基于公路邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)理論與實(shí)踐的研究分析

陳 鈺

（湖南省岳望高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引言

我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展日新月異，與之相應(yīng)的是交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與年俱增。一方面，據(jù)國家交通行業(yè)統(tǒng)計(jì)公報(bào)結(jié)果，截至2020年底，鐵路建成通車?yán)锍虜?shù)為14.6萬公里，公路建成通車總里程數(shù)為514.4萬公里。伴隨公路建設(shè)的推進(jìn)，“遇水架橋”“逢山開路”，又不可避免地造成生態(tài)占用與破壞，從而造成水土流失，甚至誘發(fā)山體滑坡等自然災(zāi)害，進(jìn)而影響公路周邊環(huán)境的生態(tài)平衡并影響交通安全[1-4]。另一方面，隨著公路交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的增加和對交通安全以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視，我國對公路邊坡地質(zhì)和生態(tài)修復(fù)都更加重視，大量的公路邊坡得到了修復(fù)[5]?！蛾P(guān)于實(shí)施綠色公路建設(shè)的指導(dǎo)意見》于2016年發(fā)布實(shí)施，意見明確提出最大限度地保護(hù)公路邊坡就是要構(gòu)建并恢復(fù)被破壞的原有生態(tài)環(huán)境。公路邊坡修復(fù)的主要內(nèi)涵包含兩層內(nèi)容：一方面，通過邊坡地質(zhì)環(huán)境的修復(fù)，構(gòu)建邊坡的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；另一方面，通過邊坡的生態(tài)環(huán)境修復(fù)，恢復(fù)因公路建設(shè)開挖形成的裸露坡面的原有生態(tài)環(huán)境。目前，關(guān)于邊坡工程修復(fù)，保持邊坡穩(wěn)定性的相關(guān)研究，國內(nèi)外都取得了較大的成果，并且也在工程上有大量的實(shí)踐。由于我國“綠色交通”理念起步較晚，相關(guān)研究較少，同時(shí)尚未構(gòu)建出整套成熟的邊坡生態(tài)修復(fù)的量化評價(jià)指標(biāo)體系，因此在應(yīng)用生態(tài)修復(fù)于邊坡穩(wěn)定性方面，反映出在生態(tài)修復(fù)理論研究與實(shí)踐工程建設(shè)方面都具有不足之處。

本文探索總結(jié)國內(nèi)外公路生態(tài)邊坡修復(fù)的技術(shù)與評價(jià)方法體系的研究成果，總結(jié)出如何因地制宜制定不同的生態(tài)修復(fù)方案；同時(shí)掌握了公路邊坡生態(tài)修復(fù)治理的評價(jià)研究動(dòng)態(tài)，引以為鑒，試圖探索我國公路邊坡生態(tài)修復(fù)建設(shè)要點(diǎn)與發(fā)展趨勢，也可用于指導(dǎo)交通行業(yè)邊坡生態(tài)修復(fù)的大規(guī)模工程性應(yīng)用。

1 公路邊坡的類型

公路建設(shè)過程中由于施工與建設(shè)的需要，會(huì)進(jìn)行很多人工挖填作業(yè)，形成了大量不同類型的邊坡（主要體現(xiàn)在其地質(zhì)環(huán)境條件與邊坡類型差異）。為了指導(dǎo)邊坡的勘察、設(shè)計(jì)、施工、生態(tài)恢復(fù)等工作，需要對邊坡進(jìn)行分類。以不同的巖石性質(zhì)分類，可分為軟質(zhì)、硬質(zhì)巖邊坡；以不同的地質(zhì)條件，可分為土質(zhì)、巖質(zhì)邊坡；以不同的邊坡傾角大小情況，可分為緩傾、中傾和陡傾邊坡；以不同巖層厚度情況，可分為薄、中厚、厚以及巨厚等邊坡；以不同巖層組成特點(diǎn)分類，可分為單一或雙層性，以及巖泥互層性的邊坡[6]。

2 公路邊坡工程修復(fù)

