高速公路边坡生态防护技术设计研究

刘源承

（北京建达道桥咨询有限公司，北京 100015）

0 引言

对于高速公路设计而言，边坡是非常重要的组成部分，目前行业关注的重点领域是生态防护、破损修复以及结构稳定性。研究高速公路边坡生态防护技术设计具有重要的现实意义。一方面，能够让行业对边坡生态防护治理引起高度重视；另一方面，可以掌握高速公路边坡生态防护技术，并根据实际情况进行设计，从而保障边坡质量。

1 边坡生态防护技术概述

稳定性是边坡生态防护技术的关键，以此为基础，还应该主动积极采用新材料、新技术、新结构，将绿化与稳定充分结合，达到恢复边坡生态以及维护生态系统的目标。针对边坡生态防护技术，进行概述。

1.1 生态挡墙

生态挡墙包括自嵌式挡墙、荣勋挡墙、加筋格宾笼挡墙等基本单元预制构件。为了使整体外形适应空间布局，通常采用现场拼装。同时，将土壤填充到预制构件内部，为植物生长提供必要环境。随着技术的发展，构件加工流水化程度越来越高，不仅拼接的整体性好，而且可以改善边坡景观，维护绿化生态系统。具体来讲：第一，加筋格宾笼挡墙。该挡墙采用铰接方式对钢筋骨架进行连接，不仅外观柔性比较好，而且属于“土石+钢”的复合结构，所以套笼的整体性以及结构的稳定性可以得到保障。从骨架来看，不仅每个点位的抗拉强度一致，而且抗压性能较好，小于70°的边坡可采用该生态墙。从实际情况来看，不仅结构稳定性优良，施工效率高，而且绿化效果较好。第二，荣勋挡墙。该挡墙主要采用生态砌砖，如钢塑类土工格栅、PP，采用卡锚将土工格栅与砌块固定，属于刚性筋式。挡墙的砌体孔洞可以为植物生长提供必要环境，但是植物的直径不要超过11cm。随着植物的生长，根系会在砌块背后的土体中扎根，可以使挡墙更加牢固。第三，自嵌式挡墙。该挡墙结构包括回填土、土工布反滤、纤维织造土工格栅、碎石反滤、砌块、砌块孔填灌碎石、插销等，属于柔性筋式，通常采用砌块孔内填灌碎石、插销棒两种方式连接土工格栅与砌块，不仅使挡墙更加牢固，而且孔洞可以为植物提供生存空间[1]。

1.2 土工材料护坡

该护坡包括土工格栅、土工格室、三维土工网垫等，在坡面上固定土工材料，通过堆砌、上部牵引等方式形成挡墙，可以使坡体、土工格室结构层更加稳定。结构体内可以为植物提供生存空间，也可以进行洒水养护，从而达到生态防护的目标。土工材料护坡一般用于1/0.8～1/0.3，且坡底承载力稳定，坡面完好、稳定的边坡。

1.3 植生基材护坡

将草种、绿化基材、纤维、种植土壤等材料，按照科学比例均匀混合，使其成为浆体。采用高次团粒、液压等技术，将浆体喷射到边坡，然后采用无纺布覆盖。此外，还需要定期浇水，达到养护的目的，具体包括厚层基材喷播、高次团粒喷播、液压喷播等。

1.4 骨架结构护坡

如果采用骨架结构护坡，就必须满足边坡骨架的设计强度。将土工纤维、植物草种、客土等复合材料添加到骨架结构内部，达到绿化的效果。护坡包括浆砌片石骨架结构、钢筋框格悬梁等，具体来讲：其一，浆砌片石骨架结构主要采用水泥砂浆、浆砌片石进行砌筑，使坡面形成框架，在内部可以放置植生袋绿化、撒播草种、铺草皮等。将草籽撒播到填方边坡。其二，钢筋框格悬梁主要采用锚杆将框格与悬梁连接成为整体，悬梁上的力从锚杆传到石壁，形成定向牵引力，使得坡面挡墙更加稳固。将土工纤维、肥料、植物草种、客土等复合材料添加到悬梁框架格内，达到生态防护的目标[2]。

1.5 生态混凝土护坡

生态混凝土护坡包括混凝土砌块生态护坡以及植物生长混凝土结构护坡。第一，混凝土砌块生态护坡所构建的生态体系之中主要是混凝土工程，具体采用的是铰接技术、现浇技术等构造植草空间，不仅能够使边坡更加稳定，而且可以保障边坡绿化景观。第二，植物生长混凝土结构护坡指的是将有机肥料填充到大孔无砂的混凝土结构内部。将草皮铺在表面或者是撒播草籽，可以达到生态防护目标。植物生长混凝土结构护坡如图1 所示。

图1 植物生长混凝土结构护坡图

2 边坡生态防护技术设计

设计高速公路边坡时，要兼顾稳定性与生态防护。高速公路边坡的稳定性直接关系到安全，因此，设计时必须将稳定性摆在第一位。深入、仔细研究影响边坡稳定性的各种因素，并有针对性进行优化，确保结构强度达标，从而保障边坡的稳定性。同时，兼顾生态防护，将绿化与稳定结合，根据实际情况，选择绿化物种，充分发挥绿植的生态功能与外观价值，让生态效益最大化。在具体设计过程中，需要根据实际情况，选择边坡生态防护技术。

