山區(qū)公路生物工程護坡技術的應用

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1引言與背景

1．1地質環(huán)境

尼泊爾的地質是高度復雜，并有多個活動斷層和逆斷層，在一個地震高發(fā)區(qū)地理區(qū)域。氣候變化也給尼泊爾帶來負面影響，且這種影響將在未來進一步惡化。從山里流出的水導致澇災影響最嚴重。流水深切和山坡邊坡陡峭是共同特點。季風雨進一步加劇風化速率和浸潤，大部分的山體滑坡和水土流失發(fā)生在此期間。針對公路工程而言，尼泊爾山區(qū)不是簡單的環(huán)境。每條路都穿過不穩(wěn)定的區(qū)域。地質不穩(wěn)定斜坡邊坡帶來一系列復雜問題。遇到的常見問題包括由于土的深度風化性質決定的地勢陡峭處的開挖條件。雨季強降水導致地下水位身高，土壤飽和以及大量地表徑流。盡管有這些困難，有必要建立和維持道路可靠地服務于居民，提供所必需的運輸服務。

1．2綠色道路理念

道路部門已經開發(fā)出自己的設計準則和規(guī)范，用于全國道路網的施工和養(yǎng)護。良好的選線是把山區(qū)邊坡不穩(wěn)性降到最小的關鍵的第一步。高地形處的道路線形比低地形處的更加穩(wěn)定平。這是由于山體滑坡從上面下來，河水沖刷在邊坡的底部。這些包括可避免的大規(guī)模失穩(wěn)邊坡的交叉領域，也將意味著道路是昂貴的，而且?guī)缀跏遣豢沙掷m(xù)的。綠色道路概念是由德國發(fā)展機構GTD引入鄉(xiāng)村級道路的，對低階道路(建設勞動力、最短線形、填挖平衡、生物工程等等)而言，這是非常明智的。但是，試圖將這應用于較高等級道路將導致許多妥協(xié)。工程的施工方法、工程和材料來源的質量，是經常發(fā)現(xiàn)缺點的所有要素，這些缺點能夠導致道路引起短期和長期的環(huán)境破壞。造成破壞最大的幾乎總是陡峭邊坡上棄土處理不當，因為這可以在道路下面擴展相當遠的距離，而且會在很多公里下游的集水溝產生高泥沙含量許多公里下游的溝壑。土方工程物料管理很困難，需要非常細心的現(xiàn)場監(jiān)督，但是，它可能是實現(xiàn)環(huán)境無害道路的最重要的因素。為了確保良好的現(xiàn)場實踐，施工方法必須提前認真考慮，連續(xù)階段要順利解決。

1．3排水管理

在山區(qū)，即使在道路擾動這些被道路穿過陡峭邊坡以前，它們也處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。由施工造成的額外的不穩(wěn)定可能會在季雨期間導致大幅度運動。與道路相鄰的邊坡排水對防止不穩(wěn)定起到至關重要的作用?，F(xiàn)在很清楚，不做好邊坡排水，遇到暴風雨會導致大規(guī)模運動。以相對較低的成本安裝良好的邊坡排水系統(tǒng)就可以避免這種災難。處理暴風雨期間道路上產生的徑流對于保護路面和邊坡是非常有必要的。道路中的水一般來自于降雨、側向徑流和地下水。來自周圍邊坡的徑流和滲流相對較少，但即使在道路路面寬度范圍內，大雨中也可產生大量的水。水必須謹慎處理，以防止水土流失迅速加劇，削弱道路，造成的大規(guī)模的坍塌。這可能需要長距離的邊溝使其達到合適的集水溝，進行排水。

2山區(qū)公路護坡系統(tǒng)