2.1 公路邊坡破壞模式

公路邊坡的破壞與變形，與施工設(shè)計(jì)有關(guān)，但更與地質(zhì)性質(zhì)、巖石性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、水文特征和邊坡的地形地貌有密切的關(guān)系。公路邊坡破壞模式關(guān)系到公路邊坡失穩(wěn)，因此，選擇合適的邊坡破壞模式是做好邊坡工程設(shè)計(jì)與施工的前提。邊坡破壞模式的主要類型有：滑移-拉裂、蠕滑-拉裂等[7]。李安洪等[6]進(jìn)一步研究了邊坡破壞的模式分類，如：順層滑移-拉裂、順層滑移、滑移-壓致拉裂、滑移-彎曲、滑劈、沿底部軟巖塑流-拉裂等八種不同類型的破壞模式。而產(chǎn)生這些不同破壞情形，是由于人工開挖與邊坡地層巖性與巖體結(jié)構(gòu)等因素組合作用而成的結(jié)果。

2.2 邊坡穩(wěn)定性的國內(nèi)外研究情況

邊坡失穩(wěn)問題一直是公路沿線邊坡生態(tài)修復(fù)公認(rèn)的重點(diǎn)關(guān)注焦點(diǎn)。國內(nèi)外研究者也針對邊坡穩(wěn)定性及防護(hù)措施做了一系列的專項(xiàng)研究。陳云超等[8]通過構(gòu)建模糊數(shù)學(xué)模型從而對生態(tài)邊坡的穩(wěn)定性開展了系統(tǒng)綜合評判。虞巍巍等[9]研究指出土體強(qiáng)度的各向異性是影響高、平緩坡穩(wěn)定性的主要因素。宋從軍[10]根據(jù)坡體結(jié)構(gòu)和開挖施工工藝建立了邊坡穩(wěn)定性分析方法，并總結(jié)了控制開挖變形的綜合施工技術(shù)。李安洪等[6]針對邊坡各類型的穩(wěn)定問題提出了相應(yīng)的防護(hù)措施。Cormac Reale等[11]在研究邊坡穩(wěn)定性時(shí)指出要綜合多種破壞及來評估邊坡的穩(wěn)定性。Emmanuel Baah-Frempong等[12]研究表明砂性土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性隨著基腳邊緣距離、基腳深度和土壤相對密度的增大而增大，但隨坡角的增加和對基腳施加壓力的增加反而縮小。Tarun Kumar Raghuvanshi[13]在研究巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性時(shí)發(fā)現(xiàn)，不同邊坡類型，其影響穩(wěn)定性的因素也不同。房秀等[14]運(yùn)用飽和-非飽和滲流理論分析了降雨條件下邊坡穩(wěn)定性的變化，并提出了一種基于多屬性的多方案大群體決策方法。通過前人的研究，我們發(fā)現(xiàn)邊坡的穩(wěn)定性是邊坡修復(fù)中的首要問題，邊坡穩(wěn)定性與邊坡所在巖土體的基本特性（坡體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性及邊坡水文地質(zhì)條件等），同時(shí)其與施工過程中開挖的高度和坡度等因素密切相關(guān)[15]。

隨著巖土力學(xué)研究的不斷發(fā)展和大量工程實(shí)踐中經(jīng)驗(yàn)的積累，國內(nèi)外邊坡修復(fù)取得了很大的成就和長足的進(jìn)步，特別是現(xiàn)代邊坡工程學(xué)的出現(xiàn)，使多種邊坡修復(fù)的方法結(jié)合使用，并創(chuàng)新了多種新理論，提供了新方法[16]。目前在工程實(shí)踐中，根據(jù)不同的地質(zhì)環(huán)境和邊坡特性總結(jié)的主要邊坡修復(fù)方案有：綜合評分法[17]、工程類比法[18]、層次分析法[19]、模糊多屬性決策法[20]、熵權(quán)決策法[21]、案例分析法[22]、主客觀賦權(quán)法[23]、二維碼定位法[24]、區(qū)間模糊分析法[25]等。這些方法大部分都是針對某一具體工程提出的方法，都存在著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在具體應(yīng)用中可以作為參考，在具體工程施工中還要具體問題具體分析。比如孫狂飆[26]等提出在邊坡開挖前進(jìn)行預(yù)加固處理，可以大大降低邊坡失穩(wěn)。薛偉等[27]在坡頂處設(shè)置截水溝，坡底布設(shè)錨桿擋土墻，坡面分級護(hù)坡防滑（如在第二級邊坡打抗滑樁等）。張志勇等[28]對預(yù)應(yīng)力錨索施工提出了二次劈裂注漿法、螺旋鉆桿法、型鋼混凝土組合錨墩法等三種不同邊坡穩(wěn)定方法，預(yù)應(yīng)力錨索的錨固力顯著加強(qiáng)，從而成功運(yùn)用于解決軟弱地層中難以鉆孔、成孔等問題。彭富強(qiáng)等[29]提出了“錨桿+抗滑樁+灌漿加固”的工藝進(jìn)行邊坡治理，增強(qiáng)了邊坡的穩(wěn)定性。

