公路边坡生态防护设计方法及措施

赵星宇

（中设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210014）

我国幅员辽阔，不同的工程项目在地质地形、自然环境等方面存在较大的差异。虽然在如今的公路工程项目建设中，可持续发展理念已贯穿其中，但自然环境、沿线地形等因素对工程项目的限制使得沿线环保与公路建设不能实现协调统一[1]。公路建设不仅会改变沿线地形地貌，还会破坏当地生态资源。在深挖路堑和高填路基的公路工程项目中，当地生态系统会遭到严重破坏，如消除植物覆盖层使得岩石裸露，引起水土流失，甚至导致滑坡或泥石流等灾害，严重威胁道路出行者的安全。边坡生态防护设计不仅可以起到固化边坡的作用，还可以显著改善沿线环境，提升公路路容路貌水平，极大地保证出行者的安全。

1 公路边坡生态防护机理

公路边坡生态防护机理如图1所示。

图1 公路边坡生态防护机理

1.1 力学效应

边坡的力学效应主要是植被根系对土壤的锚固作用。相关数据显示，植物的竖向根系不仅可以扎根于较浅的表层风化土层，还可以扎根于深处稳定土层；而植物的侧向根系可以以网状的形式将土体更为紧密地联系在一起。侧向根系和竖向根系的共同作用，使得边坡土体具备立体防护的功能，通过增加其抗剪强度和抗拉强度的方式提高边坡的安全系数[2]。植被对边坡的加固效果与根系分布形态、数量和根的强度密切相关。

1.2 水文效应

在坡面的侵蚀作用中，地表径流强度对其影响较大，同时坡面的平陡情形、降雨强度等因素又影响着坡面径流强度。由降雨引起的超渗径流对土体有着较强的侵蚀能力，但生态防护边坡的存在会提升边坡的抗侵蚀能力[3]。一方面，生态防护边坡中的植被会减弱雨水下降的冲击力，大幅度减少或避免了降雨对坡面的溅蚀，不仅增加了雨水径流时间，还延长了雨水的渗透时间；另一方面，植被的根系可以起到较好的固化土层的作用。总之，生态边坡防护以改变边坡周边小气候的形式减弱坡面所受的侵蚀。

1.3 生态效应

在水土保护方面，植物具有较强的保护能力，其纵横交错以及发达的根系对于提高路基的稳定性有着重要作用。公路行驶车辆压缩空气或者车轮摩擦地面产生的噪声对于沿线居民有着不良影响，边坡生态防护设计的植被防护可以将噪声反射至不同方向，从而降低噪声的强度。与此同时，植被还可以吸附行车行驶产生的污染物，改善周边环境。行驶速度较快的车辆，在风流的作用下使得沿线的湿度降低、温度升高，导致周边小气候恶化。生态防护边坡不仅可以起到调节周边环境的作用，还可以营造舒适的驾驶环境，降低疲劳事故发生的概率。

2 公路边坡生态防护设计方法

公路边坡生态防护要求在保证公路工程项目与沿线环境协调统一的同时，还应保证公路边坡的稳定性。这不仅体现了尊重自然的设计理念，也体现了对公路工程项目负责的态度。

2.1 遵从生态位法则

生态位法则认为每个不同的物种在生态系统中承担着不同的角色，生活习性近似且生活在同一片区域的物种相互竞争较小。在进行公路边坡生态防护设计时，应将植被的生态位特征作为首要考虑因素，以不同植被在区域内协调共生为原则，对植被的多样性进行科学配置，防止不同种类植被出现竞争的现象。如此，不仅可以修复因公路建设对边坡造成的破坏，还可以大幅度增强边坡的生态防护功能。

2.2 尊重植被的生态习性

不同植被对地形、土壤成分（无机盐、有机质等）以及气候（湿度、温度、光照强度）等因素有着不同的要求和适应条件。不适合植被生态习性的条件不利于植被的发育，进而影响生态防护的效果。因此，植被的生态习性也是边坡生态防护设计时需要重点了解的内容，应根据工程项目实际特点选择不同的植被。

2.3 群落多样性

公路边坡生态群落的稳定性受到群落多样性的影响。植物链网随着多样性的增大而增大，进而提升对外界因素的抗干扰能力。因此，综合考虑群落多样性可以有效提高公路边坡防护设计的耐久性。

3 公路边坡生态防护措施

公路边坡生态防护的本质是通过植被根系对土体的锚固作用，从而达到边坡水土保护和边坡结构加固的目的。根据公路工程项目的实际特点，在系统分析生态防护机理的基础上，选择不同的防护措施。

