公路设计中的生态保护

公路设计中的生态保护 杨准 （云南艾通职业技术学院；云南昆明，650101） 摘 要：随着我国公路里程的不断增长，公路建设对生态环境的影响和破坏问题已日 趋严重，因此生态问题应引起足够的重视，作为公路设计者，社设计进应采 取有 效的措施来保护生态环境。 关键词：公路设计；生态保护 随着我国国民经济的蓬勃发展，公路建设步伐越来越大。近年来，我国公路总里程不 断增长，汽车保有量持续增加，公路在国民经济综合运输体系中的位置越来越重要，公路 的企求值日趋增长.大量高等级公路的建设，方便了人们的生活，带动了经济的发展，但是 公路建设所带来的一系列问题也不容忽视。公路在施工过程中，不可避免破坏了土体的原 有自然结构，改变了当地地形地貌，造成大规模的棺被破坏、水土流失、局部小气候的变 动，动植物栖息地的破坏，导致边坡坍塌、泥石流等自然灾害，引发一系列环境问题。如 果不及时治理，将会造成较大范围的生态破坏，影响交通安全。生态环境问题是目前迫切 需要解决的问题，为此，我国各级政府每年投入大量的资金进行治理。据估计，仅公路生 态环境恢复的工程费用就高达每年 30亿元以上。云南地处云贵高原，属于山岭重丘区，有 其特殊的地质地貌、气候条件，自然环境复杂多变，近十年来，云南省每年公路水毁治理 费用高达 0.6-1.2亿人民币。 公路生态的问题已经引起了广泛的重视，几年前，哈佛大学地貌生态学家理查德福 曼 说：“最显著的地貌我们了解得很少，那就是公路”。一些不同学科科学家更联合在一起， 建立了一门新的学科：公路生态学。虽然我国现阶段对公路生态的重视与公路建设的步伐 并不同步，但是生态环境问题已越来越引起相关部门的重视。 1 公路建设对生态的影响 1.1 生态环境影响 公路对生态的影响和破坏，属于一个带状工程，影响范围在路两侧 300m左右。公路建 设中的主体工程占用了大量土地，使沿线耕地减少、植被覆盖率降低；公路截断了丘陵和 山地地区的浅水层，使当地水循环受到干扰，改变自然流水状态，影响了地表水和地下水， 加剧水质恶化；大量的挖方，破坏了原有的地形、地貌、自然景观、土体结构，以及原生 态的森林和植被，加速地表侵蚀，增大地表径流。此外，还会使公路沿线地区动物的活动 区域缩小，加上生存环境的改变，影口向了动物生长、活动的规律，一些生物被迫向其他 地方迁移，许多动物种群被分割得七零八落，生物种群变少，生物链随之改变，阻碍了生 态系统的良性发展。 1.2 水土流失 公路建设中开挖形成路堑、取土填筑路堤，这个过程破坏了土体原先的自然平衡状态，施 工中的开挖面、取土场、弃土堆等往往成了水土流失的主要发生源。因为耕地减少，植被 覆盖率降低，施工中放炮炸石、挖弃土方使岩土体移动、变形和破坏，增加了地质脆弱带 边坡的不稳定性，遇到暴雨，易产生大量水土流失，引起路基毁坏、边坡失稳、崩塌滑坡、 地面沉降、泥石流等自然灾害，会中断交通，给人民生活生产带来很大的损失。 1.3 自然环境影响 1.3.1 路基的影响 公路路基工程土石方量较大，尤其是高速公路高填深挖的现象很普遍，路基施工对路线 两侧局部范围的土体扰动很大，植被破坏，土壤疏松，不可避免地造成一定程度上的水土 流失。1.3.2 桥梁的影响 在桥梁施工过程中，基坑开挖、围堰钻孔使河床受到扰动，泥浆废碴排放致使下游局 部河段水质变差。