基于环保的生态公路设计理念及方法应用分析

朱海明

（新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司，新疆乌鲁木齐 830000）

0 引言

我国公路建设环境污染问题较为严重，传统的建设活动往往采取先污染后控制的模式，构建公路、环境相互结合的新型生态模式极其有必要。弱化环境、公路之间的矛盾需应从生态公路设计阶段入手，设计人员需要对局部路域建设造成的生态环境影响进行分析，确定公路建设造成的环境生态影响程度，从技术上对公路破坏的生态环境景观进行必要的重建恢复，实现公路建设的可持续发展。

1 生态公路设计控制

1.1 设计目标

生态公路设计阶段可以分为交通运输目标和环境控制目标。前者要求公路生态设计需要达到交通运输质量要求，不仅具备良好的公路服务水平，还要表现出较高的公路运营效果；后者则需要公路设计中避免生态环境的影响，如水、土壤、地形地貌、大气环境等。在生态公路设计的不同阶段可以进行目标的细化划分，且以各个阶段的控制目标作为设计依据，从根本上发挥生态公路的作用。

1.2 影响因素

生态公路设计阶段的环境影响因素主要包括：

（1）公路通行质量。公路设计的基本要求是具备一定规模的通行容纳量；

（2）公路运行全寿命内对生态环境造成的影响。生态化设计需要对公路长周期运行造成的环境影响程度进行分析，继而比选出影响程度较小的设计方案；

（3）生态环境的特点。不同类型的环境系统极容易造成不同的设计反馈，生态恢复对于容易受到建设活动影响的局部生态系统具有积极作用；公路设计方法和生态设计方法的相互结合，生态工程和公路设计不可分割，是达到生态公路可持续建设的基本手段[2]。

2 生态公路设计理念

生态公路设计要求减少建设活动对生态环境影响，其设计理念整体可以分为以下几个部分：2.1保护性理念

生态公路设计中，设计人员需要加强环境保护、尊重自然的意识，尽量不破坏原有地形地貌、生态植被，控制耕地占用，公路沿线需要做到人文景观、生态自然、动植物的保护，对于不可避免产生原有生态景观改变的，要做好补偿性设计。

2.2 恢复性理念

生态公路设计中，需要针对破坏的边坡、农业水利设施、生态植被等及时恢复处理。如公路工程建设中产生了数量较多的边坡结构，传统处理措施主要是采取草皮来加固边坡，防止水土流失。单一草皮敷设虽然能够达到周围景观的美化，但是随着公路运行周期的延长，草皮会出现枯萎或被当地植被生态吞噬，继而形成边坡裸露，难以保证景观可持续性。为此，当前的公路生态设计多以恢复设计为主，技术人员需要根据当地公路建设实际环境、区域文化习俗等，对公路沿线开展生态恢复处理，避免只追求绿化而忽视长期景观效果的情况，实现集景观旅游、生态、经济等多角度为一体的路域环境系统[3]。

2.3 自然、乡土化理念

自然理念主要是设计人员应用生态技术对公路沿线植被群落的结构特点、种类组成、交替变化规律进行研究，并以生态群落为基本单位，构建具备地带性植被群落特征的路域生态绿化景观。路域景观需要结合自然规律进行构建，其内部具备结构复杂、层次丰富、功能多样的植被群落，能够优化路域生态的发展，更新及自身维持的水平，提升路域生态的抗逆性、稳定性，为后续的养护管理减少不必要的成本。

乡土化理念则需要设计人员积极采取公路沿线的乡土建筑技术、乡土材料、乡土文化等，经过事先的科学论证分析后，将乡土化理念进行路域的生态设计合理应用，以体现出当地环境特色，减少公路建设造价。

3 基于环保的生态公路设计方法

3.1 路线设计

生态公路选线主要是对不同设计方案进行比较，以便获取对环境影响程度较小的方案，该过程被称为环境协调性研究，开展过程如图1所示，主要包括以下两个方面：

（1）空间结构的环境敏感性分析调查。主要对生态环境保护空间进行评价分析，为生态公路选线确定环境敏感性较高的区域及影响程度较小的走廊带。敏感性调查需要对关联环境问题进行全面分析，如区域保护价值、环境敏感型特殊区域、土地利用情况、土地规划效益等；环境敏感性分析可以结合地理信息化系统进行高效开展。

