高速公路边坡生态防护施工技术研究

陈波

（贵州省公路工程集团有限公司，贵州贵阳 550008）

0 引言

随着我国高速公路迅速发展，山区高速公路建设中对主线两侧山体的开挖不可避免。随着高等级公路建设的发展，由此带来的负面影响受到了有关部门的关注。如高挖形成裸露边坡破坏原本生态环境，造成坡体滑坡等交通安全隐患。路基工程施工中开挖山体后形成大面积土石坡面，路堑边坡生态环境的恢复治理日益受到重视。由于雨季冲刷水害严重等因素，使得路堑边坡生态防护成为公路生态恢复中的重点。生态防护技术充分利用植物特点，结合工程防护兼顾环保要求。目前，我国高速公路边坡工程尚无成功的定型模式，生态防护技术研究集中在对施工工艺方面，加强高速公路边坡生态防护施工技术理论研究具有重要意义。

1 高速公路边坡生态防护技术研究

目前，我国高速公路建设迅速发展，随着高速公路路网的不断延伸，便捷交通的同时对山区生态环境也带来破坏。由于高速公路现行标准高导致路基高填深挖现象普遍存在，大交通量威胁沿线居民的身体健康[1]。边坡是具有倾斜坡面的土体岩体，近几年，高速公路路堑生态防护受到公路部门的重视，生态防护技术是将工程与植物防护相结合，生态防护代表边坡防护的发展方向。

1.1 公路路堑边坡生态防护理论

路堑边坡以岩土性质分类包括土质岩质与类土质边坡。路堑边坡工程防护类型有多种，主要有喷锚坡面、锚杆框架梁与拱形骨架等[2]。高速公路边坡坡面具有独特特点，表现为边坡坡度较大、公路边坡小气候复杂限制因子多。边坡生态防护是利用活植物与非生命材料结合的方式，靠植物根茎与土壤间的附着力达到加固边坡并起到稳定坡面的作用。边坡各部位名称见图1。公路边坡工程稳定性能主要影响因素包括周边环境、水系状况、人为因素等，岩土体的地质状况等为内部因素，工程活动及人为因素为外部因素。

图1 边坡各部位名称

现代公路边坡防护设计原则中将质量安全放在首位，设计边坡防护时应统筹全局，山区公路生态边坡防护可以改善周围环境，减少或避免发生安全事故。生态防护技术是基于生态工程学等学科的基本原理，通过生态工程自我修复等功能实现边坡的健康活动与生态恢复，达到维持生态多样性及美化环境等目的[3]。边坡生态防护技术原理是基于植物对边坡的力学、水文效应，通过加固防护优化环境。生态工程防护是采用植物与土木工程结合的固坡措施，现今的边坡生态防护是工程与植物防护的适当结合，地质情况中坡度较缓的边坡采用单独植物护坡可满足维持边坡稳定的要求，高陡边坡应采用工程防护与植被结合的方法。边坡生态防护可改善高速行车安全条件及路面状况、生态及景观功能等。

1.2 公路边坡稳定性分析

自然界的边坡内部时刻存在驱动边坡滑动因素构成的力，岩体自身固有抵抗滑动能力。边坡滑动表现为渐进转变为渐息过程[4]。工程建设中常见的滑坡类型包括人工开挖边坡，由于设计坡度陡而改变了土体内部应力状态。滑坡稳定性判断是防治滑坡中的关键问题，因其复杂度受到各专业技术水平限制，目前缺乏成熟系统的方法。公路边坡大面积暴露于自然界并受到自然因素的反复作用，饱和后土体强度急剧降低。边坡表面在温差作用下形成干缩循环，地表水流冲刷易造成加剧边坡的水毁病害的情况。

