风电工程施工过程中的边坡防护

王 娟，郭梦京，王成鹏，陈 明，李在卿

(1.北京天润新能投资有限公司，北京 100029；2.西安理工大学 西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西 西安 710048)

我国大部分国土属于山地丘陵地区，地形起伏大，地质构造复杂、岩体易破碎，而风力发电场多建在易发生水土流失的山地与丘陵地区。为了减少水土流失，在建设风电场过程中需要在风机平台、道路等周围同时实施各种水土流失防治措施。通常风电工程水土流失防治分区主要分为风电机组区、升压站区、集电线路区、交通道路区、施工生产生活区、弃渣场区。六个分区里涉及最多的水土流失防治措施是边坡防护。边坡防护可以有效地减少水土流失，保持边坡的稳定，防止滑坡[1-2]。

边坡防护的形式众多，包括浆砌片石护坡、拱形骨架护坡、挂网喷射混凝土护坡、挂网喷播生态护坡等[3-5]。风电工程边坡防护形式的选择需要根据施工现场的地质条件和成本预算而定。通常，依据边坡的岩土性质(介质材料)，可将边坡防护形式分为土质边坡、岩质边坡与岩土混合边坡三种[6]。若边坡防护的形式选择不合理或者实施不到位，则可能造成成本的大幅增加及建设场地严重的水土流失，破坏当地的生态环境[7]。因此，选择合适的边坡防护措施对于减少风电工程施工引起的水土流失具有重要的意义。本文系统总结了不同地质条件下边坡防护的种类、适用条件和施工要点，期望能够为风电场建设过程中的边坡防护措施选择提供参考。

1 土质边坡防护

土质边坡可以分为黏性土质边坡、碎石类边坡、黄土类边坡。传统的土质边坡防护主要有圬工防护、综合防护、植物防护三种。圬工防护作坡面防护时一般分为干砌石与浆砌石两种(图1)，干砌石防护造价低廉，但需要边坡自身具有一定的稳定性，对于不稳定的边坡采用干砌石进行防护易造成滑移等现象[8]。浆砌片石防护是一种永久性的工程防护措施，适用于各种土质边坡，但工程造价较高，且不如植物护坡视觉效果好，对于风电工程适用性不强。综合防护主要是指骨架植物防护(如拱形、混凝土预制块等)，适用于砂石材料缺乏的地区，且适用于坡度小于45°、防护坡长不超过15 m的边坡。在骨架内植草，既美化了边坡，也利于草种的生长(图2)。骨架植物护坡在实际应用中会面临一些问题，如在草长大前，当降雨较大时道路上方聚集的雨水可能会冲刷骨架内的回填土，易掏空骨架，使骨架整体失去平衡，引起骨架滑移破坏[7]。为了提高骨架植草护坡的作用，施工人员可采取人工干预(如灌溉、施肥)加快草的生长，使其尽快发挥保水、固土的作用。另外，施工方必须保证骨架的施工质量，增大边坡底部对骨架的支撑。目前，国内骨架植物防护多用于高标准公路的建设，在风电工程建设项目中应用较少。

图1 圬工防护类型

图2 综合护坡

在三种常用的土质坡面防护措施中，植物护坡(图3)是风电工程施工过程中最常用的一种护坡方式。植物防护不仅造价低廉、施工工艺简单，而且防护效果较好，可以在短时间内有效加固边坡，减少坡面的水土流失。此外，植物在边坡上生长若干年后可以形成一个植物绿化群体，具有自然生长和演替的功能，从而实现持续的边坡防护作用[9-10]。目前国内常采用的植物护坡形式主要包括种草、铺草皮和植树。种草时应注重选择根系发达、固土效果好的草种，且要适合当地的土质和气候条件。铺草皮具有施工简单、见效快、施工季节限制少等优点。但是草皮的前期养护和管理困难，新铺草皮易受各种自然灾害和病虫害的影响，实际施工过程中常常达不到预期的边坡防护效果[11-12]。植树可以增加降水入渗、降低坡面水流的流速，植物的根系在土体中的延伸可以对边坡土壤起到固结的作用。但是植树造价高、见效慢且前期养护较困难。综合比较而言，植草护坡是目前风电工程土质边坡防护中最常用，也是最有效的一种防护方式。但是，在一些干旱、严寒或盐碱化严重的地区，植物通常无法生存，植草护坡无法应用。

图3 植草护坡

植草防护施工过程中要注意以下几点[13-14]：①进行作业面清理。清除作业面内杂物及石块，对坡面进行清理、平整，对坡面转角处及坡顶的棱角进行修正，放坡与凹陷部位必须修正，对土质松软坡面进行人工夯实。②挖掘横向种植槽。边坡清理完毕后，对于要进行施工的坡面每隔一定距离开一条横向槽，用于草种的播种。③草种的选择。可选择几种适宜当地生长的草种进行混合播种，以冷季草和暖季草搭配为宜。选择的草种应具备以下几个特点：多年生，可有效防止野生杂草的入侵，发芽快、生长旺盛、耐干旱，扎根性及固土性强，能有效防止水土流失。④做好覆盖。铺设覆盖物主要是为减少边坡表面水分蒸发，给种子发芽和生长提供一个较湿润的环境；缓冲坡面温度，避免已萌发种子和幼苗因温度变化过大而受到伤害；减缓雨水的冲击，预防草长成前边坡被雨水冲刷。施工过程中，施工人员应采用无纺布或者密目网对植完草的边坡进行覆盖，覆盖物应铺设牢固且与坡面接触紧密，防止风吹而发生脱落现象。

