高速公路边坡生态防护技术及发展趋势分析

高速公路边坡生态防护技术及发展趋势分析

随着我国高速公路建设的快速发展，边坡防护问题日益凸显。高速公路边坡生态防护技术，通过利用植被的自然机能，不仅能够提升边坡的稳定性和防护效能，还能实现环境保护和生态恢复的多重效益。本文将为您详细介绍高速公路边坡生态防护技术的重要性、作用机理及其发展趋势。

截至2022年底，我国公路总里程达到535万公里，其中高速公路通车里程17.7万公里，稳居世界第一。随着社会公众对生态环境保护意识的日益增强，高速公路边坡防护的规划与设计，以及生态护坡工程的兴建等正逐步受到广泛关注。高速公路边坡的生态保护，作为一种创新的护坡方式，利用植被的自然机能提升边坡的稳定性和防护效能。

1. 研究概述

边坡是指为保证路基稳定，在路基两侧做成的具有一定坡度的坡面。其功能是防止雨水冲刷，固土护坡，保持水土平衡，保持路基及坡面的稳定。护坡是指为了稳定边坡、保护边坡不致被冲刷、裂崩而采取保护措施的行为或其结果。

生态护坡是一种以植物为核心，综合工程力学、土壤学、生态学和植物学等学科的基本知识对斜坡或边坡进行支护，形成由植物或工程和植物组成的综合护坡系统的护坡技术。边坡防护工程是指对存在位移或有可能发生位移的边坡进行保护性工作，对边坡进行加固处理及发生边坡塌方的预防处理措施。

发达国家十分重视高速公路边坡生态防护工作，在欧美、日本等国家和地区，高速公路建设早就包括了边坡生态防护，并对其进行了长期的实践与研究。21世纪以来，我国的经济蓬勃发展，高速公路建设飞速成长，高速公路边坡防护的重要作用日益显现，我国的生态防护技术在引进国外技术的基础上逐渐完善并形成体系。

2. 公路路基边坡生态防护技术

公路边坡的生态防护是一种采用生态工程方法来增强边坡稳定性的技术。国内学者将其定义为植物固坡或坡面生态工程，而国外研究人员则强调将植物与其他土木工程材料相结合以提高边坡稳定性。公路边坡生态防护的基本原理可以概括为以下几点：

• 根系锚固：植物根系在土壤中生长，能够锚固土壤颗粒，增加土壤的抗剪强度，从而防止滑坡和侵蚀。
• 蒸腾作用：植物通过蒸腾作用降低周围土壤的水分含量，减少孔隙水压力，有助于提高土壤的稳定性。
• 土壤改良：植物根系的生长和分解可以改善土壤结构，增加土壤的透水性和通气性，有利于土壤的自我稳定。
• 水文调节：植被覆盖可以减少雨水对边坡的直接冲刷，促进水分入渗，减少地表径流，从而降低水土流失。
• 生物多样性：生态防护措施有助于恢复和保护生物多样性，为其他生物提供栖息地，促进生态系统的恢复和平衡。

公路路坡的防护分为两类：一是生态防护，主要是充分利用植物自身特点，有时又与一些工程防护相结合来替代纯工程防护的方式稳固坡面与抵御腐蚀，同时达到工程建设和环境保护的目标。植物防护技术可以实现力学效应、水文效应、生态效应和经济效益等多种效应的统一。植被可以截留降雨从而削弱溅蚀，降低坡体深层孔隙水压力，同时抑制坡面径流，除此之外，还能净化空气、降低噪声、防止光污染。生态防护的作用体系较为特殊，在一定条件下植物防护也有负面作用，在后续应用阶段，需要根据实际情况以及防护指标，按照技术形式的具体要求落实到实践工程之中。二是工程防护，相比于“有生命”的植物防护，工程防护主要是用砂石、水泥、石灰等“无生命”的无机材料进行防护。主要包括抹面、捶面、喷浆及喷射水泥混凝土等形式的坡面防护，包括护面墙、干砌片石防护、浆砌片石防护等砌石防护以及挡土墙防护。工程防护可防治路基病害，确保路基稳定，但美化效果较差。做好坡面防护，主要是避免地表水流冲刷坡面岩土导致风化剥落现象出现，同时减少对生态环境的破坏。

