现代高速公路坡面生态防护的现状与展望

现代高速公路坡面生态防护的现状与展望

现代道路建设极大地方便了人们的生活，显著促进了社会和经济的发展。同时，它对环境，尤其是植被产生了一定的影响和损害。而传统上用的铺砌和封闭防护措施不仅施工繁琐、造价高,而且不利于高速公路的环境和景观。随着人们对环保及绿化美化和对植被坡面保护作用认识的不断加强,生态防护在高速公路建设中成为一种崭新和必不可少的工程防护措施。1边坡立地条件为避免占用农田、耕地,高速公路线路一般都需重新开挖、深填,从而造成大量的填切方,使地表植物遭到破坏,原有表土与植被之间的平衡关系失调,表土的抗蚀能力减弱。在雨水和风蚀等作用下极易造成严重的水土流失,同时由于公路施工过程中挖方及重力作用破坏了坡面原有的良好结构平衡,雨水的浸泡又增加了坡面的负担,加剧滑坡和崩塌的发展,严重时造成滑坡、泥石流、山洪等危害。高速公路边坡小气候复杂,限制因素多。据HurshC.R(1949)的研究,裸露的公路边坡风速比林地大15倍,比草地大8倍。风速大,风蚀严重,不利于水土保持。另外,由于坡度大,土壤渗透性差等原因,边坡土壤对降水截流较小。这样一方面容易水土流失,另一方面由于水土流失导致坡面土壤贫瘠,立地条件差,不利于植物生长。在高速公路的阳坡或半阳坡面侵蚀更为严重,这是因为:阳坡接受的热能辐射量较大,土壤昼夜温差变化大,干湿交替较剧烈而频繁,物理风化强烈,水份蒸发快,湿度低,不利于林草生长,植被覆盖度低,土壤中植物根系和有机质含量少。团粒结构差,土壤干燥疏松,抗冲蚀性能差,抵抗雨滴溅蚀能力弱,故极易造成土壤侵蚀。其次,阳坡为迎风坡,降雨几乎垂直作用于坡面,击溅力大,同时风又加速了雨滴的重力加速度,加速了土壤的侵蚀。目前我国公路边坡坡比一般为1∶1,有的甚至达到60°以上,在欧美许多国家公路为了减少水土流失,恢复自然植被,一般采用很缓的边坡。但边坡越缓,占地越多,土方量越大,造价也就大大增加,这在我国不太现实。而在陡峭的边坡上进行植物种植无疑存在很大的困难。2边坡的生态防护我国公路坡面防护传统上一般采用水泥块石铺砌进行防护,它的作用主要是防止山体或路基崩塌。有的边坡根本就没有进行防护,年长月久,有的边坡自然再生形成植被,有的地方却始终是黄土顽石。随着人们对水土流失危害和绿化环保认识的加深及科技的发展,生态防护在高速公路边坡防护中起着越来越重要的作用。目前主要有以下几种生态防护措施。2.1进行生态防护高速公路填方边坡由于土层较厚,表面较疏松,进行生态防护相对来说比较容易,在较高或较陡的边坡,先进行水泥砂浆骨架固坡,然后再进行生物防止水土流失并进行绿化美化。(1)采用草种树的方法防护坡面效果为了尽可能减少水土流失和塌方,目前工程中普遍采用先行种草或植草皮,如京珠高速公路湖南段的湘潭至耒阳高速公路填方边坡均采用机械喷播草种。试验和实践表明,草种一般在1周内即可发芽生长,播后20d左右即可起到防护效果,1个月后,基本达到预期效果。采用这种方法进行坡面防护,水土保持效果非常明显,坡面无明显的冲刷痕,无塌方现象,表土的有效保护达到95%以上。另外,在京珠高速公路湖南段的耒阳至郴州及正在修建的湘潭至邵阳高速公路填方边坡均采用植草皮的方法进行坡面防护,这种防护措施比播种的工程费用低,但它的防护效果在第1年不是很明显,有效防护要到第2年甚至第3年。(2)植物树种的设置这种防护措施主要是针对填方边坡较高或坡面较陡的边坡,一般采用3m×3m的棱形骨架防止坡面滑塌,同时它还起到排水等作用,减少雨水的直接冲刷。然后在骨架内进行种草或植草皮。而种草的效果明显优于植草皮,对种草与植草皮的调查结果显示,第1年到第3年防止水土流效果分别为10/1、4/1、1.2/1。(3)乔木层生物圈在填方边坡距路面护栏1m处栽植高1m、冠幅0.5～1m的灌木球,距护栏3m处及下平台一般各栽植一排乔木树种。主要起到稳固路基防止塌方,并恢复填方边坡植被的作用。2.2道路自身的破坏高速公路的切方边坡一般都较高,有的还比较陡,如果防护不好,会给建成通车后的道路带来较大的破坏和损失。如圣拉西亚岛西海岸公路及国内一些公路,由于防护不当,公路频繁阻断,公路设施遭到破坏。但生态防护不仅能有效的防止水土流失和崩塌方,而且通过草(花)、藤本及灌木的适当搭配种植可形成一道亮丽的风景线。