近年来，我国公路交通建设迅速发展，各地区公路工程开挖回填的路基边坡未能有效处理会导致水土流失，对自然环境造成植被生态的破坏。公路边坡大面积暴露于自然界，边坡岩土的物理力学性质常发生变化[5]。地下水活动与水压力等是诱发边坡失稳的主要因素，风化作用对公路边坡的危害表现为影响边坡稳定、影响排水导致水害、岩石强度大幅度降低与堵塞交通。边坡冲刷过程包括降雨溅蚀引起土颗粒分离与沉积过程，研究边坡冲刷发生发展水力土体及相互转化特性是量化边坡侵蚀冲刷的前提。高速公路边坡被雨水冲刷破坏是土壤侵蚀力与可侵蚀性相互作用的集合。植被防止侵蚀作用包括对降雨能量的消减作用、抗侵蚀作用等。

2 高速公路边坡生态防护施工技术

随着我国公路等级的提高，由于高速公路比选方案少等，大交通量给沿线造成交通污染，影响区域内生态平衡。路堑边坡为抢工期存在重前期设计轻后期防护的现象，边坡工程治理措施日益引起岩土工作者的关注。以往传统护坡硬性封闭式工程防护技术施工复杂，对周围生态环境造成永久性破坏。随着人们环保意识的增强，高速公路边坡开始更多地考虑生态防护，采用绿化生态护坡技术，形成和谐自然的生态景观。

2.1 高速公路边坡生态防护原理

工程建设中开挖施工形成自然边坡，应采用工程措施对边坡进行支护治理，坡面防护措施包括灰浆、喷射混凝土、挂网喷锚护坡等。防护的边坡应具有足够的稳定性，支挡结构类型包括锚杆挡墙、锚索框架梁及多种结构组合的支护形式。山区公路建设应落实安全环保舒适的建设理念，坚持充分保护、减少影响、实现公路建设与环保并重。边坡生态防护可以恢复被破坏的自然生态环境，生态防护机理表现为植被系统力学效应、水文效应与生态效应。

植物护坡主要是在坡面上种植植物，坡面植物主要通过根系的力学效应提高路堑边坡浅层土体的稳定性。坡面植物具有锚杆的功能，植物与自身生活的环境相互影响形成变化的系统，分析植被防护对边坡浅层土体的稳定要综合考虑有利因素与不利因素。大多数情况下，植被覆盖良好、边坡更稳定。植被主要通过根系加固提高土壤的抗剪强度，根系对土壤的加固作用依赖于根系的强度和特性。草本植物根系通常为直径小于1mm 的须根，木本植物由根系深入土壤的垂直根系与水平根系组成。边坡植物系统具有增强土壤抗侵蚀的能力，可以减缓对坡面的侵蚀。

2.2 高速公路边坡生态防护关键技术

我国地域广阔、地质成因复杂，高山峡谷等自然地理环境加大了交通基础设施建设难度，公路边坡稳定性是工程建设中普遍存在的问题。高速公路边坡常规工程防护技术见效快，又因未对坡面进行综合处置导致完工坡面外观色泽灰暗单调；植物防护在防止水土流失等方面效果突出。生态防护利用植被后期稳固作用增加的特点，以弥补常规防护工程的不足，达到绿色环保的效果。我国高速公路边坡防护技术研究起步较晚，目前，边坡生态防护方法主要采用喷播类生态护坡，藤蔓植物与TBS 技术等形式。公路边坡植物防护类型见图2。

图2 公路边坡植物防护类型

湿法喷播是以水为载体的植被建植技术，喷播后混合物可以防止种子被冲刷。其施工优势是使用覆盖料等材料适用范围广，对土地的平整度无严格要求，在覆盖料的共同作用下可防止雨水冲刷；喷播施工效率高，可满足大面积绿化工程需要。土质贫瘠的挖方边坡可起到固土防冲刷、改善植草质量和效果，植物生长到5cm 左右可揭开无纺布，进行3～6 个月的前期养护。喷混植草是将含草种的混凝土喷在岩石坡面上，通过配方拌和混合物喷射在边坡上。土工格室是新型的土工合成材料，配置根系发达的草种，利用其三维侧限原理，荷载施加到土工格室上面，大部分垂直力转化为向四周分散的侧向力。