（2）方案比选。主要结合设计软件CAD绘制可行性初步方案，借助地理信息化系统对不同方案生态环境优缺点、关键设计指标及公路美观性、安全性、经济性等进行比较，选取可行性最终方案。

生态公路设计总体可以分为以下五个步骤[4]：

（1）路线研究区域的确定及划分

路线研究区域界限需要确保经济、清晰，且符合环境评价、方案研究的相关技术要求。研究区域的范围较大，不仅包括路线走廊带和比选方案路线穿越地域，还应涉及公路走廊带造成环境影响的区域范围。

（2）结合专题地图开展环境、公路影响评价

环境协调性分析阶段，设计人员需收集公路设计关联数据信息，并分析造成的环境影响范围及程度，一般需要兼顾公路建设周期和公路运营造成的生态环境破坏。环境、公路之间的影响评价需要多类型专家进行协作分析，环境信息的展示则可以借助于地理信息化系统。专题地图作为专家评价平台，其构建需要考虑以下内容：①强化环保理念，对保护区域资源信息进行全面考虑；②定量化水土保持情况；③区分土地用途，调查土地规划情况和土地利用情况。

（3）根据环境影响权重进行专题地图的叠加，确定环保路线走廊带

环境敏感性专题地图可借助于GIS分析功能进行构建。首先需要确定单个专题地图涉及的环境要素权重，继而按照权重叠加专题地图，获取能够体现出环境敏感性的决策图，据此确定对环境影响程度较小的走廊带。

（4）在走廊带中确定可行性路线方案

走廊带的确定需要以对环境影响程度最小为基本原则，设计中需要重点考虑经济、技术、安全等指标。

（5）对不同路线方案进行优缺点评估

可行路线方案的比选是环境协调性分析的关键过程，最终选取的路线需要表现出最佳的环境协调性。路线方案比选包括以下内容：对路线邻近地区的影响进行评估；开展生态破坏影响评价分析；生态环境处理控制措施的提出；对已造成环境负面影响而提出的改善措施效果评估。

图1 生态公路设计流程

3.2 路基边坡设计

公路路基边坡生态设计需要遵循刚柔并济、固脚强腰的原则，在确保边坡稳定性的基础上，实现生态景观再造的目的。路基边坡需尽量和既有地貌相互适应，和周围植被相互协调。路基边坡防护采取草灌结合模式，布局则应该考虑区域气候、地质、土壤类型等，尽量采取不同类型的草、灌、花等植物，丰富路基植被层次，避免采取单一草类植物进行生态恢复，多类型草灌种子需要达到配比混播，立体防护[4]。

3.2.1 无防护的边坡

土质边坡生态设计主要有图案式、自然式两种方案。

（1）图案式适用于面积较大的无防护土质边坡，且土壤结构较好，布置在景观观赏效果较好的重要路段，设计人员可以设计丰富鲜明的图案来提升边坡绿化效果。图案设计需要重点关注车辆通行的动态流畅性，图案需要明快、简单、对称，多采取自然标志，如图2（a）所示边坡图案种植可以采取盆苗、袋苗，如果土质边坡土壤结构较差，则需要进行坑内换土处理。

（2）自然式边坡绿化主要采取花卉、草皮混播处理，自然式边坡没有明显的图案，该方法形成的生态植被较为丰富，比较适用于路基边坡周围存在大面积的耕地、草地、灌木丛等情况。自然式边坡绿化能够与周围环境形成一体，优化局部区域生态质量，提升边坡的稳定性，如图2（b）所示。

图2 无防护边坡绿化

3.2.2 具有防护工程的边坡

（1）对于有防护的骨架型护坡坡面，如拱形骨架护坡、菱形骨架护坡、方格网骨架护坡等，主要对骨架之间的空隙进行绿化处理，不同骨架之间的植物高度、种类、颜色可以不一致，绿化过程中需要保证整体优美简洁，如图3所示。

