公路边坡生态修复与防护技术

第二章　公路边坡病害及立地条件

公路建设特别是高速公路建设属于典型的大规模人造工程，往往需根据路基线形或高程要求，对所穿越的沿线地形实施大规模的填方挖方及山体切割工程，从而形成分布广泛的路堤边坡和路堑边坡。这些边坡本身通常存在多种失稳因素和不同类型的病害，并使边坡植被及周边生态环境遭受严重破坏。公路边坡防护作为路基工程的重要组成部分，一直是公路建设工程的重要内容之一，基本途径是首先对边坡病害进行工程治理，再通过人工干预的方式改善边坡立地条件，对坡面进行植被恢复，进而提高边坡总体的稳定性和安全性。

第一节　公路边坡的形成及相关工程标准

一、公路边坡的形成

图2－1　路堤边坡和路堑边坡构成要素

公路边坡，是指在公路修建过程中所遇到的自然边坡（根据工程需要往往要削坡），或者由人工作业或机械施工所构筑的人工边坡。

为了达到公路路基高程设计标准和道路平面线形、纵断面线形设计要求，尽量减少公路建成投入使用后的爬坡阻力，公路路基构筑通常采取降低坡度或填高路基等措施，因而需对线路经过的地形地貌进行适当的整治处理：高于路基高程的地段要进行“挖方”，低于路基高程的地段要进行“填方”。一般按照边坡与路面的相对位置，对挖方形成的路基边坡叫上边坡或路堑边坡，亦称挖方段；由填方形成的路基边坡叫下边坡或路堤边坡，亦称填方段。这两类边坡的构成要素（图2－1）。

由于我国的山区、丘陵区约占陆地国土面积的2/3，路基工程的修建不可避免地需穿越山地、丘陵，这就形成了大规模的挖方路堑边坡和填方路堤边坡，甚至不乏因切割山体而形成的高陡路堑边坡。已建高速公路中，最高的填方边坡高度已超过50m，最高的路堑挖方边坡高度已超过100m。典型的公路边坡工程（图2－2）。

图2－2　公路边坡实例

虽然在公路建设过程中须顺应自然地势，尽量保存原有地表植被和自然景观，避免大规模挖方和填方工程，但还是不可避免会出现各类人工边坡，随之产生复杂、多变的边坡稳定问题。这些人工边坡作为公路的重要组成部分和主体工程，由于其形成过程的破坏性和表面性状的特殊性，失稳一直是最为普遍和突出的问题之一，并对公路沿线自然环境和生态系统造成不同程度的负面影响，制约了公路建设与生态环境保护的协调、统一。随着公路工程构筑物安全防护和生态环境保护需要的日趋迫切，公路边坡植被恢复与生态防护技术受到前所未有的关注，正成为业内以及边坡稳定及防护研究领域的热点问题。

二、公路边坡的主要类型

（一）土质边坡

土质边坡主要由细粒土和砂粒等土壤物质构成。对于未扰动或人为扰动较少的土质边坡，往往覆盖着长期生长的原生植被，土壤结构较为完整，坡体较为稳定。土质边坡经开挖扰动后，则往往因为开挖过后裸露的土质成分易被雨水冲刷滑塌，创面土质结构多为母质或缺少植物生长必需养分的土壤，须进行必要的客土改良和植被恢复措施对边坡进行生态防护，以实现快速恢复生态植被的目的。

（二）土石边坡

土石边坡主要由土壤、碎石混合物质组成，即通常所说的“土夹石”边坡。由于土石边坡开挖后稳定性降低，雨水下渗后易发生滑塌灾害，因此是高速公路路重边坡治理的重点部位。传统方法通常是采用浆砌石、挡土墙等拦挡工程措施进行防护，稳定性虽然提高了，但造价高、施工困难、景观效果差，目前较为成功的防护措施是在深层稳固工程防护基础上进行坡面植被恢复的综合防护措施。

（三）石质边坡

石质边坡主要由母岩构成，是高速公路路堑边坡中常见的一种类型。根据岩石类别可分为岩浆岩边坡（侵入岩、喷出岩）、沉积岩边坡（碎屑沉积岩、碳酸盐岩、黏土岩、页岩等）、变质岩边坡（正变岩、副变质岩）；按风化程度又可分为强风化、中等风化、弱风化3种；按岩石软硬程度还可分为软质岩边坡和硬质岩边坡。

三、公路边坡工程设计标准

按照《公路路基设计规范》（JTG D30—2004）规定，路堤边坡和路堑边坡的设计应根据当地自然条件和工程地质条件，选择适当的横断面形式和边坡坡度。由于在坡高一定的条件下，边坡坡率是边坡稳定性的主要控制因素，故该规范对坡率有详细的设计要求。

