北方山区高速公路边坡生态防护方式探讨

白春霞 李海滨 杜开兵

北京兴国环境工程有限责任公司

北方山区高速公路边坡生态防护方式探讨

白春霞 李海滨 杜开兵

北京兴国环境工程有限责任公司

我国北方大部分山区气候干旱，高速公路坡面类型多样复杂，边坡生态防护较为困难。张承高速公路在边坡生态恢复工程中针对不同边坡类型采用以挂网喷播为主，结合主动防护网、铺设草毯以及圬工防护的综合模式，对北方山区高速公路边坡因地制宜甚至因坡制宜地的防护方式及组合进行了探索，并对边坡防护设计提出一些参考意见。

生态防护；边坡；北方山区

随着高速公路建设的飞速发展，公路边坡防护问题随之而来，在多山地区更为突出。边坡防护方式最早多是浆片砌石等硬性防护，后来出现SNS主动防护网等柔性防护，目前普遍采用客土喷播一类的生态防护，人们不断探索出新的符合时代发展的边坡防护方式。在对生态环境日益关注的今天，生态防护替代其他防护方式是必然趋势。

我国北方山区很大一部分属于干旱、半干旱地区，自然条件恶劣，边坡生态防护较为困难。另一方面，高速公路沿线数百公里，途经不同生态区域，形成的坡面类型多种多样，难以一概而论的采用单一防护方式，应该因地制宜甚至因坡制宜地来进行坡面防护。

本文结合张承高速公路边坡生态恢复工程，对北方山区高速公路的边坡防护方式进行了探讨。

1 研究区域概况

张承高速公路是河北省最北部东西走向的重要干线，全长375公里。工程地处燕山北麓和内蒙古高原南缘，沿线经坝上草原区域，地势由东南向西北呈阶梯状增高，分坝下、接坝、坝上三个地貌单元。气候为大陆季风高原气候，最明显的特征为寒冷、多风、干旱。年平均气温约1.4-5℃。冬季漫长，夏季无暑，年平均气温0.9-6.2℃，无霜期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%，年蒸发量1735.7mm。年均风速4.3m·s–1，年均大风日数49天。主要土壤类型为栗钙土。

2 生态防护应用的必要性与可行性

2.1 生态防护工程的必要性

裸露的边坡不仅影响道路景观还会危及行车安全，同时还可能带来一系列环境问题，如水土流失、局部小气候的恶化及生物链的破坏等。传统的圬工防护如浆片砌石、喷混凝土、垒挡土墙等硬性防护，阻碍甚至隔绝了坡面植被生态自行恢复的可能性。而裸露坡面丧失了植被生存的基本条件，很难仅依靠自然力量恢复生态平衡。加之北方山区半干旱地区自然环境恶劣，被破坏掉的植被一般要经过数十年的漫长岁月才能得到恢复，甚至永久得不到恢复。张承高速很大一部分地处坝上高原的过渡地带，沙化严重，地表非常干旱，生态环境十分脆弱，采取工程措施对边坡进行生态防护非常必要。这样既加强了公路边坡的稳定性，又恢复和改善了公路沿线的生态环境及景观环境。

2.2 生态防护的可行性

首先，工程地具备植被生长的自然条件。根据实地踏查以及文字资料记载，该地区有多种植被类型分布。大部分区域的植被具有明显半干旱气候条件下的生长特征，覆盖率不高。主要乔木有杨树、榆树、油松等，主要灌木有沙棘、榛子等，禾草有披碱草、冰草等，其他类草本主要有艾蒿、柳叶蒿、马齿苋等。坝上区域内有森林公园，植被覆盖率高，乔木以落叶松，桦树和侧柏为主。

其次，边坡防护技术经过近十多年探索与发展，各种生态防护施工方法趋于成熟，工程造价趋于经济、透明、稳定。无论从眼前效果还是长远利益考虑，生态防护都是边坡防护的趋势所在。

3 边坡生态防护的应用

3.1 防护方式的选择

边坡防护方式多种多样，每一种方式都有其优缺点，很难绝对地下结论某一种方式的优劣。与之相对，边坡条件千差万别，大的方面说边坡所处地域、气候条件、地质类型不同，小的方面说坡面的坡度，坡体类型，坡向和坡高等均有所不同。因此解决问题的关键是针对坡面的不同条件具体分析，选择不同的技术方法或几种方式的组合来进行防护，使其既能保证边坡的稳定安全，又能达到恢复植被的目的才是最佳方案。

借鉴国内外和当地生态恢复的成功经验，张承高速优化选择了以客土喷播为主结合其他方式的一批边坡生态恢复实用组合。

3.1.1 挖方边坡的防护方式

张承高速公路挖方边坡的特点：①坡面较多；②坡度设计为1：1，其中五级高陡坡面坡度为1：0.75，；③质地有四种类型：土质、石质、土石混杂和风积沙。④开挖两年的坡面完全没有植被生长。

