高等級公路邊坡生態防護綜述

豐慧瑩，李恒，石志堅，李壽偉

1.金華市公路與運輸管理中心；2.金華市天平交通試驗檢測咨詢有限公司；3.浙江正方交通建設有限公司

2020年我國高速公路總里程已經達到了15.29萬公里[1]。高速公路建設過程中對路基的開挖、土石方的堆放等施工難免會對當地的生態系統造成破壞，尤其是地形復雜的山地，為保證路基穩定，需要開挖大批量的邊坡，這會對覆蓋植被產生破壞，導致大量的土層裸露，進一步造成嚴重的水土流失，更甚者會形成荒漠化，最終導致嚴重的生態失衡和環境惡化。江玉林[2]等分析了我國高等級公路的環境保護技術現狀及其存在的問題，提出了開發和推廣先進的生物工程技術的解決對策。隨著國家對保護生態環境的重視，公路建設的綠色化、生態化已成為大勢所趨。張世綏[3]論述了高等級公路邊坡生物防護技術的意義、原理、主要模式以及護坡植物的選擇，闡明了生物防護在邊坡防護環保化的重要意義。胡新民[4]討論了邊坡生態防護的適宜性，植物選擇的原則,邊坡防護施工的類型與施工方法。生態防護技術已經成為邊坡防護的主要發展趨勢。本文梳理了邊坡破壞機理和生態邊坡防護機理，介紹了目前邊坡生態防護的六種典型方法，并總結了各種防護方法的優缺點，為生態邊坡防護研究提供參考。

一、研究現狀

中世紀時，法國、瑞士就開始利用植樹來加固河堤。20世紀30年代美國開始在公路邊坡開展植被重建工作，并立法要求對公路兩旁必須進行綠化。20世紀中葉，美國開發了草種噴播機[5]，1958年日本開發出噴射植草防護技術，這對于公路邊坡防護生態化的發展具有重要意義。20世紀60年代，綠化技術在法、美、德等發達國家得到廣泛應用。日本主張邊坡綠化應以利用植被形成新的生態系統為宗旨，開發出厚層基質掛噴射、水泥硅框格噴符合生態水泥噴附等技術[6]。歐美等發達國家在公路發展中，越來越重視邊坡生態防護技術，并已經形成了完備的體系。

隨著我國對于生態環境的不斷重視，我國在邊坡生態防護上開展了許多研究，生態護坡技術得到了迅速發展。2002年我國學者發明了植被混凝土生態護坡技術[7]。北京五環高速公路建設中采用植生基質噴射技術實現護坡綠化，坡面能迅速形成與周圍環境相適宜的植物群落[8]。楊曉華等提出了采取土工格室植草的方法對黃土地區公路邊坡進行防護，從理論、施工工藝和工程實例中驗證了其可行性[9]。盧海靜等[10]研究了黃土區兩種草本植物披堿草和芨芨草的原位抗拔力，結果表明抗拔力受植物株高的影響較大。李紹才等[11]人通過原位拉拔試驗探究了植株拉拔力與植物類型及其生物學指標和巖質邊坡風化程度的關系。劉浩[12]在對鐵路路塹邊坡的不同邊坡條件人工土壤水分研究中發現，土壤含水量隨坡度增大先增加后減小，而隨坡長的增加不斷減小。

二、邊坡破壞及生態防護機理

（一）邊坡破壞機理

根據構成公路邊坡材料的特點，公路邊坡可以分為土質邊坡和石質邊坡兩類。由于材料不同，邊坡產生破壞機理也不同。土質邊坡破壞機理可分為滑坡、崩塌和坍塌；石質邊坡破壞機理可分為風化和不良水文地質條件。