（一）路堤边坡

对路堤边坡，其填筑除需要满足一定的填料选择、压实度等技术要求，还应根据填料的物理力学性质、边坡高度和工程地质条件确定边坡形式和坡率：

（1）当地质条件良好，边坡高度不大于20m时，其边坡坡率不宜陡于表2－1所列之规定。

表2－1　路堤边坡坡率

（2）对边坡高度超过20m的路堤，边坡形式宜用阶梯形，边坡坡率应由稳定性分析（见第一章）计算确定，并应进行个别设计。

（3）浸水路堤在设计水位以下的边坡坡率不宜陡于1∶1.75。

（二）路堑边坡

路堑边坡是公路边坡工程防护的重点，对土质路堑边坡和岩质路堑边坡有不同的设计要求。

1.土质路堑

（1）土质路堑边坡形式及坡率应根据工程地质、水文地质条件、边坡高度、排水措施、施工方法，并结合自然稳定山坡和人工边坡的调查及力学分析综合确定。边坡高度不大于20m时，边坡坡率不宜陡于表2－2所列之规定。

表2－2　土质路堑边坡坡率

注：黄土、红黏土、高液限土、膨胀土等特殊土质挖方边坡形式及坡度应按该规范中有关的规定确定。

（2）路堑边坡高度大于20m时，应根据该规范中有关挖方高边坡的规定进行，首先进行个别勘察设计，然后根据边坡土体力学参数验算确定边坡形式及坡率，并进行边坡稳定性评价。

2.岩质路堑

（1）岩质路堑边坡形式及坡率应根据工程地质与水文地质条件、边坡高度、施工方法，结合自然稳定边坡和人工边坡的调查综合确定，必要时可采用稳定分析方法予以检算。当边坡高度不大于30m时，无外倾软弱结构面的边坡应先确定岩体类型，再按边坡坡率确定（表2－3）。

表2－3　岩质路堑边坡坡率

注：①有可靠的资料和经验时，可不受本表限制。
②Ⅳ类强风化包括各类风化程度的极软岩。

（2）对于有外倾软弱结构面的石质边坡、坡顶边缘附近有较大荷载的边坡、边坡高度超过表2－3范围的边坡等，边坡坡率应通过稳定性分析（见第一章）计算确定。

（3）边坡高度大于20m的软弱松散岩质路堑，宜采用分层开挖、分层防护和坡趾预加固技术。

（三）其他设计要求

（1）当挖方边坡较高时，可根据不同的土质、岩石性质和稳定要求开挖成折线式或台阶式边坡，边沟外侧应设置碎落台，其宽度不宜小于1m；台阶式边坡中部应设置边坡平台，边坡平台的宽度不宜小于2m。

（2）边坡坡顶、坡面、坡脚和边坡中部平台应设置地表排水系统，各种地表排水设施构造尺寸应按该规范中有关的规定确定。

（3）当边坡有积水湿地、地下水渗出或地下水露头时，应根据实际情况设置地下渗沟、边坡渗沟或仰斜式排水孔，或在上游沿垂直地下水流向设置拦截地下水的排水隧洞等排导设施。

（4）根据边坡稳定情况和周围环境确定边坡坡面防护形式，边坡防护应采取工程防护与植被防护相结合，稳定性差的边坡应设置综合支挡工程。条件许可时，宜优先采用有利于生态恢复与环境保护的防护措施。

（5）当土质挖方边坡高度超过20m、岩石挖方边坡高度超过30m和不良地质地段路堑边坡，应按该规范中有关的规定，进行路基高边坡个别处理设计。

第二节　公路边坡常见病害

公路边坡大多为人工边坡，它既有常规边坡的共同性，又有其本身的特殊性。公路边坡病害是在影响边坡稳定性的内在因素和外部因素共同作用之下所引发的边坡变形乃至破坏。公路边坡病害不仅在公路建设施工过程中发生，而且在公路完工后的运营期也长期存在，其总体特征表现为：类型复杂、分布面广、规模不一；隐性病害与显性病害并存，危害后果严重；不同地貌单元和地层结构差异较大，软弱岩层和不良岩土地区密集发育；单一的治理方法难以奏效，需进行统筹、综合处治。

一、公路边坡变形与破坏机理

公路边坡的变形与破坏，决定于坡体内的应力分布和岩体的强度特征。影响岩坡应力分布的因素是多方面的，主要是原始应力状态、坡体和岩体结构特征等。

公路边坡成形后，因其原始地质环境受到破坏，坡体状态便作相应调整。在新的应力重力分布条件下，坡体将产生不同程度的变形与破坏。首先是变形，然后逐步发展为破坏。坡体变形与破坏的演变过程相当复杂，可以是漫长的，也可以是短暂的。影响其变形与破坏的条件和因素亦十分复杂，主要取决于坡体本身特征与抵抗变形及破坏的能力。

