生土植被無法生長。如果挖方時將表土收集存放，后續的邊坡生態施工使用原有表土，不僅節約了噴播客土的高額運費，且更有利于植被生長，一舉兩得。

(3)SNS主動防護網問題：坡體穩定且無碎石的巖石邊坡，無需采用主動防護網，可降低防護成本。

(4)拱形防護問題：不穩定的土質邊坡采取拱形防護非常必要，而土質堅硬的穩定邊坡無需拱形防護，直接掛網客土噴播是可行的。

(5)排水結構問題：目前的排水結構物以及擋土墻為傳統的設計形式，沒有考慮到邊坡綠化情況。事實上掛網噴播綠化已消除了碎石脫落等安全隱患，無需再設置碎落臺擋土墻。擋土墻的存在，也影響著綠化整體景觀效果。排水溝可在各級坡的坡腳處開挖，根據坡高及雨量計算排水溝尺寸。因此無論從結構上考量，還是從節約資金上考慮，都應該取消擋土墻綠化至坡底。

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