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高速公路边坡生态防护技术探究

2024-07-05 17 上传者：管理员

摘要：边坡生态防护技术将高速公路边坡工程防护与植物防护相结合，通过工程防护增强坡体的稳定性，植物防护可减少雨水冲刷带来的边坡冲击力，并达到绿色环保、防噪降尘、提升景观美学的效果。文章通过分析边坡生态防护技术构建思路，总结了客土喷播植物的建植要求，并检测了边坡生态防护效果。工程实例研究表明，边坡生态防护技术能促进工程防护与生态景观的自然融合，坡面植被层抗雨水冲刷和生态防护效果良好，边坡稳定性满足要求，具有显著的生态环保效益和技术经济效益。

关键词：
植物群落
生态环境
生态防护
边坡防护
高速公路
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高速公路建设过程中，不可避免进行自然山体开挖，干扰破坏路域生态环境。边坡生态防护技术在设计、施工时大量采用植被修复边坡生态，植被根系对边坡坡面土壤层提供了良好的“固结”作用，具有抗降雨冲刷性强、土壤营养成分流失率低等优点，是一种绿色、环保、经济的实用防护措施。边坡生态防护植被群落建成后，其景观绿化美学效果好、加固周期长，具有良好的生态效益和社会经济效益，符合我国建设绿色公路的发展理念。

1、工程概况

某高速公路地处峰丛低山地貌，地形起伏较大，山峰大小、高度各不相同。路基边坡坡体地面标高为25.0～50.0 m，坡角为20°～50°，大部分坡体上植被发育，多为灌木，少量乔木。该项目地所属区域属亚热带季风湿润气候，雨量充沛，年平均降雨量为1 583 mm，为降雨高峰期。边坡地质岩层主要由不同风化强度的砂页岩组成，坡体表层附着残积黏土、粉砂土土质结构。该工程选取K36+170处边坡，坡高为38.5 m，设计为4级边坡，采用锚杆框格梁+客土喷播的方式进行防护，边坡生态防护设计断面如图1所示。

2、生态防护体系构建思路

党的二十大提出，要加强生态文明建设和美丽中国建设，这就要求高速公路建设项目必须走绿色发展之路。传统的边坡防护技术易导致生态损失严重、视觉创面冲击大等生态安全问题，高速公路建设必须遵循“绿色生态、安全耐久、百年工程”的绿色品质公路建设理念，构建“环保、舒适、和谐”的生态防护体系，在满足社会经济效益的同时促进人与自然和谐共生[1]。该工程所属区域雨水较多，地质条件属于石质边坡，在强降雨天气下，高速公路边坡极易受到雨水冲刷、径流的影响软化、崩解，结构强度降低而导致流泥流石病害。该边坡若采用植草防护，利用植物覆盖坡面减少水土流失，通过植物梗系强化边坡结构的紧密程度，但植物存活率不高，边坡稳定性难以达到百年工程的预期效果。边坡生态防护技术应兼具稳定性及生态效益，杨桦楠等研究表明边坡生态防护技术的生态效益主要体现在吸收CO2、释放O2、滞尘、景观提升等方面[2]，常用的生态防护技术经济效益对比如表1所示。

图1边坡生态防护设计断面图（m)

由表1可知，生态护坡面积越大、植被覆盖面积越大，生态效益越显著。对比不同边坡生态防护技术的成本效益，结合该工程气候、地质条件、质量要求等实际情况，经综合考虑，决定采用锚杆框架梁进行主动防护、客土喷播，以构建植物群落系统的生态防护体系。

3、客土喷播建植要求

土壤生境是客土喷播的重点内容，适应植物自然生长的客土是由回填土、腐殖质和植物纤维等组成，经多种微生物群落发酵而培育出的有机土，按设计比例添加化学肥料、黏结剂和保水剂，然后混合植物种子，喷洒在边坡表层，为植被发育提供土壤、养分和水。喷播施工前应先平整坡面，铺设镀锌铁丝网，喷射时要求喷枪口距坡面1 m左右，分基层和面层进行两次喷洒。第一次基层喷洒厚度为6～8 cm，作为构建土壤层，喷洒不加入植物种子；第二次面层喷洒时加入乔、灌、草本植物种子，喷洒厚度为2～4 cm，两层喷洒厚度应不少于10 cm[3]。完成喷播后，应覆盖无纺布进行保湿养护，防护时间为10～15 d，待植物萌芽高度达到4～5 cm后可将无纺布撤除。

表1 2万平方米面积下不同护坡方法及其经济效益对比/万元

绿化草种选用应考虑地区适应性和水土保持性能，建植植物的物种主要采用灌木和草本两大类型[4]，采取适合该地区的乔、灌、草乡土物种，进行合理组合和配比，使坡面形成乔灌草结合、具备物种多样性的植被系统，以增强生态景观效果和植被护坡功能。边坡生态防护建植植物的物种配比如表2所示。

表2边坡生态防护建植植物的物种配比表

4、边坡生态防护应用效果分析

4.1防护效果分析

在项目施工建设周期三年中，分别于大雨（降雨量为25.0～49.9 mm/24 h）、暴雨（降雨量为50.0～99.9 mm/24 h）、特大暴雨（降雨量为100.0～249.9 mm/24 h）后对边坡防护效果进行检测，其中大雨、暴雨取得检测值20次、特大暴雨取得检测值10次，求其平均值，记为JC02。防护效果检测指标为水土流失量、营养流失量、土壤含水率和坡面冲刷指数等四个方面，坡面冲刷指数Lr为坡面冲刷面积Ab占边坡坡面面积Aa之比，描述边坡坡面的冲刷性能，指数范围为0～1之间，计算公式为：

