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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。
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.
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