基于水土保持的湖南山區(qū)高速公路設(shè)計的新理念、新方法

伍謀殊

（新化縣水土保持局 婁底市 417600）

高速公路是一種技術(shù)等級要求較高的線形工程。隨著社會經(jīng)濟和公路事業(yè)的發(fā)展，高速公路逐步由大中型城市延伸到山區(qū)邊遠(yuǎn)城鎮(zhèn)，根據(jù)《湖南高速公路建設(shè)網(wǎng)規(guī)劃》，在湖南的湘西、湘西北等偏遠(yuǎn)山區(qū)，均已規(guī)劃建設(shè)高速公路。公路建設(shè)勢必造成高填深挖，嚴(yán)重破壞陸域范圍內(nèi)地表土及原有覆蓋的植被；加之山區(qū)地表生態(tài)環(huán)境脆弱，施工及運營期間遇降雨易誘發(fā)山體滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。山區(qū)高速公路建設(shè)正面臨著“先破壞后恢復(fù)”與“重保護，少破壞”的建設(shè)理念之爭；工程建設(shè)大發(fā)展與區(qū)域環(huán)境破壞、水土流失嚴(yán)重的突出矛盾。因此，迫切需要不斷總結(jié)工程實踐中的經(jīng)驗和教訓(xùn)，將水土保持理念融入公路建設(shè)中，建立符合地方特色的山區(qū)公路建設(shè)科學(xué)發(fā)展觀。

國內(nèi)諸多學(xué)者對高速公路水土保持與生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)已經(jīng)做過大量的研究，康艷等對滬陜高速公路信陽至南陽段路基邊坡物種多樣性特征及其與土壤特性的關(guān)系進行了深入分析，為類似立地條件下受損生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建提供了參考依據(jù)[1]。田國行等研究認(rèn)為高速公路土壤組成結(jié)構(gòu)受施工過程中的填挖影響，邊坡土壤類型復(fù)雜、土壤條件惡劣[2]。也有學(xué)者對高速公路生態(tài)防護[3~4]與植被恢復(fù)[5~6]進行了系統(tǒng)的研究。生態(tài)恢復(fù)研究旨在重建該系統(tǒng)受干擾前的結(jié)構(gòu)與功能有關(guān)的物理、化學(xué)和生物學(xué)特征[7]。關(guān)于邊坡防護也有一些新技術(shù)、新材料，諸如厚層基材噴射植被護坡技術(shù)[8]、客土噴播[9~10]植生帶[11]和 噴 混 植 生[12~13]等 。

1 湖南山區(qū)高速公路設(shè)計階段存在的問題

（1）公路選線制約因素較多。在公路設(shè)計階段，從資源、生態(tài)保護的角度出發(fā)看，山區(qū)的文物、風(fēng)景區(qū)、村落、良田、水利設(shè)施、軍事設(shè)施、已建成公路或鐵路交通設(shè)施以及地方規(guī)劃等都會成為線路走向的重要制約點或控制點；從技術(shù)安全角度而言，高填方、高挖方、高橋墩、長隧道以及既有的區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害都會給工程增添許多棘手的技術(shù)難點和安全隱患。這一切都會在路線技術(shù)指標(biāo)控制上提出更高的要求，加上高速公路工程規(guī)模大、路基寬、服務(wù)設(shè)施齊全，路線必須在滿足平縱面指標(biāo)符合技術(shù)規(guī)范要求并明確公路的使用功能、服務(wù)水平的前提下，兼顧沿線各控制點之協(xié)調(diào)要求，靈活運用指標(biāo)，合理布設(shè)線位，盡可能降低工程安全風(fēng)險、技術(shù)難度和工程造價，并有效保護區(qū)域環(huán)境。

（2）生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重。工程建設(shè)難免破壞大自然的系統(tǒng)平衡，大填大挖往往會占用天然的溝谷或溪流，影響山谷平緩坡地的自然穩(wěn)定；破壞地表植被，侵占大量稀缺的山區(qū)土地資源；造成嚴(yán)重水土流失，有時甚至?xí)o工程乃至社會帶來嚴(yán)重的不良后果。生態(tài)環(huán)境保護和節(jié)能與公路設(shè)計成效密不可分。前者使公路設(shè)計始終面臨著破壞與不破壞，先破壞后恢復(fù)與少破壞，多避讓的困難抉擇之中；后者則對破壞的程度和恢復(fù)的效果提出更高的要求。節(jié)能要求設(shè)計盡可能節(jié)省投資、節(jié)約土地，通過路線科學(xué)布局優(yōu)化資源配置，盡可能避免因山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害帶來不可預(yù)見的追加投資。