桥梁建成后，改变了河流形态和地面水流动规律，使河床过水断面受到 压缩形成桥前局部壅水，水流速度减缓，桥下则水流速度加快，造成局部冲刷。 1.3.3 隧道的影响 隧道开挖涌水或疏干顶部地下水，改变了地下水的自然运动条件，引起地下水位下降。 隧道施工中对洞身所处地段扰动不大，但隧道进出口两端的坡面开挖破坏了天然植被，对 局部山体的稳定不利。 1.3.4 施工中及通车后的环境污染 公路施工过程中，各种施工机械（推土机、挖掘机、打桩机等等）所产生的噪声和排 放的废水、废气、废渣，以及一些建筑材料（比如沥青）会污染大气、土壤、水系和环 境公路通车营运期间，车辆刘沿线一定带状范围内会形成污染（包括尾气、噪，右、灰 尘及运输的危险化学品等）。 当然，上述影响对一个特定的公路项目而言，不一定同吋存在，这主要取决于项目区 域的环境特点，环境特点不同，影响的因素、影响的重点以及影响的程度也不同，因而在 设计之初，先要对分析项目区域的环境特点进行分析，确定公路建设项目对环境的具体影 响因素。 随着公路，单程的不断增长，它所带来的经济和社会效益是显著的，但是公路建设造 成的生态破坏啦址別而易见的。在欧美一些国家，公路生态已是一个老话题，人们采取了 许多措施来保护公路生态环境。长期以来，我国只重视公路建设在技术和经济上的研究， 单纯追求经济效益，对生态问题没有充分重视，忽视了公路对环境的负面影响，对生态环 境造成了巨大的破坏。由此可见，公路生态问题是值得我们去关注和研究的一件事情。 “生态”一词源于希腊文，原意为“家”和“住所”，现在更多被用来描述一种和谐、 健康、可持续发展的状态。在公路建设中引人生态的概念，是人类向自然生态系统学习的 过程，是把生态学思想注入公路体系。从生态学的角度来看，公路作为人类的需要建立起 来的人工生态系统，是对原有自然生态系统的入侵，形成了以交通运输为主体的新的生态 系统。我们强调公路的生态问题，并不是要求生态公路向健康的自然生态系统那样能自己 维护其稳定性，而是以生态学的理念指导公路建设的发展。 生态保护问题贯穿于整个公路规划、设计、施工及运营养护过程当中要解决公路建 设所造成的生态环境问题，要从源头上抓起，在规划、选线、设计阶段，就要充分考虑到 生态环境的问题，否则一旦实施建成后对生态环境的影响是不可挽回的。设计者从选线、 初步设计到施工图设计各个环节始终应把保护自然、维护生态环境放在首位，坚持“最小 破坏理念”，始终贯彻“保护自然、恢复自然、人自然、享受自然”的建设理念。在设计 阶段如何做好生态环境保护工作，这是摆在我们公路设计者面前一项长期而艰巨的任务。 2 设计中保护生态环境的对策 2.1 环保人员应参与到公路设计中未 在公路设计阶段，要重视环境基础资料的调查研究，在做好工程分析和技术经济分析的同 时，认真做好环境影响分析，加强环境与发展的总体决策。长期以来，我国的公路工程的 选线、设计都是由公路工程专业技术人员单独完成的。既然要把公路工程与生态环境密切 联系起来，那么就需要熟悉环境保护丁稈的人员参与到设计中来，针对所在区域的公路建 设可能产生的潜在生态破坏，与公路设计者在设计之初就齐心合力，共同完成公路及生态 环保工程的设计，土建、环保不同类型的工艺方案和措施因地制宜、综合运用。环境主体 工程与生态环境工程要遵循“三同时”原则，即应同时设计、同时施工、同时投人使用， 这样才能充分发挥环境设施的作用和效率。 