公路边坡病害可分变形与破坏两种形式，前者属于变形的范围，以坡体内未出现贯通性的破坏面为特点；后者是在坡体中已形成贯通性的破坏面，且以加速度发生位移。边坡变形与破坏是边坡失稳发展形成的两个不同阶段，变形是渐变的量变过程，当量变逐渐累积转变为质变而发生破坏。

公路边坡的变形按其形成机制可分为松弛张裂和蠕动等形式。根据边坡应力分布特点，边坡越陡张裂带分布范围越宽，松弛张裂的危害性在于其破坏了岩土体的稳定性，使岩土体渗透性增大，造成坡面地表水、降雨水渗入坡体内，加大了风化作用的强度，加剧了边坡的进一步破坏。蠕动变形是指边坡岩土体主要在重力作用下向临空方向发生长期缓慢的塑性变形的现象，分表层蠕动和深层蠕动两种类型。前者表现为边坡表层岩体向外回弹松弛，逐渐向临空方向弯曲变形；后者为在坚硬岩层组成的坡底部存有较厚的软弱岩层发生塑性流动而引起产生的缓慢的坡体外移、倾斜。

二、公路边坡破坏的形式

公路边坡的破坏形式很多，不同的行业有不同的划分。对所有边坡破坏形式的处治而言，工程治理（加固）措施是必要的且是有效的，而边坡植被防护也是重要的加强措施。以下对常见公路边坡的破坏形式的特征及工程治理对策、相关的植被防护措施作简要介绍。尽管公路边坡还有其他破坏形式，但因植被防护措施的应用存有一定的局限性，在此不做论述。

（一）边坡深层破坏

边坡深层破坏的典型表现形式就是滑坡。滑坡是指斜坡上较大范围的岩土体在重力作用下，沿一定的软弱面（或软弱带）整体以水平运动为主向下滑动的地质病害现象，其类型及特征（表2－4）。石质边坡内发生的滑坡，一般是在坡面2m以下深处沿滑移面产生剪切滑移破坏，滑动面可以是平面、楔形或曲面（表2－5）；土质边坡的滑移面一般是圆弧形。滑坡有比较大的水平位移，虽在滑动过程中也发生变化和解体，但一般仍能保持滑体相对的完整性。

表2－4　滑坡的类型及特征

（续表）

表2－5　石质边坡滑坡类型

滑坡是公路边坡工程较为常见也较为重要的病害现象之一。滑坡一般性质复杂、规模相对较大，下滑土石方量巨大，有时可达数十万立方米，因而危害后果严重，且治理工程的投资和难度也相对较大。对于公路边坡滑坡病害的治理，由于滑坡的复杂性以及滑坡与开挖面之间存在多种可能性，因此在考虑治理措施时，应具体问题具体分析，一般可按以下两个方面去考虑：其一，位于山前洪积、坡积岩土形成的缓斜坡和堆积层老滑坡，一般采用预加固技术为宜，如边坡高度不超过15m，则在开挖边坡前先做好抗滑桩，然后再开挖桩前岩土体；如边坡高度超过15m，则需分级防护，并在第一级边坡平台设置抗滑桩工程。当坡体内有地下水时，可采用疏干排水孔或支撑盲沟等进行排水；其二，对于具有多层多级滑动的顺层高边坡，特别是软硬相间砂、泥岩顺层地段，更应采用分层开挖、逐级加固的设计，当条件许可时坡趾最好采用预加固措施。

（二）边坡浅层破坏

边坡浅层破坏一般发生在坡面的表层或坡面以下不足2m的深度范围内，不仅容易发生地质灾害和水土流失，而且还对原有坡面植被造成严重损害。常规的边坡浅层破坏的处治措施是工程治理（加固）技术与坡面植被恢复相结合构成生态防护模式，可有效提高边坡整体稳定性，并恢复边坡植被生态。

1.风化剥落

风化剥落是指边坡裸露的岩土体在雨水、日照等自然营力作用下逐渐演变成碎屑物质剥离底层岩面而形成坠落的病害现象（图2－3），是较为常见的岩土路堑边坡病害类型。风化剥落对坡趾构筑物安全影响不大，但由于长期风化剥落，常在边坡岩体中形成巨大的洼崖腔，使上部硬质岩体形成危岩，易发生下滑、滚落现象。