2 基于水土保持的山區(qū)高速公路設(shè)計新理念、新方法

（1）堅持地質(zhì)選線、地形選線、環(huán)保選線的原則。作為路線等級高、標(biāo)準(zhǔn)斷面寬的線形帶狀工程，高速公路往往會穿越不同的地貌、地質(zhì)單元、自然風(fēng)景保護區(qū)、礦產(chǎn)開采區(qū)等的區(qū)域，在工程可行性研究階段，應(yīng)充分結(jié)合項目區(qū)內(nèi)的地形、地貌、地質(zhì)、水文、氣候、植被等特點，引入地質(zhì)、地形、環(huán)保選線以及動態(tài)設(shè)計、信息化設(shè)計的理念，堅持以“地質(zhì)選線”、“地形選線”為基礎(chǔ)，充分考慮結(jié)合利用沿線的自然景觀資源和人文環(huán)境，盡量選擇避讓自然保護區(qū)、良田聚集區(qū)和人口密集區(qū)，合理進行線路展布，盡量減少路基高填深切，規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害，保護區(qū)域生態(tài)環(huán)境，同時路基設(shè)計根據(jù)地形、地質(zhì)情況合理選擇斷面型式，根據(jù)公路線形指標(biāo)要求結(jié)合地形情況的變化，合理設(shè)置橋梁、隧道，規(guī)劃確定線路標(biāo)高，為下階段設(shè)計工作奠定基礎(chǔ)。

（2）靈活運用公路技術(shù)指標(biāo)、以橋代路、以隧代路，最大限度優(yōu)化線路縱斷面標(biāo)高，避免高填深挖，減少工程占地。湖南省從2000年左右開始建設(shè)山區(qū)高速公路，如常德至張家界高速公路、常德至吉首高速公路、張家界至花垣高速公路、吉首至茶洞高速公路等，在山區(qū)公路建設(shè)上積累了豐富的工程經(jīng)驗和設(shè)計理論，一些新的設(shè)計理念有效保障了在建山區(qū)公路的安全、環(huán)保、造價和工期的控制。在高山峽谷地區(qū)，在總體布局上隨彎就勢，靈活運用技術(shù)指標(biāo)，“宜橋則橋、宜路則路、宜隧則隧”“寧橋不隧，寧隧不挖”、“沿江不占江，沿路不占路，逢山少挖山”、“以橋代路，以隧代路”、“逢山少挖、逢水不斷”等設(shè)計思想是在長期工作中形成的主要設(shè)計精髓。

“以橋代路，以隧代路”可以節(jié)省大量的土地資源，減少拆遷，緩和社會矛盾；可以在地勢陡峻的路段降低工程難度，減少地質(zhì)風(fēng)險；“寧橋不隧，寧隧不挖”可以規(guī)避巖土工程的不確定性和地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險，有利于風(fēng)險和投資的可控性；“逢山少挖，逢溝不斷”詮釋了一個尊重大自然系統(tǒng)平衡的道理，人為的開挖、遷移或堵塞都有可能會遭致自然災(zāi)害的發(fā)生；“沿江不占江，沿路不占路，逢山少挖山”是和諧的工程設(shè)計理念，是山區(qū)工程建設(shè)以不變應(yīng)萬變的道理所在。從水土保持角度分析，橋梁、隧洞的設(shè)置不僅避免了高填深挖現(xiàn)象的發(fā)生，大大減少工程的土石方挖填工程量，同時也有效節(jié)約了工程占地，減少了對原生地貌的破壞，對區(qū)域的水土保持無疑是十分有利的。

（3）防護工程型式應(yīng)因地制宜，避免公式化，并兼顧綠化要求。根據(jù)以往工程施工經(jīng)驗，在建設(shè)階段水土流失最為嚴(yán)重的施工單元一般為各施工區(qū)開挖填筑形成的坡面，包括路基邊坡、隧道進出口洞門的坡面、互通立交開挖填筑邊坡等區(qū)域。山區(qū)公路項目的設(shè)計成效往往取決于這些地段的防護措施是否適當(dāng)，能否在起到防護作用的基礎(chǔ)上兼顧解決公路的綠化美化要求。

