豐慧瑩，李恒，石志堅(jiān)，李壽偉

1.金華市公路與運(yùn)輸管理中心；2.金華市天平交通試驗(yàn)檢測(cè)咨詢(xún)有限公司；3.浙江正方交通建設(shè)有限公司

2020年我國(guó)高速公路總里程已經(jīng)達(dá)到了15.29萬(wàn)公里[1]。高速公路建設(shè)過(guò)程中對(duì)路基的開(kāi)挖、土石方的堆放等施工難免會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)造成破壞，尤其是地形復(fù)雜的山地，為保證路基穩(wěn)定，需要開(kāi)挖大批量的邊坡，這會(huì)對(duì)覆蓋植被產(chǎn)生破壞，導(dǎo)致大量的土層裸露，進(jìn)一步造成嚴(yán)重的水土流失，更甚者會(huì)形成荒漠化，最終導(dǎo)致嚴(yán)重的生態(tài)失衡和環(huán)境惡化。江玉林[2]等分析了我國(guó)高等級(jí)公路的環(huán)境保護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀及其存在的問(wèn)題，提出了開(kāi)發(fā)和推廣先進(jìn)的生物工程技術(shù)的解決對(duì)策。隨著國(guó)家對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重視，公路建設(shè)的綠色化、生態(tài)化已成為大勢(shì)所趨。張世綏[3]論述了高等級(jí)公路邊坡生物防護(hù)技術(shù)的意義、原理、主要模式以及護(hù)坡植物的選擇，闡明了生物防護(hù)在邊坡防護(hù)環(huán)?；闹匾饬x。胡新民[4]討論了邊坡生態(tài)防護(hù)的適宜性，植物選擇的原則,邊坡防護(hù)施工的類(lèi)型與施工方法。生態(tài)防護(hù)技術(shù)已經(jīng)成為邊坡防護(hù)的主要發(fā)展趨勢(shì)。本文梳理了邊坡破壞機(jī)理和生態(tài)邊坡防護(hù)機(jī)理，介紹了目前邊坡生態(tài)防護(hù)的六種典型方法，并總結(jié)了各種防護(hù)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，為生態(tài)邊坡防護(hù)研究提供參考。

一、研究現(xiàn)狀

中世紀(jì)時(shí)，法國(guó)、瑞士就開(kāi)始利用植樹(shù)來(lái)加固河堤。20世紀(jì)30年代美國(guó)開(kāi)始在公路邊坡開(kāi)展植被重建工作，并立法要求對(duì)公路兩旁必須進(jìn)行綠化。20世紀(jì)中葉，美國(guó)開(kāi)發(fā)了草種噴播機(jī)[5]，1958年日本開(kāi)發(fā)出噴射植草防護(hù)技術(shù)，這對(duì)于公路邊坡防護(hù)生態(tài)化的發(fā)展具有重要意義。20世紀(jì)60年代，綠化技術(shù)在法、美、德等發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用。日本主張邊坡綠化應(yīng)以利用植被形成新的生態(tài)系統(tǒng)為宗旨，開(kāi)發(fā)出厚層基質(zhì)掛噴射、水泥硅框格噴符合生態(tài)水泥噴附等技術(shù)[6]。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在公路發(fā)展中，越來(lái)越重視邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)，并已經(jīng)形成了完備的體系。

隨著我國(guó)對(duì)于生態(tài)環(huán)境的不斷重視，我國(guó)在邊坡生態(tài)防護(hù)上開(kāi)展了許多研究，生態(tài)護(hù)坡技術(shù)得到了迅速發(fā)展。2002年我國(guó)學(xué)者發(fā)明了植被混凝土生態(tài)護(hù)坡技術(shù)[7]。北京五環(huán)高速公路建設(shè)中采用植生基質(zhì)噴射技術(shù)實(shí)現(xiàn)護(hù)坡綠化，坡面能迅速形成與周?chē)h(huán)境相適宜的植物群落[8]。楊曉華等提出了采取土工格室植草的方法對(duì)黃土地區(qū)公路邊坡進(jìn)行防護(hù)，從理論、施工工藝和工程實(shí)例中驗(yàn)證了其可行性[9]。盧海靜等[10]研究了黃土區(qū)兩種草本植物披堿草和芨芨草的原位抗拔力，結(jié)果表明抗拔力受植物株高的影響較大。李紹才等[11]人通過(guò)原位拉拔試驗(yàn)探究了植株拉拔力與植物類(lèi)型及其生物學(xué)指標(biāo)和巖質(zhì)邊坡風(fēng)化程度的關(guān)系。劉浩[12]在對(duì)鐵路路塹邊坡的不同邊坡條件人工土壤水分研究中發(fā)現(xiàn)，土壤含水量隨坡度增大先增加后減小，而隨坡長(zhǎng)的增加不斷減小。