(1)为等网格、花花种的草绿化喷播草(花)种是目前使用最多的一种防止水土流失,恢复自然植被的形式,一般大于45°的切方边坡还需采用棱形网格水泥骨架固坡,然后再在网格内播种草(花)种,对于小于45°的切方边坡,一般只需播种草(花)种,有的根据视觉需要设计成各种模纹图案,草绿花开之时,就会形成一幅幅美丽的图景。(2)挂网、客土、喷播植物群落随着工程实践和人们对生态防护作用认识的深入,对于那些本身土质较差,如刚风化的红砂岩坡面、紫色土、煤炭土、石灰土等植被难以恢复的切方边坡,和那些土质较少而以石质为主又需绿化以防岩石风化和水土进一步流失的坡面,多采用挂网客土喷播以快速恢复植被,从而达到治理目的。挂网一般采用的是铁丝网和塑料网,多用2m×10m或3m×10m型,依坡面展开平铺,然后用钢筋作为锚杆加以固定。根据坡面情况锚杆截成20～30cm长,深入石(土)层至少需10～15cm。客土实际上是一种以土壤为主,外加一定比例的草(纸)筋、谷壳、肥料、保水剂等形成的混合物,以便坡面植被的快速恢复和良好生长,从而达到快速固坡、防止水土流失和绿化美化的目的。所用土最好是砂性的肥沃土壤,取土时清除杂草、植物根系、石头等杂质,以防阻塞及破坏喷浆机械。考虑到切方边坡一般都较高和喷浆机械的扬程,客土尽量避免使用粘性较重的黄土。客土厚度一般以5～10cm为好,太薄不能保证植被的正常生长,太厚则工程造价过高。在客土达到设计要求后,再根据喷播设计进行机械喷播草(花)种,然后盖上无纺布或塑料薄膜,以保温保湿,并可防止雨水冲刷。播后一般在20～30d内可形成草毯。3生态护坡技术的应用及展望随着社会和国民经济的发展,我国高速公路正以数百上千公里的速度增长,加上铁路和普通公路及其它工程建设,预示着坡面生态防护措施将有着广泛的应用前景。生态防护将伴随着每一个工程建设,它不仅能有效的防止水土流失和崩塌方,同时还能通过绿化美化营造出一道道美丽的景观,从而优化人们的生活环境。高速公路坡面生态防护是一门多学科、多工种的综合性技术。主要涉及:①水土保持技术,通过对坡面的有效覆盖和及时保护表土,使其免受表面侵蚀、土壤退化和水土流失,主要技术包括混播草(花)种、乔灌栽种、草皮移植、抗蚀网络等;②地表加固技术,通过对植物根系固持土壤,降低土壤空隙水压来加固和提高抗滑力,主要技术包括水泥棱形网格(窗格)、挂网、活枝扦插、沟壑式栽种、压条和枝条篱墙等,因此,它的发展能有效促进相关学科和技术的进一步发展和革新。高速公路坡面生态防护的进一步发展将推动相关产业的发展。其中最直接的是我国的草坪(卷)、草(花)种业的发展。目前我国草坪(卷)生产还停留在较原始的阶段。而草(花)种业也刚刚起步。据调查统计,国内90%以上的草(花)种依赖进口。而西方一些发达国家如美国、丹麦、澳大利亚等草(花)种业在国民经济中占有非常重要的地位,如草业是美国的十大支柱产业之一。其次是施工机械的发展和革新。目前使用较先进的喷播机主要是国外进口的,如BOWIE、VICTOR、HYDROSEEDER等,主要形式有车载式和拖车式两种,由于国外产品及相应配播材料进口价格太高,影响该技术的广泛应用。目前国内有厂家生产,但性能不如国外进口设备。因此喷播机械将有广阔的开发前景。4山坡保护存在几个问题我国坡面生态防护近几年发展较快,取得了一定的成果和效益,但仍然存在一些不足,急需研究解决。(1)部分植被恢复的可能性不大,缺乏丧失资金近几年来,特别是1998年的洪水使人们逐渐意识到植被破坏的严重后果。但有的部门及一部分人还存在侥幸心理,没有真正从恢复植被与人类生存关系的高度去认识。同时,资金投入严重不足。根据对南方几个省市近五年高速公路用于恢复植被的绿化费用调查发现,绿化费用在整个工程费用中所占比例很低,专门用于坡面生态防护的研究费用相当紧缺。(2)施工机械的性能与效率低、素质低我国坡面生态防护尚处于初级阶段,相关产业也不够发达,造成了目前这一领域科技含量不高。种子资源90%以上靠进口,几乎没有我们自己品牌的种子。施工机械由于进口太贵,大多数施工单位都是通过仿制或自行设计制造的,其性能大打折扣,从而造成工作效率低、简单粗放。另外,施工人员素质低是一个不容忽视的现实。由于种种原因,目前施工队伍参差不齐,施工单位缺乏专业人员,而有一定技术力量和研究实力的单位又很难进入该工程施工,从而造成研究与开发施工均难深入发展。(3)生物自然条件由于有的建设单位过于强调建成通车时的效果,因此造成施工单位进行一些不符甚至违背自然规律的设计