基于環(huán)保的生態(tài)公路設(shè)計理念及方法應(yīng)用分析

朱海明

（新疆兵團勘測設(shè)計院（集團）有限責任公司，新疆烏魯木齊 830000）

0 引言

我國公路建設(shè)環(huán)境污染問題較為嚴重，傳統(tǒng)的建設(shè)活動往往采取先污染后控制的模式，構(gòu)建公路、環(huán)境相互結(jié)合的新型生態(tài)模式極其有必要。弱化環(huán)境、公路之間的矛盾需應(yīng)從生態(tài)公路設(shè)計階段入手，設(shè)計人員需要對局部路域建設(shè)造成的生態(tài)環(huán)境影響進行分析，確定公路建設(shè)造成的環(huán)境生態(tài)影響程度，從技術(shù)上對公路破壞的生態(tài)環(huán)境景觀進行必要的重建恢復(fù)，實現(xiàn)公路建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 生態(tài)公路設(shè)計控制

1.1 設(shè)計目標

生態(tài)公路設(shè)計階段可以分為交通運輸目標和環(huán)境控制目標。前者要求公路生態(tài)設(shè)計需要達到交通運輸質(zhì)量要求，不僅具備良好的公路服務(wù)水平，還要表現(xiàn)出較高的公路運營效果；后者則需要公路設(shè)計中避免生態(tài)環(huán)境的影響，如水、土壤、地形地貌、大氣環(huán)境等。在生態(tài)公路設(shè)計的不同階段可以進行目標的細化劃分，且以各個階段的控制目標作為設(shè)計依據(jù)，從根本上發(fā)揮生態(tài)公路的作用。

1.2 影響因素

生態(tài)公路設(shè)計階段的環(huán)境影響因素主要包括：

（1）公路通行質(zhì)量。公路設(shè)計的基本要求是具備一定規(guī)模的通行容納量；

（2）公路運行全壽命內(nèi)對生態(tài)環(huán)境造成的影響。生態(tài)化設(shè)計需要對公路長周期運行造成的環(huán)境影響程度進行分析，繼而比選出影響程度較小的設(shè)計方案；

（3）生態(tài)環(huán)境的特點。不同類型的環(huán)境系統(tǒng)極容易造成不同的設(shè)計反饋，生態(tài)恢復(fù)對于容易受到建設(shè)活動影響的局部生態(tài)系統(tǒng)具有積極作用；公路設(shè)計方法和生態(tài)設(shè)計方法的相互結(jié)合，生態(tài)工程和公路設(shè)計不可分割，是達到生態(tài)公路可持續(xù)建設(shè)的基本手段[2]。

2 生態(tài)公路設(shè)計理念

生態(tài)公路設(shè)計要求減少建設(shè)活動對生態(tài)環(huán)境影響，其設(shè)計理念整體可以分為以下幾個部分：2.1保護性理念

生態(tài)公路設(shè)計中，設(shè)計人員需要加強環(huán)境保護、尊重自然的意識，盡量不破壞原有地形地貌、生態(tài)植被，控制耕地占用，公路沿線需要做到人文景觀、生態(tài)自然、動植物的保護，對于不可避免產(chǎn)生原有生態(tài)景觀改變的，要做好補償性設(shè)計。

2.2 恢復(fù)性理念

生態(tài)公路設(shè)計中，需要針對破壞的邊坡、農(nóng)業(yè)水利設(shè)施、生態(tài)植被等及時恢復(fù)處理。如公路工程建設(shè)中產(chǎn)生了數(shù)量較多的邊坡結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)處理措施主要是采取草皮來加固邊坡，防止水土流失。單一草皮敷設(shè)雖然能夠達到周圍景觀的美化，但是隨著公路運行周期的延長，草皮會出現(xiàn)枯萎或被當?shù)刂脖簧鷳B(tài)吞噬，繼而形成邊坡裸露，難以保證景觀可持續(xù)性。為此，當前的公路生態(tài)設(shè)計多以恢復(fù)設(shè)計為主，技術(shù)人員需要根據(jù)當?shù)毓方ㄔO(shè)實際環(huán)境、區(qū)域文化習俗等，對公路沿線開展生態(tài)恢復(fù)處理，避免只追求綠化而忽視長期景觀效果的情況，實現(xiàn)集景觀旅游、生態(tài)、經(jīng)濟等多角度為一體的路域環(huán)境系統(tǒng)[3]。