2．1道路養(yǎng)護

它是在車行道上，側排水溝和交叉排水結構的工作。由于環(huán)境惡化，每一條道路都需要不斷的定期養(yǎng)護。日常養(yǎng)護是需要根據(jù)交通量在全年內不同的時間間隔內進行的，同樣，定期維護是需要數(shù)年的時間間隔。應急養(yǎng)護是道路受到威脅或關閉時，需要立即行動來處理的緊急情況。

2．2路邊支撐養(yǎng)護

這是改善邊坡穩(wěn)定和水資源管理工作的補救和預防性工程。日常養(yǎng)護就是清洗路邊下水道、修理路邊支撐結構和修復邊坡防護支撐結構。預防性養(yǎng)護就是修整邊坡、邊坡防護網、砌體墻、石籠墻、護坡、支撐墻、攔砂壩、河道治理工程、生物工程和種植植物來支撐邊坡。使用到生物工程的其他方面就是改善邊坡的外觀。緊急養(yǎng)護就是覆蓋裂縫和緊急保護措施，例如河道治理工程，把對道路及相關結構的進一步損害威脅降到最低。

3生物工程措施

道路施工會對環(huán)境造成的不利的影響。保護邊坡免受水土流失和淺層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。植物都是根據(jù)它在邊坡防護中的作用而精心挑選的，它通常結合土木工程結構而用，以提供更有效的解決方案，因為(土木工程結構所需的)材料和技能都是當?shù)乜衫玫?。生物工程是用來保護邊坡免受水土流失、減少淺層平面滑動、改善路面排水，減少下滑。一種結構在其生命周期的各個階段的強度與它的最大強度有關。顯示了生物工程和土木工程結構不同之處:植被需要幾年才能達到最大強度，土木工程結構的強度降低，植物的強度增加。這包括一系列可以與土木結構相結合起來的技術，這些技術可以提高排水能力和邊坡穩(wěn)定性。以季風雨為主的氣候中，工程啟動的季節(jié)不能改變。沒選擇合適的時間進行生物工程會增加將來的不穩(wěn)定性和邊坡失穩(wěn)的風險。

3．1生物工程技術選擇

選擇合適的生物工程措施穩(wěn)定邊坡并不簡單，大多數(shù)滑坡的產生不止一個失穩(wěn)機理，邊坡上不同點存在不同的失穩(wěn)機理。根據(jù)失穩(wěn)機理，滑坡的不同部分應該進行不同的處理方法。對補救措施進行規(guī)劃之前，有許多因素需要仔細考慮。最重要的因素就是仔細檢查現(xiàn)場，并注重細節(jié)。使用本土大型植被種，種植成不同的格局，正成為一種簡單但非常有效的方式，它不僅可控制水土流失，還會影響邊坡的水文情況。由于發(fā)現(xiàn)材料中存在高滲透和低凝聚力的問題，重點強調改善邊坡排水的技術。廣泛流行的自給農業(yè)意味著高度依賴所有的自然資源，而且?guī)缀跛械闹参锒紝︵徑N者有利。沒有表面保護，水土流失過快且嚴重，這會影響道路上方和下方很遠距離的邊坡。如果環(huán)境破壞采取進一步修復，那么生物工程的作用不僅僅是防止水土流失。正確的植物組合可以幫助恢復農業(yè)系統(tǒng)或森林，從而減輕道路施工或存在造成的破壞。正如豪厄爾地區(qū)那樣，生物工程用地可以這樣管理，使其成為種植園或者成為管理良好的農場的一部分。生物工程通過實現(xiàn)所必須的保護和穩(wěn)定的邊坡的工程功能起作用。植物必須起到攔截碎屑、護面、加固土、錨固表面層、支撐邊坡和利于材料排水中的一種或多種功能。植物組合使用比單一植物效果好。如果植被橫跨邊坡種植，它們一起組成一條連續(xù)線，可以攔截碎屑，也有加固作用。植被的輪廓線也可以增加土壤的滲透能力。使植被地線穿過邊坡可以實現(xiàn)排水功能。重要的是要確保邊坡被保護可以承受沖蝕。植被是實現(xiàn)這一目標的最好植物。但是大多數(shù)的植被需要充足的陽光才能生長，因此為維持植被的良好覆蓋，需要使灌木和喬木盡量薄。但另一方面，如果沒有灌木和喬木，就起不到許多地方都需要的深層加固和保護作用。生物工程技術在尼泊爾的發(fā)展簡單，勞動強度大。所需技能簡單，因此他們可以把這些技能用于農場。這些植物在當?shù)睾苋菀撰@得。如果政府注意到一點，當?shù)厝俗约嚎梢怨芾砗途S持邊坡的穩(wěn)定性。此外，這給當?shù)厝嗣裉峁┝藢氋F的就業(yè)機會，他們還可以通過生物工程進行創(chuàng)收活動。

