高速公路邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)探究

摘要 邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)將高速公路邊坡工程防護(hù)與植物防護(hù)相結(jié)合，通過工程防護(hù)增強(qiáng)坡體的穩(wěn)定性，植物防護(hù)可減少雨水沖刷帶來的邊坡沖擊力，并達(dá)到綠色環(huán)保、防噪降塵、提升景觀美學(xué)的效果。文章通過分析邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)構(gòu)建思路，總結(jié)了客土噴播植物的建植要求，并檢測(cè)了邊坡生態(tài)防護(hù)效果。工程實(shí)例研究表明，邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)能促進(jìn)工程防護(hù)與生態(tài)景觀的自然融合，坡面植被層抗雨水沖刷和生態(tài)防護(hù)效果良好，邊坡穩(wěn)定性滿足要求，具有顯著的生態(tài)環(huán)保效益和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞 高速公路；邊坡防護(hù)；生態(tài)防護(hù)；植物群落

中圖分類號(hào) U417.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）13-0186-03

0 引言

高速公路建設(shè)過程中，不可避免進(jìn)行自然山體開挖，干擾破壞路域生態(tài)環(huán)境。邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)在設(shè)計(jì)、施工時(shí)大量采用植被修復(fù)邊坡生態(tài)，植被根系對(duì)邊坡坡面土壤層提供了良好的“固結(jié)”作用，具有抗降雨沖刷性強(qiáng)、土壤營(yíng)養(yǎng)成分流失率低等優(yōu)點(diǎn)，是一種綠色、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的實(shí)用防護(hù)措施。邊坡生態(tài)防護(hù)植被群落建成后，其景觀綠化美學(xué)效果好、加固周期長(zhǎng)，具有良好的生態(tài)效益和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，符合我國(guó)建設(shè)綠色公路的發(fā)展理念。

1 工程概況

某高速公路地處峰叢低山地貌，地形起伏較大，山峰大小、高度各不相同。路基邊坡坡體地面標(biāo)高為25.0～50.0 m，坡角為20 °～50 °，大部分坡體上植被發(fā)育，多為灌木，少量喬木。該項(xiàng)目地所屬區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候，雨量充沛，年平均降雨量為1 583 mm，為降雨高峰期。邊坡地質(zhì)巖層主要由不同風(fēng)化強(qiáng)度的砂頁巖組成，坡體表層附著殘積黏土、粉砂土土質(zhì)結(jié)構(gòu)。該工程選取K36+170處邊坡，坡高為38.5 m，設(shè)計(jì)為4級(jí)邊坡，采用錨桿框格梁+客土噴播的方式進(jìn)行防護(hù)，邊坡生態(tài)防護(hù)設(shè)計(jì)斷面如圖1所示。

2 生態(tài)防護(hù)體系構(gòu)建思路

黨的二十大提出，要加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)和美麗中國(guó)建設(shè)，這就要求高速公路建設(shè)項(xiàng)目必須走綠色發(fā)展之路。傳統(tǒng)的邊坡防護(hù)技術(shù)易導(dǎo)致生態(tài)損失嚴(yán)重、視覺創(chuàng)面沖擊大等生態(tài)安全問題，高速公路建設(shè)必須遵循“綠色生態(tài)、安全耐久、百年工程”的綠色品質(zhì)公路建設(shè)理念，構(gòu)建“環(huán)保、舒適、和諧”的生態(tài)防護(hù)體系，在滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)促進(jìn)人與自然和諧共生[1]。該工程所屬區(qū)域雨水較多，地質(zhì)條件屬于石質(zhì)邊坡，在強(qiáng)降雨天氣下，高速公路邊坡極易受到雨水沖刷、徑流的影響軟化、崩解，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低而導(dǎo)致流泥流石病害。該邊坡若采用植草防護(hù)，利用植物覆蓋坡面減少水土流失，通過植物梗系強(qiáng)化邊坡結(jié)構(gòu)的緊密程度，但植物存活率不高，邊坡穩(wěn)定性難以達(dá)到百年工程的預(yù)期效果。邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)應(yīng)兼具穩(wěn)定性及生態(tài)效益，楊樺楠等研究表明邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)的生態(tài)效益主要體現(xiàn)在吸收CO2、釋放O2、滯塵、景觀提升等方面[2]，常用的生態(tài)防護(hù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比如表1所示。

由表1可知，生態(tài)護(hù)坡面積越大、植被覆蓋面積越大，生態(tài)效益越顯著。對(duì)比不同邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)的成本效益，結(jié)合該工程氣候、地質(zhì)條件、質(zhì)量要求等實(shí)際情況，經(jīng)綜合考慮，決定采用錨桿框架梁進(jìn)行主動(dòng)防護(hù)、客土噴播，以構(gòu)建植物群落系統(tǒng)的生態(tài)防護(hù)體系。

