城市開發(fā)建設(shè)中裸露坡面治理和生態(tài)恢復(fù)

李 可 張 強 尚 薇

（1. 深圳市廣匯源水利勘測設(shè)計有限公司 深圳 518020 2. 深圳市瀚潤達生態(tài)環(huán)境技術(shù)有限公司 深圳 518034）

我國是一個裸露坡面多的國家，超過國土面積50%的山地、丘陵、黃土高原存在大量裸露坡面，侵蝕相當嚴重。近年來國家基本建設(shè)速度加快，修公路、鐵路，采石、開礦，建水庫、電站、房地產(chǎn)開發(fā)等形成大量裸露坡面工程創(chuàng)傷，這大量新的裸露坡面是新的水土流失源，成為城市的傷疤。

深圳城市區(qū)域是典型的自然—社會—經(jīng)濟復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。人口密集、工商集中、物流頻繁，對環(huán)境保護的要求更緊迫。城市的裸露山體缺口或各類工程創(chuàng)傷坡面，不僅造成水土流失，而且與城市景觀極不協(xié)調(diào)，是城市生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容。

1 開發(fā)建設(shè)中形成的大量裸露坡面概況

1.1 廢棄采石、采礦場形成的裸露坡面

廢棄采石、采礦場多，礦山生態(tài)系統(tǒng)治理任務(wù)重。如深圳有石場660多個，廣東有3000個。許多石場原來在郊區(qū)，現(xiàn)在在開發(fā)區(qū)或新中心區(qū)，迫切需要治理。

1.2 交通建設(shè)發(fā)展形成的裸露坡面

由于現(xiàn)代化建設(shè)和人流、物流的需要，城市交通道路建設(shè)近年來發(fā)展很快，在非平原地區(qū)的深圳道路邊坡工程創(chuàng)傷十分嚴重。為落實國務(wù)院對深圳的發(fā)展要求，深圳市在“十一五”計劃期間，要投入 1600億元建設(shè)“一橫八縱”的多條高速路、高等級公路，同時在修的還有廈深鐵路、沿江高速和5條地鐵等，形成了大量裸露坡面需要進行生態(tài)恢復(fù)（見圖1）。

圖1 深圳南光高速邊坡

2 裸露邊坡生態(tài)治理目標和技術(shù)特點

裸露坡面的危害不僅僅是其水土流失對城市給排水系統(tǒng)造成的泥沙危害，更重要的是危機城市居民的生命和財產(chǎn)的安全，同時還破壞了城市的生態(tài)、環(huán)境和影響城市景觀，進而影響城市的綜合競爭力。

2.1 目標和要求

（1）水土保持。達到國家要求，快速和持久復(fù)綠；

（2）景觀效果。生態(tài)恢復(fù)和城市景觀建設(shè)完美結(jié)合，建設(shè)生態(tài)社區(qū)，構(gòu)建人與自然和諧的近自然生態(tài)景觀，生態(tài)效益顯著（吸收SO2、CO2、滯塵、吸污能力強）；

（3）邊坡安全。與工程治理結(jié)合，消除安全隱患，防治地質(zhì)災(zāi)害，實現(xiàn)邊坡長期穩(wěn)定；

2.2 邊坡生態(tài)治理難點

邊坡生態(tài)治理難點主要是生態(tài)限制因子多，生境惡劣；無土或土壤貧瘠；缺水、少肥,邊坡保水能力差；水熱安全性差,最高溫度和最低溫度相差大；植物難于生長，易于退化；不同于一般園林綠化（植物、綠化方法）。

2.3 裸露坡面生態(tài)治理要點

強調(diào)工程護坡與生物護坡結(jié)合，穩(wěn)定邊坡為基礎(chǔ)，理順水系、雨中水利用、節(jié)水微灌系統(tǒng)?？焖俸统志镁G化結(jié)合，綜合應(yīng)用生物技術(shù)等低養(yǎng)護技術(shù)，研究邊坡生態(tài)治理中安全技術(shù)以及邊坡綠化景觀化建設(shè)。

3 裸露坡面治理和生態(tài)恢復(fù)的幾種技術(shù)

3.1 裸露坡面穩(wěn)定技術(shù)

