高速公路邊坡生態(tài)防護技術設計研究

劉源承

（北京建達道橋咨詢有限公司，北京 100015）

0 引言

對于高速公路設計而言，邊坡是非常重要的組成部分，目前行業(yè)關注的重點領域是生態(tài)防護、破損修復以及結構穩(wěn)定性。研究高速公路邊坡生態(tài)防護技術設計具有重要的現(xiàn)實意義。一方面，能夠讓行業(yè)對邊坡生態(tài)防護治理引起高度重視；另一方面，可以掌握高速公路邊坡生態(tài)防護技術，并根據實際情況進行設計，從而保障邊坡質量。

1 邊坡生態(tài)防護技術概述

穩(wěn)定性是邊坡生態(tài)防護技術的關鍵，以此為基礎，還應該主動積極采用新材料、新技術、新結構，將綠化與穩(wěn)定充分結合，達到恢復邊坡生態(tài)以及維護生態(tài)系統(tǒng)的目標。針對邊坡生態(tài)防護技術，進行概述。

1.1 生態(tài)擋墻

生態(tài)擋墻包括自嵌式擋墻、榮勛擋墻、加筋格賓籠擋墻等基本單元預制構件。為了使整體外形適應空間布局，通常采用現(xiàn)場拼裝。同時，將土壤填充到預制構件內部，為植物生長提供必要環(huán)境。隨著技術的發(fā)展，構件加工流水化程度越來越高，不僅拼接的整體性好，而且可以改善邊坡景觀，維護綠化生態(tài)系統(tǒng)。具體來講：第一，加筋格賓籠擋墻。該擋墻采用鉸接方式對鋼筋骨架進行連接，不僅外觀柔性比較好，而且屬于“土石+鋼”的復合結構，所以套籠的整體性以及結構的穩(wěn)定性可以得到保障。從骨架來看，不僅每個點位的抗拉強度一致，而且抗壓性能較好，小于70°的邊坡可采用該生態(tài)墻。從實際情況來看，不僅結構穩(wěn)定性優(yōu)良，施工效率高，而且綠化效果較好。第二，榮勛擋墻。該擋墻主要采用生態(tài)砌磚，如鋼塑類土工格柵、PP，采用卡錨將土工格柵與砌塊固定，屬于剛性筋式。擋墻的砌體孔洞可以為植物生長提供必要環(huán)境，但是植物的直徑不要超過11cm。隨著植物的生長，根系會在砌塊背后的土體中扎根，可以使擋墻更加牢固。第三，自嵌式擋墻。該擋墻結構包括回填土、土工布反濾、纖維織造土工格柵、碎石反濾、砌塊、砌塊孔填灌碎石、插銷等，屬于柔性筋式，通常采用砌塊孔內填灌碎石、插銷棒兩種方式連接土工格柵與砌塊，不僅使擋墻更加牢固，而且孔洞可以為植物提供生存空間[1]。

1.2 土工材料護坡

該護坡包括土工格柵、土工格室、三維土工網墊等，在坡面上固定土工材料，通過堆砌、上部牽引等方式形成擋墻，可以使坡體、土工格室結構層更加穩(wěn)定。結構體內可以為植物提供生存空間，也可以進行灑水養(yǎng)護，從而達到生態(tài)防護的目標。土工材料護坡一般用于1/0.8～1/0.3，且坡底承載力穩(wěn)定，坡面完好、穩(wěn)定的邊坡。

1.3 植生基材護坡

將草種、綠化基材、纖維、種植土壤等材料，按照科學比例均勻混合，使其成為漿體。采用高次團粒、液壓等技術，將漿體噴射到邊坡，然后采用無紡布覆蓋。此外，還需要定期澆水，達到養(yǎng)護的目的，具體包括厚層基材噴播、高次團粒噴播、液壓噴播等。

1.4 骨架結構護坡

如果采用骨架結構護坡，就必須滿足邊坡骨架的設計強度。將土工纖維、植物草種、客土等復合材料添加到骨架結構內部，達到綠化的效果。護坡包括漿砌片石骨架結構、鋼筋框格懸梁等，具體來講：其一，漿砌片石骨架結構主要采用水泥砂漿、漿砌片石進行砌筑，使坡面形成框架，在內部可以放置植生袋綠化、撒播草種、鋪草皮等。將草籽撒播到填方邊坡。其二，鋼筋框格懸梁主要采用錨桿將框格與懸梁連接成為整體，懸梁上的力從錨桿傳到石壁，形成定向牽引力，使得坡面擋墻更加穩(wěn)固。將土工纖維、肥料、植物草種、客土等復合材料添加到懸梁框架格內，達到生態(tài)防護的目標[2]。