1.土質邊坡損壞機理

（1）滑坡

滑坡是土體在重力或者水、震動等因素作用下，使滑動帶剪應力大于巖土體抗剪強度，邊坡抗滑力矩小于巖土體下滑力矩，引發滑坡。

（2）崩塌

崩塌是邊坡土體向臨空面產生位移，同時在坡頂或土體內部產生順坡面裂隙，以及在土體自重作用下，土體產生張拉破壞，形成崩塌。

（3）坍塌

坍塌發生在連續降雨或降雪季。在冬季或干旱季節，土體形成較穩定結構，水分滲入土體，改變其穩定結構，導致坍塌。

2.石質邊坡損壞機理

（1）風化

未開挖巖體處于封閉境中，結構和強度較為穩定。開挖邊坡后，巖體所處環境及力學狀態改變，在風和光作用下產生新礦物，導致巖體原結構改變，強度降低。

（2）不良水文地質條件

對硬質巖土而言，水分增減對其結構強度并無較大影響。對軟弱巖層而言，水分滲入會迅速破壞其結構，強度降低。同時，下滑力顯著增大，抗滑力顯著減小，導致石質邊坡失穩。

（二）邊坡生態防護機理

邊坡生態防護可以分為三種防護措施，植物力學保護、水文防護及生態防護。植物防護中，主要是利用樹木、花草等植物的根系可對土壤進行加固，可以有效防止土體被雨水沖走，減緩降雨對坡面侵蝕的效果，進而防止邊坡土體產生滑動。此外，生態防護可以恢復生態環境及保持水土，符合我國目前“雙碳政策”，具有較高的生態效益和經濟效益。

1.力學保護

力學保護是植物根系能夠穿過表層的松散風化層而錨固到深處穩定巖層的錨固作用及植物根系盤根錯節對土體的加筋作用。

2.水文防護

地表徑流對未加固邊坡侵蝕作用顯著，植被覆蓋可使邊坡抗侵蝕能力得到強化。植被存在減緩地表徑流對邊坡的沖擊作用，使地表徑流流速減慢，在坡面上停留時間延長。同時，徑流下滲時間增加，可給坡面植被根系提供充足水分，增強坡面植被根系力學保護作用。

3.生態防護

高速公路建設對于當地生態系統有著較大程度的破壞。隨著我國對生態環境保護關注度的不斷加大，提出了可持續發展綠色公路的建設要求。生態防護邊坡符合綠色公路的建設要求。在高速公路建設構成中，植物邊坡具有恢復生態環境、調節凈化空氣和降低高速公路廢氣、噪聲污染等優勢。同時，植物防護可以極大改善路況、美化路容，給駕駛員適宜的行車環境。

三、生態邊坡防護方法

（1）種草護坡

種草護坡技術較為簡單，只需人工在邊坡坡面簡單鋪撒草種、灑水等，一般只適用于坡度較陡、土質較好的邊坡，當坡度較大時，易被雨水沖走。種草護坡不需要大量的機械設備，施工技術簡單、工程造價低，但是其成活率與施工有較大關系，同時與降水等也有較大關系，成活率低，施工時受季節限制大。

（2）平鋪草皮護坡

鋪草皮技術是通過人工在邊坡表面鋪設天然草皮的一種傳統的邊坡植物防護技術，其在公路邊坡防護中應用較為廣泛。草皮不小于20cm×20cm，用專業機械設備鏟起草皮，并轉運至施工現場，鋪設時，從坡腳向上鋪設，草皮要求鋪滿，在草皮下還需鋪設一層厚的肥土。草皮鋪設完成后，要經常灑水養護，定期對病蟲消殺。青海省曲麻萊到不凍泉的公路F施工段，其平均海拔在4000m以上，生態極為脆弱，采用鋪草皮護坡，對被占、被挖路段的草皮進行移植，以此來加固邊坡，并實現邊坡防護生態化，保護邊坡周圍生態環境，取得了較好的效果[13]。

（3）三維植被網護坡

三維植被網護坡是指用三維植被網覆蓋撒播草籽或者噴播植草的邊坡，使得邊坡坡面能夠形成自我生長的防護系統，并通過植物加固坡面的一門技術。在進行撒種時，要對土質進行檢測，當土質較差時，需進行回填改良。一般會在譜網墊前后各噴播一層草籽，這樣兩層植被相互交錯，更能夠達到良好的護坡作用。西安繞城高速公路K65+500-K66+600段，該段公路邊坡高7.0m-12.0m,邊坡坡比為1:1，上部采用三維網植草防護，結果表明三維網植草護坡能夠克服草種在生長期被雨水侵蝕的缺陷，草長成后能夠與三維網形成一個牢固的整體，可有效防止邊坡坍塌[14]。