图3 骨架型护坡坡面绿化

（2）对于铆喷混凝土护坡砌石护坡等，可以采取挂花篮、设置种植槽、碎落台几种绿化形式。挂花篮需要在花盆内部布置攀缘植物、花卉，并且在花盆和墙体处构建排水孔，充分利用墙后水体为植物提供水分；设置种植槽需要将护面构建为台阶形状，在台阶上种植花卉等植物；碎落台绿化设计有以下两种方案：①挖方边坡没有挡土结构处，可以在边沟处设置种植槽，对靠近坡脚的位置进行圆滑处理，一般种植白三叶草；挖方边坡存在挡墙等构筑物，在墙角每隔10m布置长1m、宽0.5m的种植槽，植物类型为野山葡萄、爬山虎等[3]。

3.3 排水设计

3.3.1 排水沟

在景观效果要求较高的路段，可以布置生态蝶形排水沟，如图4所示。在一些排水量较大的路段可以构建生物砖排水沟，多采取多孔生物砖施工而成，可以事先在砖孔内部加注营养物质，植物生长一段时间后对砖体进行覆盖处理，最终会形成绿化生态排水沟，和周围环境形成一体化。生物砖排水沟可以设置在边坡底部，其具备的渗、排水功能能够充分排出边坡内部的水体，提升边坡的稳定性；生物砖排水沟也可以结合土工布使用，这能够实现排水设施的长周期性和土层的稳定性，降低边坡的不均匀沉降。

3.3.2 边沟

矩形边沟生态设计中，可以将边沟整体适当下移、外移，且把路肩做成弧状，增加整体视觉效果。边沟主要采取强度M7.5浆砌石施工，底部采取水泥砂浆垫平，顶部进行现浇C30混凝土盖板放置；对碎石盲沟可以进行适当加深处理，优化结构层内部的排水，碎石盲沟出水口需要和边沟出水口保持高程一致，便于排放路肩渗水[3]。

4 工程应用分析

4.1 工程概况

新疆省内某高速公路路线设计呈南北走向，设计路线长度达到了160km，路面设计宽度为30m，双向六车道，设计速度为60km/h，路基设计平均高度达到了10m。项目施工难度较大，路线跨越了大部分的山地丘陵，地形地貌受到地质构造的限制，地区新构造活动较为活跃，基岩裸露程度较高，且路线周围具备少而薄的山体覆盖，项目路线设计技术指标较为严格，路线区域气候温差较大，降雨较多，极容易产生泥石流、滑坡等自然灾害，后续施工极容易造成既有生态环境的改变[3]。

4.2 生态护坡技术的应用效果分析

项目拟采取混凝土框架、植被生态相结合的护坡形式促进路线建设过程中的生态修复，不仅可以处治局部土壤侵蚀，还能够对破坏生态景观进行及时重建。整个路线复杂路段的生态护坡实施类型及比例如表1所示。对于坡度平缓的软质岩坡、土坡采取直接喷播，比例占据了22%；一些低缓边坡可以采取客土喷播附着，以便快速达到水土流失抑制作用。K120+350—K120+950坡比小于1∶1，且整体较为稳定，每级边坡8～12m之间，采取挂网喷播技术，其比例占据了22%，三维网锚固之后，能够有效提升边坡稳定性，利于植被根系、客土的紧密联系；K130+150—K130+950段坡比小于1∶0.75，采取菱形、拱形骨架构造客土回填空间，提升路段景观效果，其比例占据了55%；K130+950—K140+300路段边坡具有大面积的悬崖、陡崖、斜坡，极容易出现落石、崩塌，采取主动、被动柔性防护网技术进行坡面保护，占据比例达到了1%。其余路段则充分利用既有植被进行周围景观的协调[4]。

边坡生态技术应用15d后，边坡生态植被覆盖率达到了90%以上。现场土壤侵蚀度检测仪检测表明，土壤水土流失防治效果优良，土壤流失量和植被覆盖因子之间成反比关系。生态公路防护显著减少了生态环境景观的破坏，提升公路通行的视觉感受[4]。

表1 生态护坡实施类型及比例

5 结语

生态公路设计需以环保为基本要求，继而实现生态工程和公路设计的相互协调统一。生态绿化需要应用到公路建设阶段的每一个过程中，设计人员要充分结合路域环境特点、地形地貌、风俗习惯，采取合理的路线设计方案，弱化区域既有生态的影响破坏，并且在一些景观效果应用路段，加强路基、排水等构筑物的生态设计，促进生态公路的可持续性发展。