摘要:随着我国道路与铁道工程建设快速发展以及人类环境保护意识的不断增强,边坡生态防护技术越来越受到重视,在道路与铁道工程中被广泛应用。边坡生态防护技术具有良好的经济效益、环境效益和社会效益,是道路与铁道工程中可持续发展的重要对策之一。文章介绍了边坡生态防护技术的发展前景,分析了边坡生态防护技术的基本原理,总结了道路与铁道工程中目前主要采用的边坡生态防护形式,最后指出存在的问题,提出进一步研究的方向。
关键词:铁道工程;边坡生态;防护技术
随着我国经济的持久高速发展,我国的基础设施建设大量上马。根据有关规划,到2020年全国公路总里程将达260～300万km,其中高速公路达7.5万km,中部地区将新建铁路6500公里,其中新建客运线3000公里,增建铁路二线3000公里,可见我国的基础设施建设任务是非常繁重的。我国有三分之二的国土地处山区或丘陵地区,道路与铁道工程的大量建设,形成了和必将形成大量的边坡。边坡的开挖使地表植被遭到破坏,水土流失加剧;同时在坡度较大或构造不良的地方,还可能造成崩塌、滑坡等,给工农业生产和人民生活带来严重危害。所以在道路与铁道工程建设中,合理选择边坡的防护形式至关重要。
边坡生态防护即边坡植被,主要是靠植物根茎与土壤间的附着力以及根茎间的互相缠绕来达到加固边坡、提高坡表抗冲刷的能力。边坡生态防护不仅可以涵养水源,减少水土流失,而且还可以净化空气,保护生态,美化环境,保证行车安全,具有良好的经济效益、社会效益和生态效益,在我国越来越重视环境保护和人们生存质量的今天,生态防护已成了边坡防护的一种趋势,代表着边坡防护的发展方向。世界许多经济发达国家如日本、美国、德国、法国和瑞典等,近几十年来经过专门研究,已形成一整套成熟的边坡生态防护施工工艺,有的还形成了设计施工规范或指南,如日本有《坡面保护工程———设计·施工指南》。在此方面,我国虽进行了某些探索或跟踪研究,但总体上目前仍处于起步阶段,更无设计施工规范或指南。因此,结合我国实际情况,对国内外的道路与铁道工程中的边坡生态防护方法进行研究总结,并对存在的问题进行探讨,必将促进我国的道路与铁道工程边坡生态防护事业,具有十分重要的现实意义。
1边坡生态防护的发展前景
边坡防护分为两类:一类是工程防护,另一类是生态防护。工程防护主要是用在地质条件较差地段,为保持边坡稳定而采用的边坡防护措施,常见的防护措施有三合土抹面、喷混凝土、浆砌片石护墙、挂网喷锚、挡土墙、抗滑桩等。在以往道路与铁道工程建设中,边坡防护对其稳定性考虑较多,通常采用单纯的工程防护,而对生态防护并没有引起足够重视,导致被破坏的植物得不到恢复,边坡与自然环境不相协调,视角比较生硬,不但缺乏美感,而且还会产生光声污染,甚至局部环境恶化。生态防护主要是植物防护及植物与工程措施相结合边坡防护措施,它能有效地改善道路景观,营造生态环境,以实现边坡防护和景观绿化两大功能的完美结合。生态防护不仅有利于边坡的稳定,而且还可恢复植被,吸收噪音,减少太阳辐射,净化大气污染,调节局部小气候等特点,这种防护方式越来越受到重视,同时也是边坡防护发展的必然趋势。
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道路与铁道工程边坡生态防护的核心是保持生态平衡,因此具有工程防护以及其他防护类型不可取代的作用和地位,其主要作用有:
(1)维护生态平衡
高速公路沿线边坡的开挖,造成大量植被的毁灭、水土的流失,所有这些均给自然生态环境造成了极大的破坏。生态防护通过种植植物,人为修复遭到破坏的环境,通过其自身内部的自我调节功能,恢复自然的生态平衡,起到真正的生态防护效果。
(2)减少雨水冲刷,稳固路基
道路与铁道工程中边坡在开挖后,大部分坡面岩体裸露在外,雨水对坡面的长期冲刷极易造成边坡坍塌、滑坡等事故的发生。对边坡进行生态防护后,坡面植被能够实现台阶消能原理,降低水流速度,减少水流对坡面的冲刷。
(3)边坡生态防护的三维锚固作用
对节理发育、破碎较严重的边坡进行生态防护时,一般采用三维土工网。除了三维网中锚杆和钢筋网对岩体的加固作用外,坡面植被根系也可以增加破碎岩块的整体性,起到固坡的作用。
(4)美化环境,减轻视觉疲劳
道路的使用过程中,生态防护可以把多种形式的植物景观合理的搭配起来,给司机创造了一个良好的绿色视觉空间,减轻了司机因长时间驾车造成的视觉疲劳,降低发生交通事故的几率。
2边坡生态防护技术原理
