混成型生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)探究及在防治坡面落石災(zāi)害的應(yīng)用方案

劉四昌，陳紫云，2，徐華

(1.四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院，成都 610017； 2.成都理工大學(xué)，成都 610059;3,西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，成都 610031)

混成型生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)探究及在防治坡面落石災(zāi)害的應(yīng)用方案

劉四昌1，陳紫云1，2，徐華3

(1.四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院，成都 610017； 2.成都理工大學(xué)，成都 610059;3,西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，成都 610031)

從我國邊坡防護(hù)工程結(jié)構(gòu)工作效力的角度進(jìn)行檢核和反思，例如場地需求匹配度、工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐久性、管養(yǎng)維護(hù)，等等，總結(jié)了落石防護(hù)工程的發(fā)展內(nèi)在需求，進(jìn)而在前人工作的基礎(chǔ)上凝煉總結(jié)并發(fā)展出一種以被動(dòng)網(wǎng)、落石擋墻等工程防護(hù)為臨時(shí)措施、以散生竹等生態(tài)植被防護(hù)為永久措施的永臨結(jié)合防護(hù)結(jié)構(gòu)，文章將其命名為混成型生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)。繼而，將生態(tài)防護(hù)作為基本的指導(dǎo)思想，以某景區(qū)公路建設(shè)為例，通過對(duì)防護(hù)需求的分析研判，以及建設(shè)區(qū)域符合防護(hù)需求的生態(tài)植被的調(diào)研，將散生竹作為生態(tài)植被用作實(shí)踐方案進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證防護(hù)系統(tǒng)的可行性。文章進(jìn)行了混成型生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)的防護(hù)思路框架的初步探索，也力圖通過對(duì)散生竹等植被研究資料的再利用、再研究，最后展望了該系統(tǒng)的發(fā)展、完善思路和方向。拋磚引玉，以供參考。

邊坡；混成型生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)；散生竹；落石災(zāi)害

山區(qū)公路上邊坡的坡面落石普遍具有物源不確定、生成點(diǎn)多面廣、發(fā)生突然、不易察覺和躲避、難以甚至無法根除等特點(diǎn)，落石致災(zāi)事故屢有發(fā)生，是下方行車行人安全的重大隱患，對(duì)政府和交通主管部門造成了很大社會(huì)壓力，給交通技術(shù)人員也造成了很大的困擾，故防治問題亟待解決。

20世紀(jì)90年代以來，采用主、被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)對(duì)崩塌落石等坡面災(zāi)害進(jìn)行整治逐漸發(fā)展成為慣用做法[18,19]，但實(shí)踐也一再證明，其缺陷也非常突出，如落石物源和防護(hù)范圍的不易確定導(dǎo)致防護(hù)工程既不經(jīng)濟(jì)防護(hù)效果也常常掛一漏萬。究其原因，總結(jié)起來大致有四條：固定位置的防治手段難以匹配和適應(yīng)斜坡淺表生改造的發(fā)展變化；管養(yǎng)維護(hù)不及致網(wǎng)內(nèi)落石清除不易，越后期防護(hù)效果越打折；落石規(guī)模多樣、能級(jí)頻譜太寬，柔性網(wǎng)難以適應(yīng)所致結(jié)構(gòu)立柱易遭砸翻或砸彎、網(wǎng)面易破損；柔性網(wǎng)高度低或地形原因所致落石經(jīng)常越過防護(hù)網(wǎng)而致災(zāi)，防護(hù)結(jié)構(gòu)起不到設(shè)計(jì)效果?？偨Y(jié)起來就是存在防護(hù)效果欠佳、維護(hù)費(fèi)用偏高、后期管養(yǎng)工作比較繁瑣等部分問題。近些年，雖然發(fā)展和應(yīng)用了窗簾式防護(hù)網(wǎng)[1]，對(duì)主、被動(dòng)網(wǎng)的某些缺陷進(jìn)行了改進(jìn)，但因先天原因還是存在不足，例如防護(hù)網(wǎng)的防護(hù)能級(jí)與落石能級(jí)頻譜的匹配問題仍未解決[14]，那么結(jié)構(gòu)破損問題同樣會(huì)時(shí)常發(fā)生，還有，它還是不能避免后期繁瑣的維護(hù)、保養(yǎng)，以及破壞后的緊急修復(fù)，可能造成關(guān)鍵時(shí)候掉鏈子，需要時(shí)用不上，顯得防護(hù)能力和效果大打折扣。所以，發(fā)展或開發(fā)一種防護(hù)效果好，保養(yǎng)維護(hù)簡單的坡面地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)系統(tǒng)顯得較為迫切。本文即以此為目標(biāo)來展開研究工作，并以川西某工程為例進(jìn)行了實(shí)踐，以供同行甄選、參考。

1 混成被動(dòng)型生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)及其基本特征

鑒于前文論述的坡面地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)工程需求，應(yīng)當(dāng)開發(fā)能夠滿足防護(hù)功能，能夠滿足自然生態(tài)和環(huán)保，同時(shí)還具備使用壽命長、維護(hù)方便和簡單、施工費(fèi)用低等相關(guān)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)的防護(hù)系統(tǒng)。在項(xiàng)目需求的背景環(huán)境下，作者通過對(duì)研究區(qū)域周邊地區(qū)斜坡植被生長、覆蓋，以及落石災(zāi)害的發(fā)育、致災(zāi)情況調(diào)研和分析，結(jié)合在邊坡主、被動(dòng)防護(hù)結(jié)構(gòu)方面的工程經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)提煉了以SNS被動(dòng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)作為臨時(shí)防護(hù)，以竹木成長成林后的軀干桿體作為永久防護(hù)結(jié)構(gòu)的混成被動(dòng)型生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)。

