北方山區(qū)高速公路邊坡生態(tài)防護(hù)方式探討

白春霞 李海濱 杜開兵

北京興國環(huán)境工程有限責(zé)任公司

北方山區(qū)高速公路邊坡生態(tài)防護(hù)方式探討

白春霞 李海濱 杜開兵

北京興國環(huán)境工程有限責(zé)任公司

我國北方大部分山區(qū)氣候干旱，高速公路坡面類型多樣復(fù)雜，邊坡生態(tài)防護(hù)較為困難。張承高速公路在邊坡生態(tài)恢復(fù)工程中針對不同邊坡類型采用以掛網(wǎng)噴播為主，結(jié)合主動防護(hù)網(wǎng)、鋪設(shè)草毯以及圬工防護(hù)的綜合模式，對北方山區(qū)高速公路邊坡因地制宜甚至因坡制宜地的防護(hù)方式及組合進(jìn)行了探索，并對邊坡防護(hù)設(shè)計提出一些參考意見。

生態(tài)防護(hù)；邊坡；北方山區(qū)

隨著高速公路建設(shè)的飛速發(fā)展，公路邊坡防護(hù)問題隨之而來，在多山地區(qū)更為突出。邊坡防護(hù)方式最早多是漿片砌石等硬性防護(hù)，后來出現(xiàn)SNS主動防護(hù)網(wǎng)等柔性防護(hù)，目前普遍采用客土噴播一類的生態(tài)防護(hù)，人們不斷探索出新的符合時代發(fā)展的邊坡防護(hù)方式。在對生態(tài)環(huán)境日益關(guān)注的今天，生態(tài)防護(hù)替代其他防護(hù)方式是必然趨勢。

我國北方山區(qū)很大一部分屬于干旱、半干旱地區(qū)，自然條件惡劣，邊坡生態(tài)防護(hù)較為困難。另一方面，高速公路沿線數(shù)百公里，途經(jīng)不同生態(tài)區(qū)域，形成的坡面類型多種多樣，難以一概而論的采用單一防護(hù)方式，應(yīng)該因地制宜甚至因坡制宜地來進(jìn)行坡面防護(hù)。

本文結(jié)合張承高速公路邊坡生態(tài)恢復(fù)工程，對北方山區(qū)高速公路的邊坡防護(hù)方式進(jìn)行了探討。

1 研究區(qū)域概況

張承高速公路是河北省最北部東西走向的重要干線，全長375公里。工程地處燕山北麓和內(nèi)蒙古高原南緣，沿線經(jīng)壩上草原區(qū)域，地勢由東南向西北呈階梯狀增高，分壩下、接壩、壩上三個地貌單元。氣候為大陸季風(fēng)高原氣候，最明顯的特征為寒冷、多風(fēng)、干旱。年平均氣溫約1.4-5℃。冬季漫長，夏季無暑，年平均氣溫0.9-6.2℃，無霜期110-145天。年降水量350～550mm左右，主要集中于7、8、9月占全年降水量的79%，年蒸發(fā)量1735.7mm。年均風(fēng)速4.3m·s–1，年均大風(fēng)日數(shù)49天。主要土壤類型為栗鈣土。

2 生態(tài)防護(hù)應(yīng)用的必要性與可行性

2.1 生態(tài)防護(hù)工程的必要性

裸露的邊坡不僅影響道路景觀還會危及行車安全，同時還可能帶來一系列環(huán)境問題，如水土流失、局部小氣候的惡化及生物鏈的破壞等。傳統(tǒng)的圬工防護(hù)如漿片砌石、噴混凝土、壘擋土墻等硬性防護(hù)，阻礙甚至隔絕了坡面植被生態(tài)自行恢復(fù)的可能性。而裸露坡面喪失了植被生存的基本條件，很難僅依靠自然力量恢復(fù)生態(tài)平衡。加之北方山區(qū)半干旱地區(qū)自然環(huán)境惡劣，被破壞掉的植被一般要經(jīng)過數(shù)十年的漫長歲月才能得到恢復(fù)，甚至永久得不到恢復(fù)。張承高速很大一部分地處壩上高原的過渡地帶，沙化嚴(yán)重，地表非常干旱，生態(tài)環(huán)境十分脆弱，采取工程措施對邊坡進(jìn)行生態(tài)防護(hù)非常必要。這樣既加強了公路邊坡的穩(wěn)定性，又恢復(fù)和改善了公路沿線的生態(tài)環(huán)境及景觀環(huán)境。

2.2 生態(tài)防護(hù)的可行性

首先，工程地具備植被生長的自然條件。根據(jù)實地踏查以及文字資料記載，該地區(qū)有多種植被類型分布。大部分區(qū)域的植被具有明顯半干旱氣候條件下的生長特征，覆蓋率不高。主要喬木有楊樹、榆樹、油松等，主要灌木有沙棘、榛子等，禾草有披堿草、冰草等，其他類草本主要有艾蒿、柳葉蒿、馬齒莧等。壩上區(qū)域內(nèi)有森林公園，植被覆蓋率高，喬木以落葉松，樺樹和側(cè)柏為主。

