公路边坡生态防护技术探讨

曹 柯 阳生权 陈玉凡

（1.湖南科技大学土木工程学院，湖南湘潭 411201；2.湖南联智科技股份有限公司，湖南长沙 410219）

公路建过程需要设开挖路堑或填筑路堤，开挖或填筑后，路基的天然边坡被破坏，容易出现边坡失稳和水土流失等问题[1-3]。边坡防护对道路安全和景观保护具有重要意义。工程防护是常用的边坡防护方法，耐久性较差、不均匀沉降难以控制且坡面植被难以修复[4-5]，不满足“绿色”发展理念。边坡生态防护结合工程防护和植被防护，具有良好的经济效益和环境效益，是落实“绿色”发展理念的有效途径之一。文章总结传统工程防护的弊端，介绍生态防护的基本概念与研究现状，为该技术的推广提供参考。

1 传统边坡防护存在的问题

工程防护是常见的传统公路边坡防护措施，主要采用石料、片石、水泥及砂砾等材料在边坡表面形成稳定的封闭层，可以有效减少自然因素作用给岩土体带来的变形、推移及破坏，增强边坡建设初期的稳定性。传统边坡防护技术主要类型有砌石防护、抹面防护、抗滑桩和喷射混凝土等[6]。

传统边坡防护技术可以防止地震、雨水等外部因素破坏边坡，但施工成本较高；边坡施工破坏原有生态系统且难以修复；采用脆性材料，其耐久性、适应性和结构稳定性较差；脆性材料砌筑的边坡易发生倾覆且修复困难；柔性网布防护仅对植物进行加固，不能防护地基土被侵蚀[7]。

传统工程防护技术对边坡失稳的初期防护效果明显，但耐久性较差，无自我修复能力。可持续性发展要求给工程建设行业带来新的挑战和发展方向。生态防护结合工程防护和植物防护的优点，是一种全新的防护技术。

2 边坡生态防护研究现状

2.1 生态防护机理研究

边坡生态防护是现代绿色低碳循环公路建设的新兴技术模式，能够有效改善边坡的稳定性，具有良好的植被恢复作用。工程防护可以加强路基保护，增加岩土体的黏聚力和内摩擦角，以达到边坡稳定。植物护坡的作用机理主要为植物的水文效应茎叶蒸腾作用及根的机械效应[8-10]。Comino等[11]开展植物根系对边坡影响的试验研究，结果表明，植物根系能够有效提高边坡的稳定性。植物根系在植物中担当“心脏”的作用，具有吸收、转运、分泌和收缩功能和复杂的机械性能。根系统在土体中发挥复杂的“天然加固”作用，可以显著增强不稳定斜坡的强度。

2.2 生物防护与生态防护

（1）生物防护的分类。

生物保护即植物保护，满足公路生态环境建设的发展趋势。生物保护利用植物稳定边坡，具有良好的景观效果[12-15]。

①土工格室植草防护。通过三维植被网护坡使植物的根系与网格结合在一起，具有施工简易、经济实惠、坡面植被覆盖率较高、固土作用显著等优点。土工格室植草防护技术可以发挥其固土消能的作用，网格加固效果好，实现边坡的加固同时改善环境景观。

②客土喷播技术。客土喷播技术使用骨料剂将客土转化为骨料，在公路边坡上形成稳定的保护结构。客土喷播技术已在多条高速公路边坡防护中得到应用，可以显著提升边坡的耐水性、透气性。

③植生带护坡。植生带指在可以自然降解的无纺布上按一定密度撒布草籽、肥料、保水剂等材料，经机器碾压制作成复合体结构，具有体积小、重量轻、易运输的优点。

④三维植被网护坡。三维植被网是一种新型土工材料，在公路边坡防护工程中应用广泛。三维植被网采用聚乙烯原料经化学反应合成，其化学性质稳定。三维网络结构留有90%的空间以填补泥土、沙砾和细石。三维植被网护坡的固土性能和消能作用优良、网络加筋效果突出、工程造价低、环境景观效果好。