3．2生物工程植物的選擇

一種特定的植物在某個地方的生長能力是由它對這個地方的適應性決定的。植物在植入的季節(jié)應該是生了根的，以便他們能夠在干燥的幾個月活下來，直到下一個雨季到來。許多運用生物工程的地方土壤貧瘠且多石，水流失特別快。該物種生命力應足夠強，才能夠實現(xiàn)生物工程的功能。植被的生長取決于植物所適應的的溫度和濕度條件。用于生物工程的植物對現(xiàn)場條件有很大的耐性，幾乎可以在任何一個地方根據(jù)這個地方的特點生長。在暖和的月份，水是植物生長的主要因素。在光禿禿的道路邊坡上運用生物工程所使用先鋒物種可以通過發(fā)展更好的土壤而有利于植物群的建立。先鋒物種的使用生物工程上有助于允許植被社區(qū)建立，通過發(fā)展和更好的土壤。物種的最后選擇的因素。決定植物選擇的因素有:

(1)這種植物可以通過生物工程技術解決特定地區(qū)的問題。

(2)合適的繁殖技術方式。

(3)根據(jù)地區(qū)的環(huán)境條件選擇合適的植物。

(4)合適的時間，合適的地方以及合適的數(shù)量的可行性。

(5)當?shù)刂参锉绕渌胤降闹参锔苓m應那里的環(huán)境條件。有關建立穩(wěn)定的自然植被的要點為:

(1)為快速建立，應選擇迅速生長的植物;

(2)建立一個穩(wěn)定的，易于維護的植物群落;

(3)植被覆蓋的發(fā)展將減少水土流失;

(4)樹冠發(fā)展，遮住土壤，提高生根條件。

3．3意義

(1)生物工程技術應該是足夠強大，能解決設計要解決的問題。

(2)植物生命力必須隨著時間的推移變得更頑強，或者在一個艱難時段段可以頑強生存。

(3)植物應該是易適應的。

(4)植物應該能夠從破壞中恢復過來。已經學到了一些體制方面的經驗，尼泊爾政府法規(guī)相對較嚴格，對公務員而言，不確定結果嘗試是一件艱巨而危險的事情。捐助者資助合適的項目，利用科研機構進行實驗性工程，從而使該機構急需的靈活性，以嘗試新的想法。通過建立歸屬感，建立機構內部和外部的共識。機構內個人還有余地嘗試新事物，這就要鼓勵從內部改變機構本身。

4結論

影響道路可持續(xù)發(fā)展的因素有很多，良好的規(guī)劃是環(huán)境友好型道路獲得成功的關鍵。根據(jù)在尼泊爾地區(qū)山地公路護坡工程中生物工程的成功應用來看，利用生物工程可以在解決邊坡穩(wěn)定問題的同時成為周邊農業(yè)系統(tǒng)的一部分，具有較好的長期效益和環(huán)境效益，值得在我國部分山區(qū)道路的邊坡穩(wěn)定方面借鑒。

作者：張燕舞 任萬艷 胡魁 單位：陜西省交通廳利用外資項目辦 長安大學公路學院