边坡生态防护技术是基于生态工程学、工程力学、植物学、水力学等学科的基本原理,利用活性植被材料,结合其他工程材料在边坡上构建具生态功能的护坡系统。通过生态工程自支撑、自组织、与自我修复等功能来实现边坡的抗冲蚀、抗滑动和生态恢复,以达到减少水土流失、维持生态多样性和生态平衡及美化环境等目的。一般认为生态防护的主要作用机理是植物根系对边坡土体的三维锚固作用。植物的垂直根系穿过坡体浅表的松散风化层,锚固到稳定层,起到锚杆作用。在土壤表层及下覆风化残积层中盘根错节的根系,可视为三维加筋材料,可增加土体的凝聚力值。另外,植被的蒸腾作用对地下水系的影响,以及微生物对土体的自我调节功能也对边坡防护起着不可忽视的作用。
3边坡生态防护主要类型
植物生态护坡已经在公路、铁路、河道等边坡工程中使用,其主要类型有以下几种:
(1)人工植被
人工植被包括人工撒草籽、满铺草皮、铺花格草皮和人工栽植灌木等。该方法施工简单,造价较低,但往往施工效率低下、施工适应性差,植物成活率低,见效慢,工程质量难以保障。该方法主要适于小面积、坡度缓的土质或砂土类边坡。
(2)植生带
这是一种将植物种子夹在多层无纺土工织物或天然纤维垫中直接密贴在边坡表面进行快速绿化的方法。该方法优点是植生带中放置草种和肥料,播种施肥均匀,数量精确,草种、肥料不易移动;植生带具有保水和避免水流冲走草种的作用;草种出苗率高、出苗整齐、发挥护坡作用快;施工省时、省工,操作简便,并可根据需要任意栽剪。缺点是对铺设施工要求高、应用范围窄、适应性差。该方法适合于坡度较缓、坡表平整的土质或砂土类边坡。目前该方法在我国北方边坡绿化、城市园林绿化和水土保持应用较广,但在南方应用较少。
(3)液压喷播
液压喷播是通过液压喷播机将草坪植物种子、肥料、木质纤维、稳定剂(如乳化沥青、聚醋酸乙烯乳液等)、染色剂和水的混合液均匀洒布在边坡上来进行绿化的技术。其优点是施工简单速度快、成坪速度快、草坪均匀度大、适用性广、工程造价低。
(4)网袋工程
这是一种将植物种子、肥料、土壤混装在纤维网或金属网袋中,然后固定在边坡表面上进行绿化的方法。该方法网袋埋入斜坡时,应一半露出坡面,一半埋入坡中,并且每个网袋必须固定。该方法优点是应用范围广、适应性强;缺点是成本高、施工难度大,适合于土石边坡和岩质边坡。
(5)框格工程
这是一种圬工防护措施与生态防护措施相结合的方法,它采取在边坡上砌筑、装配一定形状的混凝土(或其它具有一定强度的工程材料)框格,然后在框格内堆填土或土袋来进行绿化。该方法框格形式主要有:方格型、拱形型和人字型等。施工顺序为平整坡面框格施工回堆填土或土袋撒种子或铺草皮前期养护。优点是抗冲刷能力较强;缺点是施工较繁琐。适合于坡度较陡的土质和易风化的岩质边坡。
(6)客土种子喷播工程
采用湿式喷枪,通过压缩空气将植物种子、肥料、土壤和水的混合物洒布在边坡表面上,形成1～3cm厚的植被层,再在上面洒布一层乳化沥青或铺设无纺布以减少雨水冲刷并延缓土壤中水分的挥发。客土种子喷播工程一般多与金属网或土工网张拉工程组合施工。该方法优点是应用范围广、适应性强、施工效率较高;缺点是成本高、施工较繁琐。适合于各类土壤成分少、土壤硬度高的挖方边坡。目前该方法在国内也得到了研究和应用。
(7)植被型多孔混凝土护坡
该技术的研究始于20世纪90年代中期,是在多孔混凝土的孔隙中填入种籽、保水剂、有机质和肥料等的混合物,然后浇水促使植物发芽。该方法施工顺序是清坡坡面填入培养土层安装植被混凝土试件填充试件间接缝砂浆养护。该技术的特点是坡面结构稳定,造型美观、规整,同时具有很好的环境效益。缺点是施工复杂,造价较高。该方法适用于风化岩石、坚硬岩石边坡,经适当简化也可用在土质边坡或平地。
4结语
道路与铁道工程中的边坡生态防护的目的是采用与工程防护相结合的原则,在边坡稳定的前提下,恢复和重建坡面植被,从而抑制径流、防止冲刷、稳定坡面、美化景观,保护环境。但由于国内对边坡生态防护技术开展研究起步较晚,我国的边坡生态防护技术同国外相比,总体上尚处于引进、消化和吸收新技术的初级阶段。边坡生态防护技术从植物选择、喷播基材配方、施工工艺到养护管理均不是很成熟。道路与铁道工程中边坡生态防护技术的设计、施工规范尚未制定,质量验收标准尚未提出。边坡生态防护技术方面的不足已引起国内道路与铁道工作者的普遍关注。进一步研究的方向包括以下几个方面:(1)研制国产坡面绿化材料及施工设备,替代进口产品,降低成本;(2)研究适合于我国边坡生态防护的设计理论和施工方法;(3)尽快开展边坡生态防护技术典型工程的防护效果跟踪调查、试验研究及合理评价,提出质量验收标准,制定适合我国道路与铁道建设特点的边坡生态防护技术规范。——论文作者：谭炜1,贾致荣2
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