路基边坡生态防护技术探讨

路基边坡生态防护技术探讨

黄献璋

中铁二院工程集团有限责任公司   四川省成都市  610031

摘要：工程建设过程中不可避免的会产生土石填挖，形成许多土石裸露边坡，若防护措施不当，将对区域安全和生态环境造成较大的影响。随着国家对环境问题越来越重视,提出的生态文明建设、建设绿水青山、坚持人与自然和谐共生等先进理念，在一定程度上促进了我国基础工程建设的绿色低碳可持续发展以及环境保护战略的落实。本文分析了路基边坡生态防护工程的现状，介绍了目前常用的边坡生态防护技术，为类似工程提供一定的参考。

关键词：边坡；生态防护；技术

1边坡生态防护研究现状

边坡生态防护(Slope Bioengineering Protection)是指单独用植物或者植物与土木工程和非生命的植物材料相结合的固坡措施[1]，是一门涉及了工程力学、土壤学、生态学和植物学等多学科的绿色低碳的边坡防护技术。自上世纪30年代开始，国内外学者就已开展了边坡生态防护技术的相关理论研究，广泛而细致的研究了生态护坡的植被根系力学分析模型、植被根系抗拉力学特性及根系-土壤复合体特性等。在植物根系抗拉特性研究方面，吕春娟等 [2]研究发现，随着植物根茎的增加，护坡植被根系的抗拉能力也逐渐增大，在此基础上推导建立了植物根茎与植被根系抗拉能力间的指数函数关系式。在根土复合体特性研究方面，姜志强等[3]在全面分析了植被对边坡稳定的影响因素后，视根土复合介质为一种复合材料，通过复合材料中的纤维束理论建立根土复合介质的强度模型，从根土破坏机制上描述了根系固土效应。在工程实践方面，张俊云等[4]以内昆线横江车站路堑岩石边坡为试验点,采用厚层基材喷射对岩石边坡进行生态防护,厚层基材各项指标均满足植物正常生长所需的条件,防护效果显著。周颖等[5]在惠河高速公路上开展了喷混植草实验,总结了喷混植草技术的特点﹐并对喷混植草立地条件的适宜性进行了调查和分析。杨晓华等[6]对土工格室生态护坡作用机理和抗滑稳定性的理论分析,确定了平铺式和叠砌式生态护坡的结构型式、适用条件,确定了相关参数的取值范围等。近年来，伴随着边坡生态防护指导规范的日趋完善、工程环保材料的大力研发，以及施工技术的不断革新，越来越多的新型生态防护技术应用在我国的基础建设工程中[7]。

2边坡生态防护技术

2.1 高分子稳定剂护坡

高分子稳定剂主要包括聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酰胺、高分子材料SH、聚氨酯稳定剂等材料，利用聚合物交联形成立体结构包裹和胶结土粒，并利用表面活性剂改变土粒表面亲水性质，改变土体本身性质。高分子稳定剂的亲水性较好，可促进土壤交联，增强土体的稳定性和强度，植被形成以后能有效改善周边生态环境。高分子稳定剂护坡材料具有针对性强、使用方便、稳定性高以及实用等特点，适用于传统植物护坡手段无法起作用的区域，通常应用于沙性土坡面生态防护、水土流失防治等领域的边坡治理工程，修复周期较短。然而，此技术也存在一定的局限性，如经济性能较差，效果随稳定剂的性能而变化等。性能较强的高分子稳定剂成本较高，并且工业合成的高分子稳定剂部分单体具有毒性，易对土壤造成二次污染。

2.2 生态袋护坡

生态袋护坡技术的坡面防护系统由生态袋+联结扣组成，在生态袋护坡堆砌和摆放过程中，利用联结扣上的刺钉，分别刺入左右相邻和上下相邻2个生态袋中，以使相邻生态袋间形成连接。由于三角形结构稳定，故在生态袋堆放过程中，应通过正三角稳固堆叠方式构成。此外，由于生态袋具有孔隙的特性，利于植物根系生长，因此后期发达的植物根系穿透生态袋扎入边坡泥土使得边坡更加稳固。同时，生态袋具有渗水功能，能够减小边坡静水压力，也保证土壤中水分充足，能提供植被赖以生存的介质，使得边坡绿化效果更有效。