图2－3　风化剥落示意图

控制岩石风化的主要因素有岩石特征、气候条件和地形条件等，其中，高低温频繁交替和水的作用是加剧岩石风化的主要物理因素。不同的岩石具有不同的矿物组成和结构构造，不同矿物的溶解性差异也很大。节理、层理、孔隙的分布状况和矿物的粒度，又决定了岩石的易碎性和表面粗糙程度。因此，硬质岩剥落较缓慢，而软质岩（泥岩、页岩、砂岩、红层、膨胀岩等）和土质边坡剥落较严重。

工程治理风化剥落病害，须先在坡面上开挖阶梯或鱼鳞坑，使风化碎片在原地堆积并继续风化成土，并在坡顶修筑集水沟以排泄地表水、在坡趾修筑挡土墙以拦截风化堆积物。对于高陡边坡，也可沿坡面分级修筑护面墙或进行喷浆、喷锚防护，以阻止风化的继续进行。

坡面植被恢复或重建是控制风化剥落的有效措施。在坡面物质相对稳定的地段，可进行合适的植被防护技术设计，如采用坡面框架梁加固并结合适宜的灌草种植进行植被防护，发挥植被抗溅蚀、冲刷的作用，以减缓风化进程。在全护面地段，可在坡趾和顶部开挖种植槽、填充客土，种植藤本植物营造绿色景观，改善坡面的视觉效果。

2.掉块落石

掉块落石一般指块状结构、碎裂状结构的岩坡或者碎石土边坡由于节理、风化等形成的小型土块或岩块等分离体，在重力、冰劈、根劈或在其他外力的作用下从坡顶或坡面掉落的病害现象（图2－4）。落石的物质来源一是坡顶或坡面由于风化破碎、植物根劈形成的碎石或崩塌残留物，二是由于结构面切割形成的小型楔体。土块的来源通常为坡顶覆盖层的解体物质。尽管掉块落石的体积较小，其破坏力也不大，但高边坡的掉块落石，能量也不可低估，常构成较大的安全威胁。

图2－4　掉块落石示意图(www.xing528.com)

工程治理掉块落石病害，一般应首先清理、加固危岩，对潜在危岩的关键部位采用喷锚、喷浆处理，大面积落石存在的边坡则宜采用柔性防护网（布鲁克网）进行主动或被动方式防护。为了对边坡进行植被防护并改善景观效果，可在坡趾或坡面的合适位置挖坑填土，种植乔、灌木或藤本植物。

3.崩塌

崩塌是边坡的大量岩土体在重力作用下突然脱离母体，以竖直的、高速的方式向下崩落，与地面碰撞后、裂解成碎块，堆积于坡趾的坡体病害现象（图2－5）。崩塌按坡体物质可分为土崩、岩崩以及雪崩（自然坡体），一般具有突发性，破坏力强，常造成较大的危害。

工程治理崩塌病害，通常对崩塌易发处采用锚杆（索）重点锚固之后进行喷浆处理，也可采用刷方降低坡率或改变坡形、修筑挡土墙减缓和阻止崩塌发展、理顺边坡水系提高排水能力等多种措施进行治理。

确保崩塌边坡稳定之后，可在坡趾或坡面的合适位置挖坑填土，种植乔、灌木植物进行植被恢复和生态防护。

图2－5　崩塌示意图

4.坍塌

坍塌也称为堆塌，一般是指土质边坡或破碎岩石边坡的坡趾在降雨或地下水等触发因素的作用下发生软化、掏空失去支撑作用，而使其上覆岩土崩解、坍落，并散堆于坡趾的坡体病害现象（图2－6）。坍塌一般具有富水性和突发性，在路堑边坡工程中更是常见。大规模的崩塌事件具有灾难性后果，容易损毁公路、堵塞交通、危及车辆和人身安全。

图2－6　坍塌示意图

工程治理坍塌病害，对于松散岩土体，可刷缓边坡，坡面设置各种类型骨架护坡防冲刷；对边坡局部滑动，可采用预应力锚杆或锚索框架、锚索地梁和锚墩加固。另外，还要特别注意理顺边坡水系，在坡顶修筑排水沟、局部进行喷浆处理，以及时导排积水、防止形成地表径流。

在保证坍塌边坡得到有效工程治理后，可在护坡框架地梁内进行灌草种植，起到抵抗侵蚀、固土护坡的作用。

5.溜坍

溜坍是指边坡表层软弱岩土体或破碎硬质岩在大气风化作用和水的侵蚀作用下产生沿局部软弱面滑移并堆积于坡趾的病害现象（图2－7）。

图2－7　溜坍示意图

溜坍是路基边坡和其他黏土质边坡的常见病害，多发生在降雨期，因地表水难以迅速排走、大量下渗而诱发。主要表现形式有两种：一是黏土质边坡在长期阴雨和暴雨后雨水沿边坡的裂隙下沉，致使边坡表层土的含水量增大，抗剪强度降低，失去稳定，沿着下部未软化的土层发生溜坍；二是边坡表层为黏土质覆盖层，底层为倾斜岩层，表层的黏土受地表水下渗和地水面的影响，产生沿基岩面的溜坍。边坡溜坍，轻则堵塞侧沟，重则掩埋线路，病害继续发展将会造成整个边坡的破坏。