本文所謂混成型生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)指為了滿足工程建設(shè)和人類生產(chǎn)生活需要，最大程度地利用和保護(hù)自然地質(zhì)環(huán)境，在工程建設(shè)階段的近期以工程結(jié)構(gòu)物如SNS被動(dòng)網(wǎng)、窗簾式防護(hù)網(wǎng)、攔擋墻等作為臨時(shí)防護(hù)措施，在工程運(yùn)營階段的遠(yuǎn)期通過設(shè)置生態(tài)植被如散生竹、叢生杉樹等，使其按設(shè)計(jì)意圖去生成和覆蓋斜坡來達(dá)成坡面落石地質(zhì)災(zāi)害的防護(hù)效果，兼具固持水土、涵養(yǎng)水源的能力，從而意圖使得近期和遠(yuǎn)期不同防護(hù)結(jié)構(gòu)的充分發(fā)揮最大效應(yīng)，力圖使得工程性與經(jīng)濟(jì)性更加優(yōu)化組合，最終在遠(yuǎn)期形成立體、生態(tài)的坡面地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)系統(tǒng)，及植被根植作用下斜坡體穩(wěn)定的生態(tài)屏障防護(hù)效應(yīng)。

1.1 混成型生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)的材料內(nèi)在需求

項(xiàng)目研究區(qū)處在深切割的川西青藏高原邊緣山區(qū)，在一定海拔高度以上那些植被生長發(fā)育不太茂盛的高海拔、高寒、干旱地區(qū)尤其具有工程類比意義。研究區(qū)由于山高坡陡，覆蓋層薄，植被根植水土能力差，坡面上松散碎塊石就非常發(fā)育，當(dāng)然導(dǎo)致坡面落石時(shí)有發(fā)生，特別在汛期更為頻繁，使得災(zāi)害高發(fā)期與川西地區(qū)旅游旺季高度重合，不但嚴(yán)重危害公路行人和車輛安全，而且對(duì)當(dāng)?shù)氐穆糜伟l(fā)展簡直就是夢魘，并且該類災(zāi)害點(diǎn)多面廣，防不勝防，防護(hù)防治均是難度極大。

為了達(dá)成更為有效的坡面落石防治效果，展開了本論文研究。經(jīng)現(xiàn)場論證處治方案，結(jié)論如下：第一，如采用被動(dòng)SNS防護(hù)網(wǎng)的話，不但在立面上其防護(hù)面太廣，工程防護(hù)效率低，經(jīng)濟(jì)效益差，而且就縱斷面上看，因?yàn)槠胀ǚ雷o(hù)網(wǎng)一般不超過5 m，落石還是極易越網(wǎng)仍然造成災(zāi)害，即或采用2～3道防護(hù)都仍不能達(dá)到大幅提升防護(hù)效果的目的；第二，如采用窗簾式SNS防護(hù)網(wǎng)，同樣還是存在防護(hù)對(duì)象明確困難，工程規(guī)模過大、造價(jià)過高、維護(hù)難度大等問題；第三，如采用被動(dòng)攔擋墻，利弊與被動(dòng)網(wǎng)類似，除了用材有所差別而已；如采用主動(dòng)網(wǎng)，其效果與窗簾式防護(hù)網(wǎng)大致相類。故即是說，采用工程結(jié)構(gòu)解決此類災(zāi)害問題，均存在使用周期短、損毀期與防護(hù)期高度重合、損毀修復(fù)率高、防護(hù)效率逐步降低等系列問題，況且不利于生態(tài)和環(huán)保，對(duì)旅游區(qū)建設(shè)而言是硬傷。所以，研究區(qū)項(xiàng)目客觀要求去發(fā)展生態(tài)型防護(hù)系統(tǒng)方案。

1.2 系統(tǒng)防護(hù)材料及組成型式

(1) 被動(dòng)網(wǎng)、攔擋墻以及窗簾式SNS防護(hù)網(wǎng)

具體內(nèi)容本文不作贅述，主要是用作臨時(shí)性防護(hù)，既最大程度保障在生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)的防護(hù)能力形成之前達(dá)到臨時(shí)防護(hù)效果，又避免繁瑣的損毀維護(hù)工作，例如常用的SNS柔性防護(hù)網(wǎng)作為被動(dòng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)由鋼立柱及(上、下、側(cè))拉錨、鋼絲繩網(wǎng)及縫合繩、支撐繩、減壓環(huán)組成，特別由其中的鋼絲繩網(wǎng)、支撐繩和減壓環(huán)以及立柱機(jī)構(gòu)聯(lián)結(jié)等配合使用賦予結(jié)構(gòu)柔性，攔截落石時(shí)所產(chǎn)生的荷載首先通過繩網(wǎng)、支撐繩的緩沖，再向整個(gè)結(jié)構(gòu)擴(kuò)散傳遞，此外還促使結(jié)構(gòu)發(fā)生可恢復(fù)形變，以延長碰撞作用時(shí)間，達(dá)到吸收和耗散能量、攔截落石的目的。根據(jù)建設(shè)場地條件或防護(hù)需求的不同，結(jié)構(gòu)的組成有所不同，由此被動(dòng)網(wǎng)可分為 RX、CX 和 AX三種類型(圖1)[18]。為了建設(shè)過程中的其它目的，亦可以采用其它材料的被動(dòng)防護(hù)，當(dāng)然也可以采用本類型材料施做窗簾式防護(hù)[18]，控制局部的落石活動(dòng)范圍。

圖1 臨時(shí)工程的SNS柔性網(wǎng)防護(hù)結(jié)構(gòu)型式[18]

(2) 單軸散生竹

為了彌補(bǔ)被動(dòng)網(wǎng)在耐久性、運(yùn)行維護(hù)和生態(tài)功能等方面的不足，可采用單軸散生竹形成生態(tài)的立體被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)。散生竹防護(hù)高度一般超過10 m，如金竹等小型散生竹都基本能達(dá)到8～12 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般被動(dòng)網(wǎng)的5 m高度；防護(hù)寬度(沿坡面傾向)可以根據(jù)地形土壤等條件布置種植后通過植被生長自組織調(diào)整滿足而不會(huì)大幅提高建設(shè)投資，而被動(dòng)網(wǎng)基本沒有防護(hù)寬度，不能形成立體防護(hù)能力；散生竹防護(hù)能力主要通過密集的纖維結(jié)構(gòu)韌性竹稈抵御沖擊(圖2)，竹林形成后的寬度愈寬，防御間隙愈小，防護(hù)能力愈強(qiáng)，且竹枝和竹葉在遭遇落石后具有更大的變形能力和韌性從而提高防護(hù)等級(jí)，還不受季節(jié)影響；散生竹通過廣大的竹鞭系統(tǒng)形成了類似筏板的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性較被動(dòng)網(wǎng)更好。特別還應(yīng)指出的是，如果坡面災(zāi)害發(fā)生后被動(dòng)網(wǎng)造成損毀，必須待修復(fù)后才能形成防護(hù)能力，如坡面災(zāi)害持續(xù)不定發(fā)生將危害修復(fù)工作，導(dǎo)致被動(dòng)網(wǎng)系統(tǒng)達(dá)不到防護(hù)功能，但是散生竹則不然，坡面落石災(zāi)害基本不可能造成整片竹林損毀，所以在坡面災(zāi)害持續(xù)不定發(fā)生的情況下同樣具備防護(hù)能力，竹林具有自組織和自修復(fù)能力。