① 路基的防護。在路基邊坡的防護中提倡“不見土少見石，適應(yīng)地形、保持原貌”的防護理念。防護應(yīng)以整理水系為先，保證路基范圍內(nèi)的排水水路暢通，并與周邊天然水系相銜接，在此基礎(chǔ)上結(jié)合路基邊坡的巖性確定防護型式。防護措施的選擇應(yīng)盡可能減少邊坡的面積，挖填的高度，盡可能避免采用大面積的剛性工程措施護坡，轉(zhuǎn)而采用生態(tài)防護，遵循邊坡設(shè)計和開挖的擬自然形態(tài)原理。

一般來說，路塹挖方邊坡是路基防護的主要內(nèi)容。對于土質(zhì)和軟巖質(zhì)邊坡可將坡頂、坡腳兩端修成具有自然風(fēng)格的圓弧形；堅硬巖石挖方邊坡宜采用直線式邊坡，坡腳、坡頂用折角。采用“植物+工程”一體化防護模式和新的邊坡綠化技術(shù)，如植生袋法、普通液壓噴播植被建植法、三維植被網(wǎng)法、土工格室綠化法、客土噴播法及預(yù)應(yīng)力錨索框架植被法等。在現(xiàn)有植被群落的基礎(chǔ)上，對不同地形、不同地質(zhì)條件以及不同坡比坡向的邊坡，采用森林型、草灌型、草本型、觀賞型等不同的植物群路。

如張家界至花垣高速公路經(jīng)過傍山臨河路段時，盡量使開挖邊坡與地面垂直，開挖形成的邊坡采用了預(yù)應(yīng)力錨索框架植被法進行了邊坡防護與綠化；臨河一側(cè)則在路堤修筑直立式擋墻外加防護板攔擋。

② 隧洞、橋梁的防護。對于隧道的設(shè)置應(yīng)遵循洞口“早進晚出”，盡可能與自然保持一致，減少對山體的切割。隧道的設(shè)置要充分考慮水文地質(zhì)情況，對影響生態(tài)、環(huán)保，人畜用水的隧道，以堵為主，限量排水，確保隧道開挖不影響周邊群眾生活，不影響山體穩(wěn)定和工程安全。

隧道開挖時應(yīng)先采用錨桿在洞口支護，然后再開挖，盡量保護坡體及植被，使隧洞更安全、更穩(wěn)固，更好地保護現(xiàn)有植被。對于“削竹式”洞口，開挖后的仰坡盡量回填表土并進行高標(biāo)準(zhǔn)綠化；端墻式洞口可采取栽種攀援植物并點綴自然石塊的方式。條件允許的情況下，可以采用棚洞技術(shù)，如湖南吉首至茶洞高速公路就設(shè)置了一處唯一的棚洞隧道，不僅減少了開挖，也保護了生態(tài)環(huán)境。

對于橋梁應(yīng)視地質(zhì)情況合理選取橋型、基礎(chǔ)和施工工藝，避免地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生；如建橋?qū)こ塘吭黾硬淮髴?yīng)盡可能建橋，少占用耕地。橋梁的防護主要是橋梁兩側(cè)錐形面的防護，也應(yīng)當(dāng)推廣橋梁生態(tài)型“錐坡+生態(tài)型水溝”的防護理念，避免單調(diào)冰冷的硬性防護。

③ 互通立交區(qū)的防護。互通區(qū)的防護是公路綠化的重要部分，能起到畫龍點睛、錦上添花的重要作用。應(yīng)充分結(jié)合地形的高差變化及立交橋附近預(yù)留用地情況進行設(shè)計，避免全面大開挖，因地制宜采取多樣的錨桿防護、植生袋綠化護坡、掛網(wǎng)噴播種草等措施，與周邊山體融合。植物配置主要以灌木（特別是花灌木）為主要景觀樹種，其余樹種做點綴布置，突出每個互通區(qū)自身環(huán)境氛圍。植物種植多采用叢植滿栽的形式，以形成獨特的模紋圖案，強調(diào)流線型的塊面效果。在塊面內(nèi)點綴少許球狀灌木及喬木，使綠化帶立面的景觀更為豐富多彩。

3 結(jié) 語

隨著國家對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入的不斷加大，在山區(qū)公路建設(shè)中應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，引入基于水土保持及生態(tài)保護的建設(shè)理念和新方法，處理好建設(shè)與保護自然環(huán)境和生態(tài)平衡的關(guān)系，將建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的破壞盡可能降到最低，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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