工程治理溜坍病害，首选方法就是完善坡面排水设施、理顺边坡水系、增强排洪泄洪能力。对边坡溜塌病害易发处可采用框架、地梁等构筑物进行加固，并采取坡面植被防护措施，以有效抑制坡面溜坍的产生。

6.坍滑

坍滑也称为浅层滑坡，是指在饱水的状态下，边坡浅表层岩土体在重力作用下沿其下一定的软弱面（带）作以水平位移为主的整体向下坍移滑动的坡体病害现象（图2－8）。

图2－8　坍滑示意图

坍滑也是路基边坡和路堑边坡的常见病害，多分布在易风化的软质岩层、松散破碎岩层和土质边坡地段。坍滑多由暴雨触发，在连续遇到大雨、暴雨3～5天后最易发生，滑体厚度一般小于2m，其规模以数十至数百立方米居多。

工程治理坍滑病害，当以预防措施为主，对地表水和裂缝水进行截留、导排；必要时可适当刷方减载，或用浆砌片石、喷锚混凝土等工艺将易坍滑表面封闭。在此基础上，可以采取多种手段对边坡坍滑段进行植被防护。

第三节　公路边坡立地条件特征

与自然边坡相比，公路边坡由于其形成方式的破坏性和病害产生的特殊性，在环境条件诸多要素上的特征更为多样，坡面立地条件尤为恶劣，因而必须采用人工干预方式，从根本上对其予以改善、优化，为恢复实现边坡植被进而实现植被防护目的奠定基础。

一、地质条件特征

公路边坡的地质特征与边坡所在地区岩土体的组成物质和地层构造等有直接关系。对植被恢复产生影响的地质特征主要是边坡的坡度及稳定性。

尽管减缓边坡坡度（坡率法）对稳定边坡最直接、最有效，但在公路边坡处治工程设计上，边坡形成的陡缓往往还需考虑稳定性与工程造价的兼顾。因此，土质边坡一般较为平缓，而对地质构造较为稳定的挖方边坡，形成坡度通常较大，特别是一些岩石坡面的坡度常常都超过60°，甚至达到70°～80°（图2－9），此时尽管大幅减少了土石方工程量，但往往还需配套其他工程处治措施，特别是增加了后期坡面生态防护工程的难度、造价及养护成本。

图2－9　高陡边坡及其工程防护

岩土体的组成物质和地层构造对边坡整体或坡面的稳定至关重要。在地形、地层复杂多变及坡面物质土石混杂、破碎松懈的地段开挖的边坡，稳定性较差，易发生深层或浅层破坏病害；在风化程度较高地区及有不良岩土层（泥岩、页岩、砂岩、红层、膨胀岩等）广泛发育的地段开挖的边坡，则容易遭受侵蚀，发生滑坡、剥落、崩塌、溜塌等病害；处于丘陵地带或坡积物较厚的山麓地带的土质边坡，易受雨水冲刷、侵蚀而发生崩塌、堆塌、溜塌等病害；处于构造运动强烈的高原区（云贵高原、青藏高原等）或难以风化的地台区（泰山、崂山等）的岩石边坡，稳定性较高，尽管下伏基岩的暴露易遭受风化作用，但该进程是缓慢变化的，在短期内不会对边坡稳定造成影响。

公路边坡地质特征是坡体深层加固或病害治理工程设计的重要依据，而坡体的工程治理（加固）是坡面植被恢复工程的必要前提，坡面植被恢复措施必须依赖于边坡深层及整体的稳定，否则其就成了“空中楼阁”，无法实现边坡生态防护。一般地，土质边坡、土石边坡立地条件较好，比较容易对其进行植被恢复；而石质边坡因立地条件恶劣，植被恢复难度较大。正因如此，石质边坡的植被恢复及防护已成为边坡工程的重点和难点问题。

需要指出的是，虽然植被防护可以提高边坡浅表层的稳定性，但对坡体的深层破坏病害及结构性失稳“爱莫能助”，对某些浅层破坏病害也难以“独领风骚”，必须与工程治理（加固）措施相辅相成。因此，植被防护通常不能单一地用于边坡病害处治，对不具备整体稳定条件的边坡也不宜进行坡面植被恢复，这在边坡生态防护工程规划设计时必须引起足够重视。

