基于公路边坡生态修复技术理论与实践的研究分析

2023-01-15陈钰

交通节能与环保 2022年2期

陈钰

（湖南省岳望高速公路建设开发有限公司，湖南长沙 410000）

0 引言

我国经济建设发展日新月异，与之相应的是交通基础设施建设与年俱增。一方面，据国家交通行业统计公报结果，截至2020年底，铁路建成通车里程数为14.6万公里，公路建成通车总里程数为514.4万公里。伴随公路建设的推进，“遇水架桥”“逢山开路”，又不可避免地造成生态占用与破坏，从而造成水土流失，甚至诱发山体滑坡等自然灾害，进而影响公路周边环境的生态平衡并影响交通安全[1-4]。另一方面，随着公路交通网络建设的增加和对交通安全以及生态环境保护的重视，我国对公路边坡地质和生态修复都更加重视，大量的公路边坡得到了修复[5]。《关于实施绿色公路建设的指导意见》于2016年发布实施，意见明确提出最大限度地保护公路边坡就是要构建并恢复被破坏的原有生态环境。公路边坡修复的主要内涵包含两层内容：一方面，通过边坡地质环境的修复，构建边坡的结构稳定性；另一方面，通过边坡的生态环境修复，恢复因公路建设开挖形成的裸露坡面的原有生态环境。目前，关于边坡工程修复，保持边坡稳定性的相关研究，国内外都取得了较大的成果，并且也在工程上有大量的实践。由于我国“绿色交通”理念起步较晚，相关研究较少，同时尚未构建出整套成熟的边坡生态修复的量化评价指标体系，因此在应用生态修复于边坡稳定性方面，反映出在生态修复理论研究与实践工程建设方面都具有不足之处。

本文探索总结国内外公路生态边坡修复的技术与评价方法体系的研究成果，总结出如何因地制宜制定不同的生态修复方案；同时掌握了公路边坡生态修复治理的评价研究动态，引以为鉴，试图探索我国公路边坡生态修复建设要点与发展趋势，也可用于指导交通行业边坡生态修复的大规模工程性应用。

1 公路边坡的类型

公路建设过程中由于施工与建设的需要，会进行很多人工挖填作业，形成了大量不同类型的边坡（主要体现在其地质环境条件与边坡类型差异）。为了指导边坡的勘察、设计、施工、生态恢复等工作，需要对边坡进行分类。以不同的岩石性质分类，可分为软质、硬质岩边坡；以不同的地质条件，可分为土质、岩质边坡；以不同的边坡倾角大小情况，可分为缓倾、中倾和陡倾边坡；以不同岩层厚度情况，可分为薄、中厚、厚以及巨厚等边坡；以不同岩层组成特点分类，可分为单一或双层性，以及岩泥互层性的边坡[6]。

2 公路边坡工程修复

2.1 公路边坡破坏模式

公路边坡的破坏与变形，与施工设计有关，但更与地质性质、岩石性质、地质构造、水文特征和边坡的地形地貌有密切的关系。公路边坡破坏模式关系到公路边坡失稳，因此，选择合适的边坡破坏模式是做好边坡工程设计与施工的前提。边坡破坏模式的主要类型有：滑移-拉裂、蠕滑-拉裂等[7]。李安洪等[6]进一步研究了边坡破坏的模式分类，如：顺层滑移-拉裂、顺层滑移、滑移-压致拉裂、滑移-弯曲、滑劈、沿底部软岩塑流-拉裂等八种不同类型的破坏模式。而产生这些不同破坏情形，是由于人工开挖与边坡地层岩性与岩体结构等因素组合作用而成的结果。