2.1 土质边坡

在设计边坡的过程中，需要对边坡的实际情况进行分析。如果是土质边坡，那么需要充分考虑地形地貌条件、降雨情况、土质结构等因素。某些地区降雨量大，建议在设计时采用骨架结构、框格梁、挡墙等支护主体，加大防护力度，减轻雨水对坡体的侵蚀程度；如果土质边坡的坡度比较平缓，可以采用的防护措施有喷射植物生长基材、植草护坡等；如果土质边坡的坡度比较陡，又或者土质比较疏松，设计时就需要采用生态混凝土结构、骨架结构护坡体系等技术[3]。

2.2 岩质边坡

对于岩质边坡而言，在设计边坡生态防护时，需要考虑稳定性、风化程度、节理发育、岩土体性质、坡度等。如果岩石的硬度比较高、节理发育比较少、坡度比较缓等，可以采用喷射厚层基材防护技术；如果坡度比较陡，建议采用喷射植物生长基材技术，并挂三维网；如果边坡周边存在破碎的岩石，就需要采用挂网喷播技术，或者进行落石网工程；如果破碎岩块体积较大，而且岩体与山体接触面较少，那么建议用锚杆加固，可以增强边坡的稳定性，再采用喷射植物生长基材，可以达到绿化目标；对于表面容易风化并且节理发育的岩质边坡，直接使用喷射混凝土植草技术；如果边坡已经出现整体性风化的情况，需要采用挂网喷锚技术或者是挂网喷播技术；如果是软岩或者全风化岩，意味着稳定性比较差，设计时必须采用钢筋框格悬梁技术或挂网喷锚技术。

2.3 土石混合边坡

对于这类边坡而言，如果边坡坡度比较缓，且比较稳定，设计时可以采用喷播技术；如果坡度比较陡，且质地比较松软，设计时应该考虑采用骨架结构、框格梁、挡墙等主体，让边坡更加稳固，然后采用挂网喷播技术达到绿化效果[4]。

3 高速公路边坡生态防护技术设计案例分析

3.1 基本情况

该高速公路项目需要扩建双车道匝道单侧，改建成为双向四车道，长度大约为0.56km。结合双车四车道一级公路标准相关规定，所有道路采用沥青路面。对项目样本进行分析，以路堑边坡ZK1 为例，可以发现路堑边坡在低缓丘陵处，坡体地面标高大约为25.0～50.0m，左右两边自然坡的角度最大，分别为35°与45°。整个地形的起伏比较大，大部分被橄榄植物覆盖山体。ZK1 的横断面如图2 所示。

图2 ZK1 横断面

3.2 设计思路

结合实际情况，始终坚持“稳定性与生态性结合”“经济适用、因地制宜”等基本原则，采用综合设计，综合使用各种方法包括综合治水、坡面防护、坡体加固、坡脚直挡，不仅可以增强边坡的稳定性，而且采用“防、排、截、输”综合措施，防止径流、自然降水等。结合各个坡体地质条件（岩体完整性、边坡岩体类型、节理裂隙发育程度、结构面产状、边坡岩土层分布特征）等，参照沿线已有的人工边坡，明确一般路堑边坡坡率值（见表1）。

表1 一般路堑边坡坡率值

所选取的项目样本属于土岩石混合边坡，坡体残积着粉质黏土，全、强风化层比较厚，植被发育较为缓慢。从边坡上部来看，主要由花岗岩风化层、覆盖层残坡积土组成。一旦水体含水量饱和，就可能出现崩解、软化，所以设计时需要重点做好排水、防水等方面设计，需要特别加强结构之间的连接强度[5]。

3.3 生态防护技术确定及依据

结合之前的勘探数据，在边坡防护的过程中，应按照地形变化的实际状况设置堑顶截水沟，在平台位置附近设置截水沟，坡面位置做好排水孔。如果用地区域狭窄，应当对边坡进行收陡时，需要提前实施稳定性验算，按照验算结果，制订有针对性的防护方案。如果区域降水量较大，土质和混合土质边坡频繁出现泥石流灾害，为避免坡面因为雨水冲刷而产生安全隐患，通常选择植物防护措施，确保植物在坡面产生保护层，有效降低雨水渗流以及表面径流对土体带来的危害。或选择分割受水面积、降低雨水流速或者排坡面水等方法对其实施保障，如设置有针对性的骨架、框架梁等。对于部分强、弱风化岩质以及坡率较陡的区域，采取植草的措施较为困难，可选择喷混植草或者客土植草等方式。对于土质或者混合土质边坡实施防护的情况，应当选择预制构件吊装以及人工吊装的措施对其实施防护。另外针对岩性较差以及应加固的边坡，可以选择格梁、框梁等各种预制构件予以支撑[6]。

4 高速公路边坡生态防护技术设计注意事项

针对高速公路边坡生态防护技术，目前依旧存在一些问题。例如，生态防护植物种类相对单一化，植物类型不符合地区气候环境，并未形成较为完善的生态系统等。在设计环节，没有完全考虑影响边坡稳定性的因素。应科学设置边坡植物，结合当地气候条件，依靠分段、分区种植不同植物的方式，让边坡生态系统更加丰富，确保植被和公路边坡防护作业有机结合，提高人工栽种植被和原有地质之间的融合度[7]。

5 结语

随着绿色环保理念的深入，边坡生态防护技术在高速公路设计与建设中的价值更加突出，达到稳定、绿色、环保、经济等目标。随着植被生长，根系扎根土壤、人工构件内部等，可以达到更好的固定效果，让边坡更加稳定。植被不断吸收车辆带来的污染物质，如粉尘、颗粒物等，可以有效提升空气质量。高速公路边坡生态防护技术设计的相关研究还处于发展阶段，虽然带来了明显的生态效益、安全效益以及经济效益，但是如何结合实际情况做到合理设计非常关键，因此，需要广大研究者深入研究，才能让设计更加完善。