邊坡穩(wěn)定性評價應(yīng)在充分查明工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，根據(jù)邊坡巖土類型和結(jié)構(gòu)，綜合采用工程地質(zhì)類比法和極限平衡計算法等方法進行。在進行邊坡穩(wěn)定性計算之前，應(yīng)根據(jù)邊坡水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)特征以及已經(jīng)出現(xiàn)的變形破壞跡象，對邊坡的可能破壞形式和邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)做出定性判斷，確定邊坡破壞的邊界范圍、地質(zhì)模型，對邊坡破壞趨勢作出判斷。根據(jù)邊坡類型和可能的破壞形式，邊坡穩(wěn)定性計算方法，可按下列原則確定：

（1）土質(zhì)邊坡和較大規(guī)模的碎裂結(jié)構(gòu)巖質(zhì)邊坡宜采用圓弧滑動法計算；

（2）對可能產(chǎn)生平面滑動的邊坡宜采用平面滑動法進行計算；

對師范生來說，熟練的教育能力也是必不可少的。職業(yè)技術(shù)師范院校應(yīng)通過對中等職業(yè)學(xué)校教師工作任務(wù)和職業(yè)能力的分析，開設(shè)職業(yè)教育課程設(shè)計與開發(fā)、現(xiàn)代教育技術(shù)及應(yīng)用、職業(yè)學(xué)校班級管理案例分析、教師職業(yè)技能訓(xùn)練等課程，以培養(yǎng)師范生的職業(yè)教育課程設(shè)計開發(fā)能力、教學(xué)設(shè)計能力、教學(xué)實施能力、教學(xué)研究能力、運用現(xiàn)代教育技術(shù)能力以及職業(yè)認知、人際交往、溝通與合作、服務(wù)與班級管理等能力。

（3） 對可能產(chǎn)生折線滑動的邊坡宜采用折線滑動法進行計；

（4） 對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的巖質(zhì)邊坡，可配合采用赤平極射投影法和實體比例投影法分析；

（5）當邊坡破壞機制復(fù)雜時，宜結(jié)合數(shù)值分析法進行分析。

一般要求邊坡防護應(yīng)按照設(shè)計、施工與養(yǎng)護相結(jié)合的原則，深入調(diào)查研究，根據(jù)當?shù)氐臍夂颦h(huán)境、工程地質(zhì)和材料等情況，因地制宜，就地取材，選用適當?shù)墓こ填愋突虿扇【C合措施，以保證邊坡穩(wěn)固。裸露坡面穩(wěn)定技術(shù)包括地質(zhì)勘查→進行邊坡穩(wěn)定性評價→采取穩(wěn)定措施。穩(wěn)定措施包括預(yù)應(yīng)力錨索、格構(gòu)梁、混凝土格構(gòu)、支護擋墻、柔性防護系統(tǒng)。

采用預(yù)應(yīng)力錨桿(索)加固邊坡，能提供足夠的抗滑力，并能提高潛在滑移面上的抗剪強度，有效地阻止坡體滑移，這是被動支擋結(jié)構(gòu)所不具備的力學(xué)特點。預(yù)應(yīng)力錨桿(索)由錨頭、桿體和錨固體組成。錨頭位于錨索外露端，通過它實現(xiàn)對錨索施加預(yù)應(yīng)力，桿體通過彈性變形特性施加預(yù)應(yīng)力，錨固體位于錨索根部，把拉力由桿體傳給地層。

格構(gòu)加固技術(shù)是利用漿砌塊石、現(xiàn)澆鋼筋混凝土或預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土進行邊坡坡面防護，并利用錨桿或錨索加以固定的一種邊坡加固技術(shù)。格構(gòu)的主要作用是將邊坡坡體的剩余下滑力或土壓力、巖石壓力分配給格構(gòu)結(jié)點處的錨桿或錨索，然后通過錨索傳遞給穩(wěn)定地層，從而使邊坡坡體在由錨桿或錨索提供的錨固力的作用下處于穩(wěn)定狀態(tài)。

格構(gòu)技術(shù)一般與公路環(huán)境美化相結(jié)合，利用框格護坡，同時在框格之內(nèi)種植花草可以達到極其美觀的效果。這種技術(shù)山區(qū)高速公路中高陡邊坡加固中被廣泛采用，其護坡達到既美觀又安全的良好效果（見圖2）。