3.1 铺草皮护坡

铺草皮护坡是一种传统且广泛应用的公路边坡防护技术。充足的草皮来源是进行铺草皮防护的前提条件，然后借助专业机械设备铲起草皮，接着将其转运至需要进行生态防护的场地进行铺植[4]。对公路边坡实施铺草皮防护，边坡表面植物覆盖层的存在使雨水以及地面径流对土体的侵蚀作用减弱，保障了公路运营阶段边坡的稳定性，防护效果较为明显。铺草皮防护节约了植物生长和发育的时间，因此除特殊天气如寒冷冬季外，均可实施该防护措施。但该种防护方式的前期管理难度很大，因为要确保铺植的草皮可以适应当地的环境，防止病虫害等因素的影响，所以，铺草皮防护的前期管理至关重要。与此同时，为避免单一草皮易引起大规模病虫害现象的出现，可实施分区铺植。

3.2 客土喷播护坡

团粒剂是客土喷播技术实施的关键，其通过将客土形成团粒化结构并混合一定纤维完成护坡。这种喷射到边坡上的网状结构和植物根系作用原理相同，可起到固结土体的作用。而且客土还具有透气性好、抗冲刷能力强、抗侵蚀能力强等特点，且结构强度远大于自然土体。某高速公路路堑边坡坡度较大，达到4∶3，平均高度为13.5m。巨大的高度差导致边坡设计和施工都较为困难，同时也给边坡防护施工带来严峻的考验。在公路建设的过程中，对自然坡体造成了极大的毁坏。由于工程建设导致边坡裸露大量黄褐色土体，因此边坡存在严重的风化现象。根据项目的实际特点，最终选用客土喷播技术进行边坡防护，并重新在原边坡覆盖植被达到边坡美化和加固的目的。客土喷播技术的应用明显减弱了降雨对于边坡的冲刷，保护了边坡水土。

3.3 土工合成材料-植草护坡

边坡表面或层间土工织物的存在可以有效防止土颗粒的通过，保证土体的稳定性。与此同时，具有良好透气性的土工织物又能保证土体中的气体和水分通过，防止土体由于升高的水压力出现失稳现象。离散的土体经由铺设于土体内部的土工合成材料形成一个整体，或土体与土工织物形成一个复合体，从而增强边坡的抗变形和抗拉强度，增强土体的摩阻力，使边坡尽可能稳固。土工合成材料-植草护坡的防护结合了植被与土工合成材料的不同特点，形成了立体的防护模式。随着植被的发育以及根系的延展，植被与土工合成材料形成的复合体，进一步提高了边坡的抗冲刷能力。在这种立体防护体系的初期，土体颗粒由于土工合成材料的存在避免了被雨水冲刷；在立体防护体系的中后期，植被与土工合成材料二者的共同作用对周边生态平衡的稳定起到了决定性的作用，保障了公路运营的安全。

表1 不同生态防护方式对比

3.4 植生混凝土护坡

作为新型的公路生态防护形式，植生混凝土防护不仅考虑植被绿色环保等因素，还综合了混凝土高强度、高性能的特点。该种边坡防护形式不仅有显著的防护效果，而且可以根据实际项目特点，选择不同特性的植生混凝土。多孔混凝土、缓释肥料、保水材料以及表层土是植生混凝土结构的重要组成部分。多孔混凝土作为保护边坡稳定以及提高抗冲刷能力的重要骨架，其由一定数量细骨料、水泥和粗骨料组成；保水材料通常与无机保水剂综合使用，提供植被生长发育的水分。

综合以上公路边坡生态防护措施，传统植物方式如铺草皮防护施工简单，土工合成-植草防护方式具有施工效率高的特点，而植生混凝土防护方式的防护效果最好。不同防护措施的适用性不同，应根据公路工程项目的实际特点因地制宜地选择科学合理的防护方式。不同生态防护方式对比如表1所示。

4 结语

随着我国公路建设的蓬勃发展，带动公路沿线经济快速发展的同时，也引发了一系列的问题，如破坏沿线生态平衡。为实现保护生态平衡、保障公路运营安全的目标，需对公路边坡生态防护进行全面研究。由于我国幅员辽阔，不同工程项目地质地形、自然环境等方面存在较大的差异性，因此不同的公路工程项目应在系统分析边坡防护机理的基础上，选择适宜的防护技术。