摘要：本文基于人與自然和諧共生的生態(tài)環(huán)境下，伴隨著工程建設(shè)過程中綠色低碳技術(shù)水平的提高，以公路邊坡防護(hù)為應(yīng)用載體，提出了既滿足支擋功能又綠色環(huán)保的新型護(hù)坡方式，采用了以土工格室的柔性防護(hù)與植物護(hù)坡相結(jié)合構(gòu)成的一種復(fù)合型三維生態(tài)防護(hù)技術(shù)，達(dá)到快速恢復(fù)開挖邊坡的生態(tài)環(huán)境并實(shí)現(xiàn)坡面的植被保護(hù)效果。

關(guān)鍵詞：公路邊坡；生態(tài)防護(hù)；復(fù)合體；植被保護(hù)；公路景觀

中圖分類號(hào)：U417.2""""""""""""""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"""""""""""""""""""""""""""""""""" 文章編號(hào)：1673-6478（2023）05-0132-04

Application Research on Three?dimensional Flexible Ecological Protection of Road Engineering Slope

WAN Yingbin， ZHOU Peng， LIU Jinglei， MENG Fanyong， ZHAI Yinzhen

（Henan Province Highway Engineering Bureau Group Co.， Ltd.， Zhengzhou Henan 450000， China）

Abstract： Based on the ecological environment of harmonious symbiosis between human and nature， along with the improvement of green and low?carbon technology in the process of engineering construction， using the slope protection of highway engineering as the application carrier， this paper proposes a solution that not only satisfies the supporting function but also is green and environmentally friendly. The new slope protection method uses the combination of flexible protection of geocells and plant slope protection to form a composite three?dimensional ecological protection technology， which can quickly restore the ecological environment of the excavated slope and achieve the effect of vegetation protection on the slope.

Key words： highway slope; ecological protection; complex; vegetation protection; highway landscape

0 引言

河南高速公路13445工程開展后，山區(qū)高速公路較多地出現(xiàn)深路塹和常規(guī)路段路基邊坡的大量填筑。降雨是引起邊坡失穩(wěn)破壞的重要原因之一，短時(shí)間的大量降雨將導(dǎo)致邊坡發(fā)生深層的整體破壞，此外，長(zhǎng)時(shí)間的小強(qiáng)度降雨也會(huì)使邊坡發(fā)生淺層的局部破壞。邊坡的開挖影響原生態(tài)的植被覆蓋層，加劇了生態(tài)系統(tǒng)的退化，導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的水土流失現(xiàn)象以及大量的次生裸地。在人與自然和諧共存的背景下，對(duì)公路建設(shè)過程中的生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求日益增長(zhǎng)且管控力度越來越大。自然環(huán)境中，植物主根可以穿過較深的土層，在生態(tài)防護(hù)工程中可將植物及淺層土壤錨固到較為穩(wěn)定的土層中，與土壤盤根交錯(cuò)，形成特殊的根?土復(fù)合體，從而起到類似于錨桿的作用，達(dá)到抑制邊坡淺層滑動(dòng)的力學(xué)效果。植物通過吸水減壓作用、降雨截流作用及削弱濺蝕作用，有效地減緩降雨的不利影響。同時(shí)，植物在生長(zhǎng)過程中產(chǎn)生大量菌根，能夠增大根土間的接觸面積，從而有效地增加根?土間的摩擦力及黏結(jié)力，提高根?土復(fù)合體的強(qiáng)度，發(fā)揮生物效應(yīng)的防護(hù)效果。

本文在上述需求背景下提出了土工格室綠色生態(tài)防護(hù)這一理念，該技術(shù)為一種柔性、開放式、三維立體的防護(hù)形式，其實(shí)質(zhì)是使用新材料的柔性防護(hù)技術(shù)與植物護(hù)坡相結(jié)合構(gòu)成一種復(fù)合型柔性防護(hù)技術(shù)，在克服圬工防護(hù)的應(yīng)用缺陷問題的同時(shí)較好提高了邊坡施工過程的作業(yè)效率，以及對(duì)邊坡的生態(tài)保護(hù)效?用。

1 三維柔性生態(tài)防護(hù)技術(shù)應(yīng)用特征

公路邊坡三維柔性生態(tài)防護(hù)體系是使用土工格室材料的柔性防護(hù)技術(shù)與植物護(hù)坡相結(jié)合的復(fù)合型生態(tài)防護(hù)技術(shù)（見圖1），具有柔性植物體的生態(tài)保護(hù)功能，以及三維土工格室的硬性防護(hù)，兩者結(jié)合并相互促進(jìn)形成的公路邊坡生態(tài)防護(hù)體系具有較好的邊坡防護(hù)整體效用。

