山區(qū)公路生物工程護(hù)坡技術(shù)的應(yīng)用

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1引言與背景

1．1地質(zhì)環(huán)境

尼泊爾的地質(zhì)是高度復(fù)雜，并有多個(gè)活動(dòng)斷層和逆斷層，在一個(gè)地震高發(fā)區(qū)地理區(qū)域。氣候變化也給尼泊爾帶來負(fù)面影響，且這種影響將在未來進(jìn)一步惡化。從山里流出的水導(dǎo)致澇災(zāi)影響最嚴(yán)重。流水深切和山坡邊坡陡峭是共同特點(diǎn)。季風(fēng)雨進(jìn)一步加劇風(fēng)化速率和浸潤(rùn)，大部分的山體滑坡和水土流失發(fā)生在此期間。針對(duì)公路工程而言，尼泊爾山區(qū)不是簡(jiǎn)單的環(huán)境。每條路都穿過不穩(wěn)定的區(qū)域。地質(zhì)不穩(wěn)定斜坡邊坡帶來一系列復(fù)雜問題。遇到的常見問題包括由于土的深度風(fēng)化性質(zhì)決定的地勢(shì)陡峭處的開挖條件。雨季強(qiáng)降水導(dǎo)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(wù)于居民，提供所必需的運(yùn)輸服務(wù)。

1．2綠色道路理念

道路部門已經(jīng)開發(fā)出自己的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和規(guī)范，用于全國(guó)道路網(wǎng)的施工和養(yǎng)護(hù)。良好的選線是把山區(qū)邊坡不穩(wěn)性降到最小的關(guān)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(lǐng)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(guó)發(fā)展機(jī)構(gòu)GTD引入鄉(xiāng)村級(jí)道路的，對(duì)低階道路(建設(shè)勞動(dòng)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(yīng)用于較高等級(jí)道路將導(dǎo)致許多妥協(xié)。工程的施工方法、工程和材料來源的質(zhì)量，是經(jīng)常發(fā)現(xiàn)缺點(diǎn)的所有要素，這些缺點(diǎn)能夠?qū)е碌缆芬鸲唐诤烷L(zhǎng)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(dāng)，因?yàn)檫@可以在道路下面擴(kuò)展相當(dāng)遠(yuǎn)的距離，而且會(huì)在很多公里下游的集水溝產(chǎn)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(xì)心的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，但是，它可能是實(shí)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(chǎng)實(shí)踐，施工方法必須提前認(rèn)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(dòng)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(huì)在季雨期間導(dǎo)致大幅度運(yùn)動(dòng)。與道路相鄰的邊坡排水對(duì)防止不穩(wěn)定起到至關(guān)重要的作用?，F(xiàn)在很清楚，不做好邊坡排水，遇到暴風(fēng)雨會(huì)導(dǎo)致大規(guī)模運(yùn)動(dòng)。以相對(duì)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(zāi)難。處理暴風(fēng)雨期間道路上產(chǎn)生的徑流對(duì)于保護(hù)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(cè)向徑流和地下水。來自周圍邊坡的徑流和滲流相對(duì)較少，但即使在道路路面寬度范圍內(nèi)，大雨中也可產(chǎn)生大量的水。水必須謹(jǐn)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(zhǎng)距離的邊溝使其達(dá)到合適的集水溝，進(jìn)行排水。

2山區(qū)公路護(hù)坡系統(tǒng)

2．1道路養(yǎng)護(hù)

它是在車行道上，側(cè)排水溝和交叉排水結(jié)構(gòu)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(hù)。日常養(yǎng)護(hù)是需要根據(jù)交通量在全年內(nèi)不同的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行的，同樣，定期維護(hù)是需要數(shù)年的時(shí)間間隔。應(yīng)急養(yǎng)護(hù)是道路受到威脅或關(guān)閉時(shí)，需要立即行動(dòng)來處理的緊急情況。

2．2路邊支撐養(yǎng)護(hù)

這是改善邊坡穩(wěn)定和水資源管理工作的補(bǔ)救和預(yù)防性工程。日常養(yǎng)護(hù)就是清洗路邊下水道、修理路邊支撐結(jié)構(gòu)和修復(fù)邊坡防護(hù)支撐結(jié)構(gòu)。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)就是修整邊坡、邊坡防護(hù)網(wǎng)、砌體墻、石籠墻、護(hù)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(hù)就是覆蓋裂縫和緊急保護(hù)措施，例如河道治理工程，把對(duì)道路及相關(guān)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步損害威脅降到最低。

3生物工程措施

道路施工會(huì)對(duì)環(huán)境造成的不利的影響。保護(hù)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(hù)中的作用而精心挑選的，它通常結(jié)合土木工程結(jié)構(gòu)而用，以提供更有效的解決方案，因?yàn)?土木工程結(jié)構(gòu)所需的)材料和技能都是當(dāng)?shù)乜衫玫摹Ｉ锕こ淌怯脕肀Ｗo(hù)邊坡免受水土流失、減少淺層平面滑動(dòng)、改善路面排水，減少下滑。一種結(jié)構(gòu)在其生命周期的各個(gè)階段的強(qiáng)度與它的最大強(qiáng)度有關(guān)。顯示了生物工程和土木工程結(jié)構(gòu)不同之處:植被需要幾年才能達(dá)到最大強(qiáng)度，土木工程結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度降低，植物的強(qiáng)度增加。這包括一系列可以與土木結(jié)構(gòu)相結(jié)合起來的技術(shù)，這些技術(shù)可以提高排水能力和邊坡穩(wěn)定性。以季風(fēng)雨為主的氣候中，工程啟動(dòng)的季節(jié)不能改變。沒選擇合適的時(shí)間進(jìn)行生物工程會(huì)增加將來的不穩(wěn)定性和邊坡失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。

