公路边坡工程生态防护应用研究

王 友 顺

(驻马店市公路管理局，河南 驻马店 463000)

·道路·铁路·

公路边坡工程生态防护应用研究

王 友 顺

(驻马店市公路管理局，河南 驻马店 463000)

分析了公路边坡生态防护的功能及防护机理，从公路边坡生态防护指标体系、指标量化方法、评价方法等方面，探讨了公路边坡生态防护功效评价体系，为生态防护技术在公路边坡工程中的应用提供参考。

生态防护，公路，边坡，评价体系，层次分析法

0 引言

近年来，我国公路交通运输的迅猛发展在促进经济繁荣方面发挥了巨大作用，但公路建设中通常不可避免的形成大量的裸露边坡或山崖断面，不仅会改变公路沿线的自然地貌特征，还会造成沿线生态环境的破坏。传统的公路建设通常只注重公路的交通功能，忽视对公路边坡环境的保护。这不仅会导致严重的水土流失等生态问题，还可能诱发滑坡、泥石流等地质灾害，增加公路的运营成本。

而随着经济水平的提高，人们对生态环境的要求及关注日益提升。因此，现阶段的公路建设不仅要满足交通运输的功能要求，还要做好沿线环境的保护与修复，努力建成绿色、低碳的“生态型”公路。因此，公路边坡的生态防护已成为公路建设中环境保护的重要措施。生态防护技术不仅有利于保证边坡稳定，还能够美化环境、修复生态，具有高效、环保、经济的优势，在边坡防护中不断得到推广应用[1,2]。

本文从边坡生态防护的功能及机理出发，讨论边坡生态防护功效的评价体系及其等级划分标准，为工程应用提供参考。

1 边坡生态防护的功能及机理

公路边坡生态防护是利用植物或者植物与工程材料相结合的方式，实现稳定和防护边坡的目的。与常规工程护坡相比，边坡生态防护技术除具有边坡防护功能外，还具有生态功能、景观功能及改善行车状况等方面的功能。

1.1 边坡防护功能与机理

边坡防护是公路边坡生态防护最基本和最主要的功能，目的在于防止边坡水土流失、边坡失稳、滑坡或坡面塌陷等公路病害。为实现边坡防护的目的，边坡生态防护技术综合考虑工程护坡与植被护坡的功能，以工程防护为受力框架，结合植被所具有的土体加固及防止水土流失效用，以防止外界因素综合作用下的边坡破坏。边坡生态防护中，植被所发挥的防护作用主要体现在植被的水文效应和植物根系的力学效应两方面，其内在机理如图1所示。

边坡植被的水文效应指的是植被的存在能够有效截留降雨、削弱降雨对边坡的溅蚀、抑制地表径流，极大程度的改善降雨条件下边坡稳定性状况[3-5]。

植物根系在边坡防护中发挥的作用主要包括加筋、锚固、支撑三个方面。对于草本植物，其根系通常位于浅表土层。草本植物浅根系的延伸，能够形成根系—土体的三维加筋复合材料，提高土体的抗剪强度，大幅提高边坡浅表土层的稳定性。而木本植物的根系通常分为垂直根系和水平根系。木本植物的水平根系在边坡土体中延伸生长，形成具有一定强度的根网，极好地固结与支撑根际土体；木本植物的垂直根系通常向深处生长，能够很好地锚固到深处较稳定的岩土层上，通过水平根系与垂直根系的牢固连接，最终将水平根系所支撑的根际土体锚固到深处较稳定的土体，提高边坡中浅层土体的稳定性。总体而言，植物根系具有良好的固土性能，能够有效提高边坡土体的抗剪强度，从而发挥改善边坡稳定性状况的作用。

此外，研究表明，边坡失稳破坏往往与土体的孔隙水压力过高密不可分。而边坡植被生长过程中会通过其根系源源不断地吸收水分，降低土体内的孔隙水压力，进而改善边坡的稳定性。

1.2 生态与景观功能

公路建设期间，往往伴随边坡开挖或填筑，这必然对公路沿线的生态环境和自然景观造成严重破坏，公路边坡的开挖，使原来的自然景观遭到破坏。采取边坡生态防护措施，可以较大程度地恢复公路沿线的植被，并利用植物群落作为生物的栖息地，促进公路沿线生态环境的修复，降低公路系统对生态环境的破坏。同时，边坡生态防护还是公路与周边环境的缓冲带，能够有效地削弱公路交通系统中噪声污染、悬浮颗粒物污染及有害气体等对周边环境的影响[6]。此外，采取边坡生态防护措施，能够很好的合理搭配乔木、灌木及草本植物，能够使裸露的边坡重新恢复绿色，丰富公路沿线的景观环境，将公路边坡打造成人工与自然相结合的风景线。

1.3 改善公路通行功能

采取边坡生态防护措施，提高公路沿线的地表绿化率，能够改变气流条件，降低风速，减小风沙危害；公路边坡植被覆盖率的提高，能够减缓公路路面温度变化幅度，降低路面温度，从而延缓沥青的老化，改善公路的使用质量的功能。此外，通过合理的搭配植被系统，还能改善公路交通的安全性，提高公路的通行能力，如采用视线诱导植物指示线型的变化；采用遮光植物防止夜间行驶时对面车辆灯光引起的眩目；在公路隧道外侧种植明暗适应植物，帮助驾驶员缩短车辆进入隧道后对明暗急剧变化的适应时间；种植缓冲植物，当车辆与公路沿线构造物发生碰撞时，降低对车辆和乘客的损害[6]。