其次，邊坡防護(hù)技術(shù)經(jīng)過近十多年探索與發(fā)展，各種生態(tài)防護(hù)施工方法趨于成熟，工程造價趨于經(jīng)濟、透明、穩(wěn)定。無論從眼前效果還是長遠(yuǎn)利益考慮，生態(tài)防護(hù)都是邊坡防護(hù)的趨勢所在。

3 邊坡生態(tài)防護(hù)的應(yīng)用

3.1 防護(hù)方式的選擇

邊坡防護(hù)方式多種多樣，每一種方式都有其優(yōu)缺點，很難絕對地下結(jié)論某一種方式的優(yōu)劣。與之相對，邊坡條件千差萬別，大的方面說邊坡所處地域、氣候條件、地質(zhì)類型不同，小的方面說坡面的坡度，坡體類型，坡向和坡高等均有所不同。因此解決問題的關(guān)鍵是針對坡面的不同條件具體分析，選擇不同的技術(shù)方法或幾種方式的組合來進(jìn)行防護(hù)，使其既能保證邊坡的穩(wěn)定安全，又能達(dá)到恢復(fù)植被的目的才是最佳方案。

借鑒國內(nèi)外和當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)恢復(fù)的成功經(jīng)驗，張承高速優(yōu)化選擇了以客土噴播為主結(jié)合其他方式的一批邊坡生態(tài)恢復(fù)實用組合。

3.1.1 挖方邊坡的防護(hù)方式

張承高速公路挖方邊坡的特點：①坡面較多；②坡度設(shè)計為1：1，其中五級高陡坡面坡度為1：0.75，；③質(zhì)地有四種類型：土質(zhì)、石質(zhì)、土石混雜和風(fēng)積沙。④開挖兩年的坡面完全沒有植被生長。

(1)掛網(wǎng)客土噴播

工藝特點：先在坡面上錨固金屬網(wǎng)，后用噴播機將客土、木纖維、肥料、粘合劑、保水劑等材料按一定比例的混合物添加植物種子噴射到坡面上。

使用范圍：大部分的挖方坡面選用了掛網(wǎng)客土噴播，包括石質(zhì)邊坡，硬土邊坡，土石混雜坡面。

金屬網(wǎng)能穩(wěn)定坡面表層浮石，同時增加客土附著力。噴播施工必須考慮客土層不易脫落且有足夠的厚度和營養(yǎng)保證植被初期的生長，噴播厚度一般在8～20cm之間。

(2)主動防護(hù)網(wǎng)與客土噴播組合

主動防護(hù)網(wǎng)工藝特點：以鋼絲繩網(wǎng)為主的各類柔性網(wǎng)覆蓋包裹在所需防護(hù)斜坡或巖石上，以限制坡面巖石土體的風(fēng)化剝落或破壞以及為巖崩塌，或?qū)⒙涫刂朴谝欢ǚ秶鷥?nèi)運動。

使用范圍：山體高陡，坡高五級坡以上且坡度陡于1：0.75，無法實施客土噴播施工或養(yǎng)護(hù)的坡面。局部區(qū)域如一、二級坡面仍可采用客土噴播。

主動防護(hù)網(wǎng)起穩(wěn)定邊坡作用，對坡面形態(tài)特征無特殊要求，不破壞和改變坡面原有地貌形態(tài)和植被生長條件，其開放特征給植被自然恢復(fù)或日后實施人工綠化保留了必要的條件。

(3)鋪設(shè)草毯(或植生帶)

工藝特點： 這是一種將植物種子夾在多層無紡?fù)凉た椢锘蛱烊焕w維墊中直接密貼在邊坡表面進(jìn)行快速綠化的方法。

使用范圍：少量挖方邊坡坡面條件較好，坡度一般緩于1：1.5，坡面平整的土質(zhì)或砂土類邊坡，每級坡高小于10m。

草毯中草種、施肥均勻，數(shù)量精確，施工操作簡便省時、省工，并可任意栽剪。缺點是應(yīng)用范圍窄、適應(yīng)性差。

(4)圬工防護(hù)和客土噴播相組合

圬工防護(hù)工藝特點：主要有錨桿掛網(wǎng)噴混凝土漿、漿砌片石和護(hù)面墻等結(jié)構(gòu)形式，硬性防護(hù)穩(wěn)固坡面。

使用范圍：①坡面存在風(fēng)積沙層流動造成坡體不穩(wěn)定，圬工防護(hù)封閉風(fēng)積沙避免風(fēng)積沙進(jìn)一步擴大，確保坡面穩(wěn)定。②石質(zhì)坡面破碎程度高，且坡度無法修整緩于1：0.75，采用圬工防護(hù)穩(wěn)固坡面。