（4）客土噴播護坡

客土噴播技術是采用基材、復合材料網等與植被的共同作用對不適合植被生長的石質邊坡等特殊坡面進行防護，其能夠為植物的成長提供必要的條件。將肥料、植物纖維、保水劑和黏結劑等按比例混合后，通過專用設備，將其噴灑在邊坡表面，形成“人工土壤”，成為客土，對客土的厚度要求較為嚴格，降水量越大，厚度越小；坡度越大，厚度也應相應增大[15]。2011年施工完成的遼開高速客土噴播邊坡防護工程、2010年完成的鶴大高速客土噴播邊坡防護工程和2013年竣工完成的全運會國賓府客土噴播道路邊坡防護工程，對該坡面采用客土噴播生態邊坡防護技術進行治理，結果表明竣工三個月后，植被體系基本形成，灌木逐漸取代草本植物，形成完整的自然生態系統[16]。

（5）植生混凝土護坡

植生混凝土護坡是一項新技術，其主要是通過植生混凝土加固基體，并植生混凝土中含有養分，以供植物生長，這樣就做到了以混凝土為主的工程護坡和以植物為主的生態護坡相結合。植生混凝土具有一定的孔隙率，與傳統水泥混凝土存在差異，其中含有較多供植物生長的養分，以此來保證植物根系能夠穿過混凝土進入土中并存活下來。植生混凝土施工方式多樣，可進行現場配置或者預制后到現場鋪設。植生混凝土按照內部結構和性能可分為孔洞型植生混凝土、敷設性植生混凝土和隨機多孔型性植生混凝土[17]。植生混凝土護坡是近幾年來一項新的技術，其對邊坡的加固效果較好，在工程防護的同時融入了邊坡生態化。某新建高速公路K68+263-K68+284路段右側擋墻以上邊坡采用植生混凝土護坡，結果表明采用植生混凝土的方式加固坡體后，能夠極大地提升邊坡穩定性和抗沖刷能力，在經歷暴雨后，坡面未出現垮塌現象，同時坡面植物生長良好，起到了固土護坡與美化邊坡景觀的作用[18]。

（6）骨架植草護坡

骨架植草護坡是以混凝土或漿砌片石形成框架，在其框架內裸露的地面噴灑草籽或鋪草皮。混凝土或漿砌片石形成的框架作為主體，能夠增強邊坡的穩定性，防止雨水的沖刷，同時也能很好地對植被形成保護，是一種工程防護和植物防護兼備的邊坡防護技術。連霍高速等平原地區均采用了骨架植草護坡技術，在應用中表明骨架植草護坡能夠提高邊坡的抗沖刷性和穩定性，并使公路自然融入田野村莊，美化環境，極大地提高了感官效果[19]。

四、生態邊坡防護方法對比

見表1。

表1 生態邊坡防護方法對比

五、結論與展望

（1）闡述了公路工程中邊坡的破壞機理和生態防護機理，土質邊坡破壞機理可分為滑坡、崩塌和坍塌；石質邊坡破壞機理可分為風化和不良水文地質條件。邊坡生態防護主要是利用植物力學保護、水文防護及生態防護。

（2）闡述了目前典型的六種生態邊坡防護方法，對各種生態防護方法進行對比分析，客土噴播護坡和植生混凝土護坡作為較先進的護坡方法，保護力度大且耐久性強，相比于傳統的生態護坡方法具有較好的生態效果、防護效果。

（3）隨著國家對保護環境的重視以及生態邊坡防護技術的不斷成熟，既能夠滿足對工程邊坡的防護又能夠綠化環境已成為主要發展趨勢。

（4）國內植生混凝土護坡還處于起步階段，還沒有專門的規范標準可供施工技術參考，還有許多技術問題需要研究和解決。

（5）目前，我國生態邊坡仍存在一些問題，如未結合周邊環境不合理采用邊坡防護，養護不到位等造成工程浪費，單一植被系統的脆弱性，國外物種過多可能會造成生物入侵，公路邊坡的生態防護理論認識相對滯后，不科學的實踐導致人力物力的損耗等，這些問題仍需要我們加以關注。