2.3 自然、鄉(xiāng)土化理念

自然理念主要是設(shè)計人員應(yīng)用生態(tài)技術(shù)對公路沿線植被群落的結(jié)構(gòu)特點、種類組成、交替變化規(guī)律進行研究，并以生態(tài)群落為基本單位，構(gòu)建具備地帶性植被群落特征的路域生態(tài)綠化景觀。路域景觀需要結(jié)合自然規(guī)律進行構(gòu)建，其內(nèi)部具備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、層次豐富、功能多樣的植被群落，能夠優(yōu)化路域生態(tài)的發(fā)展，更新及自身維持的水平，提升路域生態(tài)的抗逆性、穩(wěn)定性，為后續(xù)的養(yǎng)護管理減少不必要的成本。

鄉(xiāng)土化理念則需要設(shè)計人員積極采取公路沿線的鄉(xiāng)土建筑技術(shù)、鄉(xiāng)土材料、鄉(xiāng)土文化等，經(jīng)過事先的科學論證分析后，將鄉(xiāng)土化理念進行路域的生態(tài)設(shè)計合理應(yīng)用，以體現(xiàn)出當?shù)丨h(huán)境特色，減少公路建設(shè)造價。

3 基于環(huán)保的生態(tài)公路設(shè)計方法

3.1 路線設(shè)計

生態(tài)公路選線主要是對不同設(shè)計方案進行比較，以便獲取對環(huán)境影響程度較小的方案，該過程被稱為環(huán)境協(xié)調(diào)性研究，開展過程如圖1所示，主要包括以下兩個方面：

（1）空間結(jié)構(gòu)的環(huán)境敏感性分析調(diào)查。主要對生態(tài)環(huán)境保護空間進行評價分析，為生態(tài)公路選線確定環(huán)境敏感性較高的區(qū)域及影響程度較小的走廊帶。敏感性調(diào)查需要對關(guān)聯(lián)環(huán)境問題進行全面分析，如區(qū)域保護價值、環(huán)境敏感型特殊區(qū)域、土地利用情況、土地規(guī)劃效益等；環(huán)境敏感性分析可以結(jié)合地理信息化系統(tǒng)進行高效開展。

（2）方案比選。主要結(jié)合設(shè)計軟件CAD繪制可行性初步方案，借助地理信息化系統(tǒng)對不同方案生態(tài)環(huán)境優(yōu)缺點、關(guān)鍵設(shè)計指標及公路美觀性、安全性、經(jīng)濟性等進行比較，選取可行性最終方案。

生態(tài)公路設(shè)計總體可以分為以下五個步驟[4]：

（1）路線研究區(qū)域的確定及劃分

路線研究區(qū)域界限需要確保經(jīng)濟、清晰，且符合環(huán)境評價、方案研究的相關(guān)技術(shù)要求。研究區(qū)域的范圍較大，不僅包括路線走廊帶和比選方案路線穿越地域，還應(yīng)涉及公路走廊帶造成環(huán)境影響的區(qū)域范圍。

（2）結(jié)合專題地圖開展環(huán)境、公路影響評價

環(huán)境協(xié)調(diào)性分析階段，設(shè)計人員需收集公路設(shè)計關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)信息，并分析造成的環(huán)境影響范圍及程度，一般需要兼顧公路建設(shè)周期和公路運營造成的生態(tài)環(huán)境破壞。環(huán)境、公路之間的影響評價需要多類型專家進行協(xié)作分析，環(huán)境信息的展示則可以借助于地理信息化系統(tǒng)。專題地圖作為專家評價平臺，其構(gòu)建需要考慮以下內(nèi)容：①強化環(huán)保理念，對保護區(qū)域資源信息進行全面考慮；②定量化水土保持情況；③區(qū)分土地用途，調(diào)查土地規(guī)劃情況和土地利用情況。

（3）根據(jù)環(huán)境影響權(quán)重進行專題地圖的疊加，確定環(huán)保路線走廊帶

環(huán)境敏感性專題地圖可借助于GIS分析功能進行構(gòu)建。首先需要確定單個專題地圖涉及的環(huán)境要素權(quán)重，繼而按照權(quán)重疊加專題地圖，獲取能夠體現(xiàn)出環(huán)境敏感性的決策圖，據(jù)此確定對環(huán)境影響程度較小的走廊帶。