2.2 边坡稳定性的国内外研究情况

边坡失稳问题一直是公路沿线边坡生态修复公认的重点关注焦点。国内外研究者也针对边坡稳定性及防护措施做了一系列的专项研究。陈云超等[8]通过构建模糊数学模型从而对生态边坡的稳定性开展了系统综合评判。虞巍巍等[9]研究指出土体强度的各向异性是影响高、平缓坡稳定性的主要因素。宋从军[10]根据坡体结构和开挖施工工艺建立了边坡稳定性分析方法，并总结了控制开挖变形的综合施工技术。李安洪等[6]针对边坡各类型的稳定问题提出了相应的防护措施。Cormac Reale等[11]在研究边坡稳定性时指出要综合多种破坏及来评估边坡的稳定性。Emmanuel Baah-Frempong等[12]研究表明砂性土质边坡的稳定性随着基脚边缘距离、基脚深度和土壤相对密度的增大而增大，但随坡角的增加和对基脚施加压力的增加反而缩小。Tarun Kumar Raghuvanshi[13]在研究岩质边坡稳定性时发现，不同边坡类型，其影响稳定性的因素也不同。房秀等[14]运用饱和-非饱和渗流理论分析了降雨条件下边坡稳定性的变化，并提出了一种基于多属性的多方案大群体决策方法。通过前人的研究，我们发现边坡的稳定性是边坡修复中的首要问题，边坡稳定性与边坡所在岩土体的基本特性（坡体结构、地质构造、地层岩性及边坡水文地质条件等），同时其与施工过程中开挖的高度和坡度等因素密切相关[15]。

随着岩土力学研究的不断发展和大量工程实践中经验的积累，国内外边坡修复取得了很大的成就和长足的进步，特别是现代边坡工程学的出现，使多种边坡修复的方法结合使用，并创新了多种新理论，提供了新方法[16]。目前在工程实践中，根据不同的地质环境和边坡特性总结的主要边坡修复方案有：综合评分法[17]、工程类比法[18]、层次分析法[19]、模糊多属性决策法[20]、熵权决策法[21]、案例分析法[22]、主客观赋权法[23]、二维码定位法[24]、区间模糊分析法[25]等。这些方法大部分都是针对某一具体工程提出的方法，都存在着各自的优缺点，在具体应用中可以作为参考，在具体工程施工中还要具体问题具体分析。比如孙狂飙[26]等提出在边坡开挖前进行预加固处理，可以大大降低边坡失稳。薛伟等[27]在坡顶处设置截水沟，坡底布设锚杆挡土墙，坡面分级护坡防滑（如在第二级边坡打抗滑桩等）。张志勇等[28]对预应力锚索施工提出了二次劈裂注浆法、螺旋钻杆法、型钢混凝土组合锚墩法等三种不同边坡稳定方法，预应力锚索的锚固力显著加强，从而成功运用于解决软弱地层中难以钻孔、成孔等问题。彭富强等[29]提出了“锚杆+抗滑桩+灌浆加固”的工艺进行边坡治理，增强了边坡的稳定性。

2.3 边坡稳定性及其常见问题

随着科学技术的发展，公路边坡稳定性研究及其生态修复治理取得了较大成就，在许多重大工程治理方面也取得了一定成效。但还存在以下常见问题：

（1）缺乏系统性。国内外学者在对公路边坡稳定及其治理的研究中，多以专题为主，主要针对单个工程。目前的公路边坡稳定性理论及其治理方法大都是在单个工程项目中积累起来的，而没有系统性地进行研究，具有一定的局限性。

（2）忽视工程地质。通常边坡研究主要以岩土力学和计算机模拟为主，对由于边坡失稳经过修复的地质体认识不足，导致边坡稳定性效果未达到预期的目标。

（3）研究模型存在较大误差。由于边坡的地质环境和岩土力学环境非常复杂，在建立研究模型时采用的参数往往采用的是平均值，导致参数存在误差。同时在建立研究模型时，进行了参数的简化，造成定义边界的缩小，使得分析结果与实际情况有较大的差距。

（4）缺少设计施工标准。公路边坡治理工程设计往往进行简化处理，没有考虑自然环境变化和人类活动带来的影响。在施工时，大多凭已有的经验来确定施工的进程，没有建立相应的系统化、理论化和规范化技术标准。