二、邊坡破壞及生態(tài)防護(hù)機(jī)理

（一）邊坡破壞機(jī)理

根據(jù)構(gòu)成公路邊坡材料的特點(diǎn)，公路邊坡可以分為土質(zhì)邊坡和石質(zhì)邊坡兩類(lèi)。由于材料不同，邊坡產(chǎn)生破壞機(jī)理也不同。土質(zhì)邊坡破壞機(jī)理可分為滑坡、崩塌和坍塌；石質(zhì)邊坡破壞機(jī)理可分為風(fēng)化和不良水文地質(zhì)條件。

1.土質(zhì)邊坡?lián)p壞機(jī)理

（1）滑坡

滑坡是土體在重力或者水、震動(dòng)等因素作用下，使滑動(dòng)帶剪應(yīng)力大于巖土體抗剪強(qiáng)度，邊坡抗滑力矩小于巖土體下滑力矩，引發(fā)滑坡。

（2）崩塌

崩塌是邊坡土體向臨空面產(chǎn)生位移，同時(shí)在坡頂或土體內(nèi)部產(chǎn)生順坡面裂隙，以及在土體自重作用下，土體產(chǎn)生張拉破壞，形成崩塌。

（3）坍塌

坍塌發(fā)生在連續(xù)降雨或降雪季。在冬季或干旱季節(jié)，土體形成較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，水分滲入土體，改變其穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致坍塌。

2.石質(zhì)邊坡?lián)p壞機(jī)理

（1）風(fēng)化

未開(kāi)挖巖體處于封閉境中，結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度較為穩(wěn)定。開(kāi)挖邊坡后，巖體所處環(huán)境及力學(xué)狀態(tài)改變，在風(fēng)和光作用下產(chǎn)生新礦物，導(dǎo)致巖體原結(jié)構(gòu)改變，強(qiáng)度降低。

（2）不良水文地質(zhì)條件

對(duì)硬質(zhì)巖土而言，水分增減對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并無(wú)較大影響。對(duì)軟弱巖層而言，水分滲入會(huì)迅速破壞其結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度降低。同時(shí)，下滑力顯著增大，抗滑力顯著減小，導(dǎo)致石質(zhì)邊坡失穩(wěn)。

（二）邊坡生態(tài)防護(hù)機(jī)理

邊坡生態(tài)防護(hù)可以分為三種防護(hù)措施，植物力學(xué)保護(hù)、水文防護(hù)及生態(tài)防護(hù)。植物防護(hù)中，主要是利用樹(shù)木、花草等植物的根系可對(duì)土壤進(jìn)行加固，可以有效防止土體被雨水沖走，減緩降雨對(duì)坡面侵蝕的效果，進(jìn)而防止邊坡土體產(chǎn)生滑動(dòng)。此外，生態(tài)防護(hù)可以恢復(fù)生態(tài)環(huán)境及保持水土，符合我國(guó)目前“雙碳政策”，具有較高的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1.力學(xué)保護(hù)

力學(xué)保護(hù)是植物根系能夠穿過(guò)表層的松散風(fēng)化層而錨固到深處穩(wěn)定巖層的錨固作用及植物根系盤(pán)根錯(cuò)節(jié)對(duì)土體的加筋作用。

2.水文防護(hù)

地表徑流對(duì)未加固邊坡侵蝕作用顯著，植被覆蓋可使邊坡抗侵蝕能力得到強(qiáng)化。植被存在減緩地表徑流對(duì)邊坡的沖擊作用，使地表徑流流速減慢，在坡面上停留時(shí)間延長(zhǎng)。同時(shí)，徑流下滲時(shí)間增加，可給坡面植被根系提供充足水分，增強(qiáng)坡面植被根系力學(xué)保護(hù)作用。

3.生態(tài)防護(hù)

高速公路建設(shè)對(duì)于當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)有著較大程度的破壞。隨著我國(guó)對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)關(guān)注度的不斷加大，提出了可持續(xù)發(fā)展綠色公路的建設(shè)要求。生態(tài)防護(hù)邊坡符合綠色公路的建設(shè)要求。在高速公路建設(shè)構(gòu)成中，植物邊坡具有恢復(fù)生態(tài)環(huán)境、調(diào)節(jié)凈化空氣和降低高速公路廢氣、噪聲污染等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，植物防護(hù)可以極大改善路況、美化路容，給駕駛員適宜的行車(chē)環(huán)境。