2 公路边坡生态防护评价体系

尽管近年来边坡生态防护技术得以快速发展，但由于施工工艺、质量控制等方面仍缺乏科学的规范标准，生态防护效果往往参差不齐。因此，开展边坡生态防护效果的研究，并建立相应的评价指标体系，有利于推动边坡生态防护技术水平的提高。

目前，层次分析法结合模糊综合评价法是进行边坡生态防护效果定量评价的常用技术[7]，该技术的基本思路是：首先建立评价指标体系，并对各评价指标进行量化；其次是分层次构建判断矩阵；继而分层次对各因素进行模糊评价，并最终得到评价对象的综合模糊评价结果。

2.1 公路边坡生态防护指标体系

根据层次分析法的思想，可将公路边坡生态防护评价指标分为目标层、因素层和指标层等3个层次。根据公路边坡生态防护所具有的功能，通过工程调研和专家咨询，建立了公路边坡生态防护效果评价的指标体系，见图2。

2.2 公路边坡生态防护指标量化方法

为便于进行公路边坡生态防护效果的定量评价，首先对各评价指标进行无量纲化量化处理。对于定量评价指标xij∈[Aij,Bij]，Bij>Aij>0，可按式(1)无量纲化：

(1)

即评价指标xij∈[Aij,Bij]，无量纲化后yij∈[0,5]。

对于定性评价指标，首先应通过专家考核确定其定性评级，继而根据该评级直接得到无量纲化评分。为便于实施，可将定性指标分为(好，较好，中等，差，较差)五级，相应的评价分值为(5，4，3，2，1)。

2.3 公路边坡生态防护评价方法

采用层次分析法进行边坡生态防护效果评价时，判断矩阵A可根据相应层次各指标的相对重要性确定。以一级指标B1的判断矩阵为例：

(2)

构造判断矩阵A时，若B1i与B1j相比重要性相同，则xij赋值1，若高一级，则赋值2，若高二级，则赋值3；若B1i比B1j重要性等级低，则赋值为相应值的倒数。

根据判断矩阵，通过归一化求取判断矩阵的特征W=[W1W2W3]，并按式(3)计算判断矩阵的最大特征根λmax：

(3)

求得判断矩阵的最大特征根后，可由式(4)计算一致性指标CI，若CI≤0.1，则判断矩阵A一致性良好。

(4)

若判断矩阵A满足一致性检验，则其特征向量W即为各因素的权重指标。

通过上述方法分层次进行指标评价、构建判断矩阵、计算权重指标，最终得到公路边坡生态防护综合评价得分。

公路边坡生态防护功效可根据其评价指标的综合评分结果划分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ级，具体划分标准见表1。

表1 公路边坡生态防护功效等级划分标准

3 结语

本文对公路边坡生态防护功能、机理及其功效评价体系等方面开展研究，主要结论包括：

1)公路边坡生态防护主要具有边坡防护、生态修复、景观美化、改善公路通行等方面的功能。

2)公路边坡生态防护主要是利用植被的水文效应，以及植物根系的加筋、锚固、支撑作用，达到防止边坡水土流失、边坡失稳、滑坡或坡面塌陷等公路病害的目的。

3)基于层次分析法的思想，根据边坡生态防护功能构建其评价指标体系，并给出边坡生态防护功效综合评分方法，提出公路边坡生态防护功效等级划分标准。

[1] 汤绍阳.生态防护在高速公路大型岩石边坡中的应用研究[J].中国水运(下半月),2014(3):286-287.

[2] 李志清,胡瑞林,吴礼舟,等.生态防护在高速公路护坡中的应用研究[J].工程地质学报,2005(2):280-284.

[3] 周立荣,向 波,周德培.红层软岩生态防护坡面抗冲性现场试验研究[J].西南交通大学学报,2006,41(2):197-201.

[4] 孔 嵘,王桂尧.几种边坡生态防护形式对雨水入渗影响的试验研究[J].中外公路,2014,34(1):23-28.

[5] 邹新军,赵明华.岩质边坡生态防护现场试验研究[J].土木工程学报,2011(S2):202-206.

[6] 景志远,张春禹,张 姣，等.生态防护在公路边坡防护中的应用[J].交通标准化,2014,42(3):7-10.

[7] 龙 凤,李绍才,孙海龙，等.岩石边坡生态护坡效果评价指标体系及应用[J].岩石力学与工程学报,2009(S1):3095-3101.

Research on the application of ecological protection engineering in highway slope

Wang Youshun

(HighwayAdministrationBureauofZhumadian,Zhumadian463000,China)

This paper analyzed the function and protection mechanism of ecological protection of highway slope, from the ecological protection index system of highway slope, index based method, evaluation method and other aspects, discussed the evaluation system of highway slope ecological protection effect, provided reference for the application of ecological protection technology in slope engineering.

ecological protection, highway, slope, evaluation system, Analytic Hierarchy Process(AHP)

1009-6825(2017)21-0112-03

2017-05-12

王友顺(1976- )，男，高级工程师

U416

A