1.5 生態(tài)混凝土護坡

生態(tài)混凝土護坡包括混凝土砌塊生態(tài)護坡以及植物生長混凝土結構護坡。第一，混凝土砌塊生態(tài)護坡所構建的生態(tài)體系之中主要是混凝土工程，具體采用的是鉸接技術、現(xiàn)澆技術等構造植草空間，不僅能夠使邊坡更加穩(wěn)定，而且可以保障邊坡綠化景觀。第二，植物生長混凝土結構護坡指的是將有機肥料填充到大孔無砂的混凝土結構內部。將草皮鋪在表面或者是撒播草籽，可以達到生態(tài)防護目標。植物生長混凝土結構護坡如圖1 所示。

圖1 植物生長混凝土結構護坡圖

2 邊坡生態(tài)防護技術設計

設計高速公路邊坡時，要兼顧穩(wěn)定性與生態(tài)防護。高速公路邊坡的穩(wěn)定性直接關系到安全，因此，設計時必須將穩(wěn)定性擺在第一位。深入、仔細研究影響邊坡穩(wěn)定性的各種因素，并有針對性進行優(yōu)化，確保結構強度達標，從而保障邊坡的穩(wěn)定性。同時，兼顧生態(tài)防護，將綠化與穩(wěn)定結合，根據實際情況，選擇綠化物種，充分發(fā)揮綠植的生態(tài)功能與外觀價值，讓生態(tài)效益最大化。在具體設計過程中，需要根據實際情況，選擇邊坡生態(tài)防護技術。

2.1 土質邊坡

在設計邊坡的過程中，需要對邊坡的實際情況進行分析。如果是土質邊坡，那么需要充分考慮地形地貌條件、降雨情況、土質結構等因素。某些地區(qū)降雨量大，建議在設計時采用骨架結構、框格梁、擋墻等支護主體，加大防護力度，減輕雨水對坡體的侵蝕程度；如果土質邊坡的坡度比較平緩，可以采用的防護措施有噴射植物生長基材、植草護坡等；如果土質邊坡的坡度比較陡，又或者土質比較疏松，設計時就需要采用生態(tài)混凝土結構、骨架結構護坡體系等技術[3]。

2.2 巖質邊坡

對于巖質邊坡而言，在設計邊坡生態(tài)防護時，需要考慮穩(wěn)定性、風化程度、節(jié)理發(fā)育、巖土體性質、坡度等。如果巖石的硬度比較高、節(jié)理發(fā)育比較少、坡度比較緩等，可以采用噴射厚層基材防護技術；如果坡度比較陡，建議采用噴射植物生長基材技術，并掛三維網；如果邊坡周邊存在破碎的巖石，就需要采用掛網噴播技術，或者進行落石網工程；如果破碎巖塊體積較大，而且?guī)r體與山體接觸面較少，那么建議用錨桿加固，可以增強邊坡的穩(wěn)定性，再采用噴射植物生長基材，可以達到綠化目標；對于表面容易風化并且節(jié)理發(fā)育的巖質邊坡，直接使用噴射混凝土植草技術；如果邊坡已經出現(xiàn)整體性風化的情況，需要采用掛網噴錨技術或者是掛網噴播技術；如果是軟巖或者全風化巖，意味著穩(wěn)定性比較差，設計時必須采用鋼筋框格懸梁技術或掛網噴錨技術。

2.3 土石混合邊坡

對于這類邊坡而言，如果邊坡坡度比較緩，且比較穩(wěn)定，設計時可以采用噴播技術；如果坡度比較陡，且質地比較松軟，設計時應該考慮采用骨架結構、框格梁、擋墻等主體，讓邊坡更加穩(wěn)固，然后采用掛網噴播技術達到綠化效果[4]。