(1)挂网客土喷播

工艺特点：先在坡面上锚固金属网，后用喷播机将客土、木纤维、肥料、粘合剂、保水剂等材料按一定比例的混合物添加植物种子喷射到坡面上。

使用范围：大部分的挖方坡面选用了挂网客土喷播，包括石质边坡，硬土边坡，土石混杂坡面。

金属网能稳定坡面表层浮石，同时增加客土附着力。喷播施工必须考虑客土层不易脱落且有足够的厚度和营养保证植被初期的生长，喷播厚度一般在8～20cm之间。

(2)主动防护网与客土喷播组合

主动防护网工艺特点：以钢丝绳网为主的各类柔性网覆盖包裹在所需防护斜坡或岩石上，以限制坡面岩石土体的风化剥落或破坏以及为岩崩塌，或将落石控制于一定范围内运动。

使用范围：山体高陡，坡高五级坡以上且坡度陡于1：0.75，无法实施客土喷播施工或养护的坡面。局部区域如一、二级坡面仍可采用客土喷播。

主动防护网起稳定边坡作用，对坡面形态特征无特殊要求，不破坏和改变坡面原有地貌形态和植被生长条件，其开放特征给植被自然恢复或日后实施人工绿化保留了必要的条件。

(3)铺设草毯(或植生带)

工艺特点： 这是一种将植物种子夹在多层无纺土工织物或天然纤维垫中直接密贴在边坡表面进行快速绿化的方法。

使用范围：少量挖方边坡坡面条件较好，坡度一般缓于1：1.5，坡面平整的土质或砂土类边坡，每级坡高小于10m。

草毯中草种、施肥均匀，数量精确，施工操作简便省时、省工，并可任意栽剪。缺点是应用范围窄、适应性差。

(4)圬工防护和客土喷播相组合

圬工防护工艺特点：主要有锚杆挂网喷混凝土浆、浆砌片石和护面墙等结构形式，硬性防护稳固坡面。

使用范围：①坡面存在风积沙层流动造成坡体不稳定，圬工防护封闭风积沙避免风积沙进一步扩大，确保坡面稳定。②石质坡面破碎程度高，且坡度无法修整缓于1：0.75，采用圬工防护稳固坡面。

3.1.2 填方边坡的防护方式

张承高速填方坡面特点：①坡面缓和，坡度基本缓于1：1，②多数坡面为土质或砂土类，少部分混有大块碎石，但整体较为平整。③坡面高度不高。坡面整体情况较好，施工难度较低，可采用较为经济的生态防护方式。

(1)铺设草毯。使用范围：有自然土壤，坡面平整、坡度较缓的坡面。

(2)铺设菱形砖与撒播草种结合。使用范围：坡面表层土不稳定，采用铺设菱形空砖稳定坡表层棱形空格内撒播草种的方式。

(3)挂网喷播。使用范围：坡面碎石较大，铺设草毯无法与坡面贴合，草种萌发后根系没有附着点而死亡，宜采用挂网喷播形式。

3.2 生态防护植物的选择

植物种类的选择及配比是能否通过生态防护施工在较短的时间把开挖的边坡恢复到自然状态的关键因素。遵循高速公路护坡植被物种选择的7项基本原则：①乡土植物种或适生植物种；②多年生植物；③耐干旱、耐瘠薄、耐低温、耐酷热、耐盐碱、耐阴性、抗逆性强(适宜粗放型管理)；④出苗早、生长迅速；⑤根系发达，固坡能力强；⑥种子易获得、易发芽、易繁殖；⑦多种植物协调配置，绿期长、景观效果好。张承高速根据当地情况选择了禾本科草无芒雀麦、老芒麦，豆科草紫花苜蓿、沙打旺，灌木柠条、沙棘用于本工程。并遵循现有的草灌结合理念，在不同地段和施工季节调整各草种之间以及和灌木之间的比例。以期通过这种人工的方式诱导，加速植物的生长、演替，使绿化后的植物群落与相邻地区相互吻合，融入自然，形成保持水土、降低地表径流的边坡自然生态系统。

4.边坡防护设计的几点思考

高速公路边坡采用自然的生态防护代替硬性的圬工防护是必然趋势。而在实际施工过程中如何能使边坡尽可能适用于生态防护，且尽可能降低工程造价，其根本解决之道是从坡面及坡面防护设计之初就充分考虑这一点。本文就张承高速边坡防护形式以及边坡上的结构物提出以下观点，请设计人员及施工技术人员探讨。

(1)坡度问题：边坡开挖坡比应达到1：1，不仅降低了滑坡落石危险，也最大化利于边坡生态防护。一般来说，坡比在1：0.75是植被能否生长的界限。

(2)挖方表土问题：挖方破坏了山体的原有植被覆盖层，露出生土植被无法生长。如果挖方时将表土收集存放，后续的边坡生态施工使用原有表土，不仅节约了喷播客土的高额运费，且更有利于植被生长，一举两得。

(3)SNS主动防护网问题：坡体稳定且无碎石的岩石边坡，无需采用主动防护网，可降低防护成本。

(4)拱形防护问题：不稳定的土质边坡采取拱形防护非常必要，而土质坚硬的稳定边坡无需拱形防护，直接挂网客土喷播是可行的。

(5)排水结构问题：目前的排水结构物以及挡土墙为传统的设计形式，没有考虑到边坡绿化情况。事实上挂网喷播绿化已消除了碎石脱落等安全隐患，无需再设置碎落台挡土墙。挡土墙的存在，也影响着绿化整体景观效果。排水沟可在各级坡的坡脚处开挖，根据坡高及雨量计算排水沟尺寸。因此无论从结构上考量，还是从节约资金上考虑，都应该取消挡土墙绿化至坡底。

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