1.3 散生竹在生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)方面的可用性

經(jīng)研究，用作生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)的植被需要滿足一定的密植性、抗沖擊剛度和強(qiáng)度及韌性、植被高度、耐候性、成長快速性和生態(tài)性，以及生態(tài)安全性等性能，才能加以使用，而部分竹類植物的性能恰似天成。

圖2 散生的金竹林的竹稈分布排列情況(照片法線方向竹林的厚度約2 m)

1.3.1 竹類植物及特性概述

竹類植物屬于多年生禾本科的竹亞科植物，具有枝干高大，生長迅速的特性，竹葉呈狹披針形，桿為類木質(zhì)，含大量的縱向竹纖維。竹的品種繁多，現(xiàn)在世界上已知木本竹類約80屬1 400多種，草本竹類約29 屬170余種[2]。竹類植物在世界上的分布以亞洲東南部溫暖濕潤季風(fēng)地帶為中心，中心區(qū)之外，南、北美洲自然分布的竹類不多， 非洲、大洋洲自然分布的竹類更少，歐洲沒有自然分布的竹類植物。在我國，除東北的溫帶濕潤區(qū)之外，從暖溫帶往南的濕潤地區(qū)，是竹類自然分布區(qū)，北方暖溫帶的半濕潤區(qū)則 通過人工灌溉來經(jīng)營竹林，半干旱區(qū)少數(shù)地點(diǎn)有竹林存在，干旱區(qū)內(nèi)基本上無竹林[3]。

竹根據(jù)其地下莖分生繁殖和形態(tài)可分單軸散生型(散生竹)、合軸叢生型(叢生竹)、復(fù)軸混生型(混生竹)等3種。散生竹具有橫走的竹鞭，鞭節(jié)生芽生根或具有瘤狀突起，可發(fā)芽長成竹筍竹稈，也可形成次鞭，竹稈在地面呈散生狀，典型如剛竹屬白夾竹(金竹)、斑竹、毛竹等；叢生竹地下莖形成多節(jié)的假鞭，鞭節(jié)上無芽無根，由竹根側(cè)頂芽出土成稈，竹稈在地面呈密集叢狀，如慈竹；混生竹兼有單軸型和合軸型兩種類型的竹鞭，在地上兼有叢生和散生型竹，如箭竹[4,5]。

1.3.2 散生竹的生態(tài)防護(hù)特性

生態(tài)型植被種類很多，為什么選擇竹類，在竹類中為什么又選擇散生竹，況且即使散生竹，中國是世界散生竹分布的中心，還有近300種的散生竹種[2,3]，也并不是所有的都適合用作防護(hù)系統(tǒng)植被。下面將論述作者選擇的依據(jù)，來說明散生竹在生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)方面具有的得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。

(1) 散生密植性

該系統(tǒng)是利用竹的桿體作為被動(dòng)抗沖擊的防護(hù)結(jié)構(gòu)，所以，竹稈須在竹林的某個(gè)寬度范圍內(nèi)組合形成嚴(yán)密的、整體的被動(dòng)防撞體，要求竹林具有密植性，不能存在較大的縫隙使得落石可以通過，這是也是選擇散生竹作為生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)主材的最主要原因，如叢生竹則不具備密植性。

(2) 抗沖擊剛度、強(qiáng)度和韌性

由于是將竹竿用作防撞體，所以要求桿體應(yīng)具備一定的直徑，使得在抵御落石時(shí)具有一定的剛度和強(qiáng)度，一般說來直徑越大越好，經(jīng)調(diào)研，在坡面上多數(shù)直徑3～4 cm的竹林即能夠不被落石撞斷、砸翻。還有，防撞體應(yīng)具備一定的強(qiáng)度和韌性，使得具備抵御落石時(shí)不但能消除其沖擊能，還能確保自身盡量不受損，以便長期效用，當(dāng)然，在這方面，竹具有天然優(yōu)勢，它具有竹纖維管束及特殊的自外向內(nèi)分層分布的結(jié)構(gòu)特征(圖3)，具有特殊的中空結(jié)節(jié)結(jié)構(gòu)，具有按彎曲方向調(diào)整纖維管束分布的特征等[6,15-16]，故具有良好的強(qiáng)度和韌性。其次，竹的竹枝在竹竿上形成厚厚的附著層，當(dāng)落石與竹枝碰撞時(shí)，因大量竹枝，以及竹冠的彈性和韌性，很好地形成了緩沖層，能極大地降低落石的運(yùn)動(dòng)速度，改變運(yùn)動(dòng)軌跡，使得就近掉落并穩(wěn)定在坡面上竹林里。

圖3 竹纖維結(jié)構(gòu)(摘自[16])

(3) 竹林的植被高度

生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)的主材應(yīng)具備一定的高度來攔截落石，散生竹一般在10 m以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般SNS柔性網(wǎng)的規(guī)格(3×4、4×4、4×5)，個(gè)別散生竹高度甚至達(dá)到30 m，如此的高度和竹林面上的大范圍行成的立體系統(tǒng)的防護(hù)能力是柔性網(wǎng)、攔擋墻不可以同日而語的。

