牟翰
（宁夏公路勘察设计院有限责任公司，银川 750001）
绿色公路建设是交通运输行业落实国家生态文明战略和绿色发展理念的重要举措，是落实“四个交通”发展要求、促进公路发展转型升级的重要抓手。截至2020年，我国绿色公路建设标准和评估体系基本建立，绿色公路建设理念深入人心，建成了一批绿色公路示范工程。总结其成功经验，进行复制推广，对于解决我国高速公路建设中存在的共性和关键技术问题具有重要现实意义。
边坡三联生态防护是一项基于绿色公路理念的新型边坡生态防护工程技术，该技术通过生物群落与工程措施的有机结合，构建岩土体—基质—植被群落体系对坡面进行防护：（1）由锚杆加镀锌机编金属网组成的物理防护；
（2）专用生物黏结材料合理配比后构成的抗蚀防护；
（3）具备生态环境再造功能和生态循环条件的乔灌草根系与茎叶结合形成的植被生态修复防护。其中，最核心、最关键的植被生态防护通过重建土壤生境系统、植被群落系统和营养物质循环系统，修复边坡坡面生态系统的结构与功能，使其自主演替、自我循环、自我维持。
3.1 项目概况
西部地区某高速公路是交通运输部确定的绿色公路建设典型示范工程之一。项目按全封闭、全立交、控制出入的四车道高速公路标准建设，设计速度100 km/h，路基宽26.0 m，路线全长113 km。该项目于2017年10月开工建设，2020年底建成通车。
3.2 区域环境特点
项目所在区域地处黄土高原与内蒙古高原的过渡地带，毛乌素沙漠西南边缘。项目沿线途经缓坡丘陵区、冲洪积平原、黄土梁峁沟壑三类工程地质分区，属于国家级水土流失重点监督区。路线区域属典型大陆性气候特征，区域内干旱少雨，年平均降雨量290.23 mm，降雨强度大，多形成暴雨或雷阵雨；
多年平均蒸发量达1 839.8 mm，约等于多年平均降雨量的6倍；
项目区生态环境十分脆弱，气候条件严苛，工程建设面临湿陷性黄土、风沙区等不良地质条件。
3.3 边坡防护需要解决的问题
建设项目沿线黄土区风大干旱、生境脆弱、边坡土质贫瘠且遇水失稳，在施工及运营过程中存在着边坡失稳、塌陷等安全隐患，严重威胁行车安全。边坡防护的目标是在稳固边坡的基础上进行科学的植被恢复，有效预防边坡次生灾害的发生[1]。本项目边坡防护存在如下需要解决的问题：
1）植物生长条件较差。项目区干旱少雨，植物种类单一，给修复植物的选择提出了苛刻条件；
很多边坡为阳坡，由于当地降水较少，蒸发量较大，因此，阳坡保水能力差，植物不易生长。
2）边坡冲刷病害较为普遍。由于黄土本身的大孔隙和结构松散的特点，坡面抗冲刷能力较差；
裸露的新边坡受冲刷后，常引起大量的水土流失，使坡面被冲刷成纹沟、细沟及洞穴等。
3）边坡存在坍塌风险。项目沿线部分坡面松散不稳定，威胁路面行车安全。由于黄土竖向节理发育，新的高大路堑边坡开挖后，节理易张开，地表水易向下和临空面渗透，形成软弱带，导致局部土体失稳，易引起滑塌等地质灾害。
3.4 三联生态防护具有的技术优势
1）边坡更加安全稳定。项目沿线为黄土梁峁区的湿陷性黄土边坡，坡面裸露无植被，集中降雨冲蚀易诱发水土流失，形成冲沟、泥流、滑坡坡体软化坍塌等严重的灾害，而三联生态防护技术可将物理防护中的锚固系统与植被防护中的植被根系有效结合从而提高对坡体的稳固能力，同时抗蚀防护显著增加土壤的抗蚀性能，加强坡体抵抗雨水冲蚀，从而保证坡面安全稳定，防止次生灾害的发生。岩土力学研究证明，三联生态防护的水平位移系数小于圬工防护，三联生态防护的抗剪切应力大于圬工防护。