2.2 选线时应充分考虑到生态问题 现代公路设计与传统的公路设计在思想理念上有着较大的差别以往的公路设计比较 侧重于公路安全、快速等功能因素，强调经济效益，以挖方为主节约工程适价；而现代公 路设计则要充分考虑到生态问题，从整体考虑区域经济、环境、社会综合系统的可持续发 展，充分利用各种高新技术、生物工艺材料以减小对生态系统的影响，买现经济效益、社 会双益、外境双益的综合最大化。因而在选线时要把公路放在“公路自然一一经济一 一社会”复合系统中进行考虑，把生态环境系统和公路技术经济系统结合起来，把技术、 经济、环境分析放在同等重要的地位。因而在选线时就应充分考虑到生态问题，合理选择 路线。在道路选线设计中，应对环境因素进行周密的考虑，在方案比选中加入环境因子来 进行道路选线方案的综合比选。 2.2.1 结合地形选线 路线方案是公路勘察设计中最根本的问题，公路外业勘察中的选线组亦称作大旗组， 由此可见其重要性。路线方案是否合理，不但直接关系到公路本身的工程投资和运营状况， 而且影响到路线在公路网中是否起到应有的作用。在深入调查的基础上，综合考虑影响方 案选择的主要因素，通过方案比选，提出合理的路线方案。 在我国，山区面积约占全国总面积的三分之二。山区地形、自然条件复杂，土石方和 各种防护工程量都很大，因此在山区要灵活运用公路设计标准，善于利用地形布线，选择 恰当的平曲线半径及其组合线型，使其尽可能与地形地貌相吻合，力求路线短捷、顺适， 尽量避免高填深挖，减少工程量，将对自然的破坏减少到最小，同时也可降低工程造价。 2.2.2 结合地质选线 地质环境对公路路线选择有着关键的影响，选线时要尽可能地绕避工程地质不良地段。 地质现象很多是隐蔽或半隐蔽的，在设计时未发现的不良地质现象，随着时间的推移，在 施工和运营中可能会进一步暴露出来。因此，在前期工作中要注重加强地质基础资料的收 集和调查工作，用动态观点研究处理地质问题，避免地质灾害对公路建设造成的不利影响。 2.2.3 选线时考虑到水土保持问题 水土流失会导致土地肥力下降、破坏水土资源，加剧洪涝灾害，引发滑坡、泥石流等现 象，影响到公路的建设，甚至中断交通。因而在公路选线时应充分考虑到水土保持的问题， 应先调查收集沿线相关的土壤侵蚀情况，合理选线，尽量避免发生严重的水土流失。 2.2.4 选线时应尽量考虑节约土地 土地是重要的不可再生的资源，我国土地资源紧张，因此在选线时要注意尽量少占用 土地，减少新征地。对沿线的土地资源进行详细的调查研究，结合当地的发展规划合理开 发，选择适宜的路线位置，少占良田、耕地；此外，还可采用设置挡土墙、护坡或高架桥 等方式减少占地数量，节省土地资源。 2.2.5 选线时应特别注意对饮用水源的保护，应尽可能避让。路线不宜从作为饮用水源的 水库区通过。受条件限制必须通过时，线位应尽可能布设于水体下游，且应以桥梁形式跨 越，并采用绿化等隔离措施保护水质免受污染。 2.2.6 选线时应尽可能绕避生态敏感区 公路会穿越各种生态系统，在选线时就应充分重视要避免从特殊的地区或是生态敏感 区穿过，比如：国家公园、自然保护区、湿地、热带森林、考古和历史遗址、珍稀濒危野 生动植物及古树名木集中分布区。如确实避免不了，则要采取相应的环境保护措施。 综上所述，公路选线要同当时经济发展、国土整治与开发、环境保护和生态平衡有机结合 起来，遵循生态规律、经济规律和自然规律，促进经济生态系统的良性循环。