3 客土噴播建植要求

土壤生境是客土噴播的重點(diǎn)內(nèi)容，適應(yīng)植物自然生長(zhǎng)的客土是由回填土、腐殖質(zhì)和植物纖維等組成，經(jīng)多種微生物群落發(fā)酵而培育出的有機(jī)土，按設(shè)計(jì)比例添加化學(xué)肥料、黏結(jié)劑和保水劑，然后混合植物種子，噴灑在邊坡表層，為植被發(fā)育提供土壤、養(yǎng)分和水。噴播施工前應(yīng)先平整坡面，鋪設(shè)鍍鋅鐵絲網(wǎng)，噴射時(shí)要求噴槍口距坡面1 m左右，分基層和面層進(jìn)行兩次噴灑。第一次基層噴灑厚度為6～8 cm，作為構(gòu)建土壤層，噴灑不加入植物種子；第二次面層噴灑時(shí)加入喬、灌、草本植物種子，噴灑厚度為2～4 cm，兩層噴灑厚度應(yīng)不少于10 cm[3]。完成噴播后，應(yīng)覆蓋無紡布進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，防護(hù)時(shí)間為10～15 d，待植物萌芽高度達(dá)到4～5 cm后可將無紡布撤除。

綠化草種選用應(yīng)考慮地區(qū)適應(yīng)性和水土保持性能，建植植物的物種主要采用灌木和草本兩大類型[4]，采取適合該地區(qū)的喬、灌、草鄉(xiāng)土物種，進(jìn)行合理組合和配比，使坡面形成喬灌草結(jié)合、具備物種多樣性的植被系統(tǒng)，以增強(qiáng)生態(tài)景觀效果和植被護(hù)坡功能。邊坡生態(tài)防護(hù)建植植物的物種配比如表2所示。

4 邊坡生態(tài)防護(hù)應(yīng)用效果分析

4.1 防護(hù)效果分析

在項(xiàng)目施工建設(shè)周期三年中，分別于大雨（降雨量為25.0～49.9 mm/24 h）、暴雨（降雨量為50.0～99.9 mm/

24 h）、特大暴雨（降雨量為100.0～249.9 mm/24 h）后對(duì)邊坡防護(hù)效果進(jìn)行檢測(cè)，其中大雨、暴雨取得檢測(cè)值20次、特大暴雨取得檢測(cè)值10次，求其平均值，記為JC02。防護(hù)效果檢測(cè)指標(biāo)為水土流失量、營(yíng)養(yǎng)流失量、土壤含水率和坡面沖刷指數(shù)等四個(gè)方面，坡面沖刷指數(shù)Lr為坡面沖刷面積Ab占邊坡坡面面積Aa之比，描述邊坡坡面的沖刷性能，指數(shù)范圍為0～1之間，計(jì)算公式為：

式中，Ag——溝蝕面積；lc——裂縫長(zhǎng)度；Ad——坡面剝離面積。指數(shù)越大，表明抗沖刷能力越弱。

為確認(rèn)邊坡防護(hù)效果的真實(shí)情況，同時(shí)在檢測(cè)點(diǎn)附近未進(jìn)行生態(tài)防護(hù)的邊坡山峰上取樣檢測(cè)，設(shè)置對(duì)照組，記為DZ01。不同雨強(qiáng)下水土流失量、營(yíng)養(yǎng)成分損失、邊坡含水率情況如表3所示，不同雨強(qiáng)下邊坡的坡面沖刷狀況如表4所示。

由表3可知，隨著雨強(qiáng)的逐漸增大，檢測(cè)組和對(duì)照組的邊坡水土流失量逐漸增大，其中對(duì)照組在第7次特大暴雨后邊坡出現(xiàn)垮塌，此時(shí)檢測(cè)組水土流失量?jī)H為45.3 g/m。在營(yíng)養(yǎng)流失方面，營(yíng)養(yǎng)成分隨雨強(qiáng)增大而逐漸增加，檢測(cè)組在大雨時(shí)總氮流失量為2.55 g/m2，為對(duì)照組流失量的66.9%；總磷流失量為0.90 g/m2，為對(duì)照組流失量的82.6%；總鉀流失量為2.58 g/m2，為對(duì)照組流失量的77.7%。暴雨時(shí)，兩組營(yíng)養(yǎng)流失量對(duì)比更為明顯，檢測(cè)組總氮流失量為3.51 g/m2，為對(duì)照組流失量的59.3%；總磷流失量為0.83 g/m2，為對(duì)照組流失量的57.2%；總鉀流失量為2.37 g/m2，為對(duì)照組流失量的50.5%，在雨強(qiáng)逐漸增加下，檢測(cè)組的土壤營(yíng)養(yǎng)成分流失未見明顯增加。