2.3 邊坡穩(wěn)定性及其常見問題

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，公路邊坡穩(wěn)定性研究及其生態(tài)修復(fù)治理取得了較大成就，在許多重大工程治理方面也取得了一定成效。但還存在以下常見問題：

（1）缺乏系統(tǒng)性。國內(nèi)外學(xué)者在對公路邊坡穩(wěn)定及其治理的研究中，多以專題為主，主要針對單個(gè)工程。目前的公路邊坡穩(wěn)定性理論及其治理方法大都是在單個(gè)工程項(xiàng)目中積累起來的，而沒有系統(tǒng)性地進(jìn)行研究，具有一定的局限性。

（2）忽視工程地質(zhì)。通常邊坡研究主要以巖土力學(xué)和計(jì)算機(jī)模擬為主，對由于邊坡失穩(wěn)經(jīng)過修復(fù)的地質(zhì)體認(rèn)識(shí)不足，導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性效果未達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

（3）研究模型存在較大誤差。由于邊坡的地質(zhì)環(huán)境和巖土力學(xué)環(huán)境非常復(fù)雜，在建立研究模型時(shí)采用的參數(shù)往往采用的是平均值，導(dǎo)致參數(shù)存在誤差。同時(shí)在建立研究模型時(shí)，進(jìn)行了參數(shù)的簡化，造成定義邊界的縮小，使得分析結(jié)果與實(shí)際情況有較大的差距。

（4）缺少設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)。公路邊坡治理工程設(shè)計(jì)往往進(jìn)行簡化處理，沒有考慮自然環(huán)境變化和人類活動(dòng)帶來的影響。在施工時(shí)，大多憑已有的經(jīng)驗(yàn)來確定施工的進(jìn)程，沒有建立相應(yīng)的系統(tǒng)化、理論化和規(guī)范化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3 公路邊坡生態(tài)修復(fù)

3.1 公路邊坡生態(tài)修復(fù)方法

邊坡的生態(tài)修復(fù)方法，通常是通過以純植物或植物與非生物材料（高分子材料或無機(jī)材料）相結(jié)合的方式，人為干預(yù)邊坡生態(tài)環(huán)境，快速修復(fù)邊坡生態(tài)環(huán)境，恢復(fù)到原來相似的自維持植物生物群落系統(tǒng)，從而最終實(shí)現(xiàn)邊坡的穩(wěn)定性，同時(shí)兼具生態(tài)環(huán)境景觀功能（園林景觀、生態(tài)吸聲、吸附氣態(tài)污染物等功能）[30-32]。公路邊坡生態(tài)修復(fù)不僅限于植被恢復(fù)，而是進(jìn)一步要求具有景觀美學(xué)價(jià)值。歐美發(fā)達(dá)國家對公路邊坡生態(tài)修復(fù)起步較早，因而研究相對較多，并具有較明顯效果。20世紀(jì)60年代，美國就制定了相關(guān)高速公路綠化的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提出了公路與周圍景觀環(huán)境的協(xié)調(diào)性[33]。英國在進(jìn)行公路邊坡生態(tài)恢復(fù)時(shí)，利用加筋土技術(shù)加固邊坡，同時(shí)建立植被防護(hù)[34]。德國、法國和瑞士等在建設(shè)高速公路時(shí)，會(huì)充分考慮生物多樣性的維持與生物遷徙路徑[35-36]。日本在建設(shè)高速公路時(shí)發(fā)明了許多新技術(shù)來修復(fù)公路邊坡，比如噴附綠化和袋筋綠化等[37]。我國的公路邊坡生態(tài)修復(fù)起步較晚，但隨著環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，公路邊坡的生態(tài)恢復(fù)也有了長足進(jìn)步。《公路邊坡生態(tài)綠色防護(hù)技術(shù)規(guī)程》（2017年）引領(lǐng)了我國公路邊坡修復(fù)生態(tài)修復(fù)建設(shè)的新方向。