圖2 格構(gòu)梁

擋墻支護是一種能夠抵抗土體側(cè)壓力，防止墻后土體坍塌的構(gòu)筑物，現(xiàn)常用有限元法分析穩(wěn)定性。有限元法適合范圍比較大, 從理論上來講,它可計算任何形式的擋土墻。作為擋土墻整體穩(wěn)定性系數(shù)計算的新方法,有限元強度折減法可以作為極限平衡分析方法的一種逆過程,彈塑性有限元強度折減法可以應(yīng)用到具體的各種類型擋土墻穩(wěn)定性系數(shù)計算中（見圖3）。

圖3 擋墻支護

柔性防護系統(tǒng)是近年來以物理學(xué)原理開發(fā)的坡面防護系統(tǒng)，主要應(yīng)用于較破碎的巖石坡面，對于防止碎石、滾石滑落效果較好。柔性防護特點如下（見圖4）：

（1）柔性網(wǎng)對山體表面產(chǎn)生法向壓力；

（2）柔性防護網(wǎng)整體承載力。

圖4 柔性防護系統(tǒng)

3.2 裸露坡面植被恢復(fù)保障技術(shù)體系（種植方式設(shè)計）

裸露坡面生態(tài)恢復(fù)的植被固定和種植技術(shù)體系，是在不同性質(zhì)邊坡因地制宜地營造植物固定和生長條件的技術(shù)集成。包括點植式綠化（應(yīng)用于高陡坡面的飄臺種植槽種植、燕巢、魚鱗坑等）、鋪掛式綠化（植生毯、生態(tài)袋、土工格室、罩面網(wǎng)）、噴播式綠化（液壓噴薄、客土噴播、噴混植生）等。

（1）點植式綠化。點植式綠化應(yīng)用于高陡坡面的的飄臺種植槽種植、燕巢、魚鱗坑等，這里主要介紹高陡坡面的飄臺種植槽種植。

飄臺種植槽技術(shù)是專門針對高、陡巖石邊坡快速生態(tài)修復(fù)的新型綠化技術(shù)。經(jīng)過十多年來的研究、設(shè)計和工程實踐，我們發(fā)現(xiàn)該技術(shù)是目前對坡度≥70°的中風(fēng)化和微風(fēng)化石質(zhì)邊坡較快速生態(tài)修復(fù)、水土保持和美化環(huán)境的最有效、最持久的生態(tài)防護措施之一（見圖5）。

飄臺種植槽基質(zhì)配置設(shè)計采用生物技術(shù)，優(yōu)選生物菌劑和固氮植物，采用生物技術(shù)在基質(zhì)中固氮、解磷、解鉀，實現(xiàn)氮磷鉀大量營養(yǎng)元素的可持續(xù)供應(yīng)，與保水技術(shù)和坡面節(jié)水微灌技術(shù)配合，在巖質(zhì)邊坡建立可持續(xù)性的植物生長環(huán)境保障系統(tǒng)。

圖5 飄臺種植槽結(jié)構(gòu)示意圖

（2）鋪掛式綠化。鋪掛式綠化應(yīng)用于植生毯、生態(tài)袋、土工格室、罩面網(wǎng)等。生態(tài)袋即植生袋，生態(tài)袋護坡適用于有土的坡面，也可以敷設(shè)在山體滑坡后裸露的巖石表面。生態(tài)袋是在植生毯的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種產(chǎn)品。生態(tài)袋是采用專用機械設(shè)備,依據(jù)特定的生產(chǎn)工藝,把植物種子、肥料、保水劑等按一定的配比定植在可自然降解的無紡布或其他材料上,經(jīng)過機器的滾壓和針刺的復(fù)合定位工序,形成的一定規(guī)格的產(chǎn)品。一般規(guī)格為40cm×60cm,也可根據(jù)工程需要生產(chǎn)特定規(guī)格。適用于無土的公路、鐵路邊坡及山體裸露面（見圖6）。

圖6 生態(tài)袋邊坡綠化

（3）噴播式綠化。噴播式綠化應(yīng)用于液壓噴播、客土噴播、噴混植生。噴混植生適用于坡面穩(wěn)定的巖石邊坡小于63°的坡面。這部分是本施工項目中的重點和難點之一。設(shè)計控制施工工序主要包括：1）人工清坡。清理邊坡上的碎石雜物，特別是浮石、浮土，同時對邊坡作簡易修整。雖然邊坡有些凹凸不平，只要邊坡不影響掛網(wǎng)，可不進行修整。2）錨桿、掛網(wǎng)。人工清坡后掛鍍鋅鐵絲網(wǎng)，由于坡面較陡，在坡面上鋪掛鐵絲網(wǎng)進行護坡，防止坡面坍塌，坡面越陡，對錨桿掛網(wǎng)的要求越高。3）噴混。分二層（次）噴射。第一次噴射厚度約8～10cm作為基質(zhì)，以覆蓋鍍鋅網(wǎng)為宜，第二次噴射用混有草種及灌木種子的混合基質(zhì)材料，厚度約2～3cm。4）覆蓋無紡布，以防雨水沖刷,待草種功能葉生長穩(wěn)定后及時撤離無紡布。5）灌水養(yǎng)護（見圖7）。