3.1.2 填方邊坡的防護(hù)方式

張承高速填方坡面特點：①坡面緩和，坡度基本緩于1：1，②多數(shù)坡面為土質(zhì)或砂土類，少部分混有大塊碎石，但整體較為平整。③坡面高度不高。坡面整體情況較好，施工難度較低，可采用較為經(jīng)濟的生態(tài)防護(hù)方式。

(1)鋪設(shè)草毯。使用范圍：有自然土壤，坡面平整、坡度較緩的坡面。

(2)鋪設(shè)菱形磚與撒播草種結(jié)合。使用范圍：坡面表層土不穩(wěn)定，采用鋪設(shè)菱形空磚穩(wěn)定坡表層棱形空格內(nèi)撒播草種的方式。

(3)掛網(wǎng)噴播。使用范圍：坡面碎石較大，鋪設(shè)草毯無法與坡面貼合，草種萌發(fā)后根系沒有附著點而死亡，宜采用掛網(wǎng)噴播形式。

3.2 生態(tài)防護(hù)植物的選擇

植物種類的選擇及配比是能否通過生態(tài)防護(hù)施工在較短的時間把開挖的邊坡恢復(fù)到自然狀態(tài)的關(guān)鍵因素。遵循高速公路護(hù)坡植被物種選擇的7項基本原則：①鄉(xiāng)土植物種或適生植物種；②多年生植物；③耐干旱、耐瘠薄、耐低溫、耐酷熱、耐鹽堿、耐陰性、抗逆性強(適宜粗放型管理)；④出苗早、生長迅速；⑤根系發(fā)達(dá)，固坡能力強；⑥種子易獲得、易發(fā)芽、易繁殖；⑦多種植物協(xié)調(diào)配置，綠期長、景觀效果好。張承高速根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r選擇了禾本科草無芒雀麥、老芒麥，豆科草紫花苜蓿、沙打旺，灌木檸條、沙棘用于本工程。并遵循現(xiàn)有的草灌結(jié)合理念，在不同地段和施工季節(jié)調(diào)整各草種之間以及和灌木之間的比例。以期通過這種人工的方式誘導(dǎo)，加速植物的生長、演替，使綠化后的植物群落與相鄰地區(qū)相互吻合，融入自然，形成保持水土、降低地表徑流的邊坡自然生態(tài)系統(tǒng)。

4.邊坡防護(hù)設(shè)計的幾點思考

高速公路邊坡采用自然的生態(tài)防護(hù)代替硬性的圬工防護(hù)是必然趨勢。而在實際施工過程中如何能使邊坡盡可能適用于生態(tài)防護(hù)，且盡可能降低工程造價，其根本解決之道是從坡面及坡面防護(hù)設(shè)計之初就充分考慮這一點。本文就張承高速邊坡防護(hù)形式以及邊坡上的結(jié)構(gòu)物提出以下觀點，請設(shè)計人員及施工技術(shù)人員探討。

(1)坡度問題：邊坡開挖坡比應(yīng)達(dá)到1：1，不僅降低了滑坡落石危險，也最大化利于邊坡生態(tài)防護(hù)。一般來說，坡比在1：0.75是植被能否生長的界限。

(2)挖方表土問題：挖方破壞了山體的原有植被覆蓋層，露出生土植被無法生長。如果挖方時將表土收集存放，后續(xù)的邊坡生態(tài)施工使用原有表土，不僅節(jié)約了噴播客土的高額運費，且更有利于植被生長，一舉兩得。

(3)SNS主動防護(hù)網(wǎng)問題：坡體穩(wěn)定且無碎石的巖石邊坡，無需采用主動防護(hù)網(wǎng)，可降低防護(hù)成本。

(4)拱形防護(hù)問題：不穩(wěn)定的土質(zhì)邊坡采取拱形防護(hù)非常必要，而土質(zhì)堅硬的穩(wěn)定邊坡無需拱形防護(hù)，直接掛網(wǎng)客土噴播是可行的。

(5)排水結(jié)構(gòu)問題：目前的排水結(jié)構(gòu)物以及擋土墻為傳統(tǒng)的設(shè)計形式，沒有考慮到邊坡綠化情況。事實上掛網(wǎng)噴播綠化已消除了碎石脫落等安全隱患，無需再設(shè)置碎落臺擋土墻。擋土墻的存在，也影響著綠化整體景觀效果。排水溝可在各級坡的坡腳處開挖，根據(jù)坡高及雨量計算排水溝尺寸。因此無論從結(jié)構(gòu)上考量，還是從節(jié)約資金上考慮，都應(yīng)該取消擋土墻綠化至坡底。

[1]仲堅.干旱地區(qū)邊坡類綠地生態(tài)與植被恢復(fù)技術(shù)淺議.[J]綠色科技2014 (8).

[2]鄭煜基， 卓慕寧， 李定強， 李生斌， 鄭曉霞.草灌混播在邊坡綠化防護(hù)中的應(yīng)用.[J]生態(tài)環(huán)境 2007， 16(1).

[3]王海亮，張春禹，何凡.半干旱地區(qū)高速公路邊坡生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究.[J]內(nèi)蒙古公路與運輸 2006(1).