由表4可知，對(duì)照組邊坡抗沖刷性能隨雨強(qiáng)增大而逐漸減弱。對(duì)照組在大雨下觀測(cè)至第20次降雨時(shí)，徑流水匯聚形成大量面蝕溝，邊坡水土流失量較大，面蝕面積達(dá)到坡面的20%，而檢測(cè)組坡面觀察未見明顯變化。在暴雨下，對(duì)照組坡面表層迅速形成徑流水，觀測(cè)至第12次降雨時(shí)，坡面出現(xiàn)大量沖蝕溝，坡面沖蝕量較大，坡腳處接水器水體渾濁，細(xì)溝沖蝕連片，堆積形成沖積扇；同時(shí)，邊坡出現(xiàn)一條橫向裂縫，裂縫長(zhǎng)度約0.75 m，寬2.5 cm，深約5 cm，而檢測(cè)組坡面未見明顯基材剝落，坡腳接水器水體相對(duì)較清。在特大暴雨下，對(duì)照組坡面觀測(cè)至第8次降雨時(shí)，坡面沖溝密集且橫向連成一片，坡腳匯聚大量沖刷表土，坡面下半部分嚴(yán)重剝蝕，開始滑動(dòng)，降雨結(jié)束后不久，坡體逐漸垮塌，而檢測(cè)組坡面未見明顯沖蝕情況，無基材剝落，坡面整體穩(wěn)定。

對(duì)照組邊坡在無任何人工防護(hù)措施下，在大雨、暴雨結(jié)束后，坡面出現(xiàn)不同程度的沖蝕，水土流失量、土壤營(yíng)養(yǎng)成分流失量均較大，更難以抵抗大暴雨沖刷，于第6次特大暴雨結(jié)束后垮塌。檢測(cè)組經(jīng)過大雨、暴雨、特大暴雨后，坡面觀測(cè)均未見明顯基材剝落和沖蝕情況，說明邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)能有效改善邊坡抗雨水沖刷與侵蝕能力，且降雨強(qiáng)度越大、歷時(shí)越長(zhǎng)，生態(tài)防護(hù)技術(shù)基質(zhì)層發(fā)揮的作用越明顯，邊坡穩(wěn)固性能較好。

4.2 生態(tài)效果分析

客土噴播完成后，按邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)要求檢查草種發(fā)芽情況?？屯羾姴ネ瓿?0 d后，草種發(fā)芽率超過85%；噴播60 d后，噴播物種中的狗牙根等先鋒植被高度已超過10 cm；3個(gè)月實(shí)現(xiàn)75%的坡面整體植被覆蓋率，已顯現(xiàn)綠化的效果。在噴播70 d時(shí)植被經(jīng)歷了暴雨，降雨量為86 mm，坡面只有小部分出現(xiàn)損壞，已初步達(dá)到抗雨水沖刷的要求，第1周年實(shí)現(xiàn)了87.4%的土壤流失減少率，客土噴播形成的邊坡植被分散雨水徑流的能力較強(qiáng)，對(duì)坡面土壤流失的控制效果顯著。目前草本植物物種已開始生長(zhǎng)，邊坡群落物種已由最初噴播植物草本植物物種，向草本植物物種與灌木植物物種的混合群落轉(zhuǎn)變，灌木植物物種覆蓋面逐步提升，經(jīng)過長(zhǎng)期坡面群落的物種演替后，長(zhǎng)期的年土壤流失減少率可超過95%[5]。由表1可知，隨著邊坡生態(tài)防護(hù)植被群落生長(zhǎng)的持續(xù)茂盛，將實(shí)現(xiàn)更高的景觀美化效益、綠化生態(tài)效益與護(hù)坡穩(wěn)固效益。項(xiàng)目施工完成后的邊坡生態(tài)防護(hù)效果如圖2所示。

5 結(jié)束語

通過工程實(shí)例分析，經(jīng)過施工期和苗期強(qiáng)降雨考驗(yàn)，生態(tài)防護(hù)邊坡未出現(xiàn)水土流失、邊坡滑動(dòng)等問題，與錨桿框格梁等主動(dòng)防護(hù)措施結(jié)合后，植被層抗雨水沖刷和生態(tài)防護(hù)效果良好。同時(shí)，工程實(shí)例檢測(cè)表明，邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)隨著生態(tài)護(hù)坡面積增加、護(hù)坡植物優(yōu)選、喬灌群落建植等不斷增強(qiáng)防護(hù)耐久性，促進(jìn)工程與生態(tài)景觀自然融合，行車視覺效果自然優(yōu)美，生態(tài)環(huán)保價(jià)值和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著，值得在高速公路邊坡防護(hù)中推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2024-02-20

作者簡(jiǎn)介：陶可（1975—），男，本科，高級(jí)工程師，從事高速公路建設(shè)及施工管理工作。