二、地形条件特征

地形特征对边坡植被恢复的影响主要体现在坡面形态、坡度、坡长、起伏程度等方面。

公路边坡的表面形态可分为直形、凹形、凸形和复合形（图2－10），不同坡形的土壤侵蚀状况有所不同。一般地，水流速快、水流量大、坡面陡的部分侵蚀冲刷作用相对强烈。而随着坡面侵蚀的进行，加上坡面物质组成、植被等分布不均匀的影响，不同坡形之间可能会相互转化。直形坡坡趾、凹形坡中部、凸形坡下部往往受水流侵蚀较强，而复合形坡凹凸相间、坡形多变，地形对边坡土壤侵蚀的影响较复杂。

图2－10　常见坡形示意图

边坡坡度和坡长会影响降雨产生的径流的流速和流量，从而影响边坡表层土壤的侵蚀速率。初步研究表明，坡度在30°～60°时侵蚀量最大，但当坡度超过某一临界坡度，侵蚀量随坡度的增加反而减小。从坡顶到坡趾，随坡长增加，流量和流速逐渐增大，径流冲刷能力逐渐加强，水土流失加重。但在流速超过泥沙起动流速之前，坡面不会发生侵蚀；一旦流速超过泥沙起动流速，坡面径流的冲刷力就随坡长增加而迅速增强。水流方向与坡面倾向越是一致，泥沙起动流速就越小。此外，边坡坡度对降雨入渗速率、入渗量影响较大，随着坡度的增大，土壤稳定入渗速率减小，入渗量也大为降低（底角为60°的坡面，其单位面积降雨量只为平地的一半左右）。

公路边坡坡面的起伏程度取决于边坡形成方式和组成物质的性状，而植被恢复工程难度及效果与坡面的起伏程度密切相关。填方边坡和由挖掘机械开挖的土质边坡与土石边坡，一般清理工程量较小，坡面易平整，坡面排水也较顺畅，有利于植物生长，但土壤贫瘠时需要进行改良；而以爆破方式和挖掘机械开挖所形成的石质边坡，坡面往往起伏不平、沟壑错落，进行植被建植时需要进行土壤重建或覆盖基质，并需理顺坡面排水以防冲刷侵蚀；风化程度较为严重的石质边坡开挖后，坡面上多有浮石、凹坑，需清理、填平，避免形成径流汇集，导致坡面植生基质受到浸泡或悬空，影响植物生长。

三、水文条件特征

公路边坡的水文特征总体上与自然边坡的类似。降水落到坡面，一部分蒸发返回大气层，一部分形成坡面径流汇集到自然沟谷排走，另一部分渗入坡面岩土体。对土质边坡来说，后者中相当一部分会滞留在边坡的包气带中补足其水分亏损，其余下渗补给含水层。对石质边坡而言，由于完整岩体的持水性较差，降水的入渗主要通过风化裂隙、岩溶通道等天然过水通道进入岩体形成裂隙水或岩溶水。入渗的水受重力作用在坡面下能够自由流动，在水力梯度的驱动之下形成地下径流，在山区与丘陵的沟谷和坡趾、山前地带、河流两岸、洪积扇的边缘和断层带附近等适宜的地形、地质条件下以泉或泄流的方式排泄。此外，公路边坡也往往使地表水改向或改道，进而改变了区域水文条件。

边坡水文特征对植被恢复工程的影响主要表现为：坡面在水流冲刷时容易造成土壤侵蚀，并引发表层或浅层失稳。当雨滴撞击到裸露的土质坡面，会使土壤颗粒击松或溅起（图2－11a）。当形成坡面径流时，水流汇集成小溪，并逐渐下蚀成细沟（图2－11b），这些细沟又逐渐联合成更大更深的冲沟。冲沟是一个更为复杂和破坏性的过程，若不及时整治，冲沟会继续发展，直到坡面溃塌（图2－11c）。因此，为了防止边坡因溅蚀、冲刷造成的表层或浅层滑动失稳，应当在理顺边坡水系的基础上，对坡面进行植被建植，利用植物根系的力学作用和植被的水文效应，预防坡面表层土壤侵蚀和浅层滑动，有效控制水土流失。