公路建設(shè)過程中邊坡的生態(tài)環(huán)境受到了破壞，依靠其自然恢復(fù)是一個(gè)長期而困難的過程。為此，恰當(dāng)?shù)娜藶楦深A(yù)，有利于邊坡的生態(tài)重建與恢復(fù)過程加速，最終達(dá)到與附近生態(tài)背景相協(xié)調(diào)。在進(jìn)行邊坡生態(tài)修復(fù)時(shí)，由于邊坡的自然條件、立地條件和土壤環(huán)境都受到了嚴(yán)重的干擾，使得植被恢復(fù)存在較大的困難。因此，在進(jìn)行植被恢復(fù)的時(shí)候，應(yīng)該選用速生、抗性強(qiáng)的優(yōu)良植物品種，同時(shí)也要兼顧當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境條件選用當(dāng)?shù)氐泥l(xiāng)土植物，并進(jìn)行多種植物搭配，形成良好的景觀效應(yīng)和保證生物多樣性[38-40]。通常典型公路邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)主要有：人工植被[41]、植生袋[42]、液壓噴播植草技術(shù)[43]、網(wǎng)袋植草技術(shù)[44]、框格工程[45]、客土種子噴播[46]、厚層基材噴播[47]、仿原生態(tài)植被恢復(fù)技術(shù)[48]、OH液植草護(hù)坡[49]、三維植被網(wǎng)技術(shù)[50]等。這些技術(shù)需在施工過程中根據(jù)實(shí)際情況因地制宜選取。

3.2 公路邊坡生態(tài)修復(fù)評價(jià)

公路邊坡生態(tài)修復(fù)已經(jīng)成為公路建設(shè)的重要內(nèi)容之一，因此，準(zhǔn)確評價(jià)公路邊坡生態(tài)恢復(fù)工程的恢復(fù)效果也成為研究熱點(diǎn)。如國際生態(tài)修復(fù)學(xué)會(huì)制定的《生態(tài)修復(fù)實(shí)踐國際標(biāo)準(zhǔn)》（2016年），明確指出制定詳細(xì)的監(jiān)測計(jì)劃方案，從而形成系統(tǒng)生態(tài)恢復(fù)效果監(jiān)測與評估[31]。余海龍等人[51]也通過建立模糊數(shù)學(xué)與層次分析法，探索并建立了我國公路邊坡生態(tài)修復(fù)效果的評價(jià)模型。洪文俊等以固土護(hù)坡、土壤基質(zhì)、群落植被和景觀效益為主體，建立包含18個(gè)影響因子的農(nóng)林交錯(cuò)地帶高速公路邊坡生態(tài)修復(fù)成效評價(jià)體系，并得到了成功的應(yīng)用。王宏興等人[52]也在此基礎(chǔ)上，成功將多目標(biāo)決策灰色關(guān)聯(lián)投影法運(yùn)用于指導(dǎo)小流域水土保持生態(tài)工程綜合效益評價(jià)。董方帥等人[53]依據(jù)生態(tài)學(xué)原理，提出了邊坡植物群論個(gè)體與生態(tài)環(huán)境的評價(jià)方法，系統(tǒng)進(jìn)行了邊坡植物種群與群落水平的評價(jià)，同時(shí)應(yīng)用邊坡生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的評價(jià)和邊坡景觀尺度的生態(tài)評價(jià)指標(biāo)體系，并依據(jù)重要性賦予權(quán)重，最后計(jì)算得出邊坡生態(tài)修復(fù)的效果。賈致榮等[54]在基于恢復(fù)生態(tài)學(xué)和美學(xué)的基礎(chǔ)上，參考多種理論，提出了蓋度、綠期、截流量、根系穩(wěn)定效果、綜合抗性、管理水平景觀優(yōu)美度等重要評價(jià)指標(biāo)，利用AHP評判矩陣計(jì)算了各評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，得出坡面生態(tài)修復(fù)效果。在進(jìn)行邊坡生態(tài)修復(fù)評價(jià)時(shí)還用到德爾菲法、綜合指數(shù)法、灰色關(guān)聯(lián)度法、熵值法等[33]。這些方法各具優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際評價(jià)生態(tài)修復(fù)效果時(shí)，可以綜合考慮多種方法，根據(jù)不同地區(qū)地質(zhì)條件、土壤條件等因素，做出更科學(xué)的評價(jià)。