土工格室三維柔性生態(tài)防護(hù)體系分為平鋪式防護(hù)和疊置式防護(hù)兩部分（見圖2），

坡率陡于或緩于1∶1時(shí)，分別采用疊置式或平鋪式植草護(hù)坡形式，以在不同坡率下最大限度發(fā)揮生態(tài)防護(hù)作用。坡率較大的疊置式護(hù)坡形式不同于輕型擋墻、重力式擋墻以及加筋土擋墻等常見的支擋構(gòu)造物，疊置式護(hù)坡形式具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的土工格室和充填料組成的結(jié)構(gòu)層，其中墻面格室內(nèi)可植草、種樹、栽灌木，豐富邊坡綠化內(nèi)容。三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)按一定坡度層層疊加，較好地滿足了施工完成后的生態(tài)恢復(fù)、沿線景觀美化、邊坡墻面綠化的要求。

1.1 柔性防護(hù)穩(wěn)定性好

邊坡三維柔性生態(tài)防護(hù)體系其本身柔性結(jié)構(gòu)可以較好地釋放土體的部分應(yīng)力，其填料可就地取材，且自重輕、穩(wěn)定性好，在降本增效的基礎(chǔ)上從根源上降低邊坡土體基礎(chǔ)因?yàn)橛晁疀_刷或自然滑動(dòng)等不均勻沉降而導(dǎo)致的擋墻結(jié)構(gòu)性破壞。柔性設(shè)計(jì)與剛性設(shè)計(jì)相結(jié)合，路基防護(hù)與支擋防護(hù)相結(jié)合，綠化與本地野生植物相結(jié)合，進(jìn)行多維度組合優(yōu)化，最大限度保持天然土體的平衡狀態(tài)。

1.2 三維植被組合防護(hù)

陡坡的三維植被組合防護(hù)體系包含護(hù)坡結(jié)構(gòu)和疊置式擋墻結(jié)構(gòu)，該防護(hù)體系重量相比圬工結(jié)構(gòu)輕，對(duì)地基處理要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于圬工防護(hù)的處理標(biāo)準(zhǔn)及施工復(fù)雜程度，同時(shí)，對(duì)于疊置式結(jié)構(gòu)進(jìn)行土工格室的成層鋪設(shè)，并利用土工格室交錯(cuò)重疊鋪設(shè)而使墻面呈現(xiàn)階梯狀的特點(diǎn)，可以較好地分散并降低水的沖刷力，有效防止坡率大的邊坡表面被雨水沖蝕，在各層階梯的土工格室內(nèi)填充的各種植物，使墻面呈現(xiàn)為三維植被網(wǎng)，此起彼伏，從而真正起到植物動(dòng)態(tài)相映美的綠化環(huán)境作用。

1.3 根?土復(fù)合體防護(hù)體

根?土復(fù)合型柔性生態(tài)防護(hù)體充分利用植物生長(zhǎng)根系抓土固定結(jié)合的力學(xué)效應(yīng)，隨著植物生長(zhǎng)，植物莖葉不斷伸展擴(kuò)大，可以促進(jìn)對(duì)公路沿線有機(jī)污染物的降解、凈化大氣、調(diào)節(jié)小氣候。同時(shí)，對(duì)于植物根系不斷發(fā)育及縱向和橫向蔓延，根?土牢固成體，復(fù)合防護(hù)體系作用效果隨時(shí)間呈現(xiàn)正向增強(qiáng)的趨勢(shì)，抵御坡面侵蝕的能力會(huì)越來越強(qiáng)且在正常牢固生長(zhǎng)狀態(tài)下降低了養(yǎng)護(hù)成本?？梢?，根?土復(fù)合體不僅增強(qiáng)了邊坡土體防護(hù)的牢固性，根深枝葉長(zhǎng)也改善了公路沿線的綠化環(huán)境，提高了出行的生態(tài)質(zhì)量，在保證邊坡防護(hù)質(zhì)量的同時(shí)也較好地為公路工程的生態(tài)環(huán)保建設(shè)發(fā)揮了積極的作用。

2 應(yīng)用推廣控制關(guān)鍵點(diǎn)

2.1 土工格室結(jié)構(gòu)層水平剪切試驗(yàn)