（4）在走廊帶中確定可行性路線方案

走廊帶的確定需要以對環(huán)境影響程度最小為基本原則，設(shè)計中需要重點考慮經(jīng)濟、技術(shù)、安全等指標。

（5）對不同路線方案進行優(yōu)缺點評估

可行路線方案的比選是環(huán)境協(xié)調(diào)性分析的關(guān)鍵過程，最終選取的路線需要表現(xiàn)出最佳的環(huán)境協(xié)調(diào)性。路線方案比選包括以下內(nèi)容：對路線鄰近地區(qū)的影響進行評估；開展生態(tài)破壞影響評價分析；生態(tài)環(huán)境處理控制措施的提出；對已造成環(huán)境負面影響而提出的改善措施效果評估。

圖1 生態(tài)公路設(shè)計流程

3.2 路基邊坡設(shè)計

公路路基邊坡生態(tài)設(shè)計需要遵循剛?cè)岵?、固腳強腰的原則，在確保邊坡穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)生態(tài)景觀再造的目的。路基邊坡需盡量和既有地貌相互適應(yīng)，和周圍植被相互協(xié)調(diào)。路基邊坡防護采取草灌結(jié)合模式，布局則應(yīng)該考慮區(qū)域氣候、地質(zhì)、土壤類型等，盡量采取不同類型的草、灌、花等植物，豐富路基植被層次，避免采取單一草類植物進行生態(tài)恢復(fù)，多類型草灌種子需要達到配比混播，立體防護[4]。

3.2.1 無防護的邊坡

土質(zhì)邊坡生態(tài)設(shè)計主要有圖案式、自然式兩種方案。

（1）圖案式適用于面積較大的無防護土質(zhì)邊坡，且土壤結(jié)構(gòu)較好，布置在景觀觀賞效果較好的重要路段，設(shè)計人員可以設(shè)計豐富鮮明的圖案來提升邊坡綠化效果。圖案設(shè)計需要重點關(guān)注車輛通行的動態(tài)流暢性，圖案需要明快、簡單、對稱，多采取自然標志，如圖2（a）所示邊坡圖案種植可以采取盆苗、袋苗，如果土質(zhì)邊坡土壤結(jié)構(gòu)較差，則需要進行坑內(nèi)換土處理。

（2）自然式邊坡綠化主要采取花卉、草皮混播處理，自然式邊坡沒有明顯的圖案，該方法形成的生態(tài)植被較為豐富，比較適用于路基邊坡周圍存在大面積的耕地、草地、灌木叢等情況。自然式邊坡綠化能夠與周圍環(huán)境形成一體，優(yōu)化局部區(qū)域生態(tài)質(zhì)量，提升邊坡的穩(wěn)定性，如圖2（b）所示。

圖2 無防護邊坡綠化

3.2.2 具有防護工程的邊坡

（1）對于有防護的骨架型護坡坡面，如拱形骨架護坡、菱形骨架護坡、方格網(wǎng)骨架護坡等，主要對骨架之間的空隙進行綠化處理，不同骨架之間的植物高度、種類、顏色可以不一致，綠化過程中需要保證整體優(yōu)美簡潔，如圖3所示。

圖3 骨架型護坡坡面綠化

（2）對于鉚噴混凝土護坡砌石護坡等，可以采取掛花籃、設(shè)置種植槽、碎落臺幾種綠化形式。掛花籃需要在花盆內(nèi)部布置攀緣植物、花卉，并且在花盆和墻體處構(gòu)建排水孔，充分利用墻后水體為植物提供水分；設(shè)置種植槽需要將護面構(gòu)建為臺階形狀，在臺階上種植花卉等植物；碎落臺綠化設(shè)計有以下兩種方案：①挖方邊坡沒有擋土結(jié)構(gòu)處，可以在邊溝處設(shè)置種植槽，對靠近坡腳的位置進行圓滑處理，一般種植白三葉草；挖方邊坡存在擋墻等構(gòu)筑物，在墻角每隔10m布置長1m、寬0.5m的種植槽，植物類型為野山葡萄、爬山虎等[3]。

3.3 排水設(shè)計

3.3.1 排水溝

在景觀效果要求較高的路段，可以布置生態(tài)蝶形排水溝，如圖4所示。在一些排水量較大的路段可以構(gòu)建生物磚排水溝，多采取多孔生物磚施工而成，可以事先在磚孔內(nèi)部加注營養(yǎng)物質(zhì)，植物生長一段時間后對磚體進行覆蓋處理，最終會形成綠化生態(tài)排水溝，和周圍環(huán)境形成一體化。生物磚排水溝可以設(shè)置在邊坡底部，其具備的滲、排水功能能夠充分排出邊坡內(nèi)部的水體，提升邊坡的穩(wěn)定性；生物磚排水溝也可以結(jié)合土工布使用，這能夠?qū)崿F(xiàn)排水設(shè)施的長周期性和土層的穩(wěn)定性，降低邊坡的不均勻沉降。