2）全寿命期免养护。由于本项目黄土梁峁区的黄土边坡土壤贫瘠，微生物数量匮乏，分解者不足，物质循环动力严重不足，不适宜植物生长，导致坡面植被覆盖率低。通过施加微生物菌剂及土壤改良菌剂，可改善增加土壤中菌群数量，促进土壤中物质循环能量流动，增加土壤中营养物质，改善土质，保水保肥。修复后的生态系统形成了自循环、自演替、自维持的生命共同体，建成后的坡面植被像森林草原生态系统能够无限生息，无须人工养护。
3）生态减排效果好。针对本项目黄土梁峁区边坡植被覆盖率低、生境脆弱的特点，通过植被筛选配比出适宜生长的植物组合，且植物升级改良可使边坡单位面积内的生物物种多样、种群稳定；
植被盖度皆高于相同气候条件下同等边坡的自然盖度，雨水经坡面流至坡底水质清澈，坡面不产生径流、未见蚀沟，水土保持效果良好；
良好的阔叶乔灌植物和合理的种植宽度可有效阻滞消纳尾气中的PM2.5，相关研究资料证实路域大气治霾贡献度可达20%～50%；
路堤两侧的植被和土壤微生物能够显著净化路面直排雨水，有效阻隔路面污水中重金属和有机污染物向农田、河塘和草场迁移。
3.5 三联生态防护工艺流程
三联生态防护技术在本项目等干旱地区黄土边坡的应用需要针对性地从物理防护、土壤改良、植物筛选组合、微生物菌剂施用4方面实施推进。
1）结合土壤生境材料力学指标、植物群落深根系锚固和浅根系加筋的自身力学性质进行锚固参数计算，采用镀锌三维网、主锚杆和辅锚杆锚固优化物理防护设计，稳固黄土边坡。本项目材料的规格与用量见表1。
表1 材料规格与用量
本项目镀锌三维网采用机编镀锌铁丝挂网。挂网施工时采用自上而下放卷，用边缘网眼左右挂入锚杆，相邻两卷铁丝网分别用绑扎铁丝连接固定，网与网之间采用平行搭接方法，两网交接处至少要求有10 cm的重叠。
2）植生层构建以当地自然土壤为基础，通过配方材料改良形成养分充足、抗雨蚀和固土保水性强的土壤生境层。综合考虑坡面质地、气候状况以及植物根系生长适合条件，制定出基质材料配比，将土壤有机质、肥料、黏合剂搅拌均匀，利用喷混机械将混合料加保水剂和水搅拌均匀喷射到坡面上。植生层包含基质层、微生物层和种子层，相应的土料混合分为基质层土料混合、微生物层喷播和种子层土料混合。
本项目植生层基材料按表2所示的各种材料按比例掺配组成。
表2 植生层材料配比
3）根据气候、土质、坡面情况，依据生物生态学特性、立地类型以及经济型原则筛选适应性植物物种；
建植植物群落设计采取适合本地区的耐旱、贫瘠乔灌草组合，植物物种为干草、沙柳、苦豆、柠条、蒿草等；
植物物种配比的确定需要根据气候条件与坡面植被生态功能的研究，最终形成具备物种多样性的、稳定的植被群落。
4）根据土壤微生物群落检测分析植被自维持系统的菌剂，通过土壤生境系统、植被群落系统和物质循环系统构建促进植被发芽生长繁殖，促其根系发达枝叶茂盛，形成根系、镀锌三维网、坡体为一体的三维立体防护体系。
3.6 应用效果
三联生态防护技术的应用彻底解决了本项目黄土边坡冲蚀沟、边坡雨水软化坍塌等边坡病害问题，边坡植被覆盖率较本底值提高15%～20%，有效抵抗雨水侵蚀，固定坡面，保障路基稳定，强化安全防护，实现边坡的生态修复和植物群落的自维持。三联生态防护技术应用2年后，边坡植被覆盖度达90%以上，植被稳定且实现了植被自维持，并与当地环境完美融合，形成了一条植被稳定的绿色生态之路[2]。如图1、图2所示。
图1 三联生态防护效果
图2 三联生态防护与一般框格防护效果对比
本项目通过对黄土裸露边坡采用三联生态防护技术，充分改善了项目区内因工程扰动等人为因素造成的生态环境破坏问题，达到改善沿线路域生态环境、提高植被覆盖率、减少水土流失、保护路域生态环境的目的；
三联生态防护技术在本项目的成功运用，不仅为项目区的绿色公路建设树立了工程标杆，也为黄土高原干旱地区类似路域提供了工程示范。