要灵活运用 技术标准，为了避免高填深挖。为了利于环境保护，可适当降低公路的线型要求。当然， 公路选线是一个综合性的工作，它要求选线人员必须具有较为丰富的公路工程专业知识和 扎实的实践经验，在工程实践中不断总结、不断探索，才能达到较高的水平。 2.3 精心设计，反复优化设计方案。 在设计中，对每段的挖方和填方都从工程技术和生态保护两个方面进行综合考虑，反复 计算，不断优化。要尽可能避免高填深挖的出现。高填深挖势必引起边坡治理这一问题， 使造 价提高，造成严重的水土流失，对当地的生态环境造成极大的破坏。若遇到高填深挖，应 以桥代填、以隧代挖，减少对周围环境的破坏，当然这势必增加工程投资。对公路路线位 置、填挖高度、边坡坡度等参数都要认真确定，它直接影响到工程量的大小、造价的高低、 路基的稳定性和公路路域环境。尽量使挖方和填方平衡，最大限度地减少弃方，因为公路 弃方要占用土地、占压植被面积，还容易产生水土流失。设计人员在设计中多付出一分辛 勤，对公路建设的成效往往是事半功倍的。 云南省恩茅至小勐养高速公路从西双版纳勐养自然保护区试验区次生林带及边缘穿过。 勐养自然保护区内分布着 5000多种植物，生活着国家一级保护动物亚洲象等动物。为了保 护动植物资源、特别是确保生物走廊不受破坏，在设计时，云南省交通厅提出建设一条 “生态环保公路”的目标，并制定了“宁填勿挖、宁隧勿挖、宁桥勿填”的建设理念。在 整个设计过程中，进行多个方案的比较，最后确定最有利于环境保护的方案。在建设中， 按照不破坏就是最大的保护的原则，在修进场便道时尽量用原来的乡村道路进行拓宽处理， 不开新的进场路。在边坡开挖的时候，对不砍的树尽量不砍，对边坡开挖线以内有保护价 值的采取最大限度的保护。为了避免占用野生动植物的栖息地和迁徙通道，在思小公路 97km的路段上，桥梁单幅由最初设计的 54座增加到 342座，隧道由 2座增加到 32座，桥 隧比例达 26.4。概算投资因此从原釆的 30亿元增到现在的 39.95亿元，新增的投资主 要用于增加的桥梁和隧道。据了解，思小公路在经过保护区的路段，桥隧比例达到 50- 70。这在世界公路建设中都是罕见的，可以说基本上是桥连隧，隧连桥。这样设计和建 设，使修建公路对生态环境的影响降到最小。思小公路成为我同第一条“车在路上行，人 在画中游”的牛态高速公路。 2.4 排水设计中重视生态保护 排水工程对公路工程的整体性和稳固性有特殊作用，可以防止路基路面水及水中含有 的油污、有害物质直接进入农田，避免耕地淹没、土壤污染。路线设计时应注意保护自然 水流状态，尽量不改变水流的方向，不压缩过水断面，更不得堵塞、阻隔水流。公路设计 时要做好公路综合排水设计，各种排水沟渠的水流不应直接排放到水源、农田等地，充分 利用地形和天然水系将路界范围内地表径流引人自然沟中。设计路线排水系统时，要注意 水流方向，路面水、边沟水排人一定的水域，不得随意排人公路两侧的水体或土壤中，以 免污染周围的水土资源。 在加拿大，对公路路面径流，不采用分散漫流的方式，而是集中汇人污水管，先流人 沉淀池，在沉淀池中设置土工布过滤帘，经充分过滤后再排入水体。这种做法很值得我们 借鉴，我国目前大多采用的是分散漫流的方式，把水流排到路域范围外就算完事，忽略了 泥沙沉淀控制，仍使工地附近的水体受到一定程度的污染。