山区公路生物工程护坡技术的应用

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1引言与背景

1．1地质环境

尼泊尔的地质是高度复杂，并有多个活动断层和逆断层，在一个地震高发区地理区域。气候变化也给尼泊尔带来负面影响，且这种影响将在未来进一步恶化。从山里流出的水导致涝灾影响最严重。流水深切和山坡边坡陡峭是共同特点。季风雨进一步加剧风化速率和浸润，大部分的山体滑坡和水土流失发生在此期间。针对公路工程而言，尼泊尔山区不是简单的环境。每条路都穿过不稳定的区域。地质不稳定斜坡边坡带来一系列复杂问题。遇到的常见问题包括由于土的深度风化性质决定的地势陡峭处的开挖条件。雨季强降水导致地下水位身高，土壤饱和以及大量地表径流。尽管有这些困难，有必要建立和维持道路可靠地服务于居民，提供所必需的运输服务。

1．2绿色道路理念

道路部门已经开发出自己的设计准则和规范，用于全国道路网的施工和养护。良好的选线是把山区边坡不稳性降到最小的关键的第一步。高地形处的道路线形比低地形处的更加稳定平。这是由于山体滑坡从上面下来，河水冲刷在边坡的底部。这些包括可避免的大规模失稳边坡的交叉领域，也将意味着道路是昂贵的，而且几乎是不可持续的。绿色道路概念是由德国发展机构GTD引入乡村级道路的，对低阶道路(建设劳动力、最短线形、填挖平衡、生物工程等等)而言，这是非常明智的。但是，试图将这应用于较高等级道路将导致许多妥协。工程的施工方法、工程和材料来源的质量，是经常发现缺点的所有要素，这些缺点能够导致道路引起短期和长期的环境破坏。造成破坏最大的几乎总是陡峭边坡上弃土处理不当，因为这可以在道路下面扩展相当远的距离，而且会在很多公里下游的集水沟产生高泥沙含量许多公里下游的沟壑。土方工程物料管理很困难，需要非常细心的现场监督，但是，它可能是实现环境无害道路的最重要的因素。为了确保良好的现场实践，施工方法必须提前认真考虑，连续阶段要顺利解决。

1．3排水管理

在山区，即使在道路扰动这些被道路穿过陡峭边坡以前，它们也处于临界稳定状态。由施工造成的额外的不稳定可能会在季雨期间导致大幅度运动。与道路相邻的边坡排水对防止不稳定起到至关重要的作用。现在很清楚，不做好边坡排水，遇到暴风雨会导致大规模运动。以相对较低的成本安装良好的边坡排水系统就可以避免这种灾难。处理暴风雨期间道路上产生的径流对于保护路面和边坡是非常有必要的。道路中的水一般来自于降雨、侧向径流和地下水。来自周围边坡的径流和渗流相对较少，但即使在道路路面宽度范围内，大雨中也可产生大量的水。水必须谨慎处理，以防止水土流失迅速加剧，削弱道路，造成的大规模的坍塌。这可能需要长距离的边沟使其达到合适的集水沟，进行排水。

2山区公路护坡系统

2．1道路养护

它是在车行道上，侧排水沟和交叉排水结构的工作。由于环境恶化，每一条道路都需要不断的定期养护。日常养护是需要根据交通量在全年内不同的时间间隔内进行的，同样，定期维护是需要数年的时间间隔。应急养护是道路受到威胁或关闭时，需要立即行动来处理的紧急情况。

2．2路边支撑养护

这是改善边坡稳定和水资源管理工作的补救和预防性工程。日常养护就是清洗路边下水道、修理路边支撑结构和修复边坡防护支撑结构。预防性养护就是修整边坡、边坡防护网、砌体墙、石笼墙、护坡、支撑墙、拦砂坝、河道治理工程、生物工程和种植植物来支撑边坡。使用到生物工程的其他方面就是改善边坡的外观。紧急养护就是覆盖裂缝和紧急保护措施，例如河道治理工程，把对道路及相关结构的进一步损害威胁降到最低。

3生物工程措施

道路施工会对环境造成的不利的影响。保护边坡免受水土流失和浅层滑坡的唯一符合成本效益的方式就是利用生物工程。生物工程是把活的植物用于工程。植物都是根据它在边坡防护中的作用而精心挑选的，它通常结合土木工程结构而用，以提供更有效的解决方案，因为(土木工程结构所需的)材料和技能都是当地可利用的。生物工程是用来保护边坡免受水土流失、减少浅层平面滑动、改善路面排水，减少下滑。一种结构在其生命周期的各个阶段的强度与它的最大强度有关。显示了生物工程和土木工程结构不同之处:植被需要几年才能达到最大强度，土木工程结构的强度降低，植物的强度增加。这包括一系列可以与土木结构相结合起来的技术，这些技术可以提高排水能力和边坡稳定性。以季风雨为主的气候中，工程启动的季节不能改变。没选择合适的时间进行生物工程会增加将来的不稳定性和边坡失稳的风险。