三、生態(tài)邊坡防護(hù)方法

（1）種草護(hù)坡

種草護(hù)坡技術(shù)較為簡(jiǎn)單，只需人工在邊坡坡面簡(jiǎn)單鋪撒草種、灑水等，一般只適用于坡度較陡、土質(zhì)較好的邊坡，當(dāng)坡度較大時(shí)，易被雨水沖走。種草護(hù)坡不需要大量的機(jī)械設(shè)備，施工技術(shù)簡(jiǎn)單、工程造價(jià)低，但是其成活率與施工有較大關(guān)系，同時(shí)與降水等也有較大關(guān)系，成活率低，施工時(shí)受季節(jié)限制大。

（2）平鋪草皮護(hù)坡

鋪草皮技術(shù)是通過(guò)人工在邊坡表面鋪設(shè)天然草皮的一種傳統(tǒng)的邊坡植物防護(hù)技術(shù)，其在公路邊坡防護(hù)中應(yīng)用較為廣泛。草皮不小于20cm×20cm，用專(zhuān)業(yè)機(jī)械設(shè)備鏟起草皮，并轉(zhuǎn)運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，鋪設(shè)時(shí)，從坡腳向上鋪設(shè)，草皮要求鋪滿(mǎn)，在草皮下還需鋪設(shè)一層厚的肥土。草皮鋪設(shè)完成后，要經(jīng)常灑水養(yǎng)護(hù)，定期對(duì)病蟲(chóng)消殺。青海省曲麻萊到不凍泉的公路F施工段，其平均海拔在4000m以上，生態(tài)極為脆弱，采用鋪草皮護(hù)坡，對(duì)被占、被挖路段的草皮進(jìn)行移植，以此來(lái)加固邊坡，并實(shí)現(xiàn)邊坡防護(hù)生態(tài)化，保護(hù)邊坡周?chē)鷳B(tài)環(huán)境，取得了較好的效果[13]。

（3）三維植被網(wǎng)護(hù)坡

三維植被網(wǎng)護(hù)坡是指用三維植被網(wǎng)覆蓋撒播草籽或者噴播植草的邊坡，使得邊坡坡面能夠形成自我生長(zhǎng)的防護(hù)系統(tǒng)，并通過(guò)植物加固坡面的一門(mén)技術(shù)。在進(jìn)行撒種時(shí)，要對(duì)土質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)土質(zhì)較差時(shí)，需進(jìn)行回填改良。一般會(huì)在譜網(wǎng)墊前后各噴播一層草籽，這樣兩層植被相互交錯(cuò)，更能夠達(dá)到良好的護(hù)坡作用。西安繞城高速公路K65+500-K66+600段，該段公路邊坡高7.0m-12.0m,邊坡坡比為1:1，上部采用三維網(wǎng)植草防護(hù)，結(jié)果表明三維網(wǎng)植草護(hù)坡能夠克服草種在生長(zhǎng)期被雨水侵蝕的缺陷，草長(zhǎng)成后能夠與三維網(wǎng)形成一個(gè)牢固的整體，可有效防止邊坡坍塌[14]。

（4）客土噴播護(hù)坡

客土噴播技術(shù)是采用基材、復(fù)合材料網(wǎng)等與植被的共同作用對(duì)不適合植被生長(zhǎng)的石質(zhì)邊坡等特殊坡面進(jìn)行防護(hù)，其能夠?yàn)橹参锏某砷L(zhǎng)提供必要的條件。將肥料、植物纖維、保水劑和黏結(jié)劑等按比例混合后，通過(guò)專(zhuān)用設(shè)備，將其噴灑在邊坡表面，形成“人工土壤”，成為客土，對(duì)客土的厚度要求較為嚴(yán)格，降水量越大，厚度越?。黄露仍酱?，厚度也應(yīng)相應(yīng)增大[15]。2011年施工完成的遼開(kāi)高速客土噴播邊坡防護(hù)工程、2010年完成的鶴大高速客土噴播邊坡防護(hù)工程和2013年竣工完成的全運(yùn)會(huì)國(guó)賓府客土噴播道路邊坡防護(hù)工程，對(duì)該坡面采用客土噴播生態(tài)邊坡防護(hù)技術(shù)進(jìn)行治理，結(jié)果表明竣工三個(gè)月后，植被體系基本形成，灌木逐漸取代草本植物，形成完整的自然生態(tài)系統(tǒng)[16]。