此外，在高速公路服务区应建 立污水处理系统，以避免生活污水排放污染环境，污水排放必须达标。 2.5 绿化工程设计 虽然一再提及“生态保护”，但是在公路建设中对自然环境的破坏是必然不可避免的， 因此就涉及到生态恢复的问题，生态恢复也是保护生态环境中一项重要的措施。生态恢复 的目的是采取一切措施，把因公路建设而受到损坏的生态系统尽量回复到接近建设前的状 况，因此做好边坡生态恢复的前提是必须要先调查和研究公路沿线的植物和植被种类。生 态恢复又以绿化工程为核心。绿化对于稳定路基、保护边坡、保持水土稳定等均能起到良 好的作用，有利于交通安全、美化路容，同时还可以过滤径流、吸附尘埃、净化空气、降 低噪声、美化路容，具有改善公路环境的功能。 以往土建工程与绿化工程的设计施工不是同步进行的，绿化工程大多是在全线路基及边坡 土建工程基本完工之后才进行，在工艺上没有统一部署，而且没有一个完整的绿化设计方 案，现在则是在选线和初步设计时就开始考虑绿化方案，且应一边进行边坡施工一边进行 绿化。尽量避免人工倀迹，便路域植被与周围外境融为一体。公路绿化以保护沿线生活环 境和自然环境，提高行车安全性和舒适性，提供和谐的公路景观为根本目的，不“哗众取 宠”。边坡绿化工程应遵循以下几个原则： 2.5.1 保证交通安全。边坡绿化首先应以交通安全为第一要素，边坡绿化要以保证边坡 地质稳定为前提，防止边坡上的跌落物影响交通安全，避免绿化工程遮挡视线，尽量减轻 驾乘人员视觉疲劳。因而高大乔木一般不能种在第一台边坡上，以免影响司机视线。 2.5.2 减小水土流失。为了保持水土，要选用根系发达、能迅速绿化的物种。白三叶、 狗牙根、狼尾草、画眉草、狗尾革、高羊茅等草本和木豆、猪屎豆、多花木兰、山毛豆等 灌木就属于根系发达、固土能力强、耐旱、耐贫瘠、速生的植物品种，且成本较低。、上 边坡第一台应以灌木为主，草本层只是在前期覆盖表土起保持水土的作用。第二台及以上 土质及土夹石边坡则可选用 23种竞争能力强且在当地原生植被中占优势的乔木品种，乔、 灌、草多层复合。 2.5.3 注意生态保护和生物多样性。尽量选用在当地大量分布的乡土植物品种，少用外 来物种，以避免外来物种对当地物种的入侵，保持当地植物品种的多样性。如果不得已为 了美化景观或保证快速绿化效果需引用外来物种，则要选用不具有强侵人性的。根据不同 的边坡土壤条件、坡比、周边植被类型选择适宜的乔、灌、草植物品种，没置不同的植物 配合比，构建丰富的乔、灌、苹多层次复合型植物群落。注意灌、草配合比要适当，否则 会导致出苗率低，影响绿化效果。而且应注意灌木的品种要多样化，不能太单一，以保证 植物群落多样性，避免造成植物群落生态失衡和结构不稳定。同一层次植物宜选用两种以 上植物品种，且不同种类植物的生活习性能互相补充，草本和灌木混种时，要选用浅根、 匍匐型的品种，以免与灌木竞争。 2.5.4 边坡绿化要考虑近期、中期和远期效果。前几年，我国的边坡绿化比较重视近期 效果，对中、长期效果及后期的维护费用考虑不周，通车初期倒是一片葱绿，但足两二年 后就景色不再，忽视了景观的持续件和维护成本。云南省 1997一坡绿化采用了黑麦草、白 三叶、高羊茅、狗牙根、弯叶画眉草等单一的草本植物，施工半年后，覆盖率达到 90， 两年后，除弯叶画眉草、狗牙根外，多数原播草本植物已退化，绿化覆盖率降至 40一 80，一到冬季，植被枯黄。因而边坡植物品种以中、长期效果为主，兼顾前期绿化效果。 