圖7 噴混植生大樣圖

掛網(wǎng)掛植生袋噴混植生適用于坡面穩(wěn)定的巖石邊坡大于63°的坡面，這部分是本施工項目中的重點和難點之一。工藝與掛網(wǎng)噴播法施工原理一致，施工工序上多了一道掛植生袋的工法，人工清坡、掛鍍鋅鐵絲網(wǎng)、錨桿固網(wǎng)后，在鐵絲網(wǎng)內(nèi)側(cè)懸掛長條形植生袋，將裝好種植基質(zhì)及草種的植生袋用鐵絲固定在鍍鋅網(wǎng)內(nèi)側(cè)，植生袋的口徑約為80mm，長度約2000mm,懸掛間距約1000mm，然后再噴射有機基材及灌草種，由于坡面陡直，植生袋起到固定基質(zhì)的作用，有效的防止坡面基質(zhì)由于坡面陡直而下滑，最后覆蓋無紡布，以防雨水沖刷。

3.3 植被類型設(shè)計

引種適宜的灌木和草本植物快速覆蓋坡面，可以有效地降低坡面的地表徑流，增加入滲，防止面蝕和細溝狀侵蝕，達到保護水土的作用。植物的根系可以增加巖土體抗剪強度，增加斜坡穩(wěn)定性。坡面植物群落的健康成長可以有效的改善坡面小氣候，有利于其它物種的生長和培育，增加局部生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性。

植被類型要以草為主，草灌結(jié)合；以灌木為主，灌草結(jié)合；以藤本為主，利用植物莖段噴播；以蕨類和地衣為主，利用植物袍子。植物配置要求選擇耐旱、耐貧瘠、耐高溫、耐曬、耐大溫差的植物，例如灌木選擇 穿破石、大紅花、夾竹桃、石山紫薇、石山火棘、勒杜鵑、銀合歡、勒杜鵑、山毛豆、雙夾槐、矮紫薇、馬纓丹、野牡丹等；草本選擇香根草、糖蜜草、類蘆、狗牙根、波斯菊等，可用種子撒播。藤本選擇爬墻虎、葛藤、霹荔、大翼豆、桂葉老鴨嘴等。

3.4 生物技術(shù)、節(jié)水技術(shù)應(yīng)用

優(yōu)選生物菌劑和固氮植物，采用生物技術(shù)在基質(zhì)中固氮、解磷、解鉀，實現(xiàn)氮磷鉀大量營養(yǎng)元素的可持續(xù)供應(yīng)，與保水技術(shù)和坡面節(jié)水微灌技術(shù)配合，在巖質(zhì)邊坡建立可持續(xù)性的植物生長環(huán)境保障系統(tǒng)（見圖8）。

圖8 給水、施肥系統(tǒng)示意圖

4 結(jié)語

通過幾種對城市開發(fā)建設(shè)中的裸露坡面生態(tài)環(huán)境恢復(fù)與重建的措施的論述，使邊坡和跡地成為城市建設(shè)中可開發(fā)的資源，采用創(chuàng)新的交叉科學(xué)技術(shù)把裸露邊坡這一城市傷疤變?yōu)樯角逅愕纳鷳B(tài)家園，改善城市生態(tài)景觀，不僅是水土保持工作的需要，也是城市生態(tài)、環(huán)境建設(shè)的迫切需求，為提升城市綜合競爭力發(fā)揮重要作用。

1 陳祖煜.土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析(原理方法程序) [M].北京：水利水電出版社,2003.

2 方華，歐陽育林，林建平等．裸露山體生態(tài)整治的技術(shù)與行政措施[J]．水土保持研究，2004，11.

3 戴金水，張玉昌，王坤堂等.工程護坡與生物護坡.沈陽∶東北大學(xué)出版社,2008.

4 吳長文，張夢濤等．裸露山體缺口生態(tài)治理．北京∶科學(xué)出版社，2007.