2 岩质边坡防护

岩质边坡，按岩体强度不同可分为硬岩边坡、软岩边坡和风化岩边坡等。按施工的特点可以将岩质边坡防护分为简单防护、封面防护、挂网防护三种类型[15]。

简单防护主要是指在边坡坡脚种植攀援植物。攀援植物具有很强的攀附性能，可有效减缓地表径流对坡面的冲刷，减少路基的水土流失。攀援植物若种类选择得当、栽植方式正确、栽植季节恰当、栽植种类多样化，就会以较少的投入达到很好的坡面防护效果[4-5]。目前，国内风电项目常采用的攀援植物为爬山虎，品种单一，绿化效果差。建议在我国的植物宝库中甄选其他攀援植物，并尝试将攀援植物与其他种类植物进行搭配种植，增强绿化和防护效果。

封面防护主要应用于石质边坡且岩体易破碎的地段，这些地段通常坡度较大、岩质较差、坡面岩石易风化[16-17]。封面防护可以有效地防止高陡石质边坡坠石，提高边坡岩体的结构强度和抗变形刚度，以减少侧向变形，增加边坡稳定性。封面防护的种类主要包括对边坡进行抹面、喷射混凝土防护、干砌片石防护和浆砌片石防护等。相较于简单的坡面防护，封面防护的优点是具有良好的封闭性和耐用性，但缺点是成本高且缺乏美观性，会对植被恢复造成永久性破坏。

挂网防护主要有主动防护与被动防护两种(图4)。主动防护系统是以钢丝绳网为主的各类柔性网覆盖、包裹在所需防护的边坡上，以限制坡面岩石土体的风化剥落或者岩石的崩塌，或将落石控制于一定范围内运动[18]。被动防护由钢丝绳网、固定系统、减压环和钢柱四个主要部分构成，具有良好的柔性和拦截强度，可吸收和分散传递落石的冲击动能。同时，被动防护网在设计上还采用了消能环，使得系统的抗冲击能力得到进一步增强。两种挂网防护措施都具有高柔性、高防护强度、工期短和易铺展的特点，适用于任何坡面地形[19]。但是，挂网防护系统的设计常偏于保守，使得构件性能未得到充分发挥，易造成材料浪费，或者局部构件不能满足均衡化要求。目前，挂网防护在风电工程施工项目中应用较少。综合比较而言，种植攀援植物是目前风电工程石质边坡防护中最常用的一种边坡防护方式。但对于坡度大、岩体稳定性差的地段，宜采用封面防护或挂网防护。为了增加封面防护、挂网防护的美观性，可以在坡底或坡顶种植攀援植物，起到装饰和绿化的作用。

图4 挂网防护

3 岩土混合边坡

岩土混合边坡是一种特殊的地质体，一般是指上部为土层、下部为岩层的边坡，或者岩层与土层交互分布的边坡。这类边坡的稳定性较差，雨季土体含水量高时极易发生滑坡风险。目前，岩土混合边坡常见的防护措施包括挂网喷播和工程加固两种方式[20]，其中工程加固又可分为支挡加固、铺杆或土钉加固及注浆加固等方式。挂网喷播作为一项兼顾边坡防护和环保功能于一体的生态防护措施，具有经济、简便和美观等优点，但其防护效果不如工程防护措施好(图5)。支挡加固是边坡防护中比较可靠、有效的一种方式。支挡加固主要是通过抗滑桩及挡墙来保持混合边坡的稳定性。铺杆或土钉加固是通过在土体内铺设支撑物来保持坡面的稳定性，而注浆加固方式主要是利用胶结作用原理使注浆体对岩石体起到良好的胶结作用, 也就是对一些破碎的边坡岩体进行整合, 使其形成一个整体，增强边坡稳定性[18]。边坡工程防护形式的选择要因地制宜，综合考虑施工现场的地质条件、施工工艺的复杂性及经济因素等。

图5 挂网喷播防护

4 结 语

风电工程在施工过程中不可避免地会形成大量的裸露边坡，若不及时采取防护措施，这些裸露的边坡在风力、重力等因素的长期作用下会变得不稳定，造成水土流失或滑坡，给周边人民的生命财产安全和当地的生态环境造成不利影响。从风电工程建设的角度出发，对不同岩质边坡的防护形式及施工要点进行了系统总结，讨论了不同边坡防护措施的优缺点。但是，由于工程施工现场比较复杂，因此边坡防护形式的选择一定要因地制宜，应多种边坡防护措施配合使用，从而提高边坡的稳定性，有效减少水土流失。