3.3.2 邊溝

矩形邊溝生態(tài)設(shè)計中，可以將邊溝整體適當下移、外移，且把路肩做成弧狀，增加整體視覺效果。邊溝主要采取強度M7.5漿砌石施工，底部采取水泥砂漿墊平，頂部進行現(xiàn)澆C30混凝土蓋板放置；對碎石盲溝可以進行適當加深處理，優(yōu)化結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的排水，碎石盲溝出水口需要和邊溝出水口保持高程一致，便于排放路肩滲水[3]。

4 工程應(yīng)用分析

4.1 工程概況

新疆省內(nèi)某高速公路路線設(shè)計呈南北走向，設(shè)計路線長度達到了160km，路面設(shè)計寬度為30m，雙向六車道，設(shè)計速度為60km/h，路基設(shè)計平均高度達到了10m。項目施工難度較大，路線跨越了大部分的山地丘陵，地形地貌受到地質(zhì)構(gòu)造的限制，地區(qū)新構(gòu)造活動較為活躍，基巖裸露程度較高，且路線周圍具備少而薄的山體覆蓋，項目路線設(shè)計技術(shù)指標較為嚴格，路線區(qū)域氣候溫差較大，降雨較多，極容易產(chǎn)生泥石流、滑坡等自然災(zāi)害，后續(xù)施工極容易造成既有生態(tài)環(huán)境的改變[3]。

4.2 生態(tài)護坡技術(shù)的應(yīng)用效果分析

項目擬采取混凝土框架、植被生態(tài)相結(jié)合的護坡形式促進路線建設(shè)過程中的生態(tài)修復(fù)，不僅可以處治局部土壤侵蝕，還能夠?qū)ζ茐纳鷳B(tài)景觀進行及時重建。整個路線復(fù)雜路段的生態(tài)護坡實施類型及比例如表1所示。對于坡度平緩的軟質(zhì)巖坡、土坡采取直接噴播，比例占據(jù)了22%；一些低緩邊坡可以采取客土噴播附著，以便快速達到水土流失抑制作用。K120+350—K120+950坡比小于1∶1，且整體較為穩(wěn)定，每級邊坡8～12m之間，采取掛網(wǎng)噴播技術(shù)，其比例占據(jù)了22%，三維網(wǎng)錨固之后，能夠有效提升邊坡穩(wěn)定性，利于植被根系、客土的緊密聯(lián)系；K130+150—K130+950段坡比小于1∶0.75，采取菱形、拱形骨架構(gòu)造客土回填空間，提升路段景觀效果，其比例占據(jù)了55%；K130+950—K140+300路段邊坡具有大面積的懸崖、陡崖、斜坡，極容易出現(xiàn)落石、崩塌，采取主動、被動柔性防護網(wǎng)技術(shù)進行坡面保護，占據(jù)比例達到了1%。其余路段則充分利用既有植被進行周圍景觀的協(xié)調(diào)[4]。

邊坡生態(tài)技術(shù)應(yīng)用15d后，邊坡生態(tài)植被覆蓋率達到了90%以上?，F(xiàn)場土壤侵蝕度檢測儀檢測表明，土壤水土流失防治效果優(yōu)良，土壤流失量和植被覆蓋因子之間成反比關(guān)系。生態(tài)公路防護顯著減少了生態(tài)環(huán)境景觀的破壞，提升公路通行的視覺感受[4]。

表1 生態(tài)護坡實施類型及比例

5 結(jié)語

生態(tài)公路設(shè)計需以環(huán)保為基本要求，繼而實現(xiàn)生態(tài)工程和公路設(shè)計的相互協(xié)調(diào)統(tǒng)一。生態(tài)綠化需要應(yīng)用到公路建設(shè)階段的每一個過程中，設(shè)計人員要充分結(jié)合路域環(huán)境特點、地形地貌、風俗習慣，采取合理的路線設(shè)計方案，弱化區(qū)域既有生態(tài)的影響破壞，并且在一些景觀效果應(yīng)用路段，加強路基、排水等構(gòu)筑物的生態(tài)設(shè)計，促進生態(tài)公路的可持續(xù)性發(fā)展。