3.3 公路邊坡生態(tài)修復(fù)過程中存在的常見問題

我國幅員遼闊，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，在國家對環(huán)境保護(hù)日益重視的背景下，在各地大規(guī)模修建公路網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)下，我國公路邊坡修復(fù)技術(shù)已取得較快發(fā)展，但也依舊存在一些問題：

（1）公路邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)尚未構(gòu)建整套成熟系統(tǒng)。我國公路邊坡生態(tài)修復(fù)大多以某一工程為基礎(chǔ)，沒有形成全國統(tǒng)一的技術(shù)體系，特別是在干旱地區(qū)、土質(zhì)松軟、高陡裸巖坡面等研究較少。

（2）植物搭配不合理。目前在公路邊坡生態(tài)修復(fù)工程中，由于給予生態(tài)工程的時(shí)間有限，導(dǎo)致在修復(fù)植物選擇上僅限于一種或者幾種速生植物，沒有使用鄉(xiāng)土植物。這種植物配置不能夠達(dá)到重建生態(tài)系統(tǒng)的目的，特別是在物種搭配上沒有考慮空間和時(shí)間上的相互補(bǔ)充。

（3）養(yǎng)護(hù)不足。具體體現(xiàn)在“重建設(shè)、輕養(yǎng)護(hù)”的現(xiàn)象，邊坡生態(tài)修復(fù)結(jié)束后，其養(yǎng)護(hù)效果通常僅限于當(dāng)年，甚至當(dāng)季，極易造成“一年綠、二年變荒、三年換成老模樣”現(xiàn)象。公路邊坡生態(tài)修復(fù)工程結(jié)束之后，由于資金、技術(shù)等多方面原因，邊坡生態(tài)修復(fù)工程逐漸荒廢，生態(tài)修復(fù)效果大打折扣。

（4）評價(jià)體系不健全。目前，關(guān)于公路生態(tài)修復(fù)評價(jià)體系有很多，但仍缺乏一套完整、成熟的評價(jià)體系。現(xiàn)有的相關(guān)評價(jià)體系，包含的評價(jià)指標(biāo)不足以反映整個(gè)評價(jià)體系。在同一體系中，其評價(jià)指標(biāo)和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)往往不相統(tǒng)一，導(dǎo)致評價(jià)體系可能只適應(yīng)于某一個(gè)項(xiàng)目，沒有通用的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系。

4 結(jié)語

邊坡修復(fù)課題一直是公路設(shè)計(jì)—建設(shè)—運(yùn)營全過程中重要研究內(nèi)容。邊坡的穩(wěn)定性和生態(tài)恢復(fù)對于公路營運(yùn)安全和生態(tài)平衡調(diào)節(jié)具有重要的作用。目前我國有關(guān)公路邊坡修復(fù)的研究已取得了長足的進(jìn)步，不論是公路邊坡穩(wěn)定性修復(fù)技術(shù)還是生態(tài)修復(fù)技術(shù)都愈加成熟。

綜上所述，建議從以下幾個(gè)方面加強(qiáng)邊坡生態(tài)修復(fù)研究：

（1）深入地系統(tǒng)性研究邊坡穩(wěn)定性，尤其體現(xiàn)在：劃分邊坡類型、系統(tǒng)研究邊坡失穩(wěn)機(jī)理、系統(tǒng)評價(jià)穩(wěn)定性和進(jìn)一步優(yōu)化公路邊坡的設(shè)計(jì)與施工。

（2）強(qiáng)化邊坡穩(wěn)定性力學(xué)機(jī)理和計(jì)算模型的物理模型研究，使地質(zhì)、力學(xué)模型能更精確貼合實(shí)際。

（3）根據(jù)我國實(shí)際情況，開展邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系研究，使邊坡修復(fù)有章可循。

（4）積極開展生態(tài)修復(fù)植物育種，特別是鄉(xiāng)土植物應(yīng)用，合理搭配，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的正向演替。