(4) 散生竹的耐候性

散生竹具有較好的耐低溫、耐干旱能力。雖然竹是喜溫喜濕植物，但在暖溫帶有大量分布，也有部分竹類在半干旱的較寒冷地區(qū)也能存活，在地域上南北分明，東西有別，海拔由低至高也差別明顯，叢生竹林和散生竹林分界顯著，四川則由于氣候因素，處于叢生竹和散生竹的混生林區(qū)范圍[3]。所以，對(duì)于植被較難以生存的半干旱或較寒冷地區(qū)，坡面落石災(zāi)害問題本身非常突出，找到適宜存活，并能起到坡面防護(hù)效果的竹類植被顯得作用突出，這也是散生竹用作生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)材料的天然優(yōu)勢之一。剛竹屬散生竹一般能在-6℃～-12℃(1月份平均最低氣溫)的區(qū)域存活，甚至部分箭竹屬和巴山木竹屬能在-6℃～-12℃(1月份平均最低氣溫)氣候下生存[7,8]；對(duì)于竹林生存，年降水量是重要指標(biāo)，僅有少數(shù)類別，如云南高黎貢山的龍陵，旱濕界限分明，當(dāng)?shù)啬抵窠?jīng)長期進(jìn)化發(fā)展，冬季落葉休眠渡過旱期[3]。故，在選擇生態(tài)植被竹的用材時(shí)應(yīng)加大調(diào)查，特別注重當(dāng)?shù)匚锓N利用。

(5) 成長快速性

竹類繁殖方式主要為無性的地下莖繁殖，也可通過開花繁殖，一般是在地下莖的鞭節(jié)間處長筍，春雨之后，24 h內(nèi)即可拔節(jié)1～2 cm，50 d左右竹筍就可成竹，且竹稈是一次性生長成竹，通常4～5 a可成林[9]，故采用竹作為生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)可以快速形成防護(hù)能力。

(6) 生態(tài)性和經(jīng)濟(jì)性

竹四季常青，枝葉茂盛，在保持土壤水分、涵養(yǎng)水源方面與樹種顯著不同，它有發(fā)達(dá)的根系，即使砍掉地上部分，地下莖還會(huì)長出新竹子，是防止土壤沙化和防治水土流失的理想植物[7]。其次，據(jù)研究，竹子與其他植物相比還能多釋放35%的氧氣，對(duì)凈化空氣、穩(wěn)定大氣成分起到重要的作用，曾有生態(tài)學(xué)家呼吁讓竹子來拯救地球[7]。此外，竹子可應(yīng)用于建筑、輕工、新材料、包裝、運(yùn)輸、家具、食品、醫(yī)藥、保健、環(huán)保等方面，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，應(yīng)用得當(dāng)?shù)脑?，防護(hù)和維護(hù)可以達(dá)到自給自足、相得益彰。

1.4 防護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)造

本系統(tǒng)采用永臨有別的防護(hù)結(jié)構(gòu)型式，在近期以SNS柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、攔擋墻等工程結(jié)構(gòu)物為主，此時(shí)散生竹等生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)尚未能發(fā)揮防護(hù)功效，故SNS柔性防護(hù)網(wǎng)等應(yīng)設(shè)置在易于發(fā)生落石區(qū)，如崩落點(diǎn)附近，或落石運(yùn)動(dòng)路徑上，如落石運(yùn)動(dòng)的坡面溝槽，保障公路構(gòu)造物安全運(yùn)營帶，如上邊坡坡口線、凸形坡的變坡線，具體設(shè)置時(shí)應(yīng)根據(jù)病害發(fā)生機(jī)制、運(yùn)動(dòng)路徑以及防護(hù)需要，相互結(jié)合綜合論證后確定。

遠(yuǎn)期生態(tài)植被在橫向上主要以防護(hù)寬度滿足防護(hù)效果，故一般順坡面分組間隔布設(shè)：在沿斜坡走向，即公路順坡方向，植被應(yīng)在組內(nèi)連續(xù)布置，株間距以3～4 a期生長擴(kuò)散范圍為宜；在斜坡傾向上，即公路橫坡方向，須充分考慮植被生長和發(fā)展的延續(xù)空間，設(shè)計(jì)上宜分組布置，在該空間范圍的植被才是后期形成防護(hù)能力的主體，組間距以植被種類的生命周期生長擴(kuò)散范圍為宜，如夾白竹(金竹)為10～15 a；組內(nèi)株可宜與順公路方向株間距協(xié)同；植被系統(tǒng)布置可與臨時(shí)工程防護(hù)結(jié)構(gòu)在立面上重合布置。

生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)形成期約3～4 a，故植被應(yīng)具備側(cè)向擴(kuò)散快、軀體生長快、桿體密度大、纖維強(qiáng)度高、枝葉茂密等要素特征。散生竹幾乎具備上述所有優(yōu)點(diǎn)，不足的是，其地下鞭根系統(tǒng)較淺，一般僅20～40 cm，可以配以地下根莖系統(tǒng)深部發(fā)育，固持水土能力超強(qiáng)的植被，形成混合林，則防護(hù)效果將會(huì)更好。

因防護(hù)系統(tǒng)形成期較長，在工程建設(shè)中宜合理確定建設(shè)時(shí)機(jī)，如盡量將防護(hù)系統(tǒng)形成期放在建設(shè)期內(nèi)，在投入運(yùn)營時(shí)即能形成防護(hù)能力。

1.5 防護(hù)系統(tǒng)機(jī)理探討

據(jù)新聞報(bào)道，2016年3月5日，杭州某四歲女童從十一樓掉落，中途受樹枝遮擋后掉落在草坪上，受輕傷，救治后康復(fù)；無獨(dú)有偶，2016年9月5日，成都某五歲女童從十一樓掉落，同樣，中途受樹枝遮擋后掉落在草坪上，受輕傷救治后康復(fù)。還有，作者大學(xué)時(shí)，同一棟宿舍樓的校友醉酒從七樓失足墜落，剛好掉在自行車棚頂，破頂后又掉落在自行車上，重傷，救治后康復(fù)。等等。按照生活經(jīng)驗(yàn)，人從高空墜落，必死無疑，如何能受傷救治后康復(fù)？竊以為與墜落過程中樹枝等物的阻滯作用有關(guān)。受此啟發(fā)，作者認(rèn)為坡面落石的防護(hù)亦可效仿此理。

(1) 竹枝和竹葉具有粘滯阻尼力學(xué)特性

散生竹的分枝開展，竹葉濃密，單根竹的竹冠分布范圍大，竹枝和竹梢具有很強(qiáng)的彈性，竹稈與竹冠沒有明顯幾何界限。所以，在抵御落石過程中，只要落石不與竹稈發(fā)生碰撞，則均可簡化視為落石與竹冠發(fā)生作用。并且，由于竹枝、竹梢相對(duì)落石沖擊產(chǎn)生被動(dòng)變形的彈性應(yīng)變能較之落石的能量顯然太小，所以在力學(xué)機(jī)制上可視為竹冠里的竹枝、竹梢對(duì)落石產(chǎn)生粘滯阻尼效應(yīng)。故，竹枝、竹葉在本生態(tài)系統(tǒng)中可視作粘性體，由粘性力學(xué)原理有如下公式：