3．1生物工程技術(shù)選擇

選擇合適的生物工程措施穩(wěn)定邊坡并不簡(jiǎn)單，大多數(shù)滑坡的產(chǎn)生不止一個(gè)失穩(wěn)機(jī)理，邊坡上不同點(diǎn)存在不同的失穩(wěn)機(jī)理。根據(jù)失穩(wěn)機(jī)理，滑坡的不同部分應(yīng)該進(jìn)行不同的處理方法。對(duì)補(bǔ)救措施進(jìn)行規(guī)劃之前，有許多因素需要仔細(xì)考慮。最重要的因素就是仔細(xì)檢查現(xiàn)場(chǎng)，并注重細(xì)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(jiǎn)單但非常有效的方式，它不僅可控制水土流失，還會(huì)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(diǎn)強(qiáng)調(diào)改善邊坡排水的技術(shù)。廣泛流行的自給農(nóng)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?duì)鄰近耕種者有利。沒有表面保護(hù)，水土流失過快且嚴(yán)重，這會(huì)影響道路上方和下方很遠(yuǎn)距離的邊坡。如果環(huán)境破壞采取進(jìn)一步修復(fù)，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(fù)農(nóng)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(nóng)場(chǎng)的一部分。生物工程通過實(shí)現(xiàn)所必須的保護(hù)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(hù)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(shí)現(xiàn)排水功能。重要的是要確保邊坡被保護(hù)可以承受沖蝕。植被是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最好植物。但是大多數(shù)的植被需要充足的陽(yáng)光才能生長(zhǎng)，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(hù)作用。生物工程技術(shù)在尼泊爾的發(fā)展簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度大。所需技能簡(jiǎn)單，因此他們可以把這些技能用于農(nóng)場(chǎng)。這些植物在當(dāng)?shù)睾苋菀撰@得。如果政府注意到一點(diǎn)，當(dāng)?shù)厝俗约嚎梢怨芾砗途S持邊坡的穩(wěn)定性。此外，這給當(dāng)?shù)厝嗣裉峁┝藢氋F的就業(yè)機(jī)會(huì)，他們還可以通過生物工程進(jìn)行創(chuàng)收活動(dòng)。

3．2生物工程植物的選擇

一種特定的植物在某個(gè)地方的生長(zhǎng)能力是由它對(duì)這個(gè)地方的適應(yīng)性決定的。植物在植入的季節(jié)應(yīng)該是生了根的，以便他們能夠在干燥的幾個(gè)月活下來，直到下一個(gè)雨季到來。許多運(yùn)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(yīng)足夠強(qiáng)，才能夠?qū)崿F(xiàn)生物工程的功能。植被的生長(zhǎng)取決于植物所適應(yīng)的的溫度和濕度條件。用于生物工程的植物對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件有很大的耐性，幾乎可以在任何一個(gè)地方根據(jù)這個(gè)地方的特點(diǎn)生長(zhǎng)。在暖和的月份，水是植物生長(zhǎng)的主要因素。在光禿禿的道路邊坡上運(yùn)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(shù)解決特定地區(qū)的問題。

(2)合適的繁殖技術(shù)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(shí)間，合適的地方以及合適的數(shù)量的可行性。

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

(1)為快速建立，應(yīng)選擇迅速生長(zhǎng)的植物;

(2)建立一個(gè)穩(wěn)定的，易于維護(hù)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(shù)應(yīng)該是足夠強(qiáng)大，能解決設(shè)計(jì)要解決的問題。

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

(3)植物應(yīng)該是易適應(yīng)的。

(4)植物應(yīng)該能夠從破壞中恢復(fù)過來。已經(jīng)學(xué)到了一些體制方面的經(jīng)驗(yàn)，尼泊爾政府法規(guī)相對(duì)較嚴(yán)格，對(duì)公務(wù)員而言，不確定結(jié)果嘗試是一件艱巨而危險(xiǎn)的事情。捐助者資助合適的項(xiàng)目，利用科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性工程，從而使該機(jī)構(gòu)急需的靈活性，以嘗試新的想法。通過建立歸屬感，建立機(jī)構(gòu)內(nèi)部和外部的共識(shí)。機(jī)構(gòu)內(nèi)個(gè)人還有余地嘗試新事物，這就要鼓勵(lì)從內(nèi)部改變機(jī)構(gòu)本身。

4結(jié)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(guān)鍵。根據(jù)在尼泊爾地區(qū)山地公路護(hù)坡工程中生物工程的成功應(yīng)用來看，利用生物工程可以在解決邊坡穩(wěn)定問題的同時(shí)成為周邊農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的一部分，具有較好的長(zhǎng)期效益和環(huán)境效益，值得在我國(guó)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(xiàng)目辦 長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院