四、土壤条件特征

土壤是岩石圈表面的疏松表层，是陆生植物生活的岩石圈，由气候、生物、母质、地形、时间和人类活动等要素长期共同作用而形成。土壤是植物生长的重要生态因子，植物的根系与土壤有着极大的接触面，二者之间进行着频繁的物质交换，土壤为植物提供必需的养分和水分。土壤在形成过程中会逐渐发生分异，形成自上而下并有内在联系的土壤剖面层状结构特征。自然平地土壤剖面层状结构如图2－12所示，由上向下一般可分为枯枝落叶层（A0）、腐殖质层（A1）、淋溶层（A2）、淀积层（B）、母质层（C）和母岩层（D）。其中真正可称为土壤的是A层和B层，而植物根系主要分布在A1～A2层（图2－12a）。自然边坡土壤虽然也存在着类似的层状结构，只是各层厚度随坡向、坡位和坡面形成时间的不同而有所差异，土层由坡顶向坡底逐渐增厚（图2－12b）。

图2－11　边坡侵蚀

图2－12　自然土壤剖面层状结构示意图

公路边坡土壤属于路域土壤，它包括机械挖掘所暴露出来的原生土壤的母质、填埋碾压所形成的回填土、绿化所移入的客土以及部分未受工程扰动的原生土壤。由于受人为活动长期的扰动，多次无序侵入土体和地下施工翻动，破坏了原有的表土层和腐殖质层，形成了一类独特的土壤。对于挖方边坡来说，除了边坡上部或顶部还有较为完整的土壤之外，边坡其他部位的土壤层状结构则已部分丧失或完全丧失，土质边坡主要是土壤的残存淋溶层或淀积层，土石边坡主要是土壤的残存母质（图2－13a），而石质边坡则是只剩母岩（图2－13b）。其实，土石边坡和石质边坡的表面土壤已经不复存在，从而丧失了生态环境基础。对于填方边坡来说，坡面物质是回填土，多为土与砾石的混合物，具有均质结构，因此属于各向均质的土壤（图2－13c）。

图2－13　公路边坡剖面结构示意图

土壤是坡面植被生存和发展的重要物质基础。显而易见，公路边坡上的土壤形态要么完全（或部分）丧失，边坡成为母质、母岩裸露边坡；要么虽然存在土壤，但其质地粗糙、硬度高，属于一种严重退化的土壤。因此，土壤多不满足植被恢复要求，其不利条件主要表现为以下4个方面：

（1）土壤水分缺乏且水分条件不稳定：土壤通透性、保水性差；不同坡度、坡位的土壤水分条件分布不同，土壤水分随着坡度的增大呈现先增大再减小的变化趋势；在同一坡面的坡下、坡中、坡上位置，其土壤含水量呈依次减小的变化规律。

（2）土壤养分贫瘠且分布不均匀：土壤中缺少植物生长必需的养分及有机质；由于水土流失、风蚀和太阳辐射等原因导致土壤养分和有机质分布不均匀，从上坡位到下坡位，土壤逐渐由侵蚀过渡为堆积，因而下坡位比上坡位的养分含量相对较高，有机质含量也有所增加。

（3）土壤结构复杂：特别对于回填土而言，其中常夹杂工程废弃物、水泥、砖块和其他碱性物质，致使钙质释放和土壤重金属污染因素增多，造成边坡土壤的pH值比周围的自然土壤高，有向碱性的方向演变的趋势。

（4）土壤种子库丧失：土壤种子库是指存在于土壤表层凋落物和土壤中全部活性种子的总和。因原有地表自然土壤的破坏以及土壤的再造，当地原有植物种子在边坡土壤中已不复存在，这使得边坡植被的自然恢复变得艰难且漫长。

五、植被条件特征

公路边坡不仅使原有的土壤遭到毁坏或劣化，而且使坡面植物也随之消失殆尽，从而打破了坡面植被——土壤系统这一维持坡面生态和稳定的重要功能体。

对于填方边坡，一般是由取自别处或附近的土石材料压密而成，坡面是新生成、无植被的。如果在填筑边坡表层时使用了较多当地表土的话，其中存留的植物种子对植被的自然恢复还有所贡献，而如果主要使用工程渣土来填筑边坡，植被的自然恢复则几乎不可能（图2－14）。

图2－14　渣土填筑边坡

对于挖方边坡，通常仅在其边缘或部分坡顶处可能尚存少许原有植被，大面积的原有植被荡然无存。边坡上部如果开挖不深，表层土壤中原有植物残存根系、种子有可能发育成新的植被；而边坡中下部则往往是裸露的母质或母岩，土壤缺失、立地条件恶劣（图2－15），致使植被自然恢复根本不可能。

图2－15　新鲜挖方边坡

生长良好的坡面植被是边坡表层和浅层稳定的必要条件。植物的干、枝、茎、叶等能抵挡、拦截雨水，避免雨滴对坡面的直接侵蚀；植物的根系对土壤具有锚固、加筋作用，能够固结土层，提高了坡面的稳定性；植物凋落物不但能储存水分，降低水流的冲刷作用，分解后产生的有机质还能改良土壤质地，增加土壤透水性。但植被的这些力学和水文效应在裸露人工边坡上已无从体现，不仅使局地生物多样性丧失，也使边坡的稳定性大幅降低。