3. 边坡生态防护的作用和特点

作为生态系统中的生产者，植被是协调其结构与功能的基石，也是开发项目发挥良好经济效益、生态效益和社会效益的前提条件。边坡生态防护主要是充分利用植物自身特点，用植物和材料相结合的方式，代替纯工程防护的方式，起到稳定边坡和防止侵蚀的作用，同时达到工程建设和环境保护的目标。以下将对生态防护的作用机理和特点进行分析。

3.1 防止土壤侵蚀

对植物与土壤之间相互作用动态过程的研究是国际生态环境科学的前沿和重大课题。研究表明，林草地在较大降雨过程中的土壤流失量，仅为农田的1%～2%，其防止土壤侵蚀的效果极为明显。林草地减少土壤侵蚀的机制包括：土壤分散率和侵蚀率的降低、植被的截留和消能作用、土壤结构和有机质含量的改善以及植被根系的积极作用。这些机制共同作用，显著降低了土壤流失量，这对于保护土地资源、维护生态平衡和提高土地利用效率具有重要意义。

3.2 深根的锚固作用

植物根系的锚固作用类似于预应力锚杆的作用，能改善边坡力学参数，增强土体的稳定性。具体而言，禾草、豆科植物和小灌木在地下0.75～1.5米深处能明显增强土体的抗剪强度；木本植物的垂直根系可以把浅层不稳定土层锚固到深处较稳定的土层上，并影响更深的岩土层；根的直径与其抗拉强度呈反相关，越细的根抗拉强度越高，直径在2～5毫米的根抗拉强度为8～80兆帕；植草的根系在土体中纵横交错，将松散的土体联结成为根土复合体，体现了根系的加筋作用，增强了土体强度。

3.3 降低坡体孔隙水压力

植物通过吸收和蒸腾作用调节土壤水分，对高速公路边坡的稳定性具有积极影响。研究表明，植物通过吸收土壤中的水分并蒸腾释放到大气中，可以降低土壤的含水量，从而减小孔隙水压力，提高土体的抗剪强度。此外，植物根系的生长还能增加土壤的凝聚力，进一步提高土体的稳定性。

3.4 截留降雨，削弱溅蚀

植物的根系可以对土壤进行加固，植被的覆盖可以有效加强边坡对雨水的抗冲刷能力，减缓降雨对坡面的侵蚀。研究表明，植被能拦截高速下落的雨滴，削弱雨水的势能及减少土粒的飞溅。林冠截留量直接影响着大气降水产生的地表径流，植物的地上部分主要包括植物的茎叶和植物的枯落物。一部分降雨直接被植物的茎叶截留吸收以后重新蒸发到大气或下落到坡面，一部分降雨通过植物的地上部分形成茎秆流流到坡面，剩下的则穿过植物空隙直接落到坡面，进入森林生态系统，并参与水文循环过程。

3.5 控制土粒流失

植物护坡不仅在于植被的力学作用——深根锚固作用和浅根的加筋作用，降低了坡体空隙水压力，还在于植被的水文作用——植物截留降雨、削弱溅蚀，控制土粒流失。研究表明，植被通过增加地表粗糙度、促渗、截留以及蒸发蒸腾的联合作用，降低了地表径流的速度，减少了地表径流量。在坡度与雨强相似情况下，林地的产沙量相比裸地大大降低。

3.6 生态系统服务功能明显

生态系统服务功能确实对人类有着重要的积极影响和效益。在高速公路边坡的生态恢复中，生态防护起到了至关重要的作用。研究表明，植被的根系能够固定土壤，减少雨水冲刷，从而有效防止水土流失；植被的生长能够增强边坡的稳定性，防止坡面失稳、塌陷或滑坡等病害的发生；生态防护措施通常涉及种植多种植物，这有助于提高生物多样性，为其他生物提供栖息地；植被覆盖的边坡不仅美观，还能改善周围的微气候，提高驾驶时的视觉舒适度；植物通过光合作用吸收二氧化碳并释放氧气，有助于净化空气；植被可以减缓雨水径流速度，增加水分渗透，补充地下水资源；植被还可以作为天然的噪音屏障，减少交通噪音对周围环境的影响。