2.5.5 因地制宜。根据当地特定的土壤条件和气候条件下，选用适宜的绿化设计，在经 济条件允许的前提下，尽可能改善边坡条件。所选植物品种必须要种源充足、易于采集、 易于成活养护、施工方便、造价合理。这里所说的造价指的是全周期的造价，而不是短期 的施工成本。比如单纯的边坡植草和草、灌结合的边坡绿化两种形式相比较，前者的施工 成本比后者低，但是后者的长期使用及维护成本比前者低。 2.5.6 与周围景观协调。边坡绿化设计应可能做到四季常绿，与周围植被景观相协调， 避免过重的人工痕迹。在植物选种上，不同花期的植物互相搭配，力求四季花开，在视线 可及的上边坡坡顶或坡侧可设置一些景观效果明显的观花观叶植物，使驾乘人员在行驶过 程中充分感受到公路与自然融为一体。 2.5.7 改善边坡条件，扩大生境可容性。生境指的是植物赖以生存的土壤和气候条件。 公路建设破坏了原有的生境，因此我们在边坡设计时要采取相应的措施改善边坡条件，为 植物的生长创造合适的土壤条件，这也是公路绿化中一个重要的部分。目前常见的方法有 植生袋、土工格室、挂网客土喷播。 植生袋是将植物种籽、土壤和肥料按比例混合后，填人以微孔状易降解材料为内层，编织 网为外层的袋中，制成植生袋，然后将这种特制的植生袋按一定规律码放在已做好防护支 撑的土质、石质和水土易流失的边坡上，并用锚杆将其锚固。袋中的种籽吸收植生袋内的 营养后萌芽，植物根系在边坡土壤间生长后与边坡土层固定，并将植生袋之间连接成一个 整体，将植生袋与边坡之间进行了有效的固定，从而实现了边坡的防护、水土保持与绿化。 这种方法成本低、施工便捷、适用广、成效高，具有快速防护和绿化的优点。 土工格室是一种新型的土工合成材料，由热塑料片材经超声焊接而成，是一种独特的 三维立体结构，它利用其三维侧限原理（格室壁的侧向限制、相邻格室的反作用力，以及 填料与格室壁的摩擦力所形成的横向阻力），以当地沙、泥土等材料作为填充料，配置根 系发达的草种，既可固土护坡，又叮绿化、保护生态环境，虽然初期工程造价比传统方式 略高一些，但其延长公路使用寿命、减少维护成本。 挂网客土喷播是先用人工将山体上的险石、浮石清理后，设置锚杆（目的是对岩石表 层进行加固，防止边坡发生局部崩塌，同时也可有效固定住铁丝网），然后挂网，采用高 压手段在岩石上喷填一定厚度适宜植物生长的土壤或基质（窖土），然后再釆用液压喷播 适于在本地生长的草本种子。这种方法适用于岩石坡面、贫瘠地、酸性土壤等绿化困难地 段，多用于在普通条件下无法绿化或绿化效果差的边坡，是国际上比较先进的技术。由于 客土可以机械拌和，挂网实施容易，因而施工的机械化程度高，速度高，从效率租成本上 而言都比浆砌片石和挂网喷砼优越，而且植被防护效果良好，在日本等国家已被作为边坡 绿化的常规方法应用。边坡绿化中引入了这些先进的技术，使山体复绿，与周围环境完全 融合，恢复了生态，是边坡防护与景观绿化两大功能的完善结合。 云南省从 1997年 6月开工修建第一条高速公路昆（明）玉（溪）到现在近 l0年的历 程中，边坡绿化工程的概念经历了“边坡植草”、“边坡绿化”、“边坡生物防护”、 “边坡景观绿化（或边坡生态骑扩）”、“边坡生态恢复”这样一个过程如下表所示： 从上表可见，这个概念变化的过程标志着边坡绿化设计理念的变化和技术的发展，意味 着公路建设中的生态保护和恢复问题已越来越受到