有無土工格室的水平剪切模型雙向試驗(yàn)（示意見圖3）表明，在土體壓實(shí)度要求為同一標(biāo)準(zhǔn)的條件，分別在有無的情況下，對(duì)于相鄰結(jié)構(gòu)層剪切面的水平剪切試驗(yàn)，兩者內(nèi)摩擦角相差不大，基本相同。但土體有土工格室的抗剪強(qiáng)度明顯高于土體無土工格室的抗剪強(qiáng)度，力學(xué)防護(hù)效果差別明顯，差別值主要體現(xiàn)在土工格室內(nèi)加筋體的黏聚力上、土工格室防護(hù)力學(xué)效應(yīng)明顯高于傳統(tǒng)圬工防護(hù)體。

2.2 土工格室結(jié)構(gòu)層抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)

為探討土工格室結(jié)構(gòu)層的工作原理開展土工格室結(jié)構(gòu)層抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)（結(jié)果見表1）。通過水平剪切試驗(yàn)，測(cè)試不同規(guī)格土工格室在不同填料下的抗剪強(qiáng)度性狀差別，確定土工格室結(jié)構(gòu)層抗剪強(qiáng)度，為生態(tài)防護(hù)體的應(yīng)用提供依據(jù)。

試驗(yàn)表明，對(duì)土工格室加筋土而言，加筋體為格室及其中填料所構(gòu)成的復(fù)合體，加筋復(fù)合體相比平面筋材加筋的抗拉和抗剪強(qiáng)度都有明顯的提高，可見，在土中合理布設(shè)強(qiáng)度和剛度均較大的加筋材料，可以顯著地提高土體的抗剪強(qiáng)度。土工格室加筋復(fù)合體三維立體結(jié)構(gòu)降低了加筋層之間的土體厚度，并依靠三維網(wǎng)格的側(cè)壁與土壤的摩擦阻力增大土筋的內(nèi)摩擦系數(shù)，提高邊坡防護(hù)體的抗剪強(qiáng)度，整體上限制充填土體產(chǎn)生的側(cè)向位移，并提供較大的黏著強(qiáng)度。

3 生態(tài)防護(hù)操作要點(diǎn)

3.1 平整坡面與基礎(chǔ)施工

坡面的平整度會(huì)影響土工格室的應(yīng)力分布，應(yīng)在坡面整體機(jī)械修復(fù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行人工修坡，使邊坡坡面平整符合設(shè)計(jì)要求。因?yàn)榘纪共黄綍?huì)造成應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致格室焊點(diǎn)拉裂，造成格室垮塌等邊坡防護(hù)毀壞出現(xiàn)，直接影響到土工格室植草護(hù)坡工程的成敗。對(duì)于土工格室疊置式生態(tài)擋墻，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)結(jié)合邊坡實(shí)際情況進(jìn)行基礎(chǔ)施工，若地基條件較好，基礎(chǔ)可采用三七灰土換填，若地基承載力要求高則釆用漿砌片石基礎(chǔ)等。

3.2 土工格室施工

3.2.1 平鋪式植草護(hù)坡施工

（１）連接土工格室各單元：邊坡土工格室各單元的連接應(yīng)根據(jù)邊坡坡率的不同進(jìn)行單元分類、組合連接，連接各單元時(shí)采用插件式將土工格室組件并齊，并將相應(yīng)的連接塑件插入對(duì)應(yīng)的圓銷內(nèi)，各單元連接后再展開，保證邊坡各單元連接成緊密的整體。

（２）錨桿位置放樣及安放錨桿：在邊坡坡面上按設(shè)計(jì)要求的錨桿位置放樣，并按規(guī)范要求制作潔凈的錨桿。釆用設(shè)計(jì)要求的孔徑選用相應(yīng)的鉆桿進(jìn)行鉆孔，并按要求進(jìn)行沖孔。成孔安放錨桿后應(yīng)在孔內(nèi)灌注M30砂漿，且保證砂漿填充密實(shí)。對(duì)坡面外漏的錨桿，采用聚乙烯或丙烯軟塑料管進(jìn)行套置，套管端部應(yīng)密封嚴(yán)實(shí)，套管內(nèi)所有空間應(yīng)用油脂充填飽滿。

（３）土工格室性能參數(shù)檢驗(yàn)：土工格室施工前應(yīng)進(jìn)行土工格室性能參數(shù)及測(cè)試的符合性檢驗(yàn)（見表2），符合施工要求時(shí)，在坡頂、坡腳分別用固定釘或錨釘固定，在施工邊坡平臺(tái)及第一級(jí)平臺(tái)填土，以固定土工格室坡面。