由此可知，公路边坡的植被条件决定了边坡植被的自然恢复几乎不可能，往往需根据边坡立地条件，重建坡面植被——土壤系统，即通过人工坡面植被建植工程，构建一个稳定健康、自然演替的人工坡面植物群落。

根据不同的植物群落的演替规律，确定边坡目标植物群落，重建一个稳定健康的人工边坡植被体系。同时，重视选用生态适宜性强的本地乡土植物，以促进坡面植被从人工重建向自然恢复方向发展的目的，并同时发挥其独特的边坡生态防护作用。

六、小气候条件特征

公路边坡的小气候差异是由其所处的地形条件引起的，主要取决于边坡的坡向、坡度和坡位等因素。坡向不同、坡度不同导致坡面所接受的太阳辐射量和降水量存有差异，从而产生了光照、热量、含水量等在不同坡向的坡面以及同一坡向的不同坡位之间再分配。通常边坡在不同时期存在着高温、寒冷、干旱、风大等典型的小气候特征。

坡向一般可分为8个方位，即东、南、西、北、东北、东南、西北、西南（图2－16）。其中，南坡为阳坡，北坡为阴坡，其余的坡向为半阳坡（东、西、东南、西南）或半阴坡（东北、西北）。一方面，阳坡（半阳坡）比阴坡（半阴坡）能接受更多的太阳辐射，因此热量条件要好于阴坡，这种热量差异对植物生长影响显著：春季时，因阳坡的地温回升快，植物返青早，而阴坡的地温因回升慢，植物返青晚；夏季时，因阳坡日晒温度高，植物有可能受灼伤甚至枯萎；冬季时，因阴坡背阴温度低，植物可能受冻伤甚至冻死。但另一方面，由于阳坡（半阳坡）接收太阳辐射的强度为阴坡（半阴坡）的3～5倍，夏季最高温度相差甚至接近20℃，导致了前者蒸发量要远远大于后者，甚至在封冻之后前者依然存在一定量的蒸发，因此阳坡（半阳坡）的大蒸发量对植物生长造成较大的不利，导致第二年植物返青率较低，影响坡面植被覆盖度的进一步提高。特别对南向石质边坡植被建植而言，因表土覆盖厚度极其有限，坡面高温导致严重干旱，植物生长条件非常恶劣，在植被恢复设计时需对此给予充分考虑。

图2－16　坡向示意图

不同坡向之间对降水的获得也有差异，但因实际降水分布情况较为复杂，目前尚难以准确地估算边坡降水量，但基本规律是迎风坡的降水量要多于背风坡，二者的比值因区域、地形、风向、风速、雨强等因素而不同。但总体来说，不同坡向的降水量差异并非不变，因而对植物生长的影响有限。

坡度对植物生长也有较大影响，尤其在高陡坡面上建植植被存在着施工难度较大、养护成本较高、成活率较低的三大难点。由于植物根系生长受向地性影响，会保持整体的垂直向下，在较陡的边坡会出现根系表层化现象，暴露在坡面表层，极易受干旱的影响，导致植被逐渐退化。当坡度大于60°时，直根系的豆科植物几乎很难越冬成活。

坡面土壤含水量因日照、温度、降水随坡向和坡度的变化而差异较大。在土壤水分丰沛的区域，植物生长快速茂盛，反之植物生长缓慢稀疏。因此，阳坡接受太阳辐射多、表面温度较高，使得土壤水分蒸发加剧，造成土壤水分下降，不利于植物生长；而阴坡接受太阳辐射少，表面温度偏低，土壤水分蒸发少，土壤含水量较高，植物反而容易成活且生长旺盛，加之植物覆盖率高，抑制了降雨对坡面的侵蚀冲刷，从而又保涵了土壤的水分。这就是现实中同一路段道路阳坡与阴坡上植被生长发育状况差异显著的主要原因。

对于高边坡，坡面风速与坡位差异明显。坡顶地势高且相对开阔，空气对流快，主要表现为冬季土壤温度相对较低，容易使植物冻伤；坡中部或坡底地势较低而相对闭塞，空气对流受阻，风速较小，加之路面的吸热与辐射作用，主要表现为夏季土壤温度明显偏高，容易产生干旱并使植物灼伤枯萎。

另外，由于裸露的沥青、水泥路面的热容量小、反射率大，在交通繁忙的高速公路上，行驶的机动车及其排放的尾气因产生气流、增大风速并释放热量，对坡底植物易造成水、热条件的扰动、再分配，这在一定程度上也影响其正常生长发育。