3．1生物工程技术选择

选择合适的生物工程措施稳定边坡并不简单，大多数滑坡的产生不止一个失稳机理，边坡上不同点存在不同的失稳机理。根据失稳机理，滑坡的不同部分应该进行不同的处理方法。对补救措施进行规划之前，有许多因素需要仔细考虑。最重要的因素就是仔细检查现场，并注重细节。使用本土大型植被种，种植成不同的格局，正成为一种简单但非常有效的方式，它不仅可控制水土流失，还会影响边坡的水文情况。由于发现材料中存在高渗透和低凝聚力的问题，重点强调改善边坡排水的技术。广泛流行的自给农业意味着高度依赖所有的自然资源，而且几乎所有的植物都对邻近耕种者有利。没有表面保护，水土流失过快且严重，这会影响道路上方和下方很远距离的边坡。如果环境破坏采取进一步修复，那么生物工程的作用不仅仅是防止水土流失。正确的植物组合可以帮助恢复农业系统或森林，从而减轻道路施工或存在造成的破坏。正如豪厄尔地区那样，生物工程用地可以这样管理，使其成为种植园或者成为管理良好的农场的一部分。生物工程通过实现所必须的保护和稳定的边坡的工程功能起作用。植物必须起到拦截碎屑、护面、加固土、锚固表面层、支撑边坡和利于材料排水中的一种或多种功能。植物组合使用比单一植物效果好。如果植被横跨边坡种植，它们一起组成一条连续线，可以拦截碎屑，也有加固作用。植被的轮廓线也可以增加土壤的渗透能力。使植被地线穿过边坡可以实现排水功能。重要的是要确保边坡被保护可以承受冲蚀。植被是实现这一目标的最好植物。但是大多数的植被需要充足的阳光才能生长，因此为维持植被的良好覆盖，需要使灌木和乔木尽量薄。但另一方面，如果没有灌木和乔木，就起不到许多地方都需要的深层加固和保护作用。生物工程技术在尼泊尔的发展简单，劳动强度大。所需技能简单，因此他们可以把这些技能用于农场。这些植物在当地很容易获得。如果政府注意到一点，当地人自己可以管理和维持边坡的稳定性。此外，这给当地人民提供了宝贵的就业机会，他们还可以通过生物工程进行创收活动。

3．2生物工程植物的选择

一种特定的植物在某个地方的生长能力是由它对这个地方的适应性决定的。植物在植入的季节应该是生了根的，以便他们能够在干燥的几个月活下来，直到下一个雨季到来。许多运用生物工程的地方土壤贫瘠且多石，水流失特别快。该物种生命力应足够强，才能够实现生物工程的功能。植被的生长取决于植物所适应的的温度和湿度条件。用于生物工程的植物对现场条件有很大的耐性，几乎可以在任何一个地方根据这个地方的特点生长。在暖和的月份，水是植物生长的主要因素。在光秃秃的道路边坡上运用生物工程所使用先锋物种可以通过发展更好的土壤而有利于植物群的建立。先锋物种的使用生物工程上有助于允许植被社区建立，通过发展和更好的土壤。物种的最后选择的因素。决定植物选择的因素有:

(1)这种植物可以通过生物工程技术解决特定地区的问题。

(2)合适的繁殖技术方式。

(3)根据地区的环境条件选择合适的植物。

(4)合适的时间，合适的地方以及合适的数量的可行性。

(5)当地植物比其他地方的植物更能适应那里的环境条件。有关建立稳定的自然植被的要点为:

(1)为快速建立，应选择迅速生长的植物;

(2)建立一个稳定的，易于维护的植物群落;

(3)植被覆盖的发展将减少水土流失;

(4)树冠发展，遮住土壤，提高生根条件。

3．3意义

(1)生物工程技术应该是足够强大，能解决设计要解决的问题。

(2)植物生命力必须随着时间的推移变得更顽强，或者在一个艰难时段段可以顽强生存。

(3)植物应该是易适应的。

(4)植物应该能够从破坏中恢复过来。已经学到了一些体制方面的经验，尼泊尔政府法规相对较严格，对公务员而言，不确定结果尝试是一件艰巨而危险的事情。捐助者资助合适的项目，利用科研机构进行实验性工程，从而使该机构急需的灵活性，以尝试新的想法。通过建立归属感，建立机构内部和外部的共识。机构内个人还有余地尝试新事物，这就要鼓励从内部改变机构本身。

4结论

影响道路可持续发展的因素有很多，良好的规划是环境友好型道路获得成功的关键。根据在尼泊尔地区山地公路护坡工程中生物工程的成功应用来看，利用生物工程可以在解决边坡稳定问题的同时成为周边农业系统的一部分，具有较好的长期效益和环境效益，值得在我国部分山区道路的边坡稳定方面借鉴。

作者：张燕舞 任万艳 胡魁 单位：陕西省交通厅利用外资项目办 长安大学公路学院