(1)

由牛頓第二定律：

F=ma

(2)

式(2)及式(1)和靜力平衡關(guān)系，

(3)

可見當(dāng)應(yīng)力恒定，速度梯度越大，應(yīng)變梯度越大，它們呈正比，換言之，當(dāng)竹枝、竹梢越密，粘滯系數(shù)越大，平衡式中的速度梯度(加速度)越小，表明其提供的阻滯力或阻滯加速度越大。由于模型忽略了竹枝和竹梢的彈性效應(yīng)，則結(jié)果是偏安全的。

這里的為竹枝、竹梢的粘滯系數(shù)，如實(shí)際計(jì)算落石防護(hù)效率則需要測定，目前缺乏相關(guān)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)。

(2) 竹稈在碰撞作用下的彈性力學(xué)特征行為

落石運(yùn)動(dòng)過程中，除竹枝、竹梢給予其作用力，大量削減其速度外，還可能與竹稈發(fā)生碰撞作用，這個(gè)過程既可能發(fā)生在速度降低之后，也可能發(fā)生在未遭遇竹梢、竹枝之前。

竹材主要由竹原纖維、木質(zhì)素、多戊糖、果膠、竹粉等構(gòu)成，具有良好的抵抗外力作用的性能，包括抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、靜曲強(qiáng)度和抗剪、硬度、抗沖擊性能等，特別是因?yàn)槠渚哂姓R排列的生物細(xì)胞，以及非常規(guī)則的管壁形態(tài)，加之獨(dú)特的中空竹節(jié)+曲面結(jié)節(jié)部結(jié)構(gòu)，使其具有非常穩(wěn)定的性能以及良好的比強(qiáng)度和比剛度，根據(jù)搜集已有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)(表1)，表明竹稈本身具有高強(qiáng)的力學(xué)性能，并且落石運(yùn)動(dòng)中將以群體桿件組合達(dá)到遲滯落石速度的目的，因此，落石與竹稈的碰撞造成竹稈的破壞可能性小，多會(huì)發(fā)生大量的質(zhì)點(diǎn)(落石)-(竹)桿、桿-桿粘彈塑性碰撞，進(jìn)而發(fā)生能量耗散，落石速度降低而墜落。

表1 圓竹稈(毛竹)的部分力學(xué)性能(摘自[10,11])

落石與竹稈的撞擊以及竹稈響應(yīng)的過程非常復(fù)雜，若假設(shè)能量耗散平衡前石與桿的碰撞作用為連續(xù)時(shí)間，且發(fā)生碰撞的落石假定為球體、竹材料為各項(xiàng)同性的連續(xù)均值粘彈性體，竹稈為具有固定端的彈性細(xì)長空心桿件，則下面(4)式條件成立：

(4)

其中,Fc是接觸力的彈性部分;Fv是粘彈性的阻尼部分；Fp是有潰曲變形導(dǎo)致的耗散部分；Fu為沖量所產(chǎn)生的作用力;Ek為落石的動(dòng)能;h為落石豎直運(yùn)動(dòng)距離。

當(dāng)碰撞發(fā)生后，要么竹稈不發(fā)生破壞而服從彈性桿應(yīng)力應(yīng)變，要么遭遇的同時(shí)桿發(fā)生屈服，下面分別討論這兩個(gè)過程。

① 服從彈性桿應(yīng)力應(yīng)變條件：理論上講，在力F對(duì)竹稈中心位置的作用下，竹稈發(fā)生撓曲和偏轉(zhuǎn)，當(dāng)撓曲線或偏轉(zhuǎn)角與另一根竹稈發(fā)生接觸時(shí)，則2根竹稈同時(shí)受壓并發(fā)生偏轉(zhuǎn)，變形順次傳遞，直至達(dá)到平衡，此時(shí)，因竹稈發(fā)生彈性撓曲變形后回彈，落石轉(zhuǎn)向反方向運(yùn)動(dòng)，背離的竹稈則在起自身平衡位置發(fā)生彈性振動(dòng)，如此，落石的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為竹稈的波動(dòng)，達(dá)到能量消耗的目的。從生活常識(shí)看，雖然竹林中的竹稈存在相當(dāng)?shù)拈g距，但竹林中的枝和梢基本可視為連續(xù)分布體，所以，當(dāng)竹稈發(fā)生偏移時(shí)，其竹枝和竹梢存在擠壓變形，產(chǎn)生了事實(shí)上的阻尼作用，其能量消耗貢獻(xiàn)或許并不比竹稈小。實(shí)際情況下，落石若從高處墜落后多先受到枝、梢的阻隔，然后受到竹稈的碰撞，并且中心受壓的概率非常小，多是碰撞后落石發(fā)生小的轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)，部分能量消耗轉(zhuǎn)化為竹稈的波動(dòng)，如此，落石能量將會(huì)迅速被耗盡而墜落；若落石的運(yùn)動(dòng)高度相對(duì)不高，那么多與竹稈下部發(fā)生碰撞，受力及能量消耗過程同上，不同的是，因落石作用點(diǎn)距離固定端(竹根部)更近，桿發(fā)生撓曲角度更小，能量耗散更快。

② 竹稈碰撞后發(fā)生屈服：首先是第一個(gè)發(fā)生關(guān)系的竹稈發(fā)生屈服，它未能承受首輪“打擊”，落石墜落接觸即發(fā)生潰曲，因竹纖維分布特征及竹節(jié)、竹根等特殊結(jié)構(gòu)，竹稈潰曲后并不會(huì)發(fā)生塑性屈服，而是發(fā)生破裂，此后竹稈變成了竹繩，竹林的枝、梢變成了柔性網(wǎng)兜，將落石網(wǎng)住使得運(yùn)動(dòng)速度迅速降低而落地，該過程中竹稈將變成受拉件。我國古代多有采用竹繩作為懸索橋纜索的記載，例如都江堰安瀾橋，說明了竹在順紋方向具有很高抗拉強(qiáng)度的特性，具有破裂后網(wǎng)住巨大落石的潛力。