式中，Ag——沟蚀面积；lc——裂缝长度；Ad——坡面剥离面积。指数越大，表明抗冲刷能力越弱。

为确认边坡防护效果的真实情况，同时在检测点附近未进行生态防护的边坡山峰上取样检测，设置对照组，记为DZ01。不同雨强下水土流失量、营养成分损失、边坡含水率情况如表3所示，不同雨强下边坡的坡面冲刷状况如表4所示。

表3边坡不同雨强下各项指标检测结果数据表

由表3可知，随着雨强的逐渐增大，检测组和对照组的边坡水土流失量逐渐增大，其中对照组在第7次特大暴雨后边坡出现垮塌，此时检测组水土流失量仅为45.3 g/m。在营养流失方面，营养成分随雨强增大而逐渐增加，检测组在大雨时总氮流失量为2.55 g/m2，为对照组流失量的66.9%；总磷流失量为0.90 g/m2，为对照组流失量的82.6%；总钾流失量为2.58 g/m2，为对照组流失量的77.7%。暴雨时，两组营养流失量对比更为明显，检测组总氮流失量为3.51 g/m2，为对照组流失量的59.3%；总磷流失量为0.83 g/m2，为对照组流失量的57.2%；总钾流失量为2.37 g/m2，为对照组流失量的50.5%，在雨强逐渐增加下，检测组的土壤营养成分流失未见明显增加。

由表4可知，对照组边坡抗冲刷性能随雨强增大而逐渐减弱。对照组在大雨下观测至第20次降雨时，径流水汇聚形成大量面蚀沟，边坡水土流失量较大，面蚀面积达到坡面的20%，而检测组坡面观察未见明显变化。在暴雨下，对照组坡面表层迅速形成径流水，观测至第12次降雨时，坡面出现大量冲蚀沟，坡面冲蚀量较大，坡脚处接水器水体浑浊，细沟冲蚀连片，堆积形成冲积扇；同时，边坡出现一条横向裂缝，裂缝长度约0.75 m，宽2.5 cm，深约5 cm，而检测组坡面未见明显基材剥落，坡脚接水器水体相对较清。在特大暴雨下，对照组坡面观测至第8次降雨时，坡面冲沟密集且横向连成一片，坡脚汇聚大量冲刷表土，坡面下半部分严重剥蚀，开始滑动，降雨结束后不久，坡体逐渐垮塌，而检测组坡面未见明显冲蚀情况，无基材剥落，坡面整体稳定。

表4不同雨强下边坡的坡面冲刷状况统计表

对照组边坡在无任何人工防护措施下，在大雨、暴雨结束后，坡面出现不同程度的冲蚀，水土流失量、土壤营养成分流失量均较大，更难以抵抗大暴雨冲刷，于第6次特大暴雨结束后垮塌。检测组经过大雨、暴雨、特大暴雨后，坡面观测均未见明显基材剥落和冲蚀情况，说明边坡生态防护技术能有效改善边坡抗雨水冲刷与侵蚀能力，且降雨强度越大、历时越长，生态防护技术基质层发挥的作用越明显，边坡稳固性能较好。

4.2生态效果分析

客土喷播完成后，按边坡生态防护技术要求检查草种发芽情况。客土喷播完成10 d后，草种发芽率超过85%；喷播60 d后，喷播物种中的狗牙根等先锋植被高度已超过10 cm;3个月实现75%的坡面整体植被覆盖率，已显现绿化的效果。在喷播70 d时植被经历了暴雨，降雨量为86 mm，坡面只有小部分出现损坏，已初步达到抗雨水冲刷的要求，第1周年实现了87.4%的土壤流失减少率，客土喷播形成的边坡植被分散雨水径流的能力较强，对坡面土壤流失的控制效果显著。目前草本植物物种已开始生长，边坡群落物种已由最初喷播植物草本植物物种，向草本植物物种与灌木植物物种的混合群落转变，灌木植物物种覆盖面逐步提升，经过长期坡面群落的物种演替后，长期的年土壤流失减少率可超过95%[5]。由表1可知，随着边坡生态防护植被群落生长的持续茂盛，将实现更高的景观美化效益、绿化生态效益与护坡稳固效益。项目施工完成后的边坡生态防护效果如图2所示。

图2边坡生态防护工程效果

5、结束语

通过工程实例分析，经过施工期和苗期强降雨考验，生态防护边坡未出现水土流失、边坡滑动等问题，与锚杆框格梁等主动防护措施结合后，植被层抗雨水冲刷和生态防护效果良好。同时，工程实例检测表明，边坡生态防护技术随着生态护坡面积增加、护坡植物优选、乔灌群落建植等不断增强防护耐久性，促进工程与生态景观自然融合，行车视觉效果自然优美，生态环保价值和技术经济效益显著，值得在高速公路边坡防护中推广应用。

参考文献:

[1]沈亦翀.高速公路路基边坡“边建边绿”生态防护技术研究[J].工程建设与设计, 2022(14):51-53.

[2]杨桦楠,李金路,高柳威,等.基于生态效益定量分析的公路边坡生态防护技术经济评价[J].中国水土保持,2020(3):66-68+5.

[3]苏少华.公路边坡工程中生态防护措施的应用[J].交通世界, 2022(7):86-87.

[4]张飞,张龙,胡江,等.西南干湿两季区公路边坡生态防护功效要求及建植典型结构[J].交通世界, 2021(32):17-21.

[5]汪益敏,陶玥琛,程致远,等.高速公路路堑边坡客土喷播的长期防护效果[J].生态环境学报2021(8):1724-1731.

文章来源:陶可,钟明键.高速公路边坡生态防护技术探究[J].交通科技与管理,2024,5(13):186-188.