3.2.2 土工格室疊置式生態(tài)擋墻施工

（１）固定格室錨釘：土工格室疊置式擋墻施工中每?jī)蓪痈袷遥ǜ?0cm）之間縱橫向依次采用 10錨釘間隔2m、1m分別進(jìn)行固定，為保證土工格室生態(tài)擋墻的基礎(chǔ)穩(wěn)定，最底層的錨釘縱橫向間距均為1m且錨釘應(yīng)嵌入漿砌基中不低于20cm，各層間格室錨釘綜合保證土工格室生態(tài)擋墻的整體穩(wěn)定。

（２）壓實(shí)格室填料：擋墻格室填料包括素土、三七灰土、粗砂，填料后必須壓實(shí)，格室墻背填土要分層填筑，與格室填土同時(shí)壓實(shí)，壓實(shí)度要求達(dá)到相應(yīng)層位的要求，不允許向著墻斜坡填筑。

（３）保證格室縱坡、壓實(shí)度：沿路線方向每層格室的縱坡均為1.2%。由下至上，最下兩層第1層、第2層及最上兩層土工格室分別填三七灰土，以防止水的向下滲透，壓實(shí)度要求為95%。其他層的格室一律填素土，壓實(shí)度不低于93%。

（４）封層與綠化：沿路線方向最下兩層及最上層格室除灰土封層外，所有層的最外一側(cè)格式必須填素土或砂，并摻入一定量的化肥和草種，進(jìn)行綠化。

3.2.3 回填客土

土工格室內(nèi)的客土回填應(yīng)從最上層為零點(diǎn)開始分段進(jìn)行，為保證鋪設(shè)過程土體的穩(wěn)定，應(yīng)采取至少每隔一個(gè)格室間距附加布置一個(gè)錨桿或錨釘，充填時(shí)配合使用振動(dòng)板使之密實(shí)，以保證邊角的壓實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，靠近表面的客土用潮濕的黏土回填并略高出格室面，預(yù)留下沉量，待全部鋪設(shè)完成并填充壓實(shí)后，附加錨釘方可取掉，進(jìn)行后續(xù)施工。

3.2.4 噴播施工及蓋無紡布

綠化草種優(yōu)先選取本地自適性較強(qiáng)的野生草種，并按設(shè)計(jì)比例配合保水劑、木纖維、黏合劑、肥料及水的混合物料，在灑水濕潤(rùn)土體后通過噴播機(jī)分層噴附將草種均勻噴射于邊坡體坡面，逐層構(gòu)建植生層。噴附第1層為基質(zhì)層，第2層屬于培育微生物層，第3層則設(shè)計(jì)為種子層，厚度可根據(jù)坡面條件進(jìn)行調(diào)整，具體檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及方法見表3。

同時(shí)，噴附完成后，為使草種免受雨水沖失，促進(jìn)草種的發(fā)芽生長(zhǎng)，應(yīng)加蓋無紡布實(shí)現(xiàn)保溫保濕，提高成活率。

4 結(jié)語

公路綠色柔性支擋結(jié)構(gòu)適于自然植物生長(zhǎng)，土工格室植草護(hù)坡將護(hù)坡與植草結(jié)合起來且采用天然野草，后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較低，其填料可就地取材，充分利用當(dāng)?shù)氐馁Y源，從而縮短工期，并有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境、改善公路景觀。公路綠色柔性支擋結(jié)構(gòu)避免了傳統(tǒng)漿砌片石、混凝土等圬工防護(hù)，減少了開山取石對(duì)于環(huán)境的破壞，替代了傳統(tǒng)的漿砌片石，不僅能改善和彌補(bǔ)傳統(tǒng)圬工工程護(hù)坡方法的不足，而且根據(jù)工程測(cè)算，比漿砌片石護(hù)坡造價(jià)低20%～40%，土工格室擋土墻比砌片石墻造價(jià)降低20%～30%，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，經(jīng)過雨季的考驗(yàn)，路基整體穩(wěn)定狀況和高邊坡坡面生態(tài)綠化效果良好。邊坡三維柔性生態(tài)防護(hù)可用于路堤邊坡防護(hù)，也可用于路塹邊坡防護(hù)，減少土石方的開挖，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，減少資源浪費(fèi)。

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