3 高速公路邊坡生態(tài)防護技術設計案例分析

3.1 基本情況

該高速公路項目需要擴建雙車道匝道單側，改建成為雙向四車道，長度大約為0.56km。結合雙車四車道一級公路標準相關規(guī)定，所有道路采用瀝青路面。對項目樣本進行分析，以路塹邊坡ZK1 為例，可以發(fā)現(xiàn)路塹邊坡在低緩丘陵處，坡體地面標高大約為25.0～50.0m，左右兩邊自然坡的角度最大，分別為35°與45°。整個地形的起伏比較大，大部分被橄欖植物覆蓋山體。ZK1 的橫斷面如圖2 所示。

圖2 ZK1 橫斷面

3.2 設計思路

結合實際情況，始終堅持“穩(wěn)定性與生態(tài)性結合”“經濟適用、因地制宜”等基本原則，采用綜合設計，綜合使用各種方法包括綜合治水、坡面防護、坡體加固、坡腳直擋，不僅可以增強邊坡的穩(wěn)定性，而且采用“防、排、截、輸”綜合措施，防止徑流、自然降水等。結合各個坡體地質條件（巖體完整性、邊坡巖體類型、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、結構面產狀、邊坡巖土層分布特征）等，參照沿線已有的人工邊坡，明確一般路塹邊坡坡率值（見表1）。

表1 一般路塹邊坡坡率值

所選取的項目樣本屬于土巖石混合邊坡，坡體殘積著粉質黏土，全、強風化層比較厚，植被發(fā)育較為緩慢。從邊坡上部來看，主要由花崗巖風化層、覆蓋層殘坡積土組成。一旦水體含水量飽和，就可能出現(xiàn)崩解、軟化，所以設計時需要重點做好排水、防水等方面設計，需要特別加強結構之間的連接強度[5]。

3.3 生態(tài)防護技術確定及依據

結合之前的勘探數(shù)據，在邊坡防護的過程中，應按照地形變化的實際狀況設置塹頂截水溝，在平臺位置附近設置截水溝，坡面位置做好排水孔。如果用地區(qū)域狹窄，應當對邊坡進行收陡時，需要提前實施穩(wěn)定性驗算，按照驗算結果，制訂有針對性的防護方案。如果區(qū)域降水量較大，土質和混合土質邊坡頻繁出現(xiàn)泥石流災害，為避免坡面因為雨水沖刷而產生安全隱患，通常選擇植物防護措施，確保植物在坡面產生保護層，有效降低雨水滲流以及表面徑流對土體帶來的危害?；蜻x擇分割受水面積、降低雨水流速或者排坡面水等方法對其實施保障，如設置有針對性的骨架、框架梁等。對于部分強、弱風化巖質以及坡率較陡的區(qū)域，采取植草的措施較為困難，可選擇噴混植草或者客土植草等方式。對于土質或者混合土質邊坡實施防護的情況，應當選擇預制構件吊裝以及人工吊裝的措施對其實施防護。另外針對巖性較差以及應加固的邊坡，可以選擇格梁、框梁等各種預制構件予以支撐[6]。

4 高速公路邊坡生態(tài)防護技術設計注意事項

針對高速公路邊坡生態(tài)防護技術，目前依舊存在一些問題。例如，生態(tài)防護植物種類相對單一化，植物類型不符合地區(qū)氣候環(huán)境，并未形成較為完善的生態(tài)系統(tǒng)等。在設計環(huán)節(jié)，沒有完全考慮影響邊坡穩(wěn)定性的因素。應科學設置邊坡植物，結合當?shù)貧夂驐l件，依靠分段、分區(qū)種植不同植物的方式，讓邊坡生態(tài)系統(tǒng)更加豐富，確保植被和公路邊坡防護作業(yè)有機結合，提高人工栽種植被和原有地質之間的融合度[7]。

5 結語

隨著綠色環(huán)保理念的深入，邊坡生態(tài)防護技術在高速公路設計與建設中的價值更加突出，達到穩(wěn)定、綠色、環(huán)保、經濟等目標。隨著植被生長，根系扎根土壤、人工構件內部等，可以達到更好的固定效果，讓邊坡更加穩(wěn)定。植被不斷吸收車輛帶來的污染物質，如粉塵、顆粒物等，可以有效提升空氣質量。高速公路邊坡生態(tài)防護技術設計的相關研究還處于發(fā)展階段，雖然帶來了明顯的生態(tài)效益、安全效益以及經濟效益，但是如何結合實際情況做到合理設計非常關鍵，因此，需要廣大研究者深入研究，才能讓設計更加完善。