（5）植生混凝土護(hù)坡

植生混凝土護(hù)坡是一項(xiàng)新技術(shù)，其主要是通過(guò)植生混凝土加固基體，并植生混凝土中含有養(yǎng)分，以供植物生長(zhǎng)，這樣就做到了以混凝土為主的工程護(hù)坡和以植物為主的生態(tài)護(hù)坡相結(jié)合。植生混凝土具有一定的孔隙率，與傳統(tǒng)水泥混凝土存在差異，其中含有較多供植物生長(zhǎng)的養(yǎng)分，以此來(lái)保證植物根系能夠穿過(guò)混凝土進(jìn)入土中并存活下來(lái)。植生混凝土施工方式多樣，可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)配置或者預(yù)制后到現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)。植生混凝土按照內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能可分為孔洞型植生混凝土、敷設(shè)性植生混凝土和隨機(jī)多孔型性植生混凝土[17]。植生混凝土護(hù)坡是近幾年來(lái)一項(xiàng)新的技術(shù)，其對(duì)邊坡的加固效果較好，在工程防護(hù)的同時(shí)融入了邊坡生態(tài)化。某新建高速公路K68+263-K68+284路段右側(cè)擋墻以上邊坡采用植生混凝土護(hù)坡，結(jié)果表明采用植生混凝土的方式加固坡體后，能夠極大地提升邊坡穩(wěn)定性和抗沖刷能力，在經(jīng)歷暴雨后，坡面未出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象，同時(shí)坡面植物生長(zhǎng)良好，起到了固土護(hù)坡與美化邊坡景觀的作用[18]。

（6）骨架植草護(hù)坡

骨架植草護(hù)坡是以混凝土或漿砌片石形成框架，在其框架內(nèi)裸露的地面噴灑草籽或鋪草皮?；炷粱驖{砌片石形成的框架作為主體，能夠增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性，防止雨水的沖刷，同時(shí)也能很好地對(duì)植被形成保護(hù)，是一種工程防護(hù)和植物防護(hù)兼?zhèn)涞倪吰路雷o(hù)技術(shù)。連霍高速等平原地區(qū)均采用了骨架植草護(hù)坡技術(shù)，在應(yīng)用中表明骨架植草護(hù)坡能夠提高邊坡的抗沖刷性和穩(wěn)定性，并使公路自然融入田野村莊，美化環(huán)境，極大地提高了感官效果[19]。

四、生態(tài)邊坡防護(hù)方法對(duì)比

見(jiàn)表1。

表1 生態(tài)邊坡防護(hù)方法對(duì)比

五、結(jié)論與展望

（1）闡述了公路工程中邊坡的破壞機(jī)理和生態(tài)防護(hù)機(jī)理，土質(zhì)邊坡破壞機(jī)理可分為滑坡、崩塌和坍塌；石質(zhì)邊坡破壞機(jī)理可分為風(fēng)化和不良水文地質(zhì)條件。邊坡生態(tài)防護(hù)主要是利用植物力學(xué)保護(hù)、水文防護(hù)及生態(tài)防護(hù)。

（2）闡述了目前典型的六種生態(tài)邊坡防護(hù)方法，對(duì)各種生態(tài)防護(hù)方法進(jìn)行對(duì)比分析，客土噴播護(hù)坡和植生混凝土護(hù)坡作為較先進(jìn)的護(hù)坡方法，保護(hù)力度大且耐久性強(qiáng)，相比于傳統(tǒng)的生態(tài)護(hù)坡方法具有較好的生態(tài)效果、防護(hù)效果。

（3）隨著國(guó)家對(duì)保護(hù)環(huán)境的重視以及生態(tài)邊坡防護(hù)技術(shù)的不斷成熟，既能夠滿(mǎn)足對(duì)工程邊坡的防護(hù)又能夠綠化環(huán)境已成為主要發(fā)展趨勢(shì)。

（4）國(guó)內(nèi)植生混凝土護(hù)坡還處于起步階段，還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)可供施工技術(shù)參考，還有許多技術(shù)問(wèn)題需要研究和解決。

（5）目前，我國(guó)生態(tài)邊坡仍存在一些問(wèn)題，如未結(jié)合周邊環(huán)境不合理采用邊坡防護(hù)，養(yǎng)護(hù)不到位等造成工程浪費(fèi)，單一植被系統(tǒng)的脆弱性，國(guó)外物種過(guò)多可能會(huì)造成生物入侵，公路邊坡的生態(tài)防護(hù)理論認(rèn)識(shí)相對(duì)滯后，不科學(xué)的實(shí)踐導(dǎo)致人力物力的損耗等，這些問(wèn)題仍需要我們加以關(guān)注。