3 公路边坡生态修复

3.1 公路边坡生态修复方法

边坡的生态修复方法，通常是通过以纯植物或植物与非生物材料（高分子材料或无机材料）相结合的方式，人为干预边坡生态环境，快速修复边坡生态环境，恢复到原来相似的自维持植物生物群落系统，从而最终实现边坡的稳定性，同时兼具生态环境景观功能（园林景观、生态吸声、吸附气态污染物等功能）[30-32]。公路边坡生态修复不仅限于植被恢复，而是进一步要求具有景观美学价值。欧美发达国家对公路边坡生态修复起步较早，因而研究相对较多，并具有较明显效果。20世纪60年代，美国就制定了相关高速公路绿化的技术标准，提出了公路与周围景观环境的协调性[33]。英国在进行公路边坡生态恢复时，利用加筋土技术加固边坡，同时建立植被防护[34]。德国、法国和瑞士等在建设高速公路时，会充分考虑生物多样性的维持与生物迁徙路径[35-36]。日本在建设高速公路时发明了许多新技术来修复公路边坡，比如喷附绿化和袋筋绿化等[37]。我国的公路边坡生态修复起步较晚，但随着环保意识不断增强，公路边坡的生态恢复也有了长足进步。《公路边坡生态绿色防护技术规程》（2017年）引领了我国公路边坡修复生态修复建设的新方向。

公路建设过程中边坡的生态环境受到了破坏，依靠其自然恢复是一个长期而困难的过程。为此，恰当的人为干预，有利于边坡的生态重建与恢复过程加速，最终达到与附近生态背景相协调。在进行边坡生态修复时，由于边坡的自然条件、立地条件和土壤环境都受到了严重的干扰，使得植被恢复存在较大的困难。因此，在进行植被恢复的时候，应该选用速生、抗性强的优良植物品种，同时也要兼顾当地的自然环境条件选用当地的乡土植物，并进行多种植物搭配，形成良好的景观效应和保证生物多样性[38-40]。通常典型公路边坡生态修复技术主要有：人工植被[41]、植生袋[42]、液压喷播植草技术[43]、网袋植草技术[44]、框格工程[45]、客土种子喷播[46]、厚层基材喷播[47]、仿原生态植被恢复技术[48]、OH液植草护坡[49]、三维植被网技术[50]等。这些技术需在施工过程中根据实际情况因地制宜选取。

3.2 公路边坡生态修复评价

公路边坡生态修复已经成为公路建设的重要内容之一，因此，准确评价公路边坡生态恢复工程的恢复效果也成为研究热点。如国际生态修复学会制定的《生态修复实践国际标准》（2016年），明确指出制定详细的监测计划方案，从而形成系统生态恢复效果监测与评估[31]。余海龙等人[51]也通过建立模糊数学与层次分析法，探索并建立了我国公路边坡生态修复效果的评价模型。洪文俊等以固土护坡、土壤基质、群落植被和景观效益为主体，建立包含18个影响因子的农林交错地带高速公路边坡生态修复成效评价体系，并得到了成功的应用。王宏兴等人[52]也在此基础上，成功将多目标决策灰色关联投影法运用于指导小流域水土保持生态工程综合效益评价。董方帅等人[53]依据生态学原理，提出了边坡植物群论个体与生态环境的评价方法，系统进行了边坡植物种群与群落水平的评价，同时应用边坡生态系统服务功能的评价和边坡景观尺度的生态评价指标体系，并依据重要性赋予权重，最后计算得出边坡生态修复的效果。贾致荣等[54]在基于恢复生态学和美学的基础上，参考多种理论，提出了盖度、绿期、截流量、根系稳定效果、综合抗性、管理水平景观优美度等重要评价指标，利用AHP评判矩阵计算了各评价指标的权重，得出坡面生态修复效果。在进行边坡生态修复评价时还用到德尔菲法、综合指数法、灰色关联度法、熵值法等[33]。这些方法各具优缺点，在实际评价生态修复效果时，可以综合考虑多种方法，根据不同地区地质条件、土壤条件等因素，做出更科学的评价。