1.6 系統(tǒng)長期運(yùn)營及維護(hù)

本系統(tǒng)的維護(hù)相對(duì)較為簡單，主要在系統(tǒng)防護(hù)能力形成之前，那時(shí)應(yīng)做到SNS臨時(shí)防護(hù)網(wǎng)的維護(hù)，注重散生竹等生態(tài)植被的成活和生長管養(yǎng)，根據(jù)植被特點(diǎn)做到保持適當(dāng)水分、施肥，壞死植株及時(shí)更換。當(dāng)系統(tǒng)形成之后，SNS臨時(shí)防護(hù)網(wǎng)則無需再進(jìn)行維護(hù)工作，維護(hù)工作主要針對(duì)生態(tài)植被，此時(shí)應(yīng)注重利用散生竹的生命周期循環(huán)去疏林，伐掉老竹，給新竹生長騰出空間，確保系統(tǒng)中竹子的新陳代謝，系統(tǒng)長期良性運(yùn)營。當(dāng)然，同時(shí)也可以在過程中每年適當(dāng)疏林，砍伐成竹、老竹，維護(hù)系統(tǒng)的同時(shí)經(jīng)濟(jì)利用。

2 防護(hù)系統(tǒng)施做的技術(shù)要點(diǎn)

由于本技術(shù)對(duì)作者屬于初步涉獵研究階段，各方條件尚不成熟，缺乏理論支撐和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，故更多經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，下面即將作者的淺薄之見依發(fā)生順序進(jìn)行小結(jié)。

2.1 施做可行性評(píng)估

從前文論述可以看出，混成被動(dòng)型生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)具有局限性，主要受可用作生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)的植被制約，因而受到了地域和氣候的控制。即或找到了替代性植物，也須具備密植性、耐候性、強(qiáng)度和抗沖擊韌性、植被高度，以及成長快速性和生態(tài)安全性，當(dāng)然具備經(jīng)濟(jì)性則更佳。

2.2 臨時(shí)防護(hù)方案制訂及風(fēng)險(xiǎn)控制

在本系統(tǒng)中，臨時(shí)防護(hù)方案同樣具有不可替代的作用。臨時(shí)工程的目的是為永久系統(tǒng)產(chǎn)生效用前實(shí)施防護(hù)。臨時(shí)工程的階段可為試運(yùn)行階段及以后，當(dāng)然更可使其前置到施工期，這樣可以降低試運(yùn)行期的安全運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于方案本身，則應(yīng)當(dāng)在詳細(xì)調(diào)查坡面災(zāi)害物源、運(yùn)動(dòng)路徑、運(yùn)動(dòng)軌跡、引發(fā)和控制因素等基礎(chǔ)上，本著防治價(jià)值工程最大原則布設(shè)臨時(shí)防護(hù)，并應(yīng)評(píng)估結(jié)構(gòu)失效風(fēng)險(xiǎn)，做好修復(fù)或備用工程預(yù)案。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)用材的調(diào)研和確定

生態(tài)系統(tǒng)用材屬于地方建筑材料，這同客土噴播技術(shù)一樣，即使初期植入更滿足工程需求的植被種類也最終勢必被地方植被所替代。應(yīng)引起重視的是，這里的用材與僅僅綠化存在很大差別，它還擔(dān)負(fù)了工程防護(hù)功能，被地方植被成功替代的風(fēng)險(xiǎn)太大，要么死亡，要么倔強(qiáng)的活著并逐步適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂?，“橘生淮南則為橘，橘生淮北則為枳”，只恐即使存活亦絕非當(dāng)初之物了。所以，應(yīng)用本系統(tǒng)的植被用材應(yīng)加強(qiáng)地方植被調(diào)研，逐一比對(duì)植被性能與防護(hù)要求的適宜性后，擇優(yōu)定奪。

2.4 生態(tài)植被生長習(xí)性研究[12]

此是技術(shù)要點(diǎn)中的關(guān)鍵議題，研究其生長習(xí)性不僅可以合理控制工程造價(jià)，更是保障成活率，提高管養(yǎng)效率，確保防護(hù)能力的形成的關(guān)鍵。依據(jù)習(xí)性施為則屬順勢而為，大抵可事畢功成，否則屬逆天而動(dòng)，徒靡費(fèi)勞民而已。例如夾白竹種植，喜溫喜濕，但能耐寒，喜肥，但能在較為貧瘠土地上成活，在巖石邊坡不能成活，總的來說，生命力強(qiáng)，成活率高，種植季節(jié)可為春季或秋季，種植時(shí)氣溫在20℃左右為宜，具體種植季節(jié)宜根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂虼_定，如冬季存在冰期則春季種植為宜，大多選擇秋季種植，種植后的管養(yǎng)階段應(yīng)保障一定的水分，過大過小均會(huì)造成成活率顯著降低。還有，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，夾白竹成林十余年后，并且竹林桿體過密的情況下，會(huì)發(fā)生部分老化，部分竹竿可能干枯，如不及時(shí)梳理，竹林可能開花后衰敗甚至枯死，破壞防護(hù)系統(tǒng)的可持續(xù)性。

2.5 生態(tài)系統(tǒng)方案制訂

方案制訂為整個(gè)工作的技術(shù)核心，事關(guān)防護(hù)系統(tǒng)成敗，也關(guān)系工程投資控制，合理的方案應(yīng)該不僅是凸出防護(hù)效果的首要地位，且防護(hù)效果與投資節(jié)約二者要兼顧。方案的工程范圍在順路線走向上是依據(jù)客觀實(shí)在而定，重點(diǎn)在垂直于路線走向的順坡面方向如何布置。作者認(rèn)為，這個(gè)寬度主要受3個(gè)因素制約，第一為取決于坡面落石災(zāi)后物源的運(yùn)動(dòng)路徑和軌跡，或者坡面形態(tài)[19](圖4)，第二是適宜種植生態(tài)植被的位置在斜坡空間的展布以及與斜坡的幾何關(guān)系，第三要受控于生態(tài)系統(tǒng)植被的生長特性。

2.6 生態(tài)植被種植和管養(yǎng)、維護(hù)