喷播类生态防护包括液压喷射和客土挂网喷射，液压喷射是将黏合剂等与水按比例混合成喷浆，喷射到预定区域的边坡绿化恢复技术。液压喷播草籽植草护坡可以克服其他植草方法立地条件要求高等弱点，具有覆盖地表速度快等特点，是工程建设挖填边坡稳定支护的有效方法。客土喷播是融合土壤学理论的生态防护技术，用挂网喷射方式涂喷于坡面，实现对岩石边坡的绿化防护。稳定边坡工程设计先进性调查，确定坡面目标植物群落选型，根据边坡类型确定及材料用量设计。客土应用为灌木树木根系提供良好的生长基础。

3 高速公路边坡生态防护施工技术应用

随着我国经济的快速发展，公路运输交通基础设施建设水平明显改善。西部山区高速公路建设中土石方开挖破坏土体自然结构，造成植被破坏、局部小气候变动，导致边坡坍塌等自然灾害引发系列环境问题。生态防护技术可以弥补传统工程防护的不足，结合其他工程材料在边坡上构建具有生态功能的防护系统。高速公路边坡防护应用生态防护施工技术具有良好的社会与经济效益。

贵州省六安至安龙高速公路是贵州高速公路网规划的重要部分，项目地处贵州省西南部，全线线路长150.104km，设主线隧道30899.575m、26 座。由于工程建设中未对开挖形成的边坡采取防护措施，公路边坡在长期自然环境作用下出现坡面垮塌，与周边生态景观不协调。根据不同边坡立地条件和植被生长情况，采用活木桩植草护坡等措施进行生态治理。不同于传统工程支护的护坡形式，生态边坡防护实现了人与自然的和谐统一，相比工程护坡是低消耗高效益的工程体系。边坡生态防护技术包括植生带护坡等。煤炭采空区隐蔽工程较多，路基高填深挖等填挖形式很多，经过分析优选三维网植草等边坡绿化法防护。每100m2客土材料配合比见表1。

表1 每100m2 客土材料配合比

从工程建设实际情况来看，草本植物固土护坡效果较差。灌木具有比较稳固和持久的护坡作用，草灌混植可以达到良好的护坡效果。草种主要选择狗牙根、高羊茅等，草灌混植绿化护坡造价约为浆砌片石护坡的1/3。对坡面浮石进行清理，确保无大石头突出与其他杂物存在。三维网综合土工网和植物护坡的优点，相邻两卷三维网间搭接长度为10～15cm，每隔100cm 用锚杆与岩面固定。攀岩类植物绿化是垂直绿化方法，优点是投资少用地少，应顺碎落台处栽攀岩类植物进行边坡绿化，可在喷播前对草种进行浸泡催芽方法处理，通常喷播后1 周左右可出芽。

客土喷播绿化技术是将种植土等按比例混合均匀，喷到工程坡面。施工工艺为边坡处理—客土材料配置—养护。为保证喷播层的稳定性，对坡面浮石等进行清理后利于种植混合基材和坡面自然结合，无其他杂物存在。挂设镀锌低碳铁丝网时采用自上而下放卷，喷播完毕后采用20g/m2的无纺布进行覆盖，可以起到保湿防晒作用。经过工程施工实践发现，基质施工实际厚度达不到设计要求，喷层厚度是设计喷层厚度的1.2～1.25 倍控制操作效果较好。

4 结语

生态防护技术应用在我国高速公路中起步较晚，由于工程建设者重新建导致生态防护技术理论研究发展缓慢。通过研究土质边坡稳定性分析方法，比较传统工程支护与生态边坡治理的优缺点。采用力学知识对植被护坡固土原理进行分析，阐述植被系统力学效应，为边坡治理在实际工程中的应用奠定基础。依托工程实际采用生态防护措施，介绍边坡生态防护施工关键技术。高速公路生态边坡防护施工研究需加强植被根系研究，建立生态防护效果的客观评价体系，加强生态防护理论与工程实践结合。