草本植物、灌木植物的根系和木本植物的侧根可以加固浅坡土壤[16]。椰丝型、麦秸型以及椰丝麦秸混合型植被毯护坡均可以有效增加土壤覆盖率，减少降水和土壤侵蚀的径流[17]。刘宏远等[18]和黄学文等[19]研究表明，植被毯可以利用自身的抗拉强度起到固土保护作用，减小雨水对边坡坡面的冲刷，提高水土流失治理效率。Wang等[20]在降雨条件下进行边坡模型试验，认为植物根系可以改善土壤的水力特性，减少降雨对边坡径流的影响。Yan等[21]指出，原始生态立体边坡植被可以用于加强植被防护，增强边坡稳定性，提高边坡防护效果，防止植被退化和水土流失。

植物对边坡的防护效果是双向的，植物在加固边坡方面效果显著，植物根茎会提升表面的粗糙度和土壤渗透性，减少土壤湿度，提高土壤渗透性。相关研究表明，植物的重量将增加边坡沿坡面方向的下滑力，增大边坡下滑的风险。单一边坡防护技术的效果不佳。

（2）生物防护与工程防护相结合。

生物防护初期防护效果不佳，植物的根系无法控制更深的斜坡滑动。结合工程防护可以使边坡土体牢牢固定在工程材料上，高陡边坡的情况下其效果更佳。随着植物的生长和繁殖，双层防护可以明显减轻坡面的不稳定性，提高抗侵蚀防护作用[22-23]。

生物防护与生态防护的区别如表1所示。

表1 生物防护与生态防护的区别

土工格栅以其优越的加固效果和经济性在边坡防护工程中得到广泛的应用[24]。复合植被与土工格栅相结合的生态保护方法可以有效提高边坡的稳定性。Hu等[25]研究表明，在降雨条件下，土工格栅生态边坡最大位移比原边坡减小82%，整体稳定性提高35%。Song等[26]提出一种利用土工格室结构和麦秸加固的复合土壤处理和边坡防护方法。周显广[13]研究发现，不同生态边坡防护技术中，土工格室植草防护、客土喷播边坡绿化防护效果最优。

Su等[27]根据边坡防护的力学性能要求，提出一种新型锚杆+铰接块体生态边坡，利用锚杆将混凝土块固定在坡面上，与连接混凝土块铰接，使护坡墙与边坡土体连成一体，承受土压力，力学性能优良；为满足生态性能要求，在混凝土砌块上设置孔洞，使植物可以在孔洞空间中生长。姚丁等[28]为了提高边坡稳定性，在边坡中使用聚合物固化剂，外部土体中植草，将软弱岩质边坡治理与植物防护相结合。

生态防护技术充分结合工程防护与生物防护的优势，可以有效稳定边坡，减少水土流失，维护生态平衡，美化边坡环境。从护坡作用、景观效果、建设成本、生态效益角度分析，发展生态边坡防护已成为必然趋势。

3 边坡生态防护的问题与发展方向

与传统工程防护技术相比，边坡生态防护在促进人与自然和谐平衡发展、降低工程造价等方面具有明显优势，生态防护技术已成为公路发展的必然趋势。边坡生态防护在技术应用和理论研究方面仍处于起步阶段，仍存在较多的技术难题有待攻克。

设计人员对生态边坡防护的设计随意，未综合考虑施工现场边坡的地质条件、土壤状况、气候影响等因素会对边坡的稳定性的不良影响。不合理地引进外来物种造成新的生态问题，易导致水土不服或损害当地的植物，不利于稳定的植物群落甚至造成植物的大规模死亡。

公路工程建设不断发展，对边坡的修复技术提出更高的要求，传统工程防护养护和重建边坡成本过高。生态防护作为一种稳定、经济、绿色的新技术，将逐步应用于公路边坡中，成为公路边坡防护技术中的“黑马”。加强植物根系加强作用的机制。在实际工程应用中，某个区域内各类植物的根系形成一个地下防护网，不仅是某一植物根系的独立作用。加强生态保护技术的适应性，研究和区分不同的生物与工程全面保护技术的应用条件。

4 结语

边坡生态防护技术充分发挥传统工程防护显著的力学加固作用以及植物防护良好的生态效应，是一种经济、稳定、高效、环保的新技术。植物作为生态系统中的一部分，其对边坡的加固机理复杂，处于初步研究阶段，边坡防护效果缺乏理论支撑。植物的种类繁多，如何优选植物类型、根据不同地理位置与气候区间以及不同质地的边坡进行工程防护和生物防护的最佳搭配等是未来的研究重点。随着公路建设的快速发展，生态防护技术的相关理论和实践必然会越发成熟，将广泛应用在工程建设中。