正如公路建設(shè)一樣，重建輕養(yǎng)會(huì)造成使用壽命大幅減短，路況迅速變差，嚴(yán)重的甚至導(dǎo)致道路中斷、功能部分喪失等等?；斐尚蜕鷳B(tài)防護(hù)系統(tǒng)說到底還是屬于工程范疇，盡管它具備自然界的生物自組織系統(tǒng)的特點(diǎn)，但因?yàn)樾枰獫M足公路工程防護(hù)需求，并且處于人類活動(dòng)的干預(yù)條件下而得以形成，還是應(yīng)該善加利用其自身成長、發(fā)展規(guī)律，使其始終長期處于最佳的自然生長狀態(tài)，進(jìn)而最大程度發(fā)揮工程效益。

圖4 坡型與生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)植被布置方案的關(guān)系

3 混成型生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)的工程應(yīng)用方案

3.1 工程背景概述

該混成型生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)工程實(shí)施的公路區(qū)域上處于“V”形深切割高山峽谷區(qū)，山高谷深，谷坡陡峻，地震基本烈度達(dá)9度，構(gòu)造作用非常強(qiáng)烈，巖土體穩(wěn)定性差，崩塌落石災(zāi)害多發(fā)。公路的規(guī)模為路面寬8.5 m，不僅是連接周邊國省干線的重要路段，也是成都至國家級(jí)重點(diǎn)旅游風(fēng)景區(qū)黃金旅游線路的必經(jīng)咽喉路段和旅游環(huán)線的主要組成部分，還是該景區(qū)創(chuàng)建5個(gè)A的必要硬件設(shè)施，并對(duì)當(dāng)?shù)貙?shí)施全域旅游發(fā)展戰(zhàn)略具有重大意義，在當(dāng)?shù)馗骷?jí)、各界關(guān)注度非常高。加之該公路上方的斜坡帶內(nèi)約200 m范圍同時(shí)修建通村公路，大量的棄方直接無序堆積在坡面上，對(duì)原有植被造成了毀滅性破壞，同時(shí)形成了大量的不穩(wěn)定性體，為坡面落石、坡面泥石流提供了大量的物源補(bǔ)給，且活動(dòng)時(shí)間長，防護(hù)難度大(圖5)。

因此，該公路上邊坡防護(hù)措施不僅要考慮生態(tài)公路建設(shè)的要求，還必須達(dá)成實(shí)體防護(hù)功效，并使得防護(hù)工程具有長期防護(hù)效用，以及必須考慮使用過程中的損毀以及維護(hù)。

圖5 混成型生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)的工程應(yīng)用實(shí)踐的場地條件

3.2 防護(hù)需求分析和評(píng)述

(1) 坡面存在大量的松散體，其中不乏不穩(wěn)定的碎塊石，主要在降雨及雨后易發(fā)生失穩(wěn)，物源廣泛，不易圈定。若上方公路施工擾動(dòng)，同樣會(huì)造成失穩(wěn)成災(zāi)，但時(shí)間可以估計(jì)，可通過交通管制避免。

(2) 坡面松散體的運(yùn)動(dòng)軌跡不易確定，但運(yùn)動(dòng)路徑相對(duì)較為集中，在坡面刮擦后形成了5條比較典型的溝槽，在斜坡下部基本沿此構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。

(3) 臨時(shí)防護(hù)主要解決坡面松散體坍落對(duì)下方公路的危害。

(4) 坡面松散體在很長一段時(shí)期內(nèi)將保持活動(dòng)狀態(tài)，故需要設(shè)置永久防護(hù)系統(tǒng)解決，那么，永臨防護(hù)的對(duì)象是一致的。并且，松散體在降雨作用下還可能發(fā)生小規(guī)模坡面泥石流，沖擊損毀下方防護(hù)結(jié)構(gòu)。

(5) 長期以來，該段坡面存在零星落石現(xiàn)象，特別因?yàn)楣物L(fēng)和放羊，時(shí)常造成落石成災(zāi)，在相臨路段曾發(fā)生多次落石砸向車、人，致使車毀人亡的事故。故，零星落石也是永久防護(hù)系統(tǒng)防治對(duì)象。

(6) 調(diào)查發(fā)現(xiàn)，個(gè)別點(diǎn)存在落石拋射現(xiàn)象，落地點(diǎn)位于下方公路外側(cè)，調(diào)研走訪中證實(shí)公路改建前同樣存在該現(xiàn)象，說明落石在運(yùn)動(dòng)過程中存在彈跳、碰撞，運(yùn)動(dòng)軌跡與坡面存在一定高度，不具有一定寬度的防護(hù)結(jié)構(gòu)容易被運(yùn)動(dòng)中的落石越過而致災(zāi)。

3.3 防護(hù)實(shí)施方案的制訂

經(jīng)對(duì)現(xiàn)場的研究和對(duì)需求的分析，制訂的防護(hù)方案及理由如下。

(1) 臨時(shí)防護(hù)工程以SNS被動(dòng)網(wǎng)為主，高度選擇5 m。無危巖體發(fā)育點(diǎn)，無需主動(dòng)網(wǎng)；坡面長度超過300 m，運(yùn)動(dòng)路徑的逐步集中在坡面形成了溝槽，且其范圍涵蓋了坡面長度的1/2，無需設(shè)置窗簾式被動(dòng)防護(hù)約束落石運(yùn)動(dòng)軌跡。因地形陡峻，可能運(yùn)動(dòng)路徑長，臨近公路還存在切坡，故需要設(shè)置2道。

(2) 對(duì)于可能造成的小規(guī)模坡面泥石流，在公路內(nèi)側(cè)設(shè)置擋墻，同上邊坡防護(hù)工程結(jié)合，特別在溝槽出口設(shè)置攔擋墻和淤積庫，盡量避免翻上路面。

(3) 公路內(nèi)邊坡靠近坡口線及以上范圍種植當(dāng)?shù)厣⑸瘛鹬瘢蠓N竹稈徑4 cm左右，桿高一般不小于10～12 m。根據(jù)生長特性及預(yù)留竹林發(fā)展空間，分4組栽種，每組設(shè)3排，組間距10 m，組內(nèi)竹株間距均按1.5 m布置，確保3～4 a每組均能成林。如此，成林后將至少形成45～50 m寬的生態(tài)屏障。

(4) 經(jīng)復(fù)核坡面松散體運(yùn)動(dòng)軌跡，基本均能被該系統(tǒng)阻斷，同時(shí)，因竹林成林，將對(duì)坡面水土加快固持能力，并阻斷上方局部土體失穩(wěn)后成災(zāi)路徑。