2.3生态混凝土护坡

生态混凝土护坡也是目前常见的一种护坡稳定效果较好的工程措施。该技术通过使用特殊级配的集料和胶凝材料，在力学性能满足工程使用要求的同时，形成蜂窝状结构，实现生态混凝土多孔连续的特征。生态混凝土护坡使坡体土体结构呈现较好的透水性能和透气性能，通常适用于河道或者湖泊边坡的生态护坡，能够构建一个具有生物多样性的环境条件，具有较好的生态效益。生态混凝土护坡技术主要根据自然岸坡的条件及趋势，通过其自身重力、构件间的锚固以及植物根系“加筋”作用，构建边坡的安全系统和生态系统。生态混凝土护坡技术较成熟，但由于施工较为困难，需严格控制混凝土护坡孔隙，且修复周期长，工程成本高。

2.4有机基材喷混植生

路基边坡生态防护中常用的有机基材喷混植生，即挂镀锌铁丝网喷混植生防护，适用于坡体稳定且冲刷量较小的缓坡中。喷混植生属于一种高效的边坡生态方式，其防护措施所依据的是生态学、植物学及土壤学等相关理论，通过配置含灌木种及草种的种植混合基材，而后将之以挂网喷附的方式种植在边坡表面上，促使边坡因植物增多而绿化，同时形成对边坡的防护作用。在具体的施工项目中，金属网的尺寸及锚杆长度，都需以坡面稳定程度为参照点，对其实际数值进行明确及优化，确保其喷播厚度保持在有效区间内。在客土喷播植草过程中，需以严格依照设计要求进行规范性作业，应先对边坡表面进行全面清理，而后再有序进行钻孔、打锚杆及挂网等基本操作，再喷射种植基材，并将无纺布覆盖在表面上，最后开展草坪养护作业。需要注意的是，喷混植生的效果会被基材配方直接影响，土壤、肥料、保水剂及黏合剂等都属于种植基材的主要材料，而植物在后续生长中所需的营养成分及耐久性等都需种植基材提供。

2.5挂三维网植草

在土质或土石混合的边坡环境下，通常可应用挂三维网植草的防护方式，如果工程本身填挖边坡的面积大，采取此种防护措施不仅十分适合，更能形成较为理想化的防护效果。这是因为三维网的材料属于聚氯乙烯材质，而这种材料本身的耐腐蚀能力强，且具有较高的耐久性优势，其网格的结构也十分密集，在边坡防护中应用可增强锚固效果，在应用此种方式的过程中，还便于加快雨水排流速度，削弱雨水对边坡的冲刷作用，促使边坡保持稳定状态。因此，通过对挂三维网植草的防护措施进行研究不难发现，这种操作方式十分简易，短时间内就能形成防护作用。热塑树脂也是该种防护方式下的关键原材料，可结合不同路基的边坡防护要求，对其进行优化设计，基于拉伸等操作，促使材料的耐久性及稳定性增强。因此，应用该种材料防护路基边坡后，可减轻雨水冲刷力，为植物生长提供更为优良的环境条件，增强边坡防护的合理性及有效性。

3结语

工程建设中，结合生态防护技术的边坡工程防护技术能更好地稳定边坡、有效减小水土流失、营造和谐的自然景观，实现真正的绿色低碳、可持续发展的生态文明建设。虽然当前应用于工程实践的生态护坡技术众多，但在防护机理、生态防护基材及新型防护材料的技术研制方面还有较大的研究和开发空间，随着科学技术的日益进步，路基边坡生态防护工程技术将会朝向创新、协调、绿色、开放、共享的方向更快、更好地发展。

参考文献：

[1]周德培，张俊云. 植被护坡工程技术[M].北京：人民交通出版社，2003.

[2] 吕春娟,陈丽华. 华北典型植被根系抗拉力学特性及其与主要化学成分关系[J]. 农业工程学报,2013(23):69-78.

[3] 姜志强. 植被根系固土机理及护坡稳定性研究[D]. 江苏:河海大学,2007.

[4]张俊云,周德培,李绍才. 厚层基材喷射护坡试验研究[J]. 水土保持通报,2001,21(4):44-46.

[5]周颖,曹映泓,廖晓瑾,等. 喷混植生技术在高速公路岩石边坡防护和绿化中的应用[J]. 岩土力学,2001,22(3):353-356.

[6]杨晓华,王文生. 土工格室生态护坡在黄土地区公路边坡防护中的应用[J]. 公路,2004(8):179-182.

[7]蔡德钩,魏少伟,叶阳升,姚建平,吕宋. 铁路路基边坡生态防护研究现状及展望[J].中国铁路,2020(09):46-54.