3.7 综合效益显著

生态防护采用乔、草、灌相结合的方式，能够有效地实现边坡的水土保持、边坡稳定、生物多样性保护和景观美化等多重效益，是高速公路生态恢复的重要内容。三维网植草防护，作为一种新型的坡面道路防护方法，适宜于冲刷较大、坡面较陡的山坡，缺点是成本较高。三维植被网护坡技术具有良好的固土蓄水、避免坡面冲刷的能力，三维网是以热塑性树脂为原料，经过一系列工序互相缠绕而成的立体结构，其表面错综复杂的网包能够固定网内的土壤以及草种防止被水流冲刷，同时对雨水的消能作用显著，网包的存在大大降低了雨水降落的势能，降低了雨滴的溅蚀作用。同时，三维网具有一定的保温功能，可以促进网包内植物的生长。同时，由于网包的特殊结构，会导致风、水在边坡表面产生饶流，降低了风、雨的能量，减缓了风、雨对边坡的侵蚀。

4. 边坡防护技术发展趋势

在我国高速公路建设中，边坡修建往往是施工的最后阶段，并且常常是最容易出现问题的部分。随着高速公路项目的快速推进，形成了大量的边坡。为了有效防治土壤侵蚀，应当在面蚀阶段就开始预防，避免沟蚀的形成，并通过促进雨水就地入渗来减少侵蚀。结合水工保护构筑物和水土保持措施，可以取得显著的经济和环境效益。边坡植树种草是高速公路生态建设的重点和难点，其效果直接影响到公路的整体景观、边坡土壤侵蚀状况和路基稳定性。因此，边坡防护研究在高速公路生态建设中显得尤为重要和紧迫。

我国对生态护坡技术的研究尚浅，需要向国外借鉴，以满足生态系统可持续恢复的需求。采取合理的植被保护措施，正确种植树木、灌木等植物，是提高生态系统稳定性的关键。高速公路边坡的生态建设和防护是确保公路安全、稳定和美观的重要环节，同时也是实现生态系统服务功能和生物多样性保护的有效途径。通过科学的规划和管理，可以实现边坡的生态恢复，促进生态平衡，提高公路沿线的生态环境质量。

边坡防护技术的发展趋势：多学科交叉融合；绿色环保；面向智能化、自动化；国际合作与交流。边坡防护技术在保护人类生命财产安全、保护生态环境等方面具有重要意义。随着科学技术的不断进步和社会需求的日益增长，边坡防护技术正面临着前所未有的发展机遇。这一领域的创新和进步，将为人类社会的可持续发展贡献巨大的力量。事实上，随着基础设施建设的快速推进，特别是公路建设的广泛进行，新的斜坡不断涌现。然而，这些斜坡表面的植被往往因为建设活动而遭到破坏，这不仅加剧了我国土壤侵蚀的问题，而且在坡度较陡的区域，还可能引发崩滑流等灾害，给经济带来损失，对人民生命财产安全构成威胁，甚至引发社会的不安和恐慌。为了有效避免这类悲剧的发生，必须采取积极的措施。其中，一个重要且有效的方法是在斜坡表面增加植被覆盖。通过种植草本植物、灌木和树木等，可以增强坡面的稳定性，保持水土，防止土壤流失。植被的根系能够深入土壤，固土护坡，同时，植被的存在还能够调节水分，减少雨水对坡面的直接冲刷，从而降低滑坡和泥石流的风险。此外，植被还能够美化环境，提升周边区域的生态价值，为人们提供更加舒适宜人的生活环境。因此，边坡防护技术的发展，不仅仅是一项工程技术的挑战，更是对人类生活质量和生态环境可持续性的重要保障。在未来，期待边坡防护技术能够结合更多的科学研究成果，采用更加环保、高效的材料和方法，实现边坡防护与生态恢复的完美结合，为保护地球家园、促进人类社会的和谐发展做出更大的贡献。