4 混成型生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展探究

關(guān)于混成性生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展，一是工程系統(tǒng)的發(fā)展，當(dāng)以為翼，二是生態(tài)植被系統(tǒng)的發(fā)展，當(dāng)以為本。生態(tài)植被系統(tǒng)發(fā)展主要在于耐候性——耐寒和耐旱。

就整體來說，竹子的抗寒能力為散生竹>混生竹>叢生竹，散生竹中，毛竹、剛竹、淡竹等幾個(gè)類抗寒性較強(qiáng)，所以，在竹種推廣、改良過程中繼續(xù)北移的可能性更大。關(guān)于竹的抗凍能力研究相對(duì)較少，并主要集中在凍害領(lǐng)域，但令人欣喜的是，自20世紀(jì)90年代以來，植物的耐低溫研究已進(jìn)入分子水平，并且，在蛋白質(zhì)的變化、植物膜保護(hù)系統(tǒng)的組分和活性與植物寒害、冷馴化植物抗寒力變化的關(guān)系等方面取得較大進(jìn)展。科學(xué)家們對(duì)抗寒性的分子研究主要采用3種研究方法：冷鍛煉分離冷誘導(dǎo)蛋白；篩選抗凍突變體；在染色體上定位耐寒基因、提高細(xì)胞抗氧化能力、穩(wěn)定細(xì)胞骨架等。目前，對(duì)竹子基因組測定工作的研究正在展開，在不久的將來會(huì)對(duì)竹子抗寒性的分子機(jī)理獲得更科學(xué)系統(tǒng)的解釋，在竹子抗寒基因工程中取得進(jìn)一步的成功，獲得轉(zhuǎn)基因抗寒新品種，以利在實(shí)際生產(chǎn)中大面積推廣種植和應(yīng)用開發(fā)[7]。

在耐旱性方面，在半干旱區(qū)引種成功的竹柳(圖6)也是生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)植被的良好用材，同時(shí)還為生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)植被發(fā)展導(dǎo)引了方向。竹柳為楊柳科柳屬植物，落葉喬木，樹高可達(dá)20 m以上，胸徑可達(dá)1 m，是多基因組合雜交新品種，由美國寒竹、朝鮮柳、筐柳雜交選育而成，兼具柳樹和竹的優(yōu)良特性，因此得名。樹皮幼時(shí)綠色，較為光滑，老時(shí)黃褐色，葉披針形，類似竹，單葉互生。該樹種對(duì)氣候、土壤條件要求不高，具有較強(qiáng)的抗蟲、抗鹽堿特性，張健等人研究表明，pH值8.0～8.5和含鹽量高達(dá)14 000 mg/l的情況下仍正常生長，于湖泊灘涂、鹽堿地都可栽植?？购⒖寡?、抗旱能力也較強(qiáng)，在-30℃～-40℃低溫以及40℃高溫狀態(tài)下都能正常生長。竹柳引種試驗(yàn)還表明，其成活率高達(dá)98%，根系發(fā)達(dá)，樹體通直，抗旱能力強(qiáng)，年地徑生長量1.3～1.95 cm，年樹高生長量191.37～217.7 cm，具有生長快速、適應(yīng)性和抗逆性強(qiáng)、易栽易管等特點(diǎn)的速生樹種[12]。

圖6 竹柳的幼苗和幼齡樹(摘自百度)

此外，不同植被之間的混生，使得其生物功能互補(bǔ)，可能更能促進(jìn)生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)發(fā)揮良好的作用，例如竹可抵御落石沖擊，根系發(fā)達(dá)可固持水土，但缺陷是根系淺，對(duì)于邊坡深部穩(wěn)定性無能為力，如有此竹種或樹種套種則更完善，如杉樹，當(dāng)然，通過轉(zhuǎn)基因研究并改良竹種的根系也是有效途徑。

還有，從坡面地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生來講，屬于局部失穩(wěn)，前文討論的生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)皆為被動(dòng)防護(hù)，為治標(biāo)，如何提高邊坡穩(wěn)定性才是治本，這也當(dāng)屬于生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展和研究方向。如前文的坡面水土固持亦能做到提高表部穩(wěn)定性，如種植根系發(fā)達(dá)且深部發(fā)展的植物，則可大幅提高邊坡整體穩(wěn)定性，當(dāng)然這是對(duì)土質(zhì)邊坡而言，但是在公路建設(shè)中廣泛存在的也恰恰是土質(zhì)邊坡，尤其是在寒旱地區(qū)，況且對(duì)于生態(tài)建設(shè)，以及荒漠化、沙漠化治理都有積極意義。即使在巖質(zhì)邊坡地區(qū)，如在有條件的走廊上種植合適的植被，未必不能起到生態(tài)防護(hù)的效果，例如映秀～臥龍公路為防崩塌在公路邊緣設(shè)置了數(shù)道被動(dòng)網(wǎng)，部分高十余米，鄰近位置也原生了大量杉樹，胸徑大多在10～20 cm，通過實(shí)地調(diào)研防護(hù)效果，相對(duì)比較，作者認(rèn)為杉樹還略勝一籌，如能配合使用豈不更好？再例如，四川宜賓蜀南竹海蜚聲遠(yuǎn)近，其竹林隧道未必不能作為落石災(zāi)害的防護(hù)廊道，起到生態(tài)防護(hù)之效用！

鑒于竹或類竹植物在系統(tǒng)防護(hù)方面的貢獻(xiàn)，研究它們的結(jié)構(gòu)和力學(xué)行為以及其特殊作用機(jī)理顯得很有必要，當(dāng)然如果在仿生結(jié)構(gòu)或仿生作用原理方面能有所進(jìn)益[17]，這都是值得慶賀的事件。

總之，混成型生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)屬于開放的發(fā)展系統(tǒng)，其美好的應(yīng)用前景殊可期待。

5 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

(1) 鑒于目前主、被動(dòng)網(wǎng)及攔擋墻等現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)——固定位置的手段難以匹配和適應(yīng)斜坡淺表生改造的發(fā)展變化；管養(yǎng)維護(hù)不及致網(wǎng)內(nèi)落石清除不易，越后期效果越打折；落石規(guī)模多樣、能級(jí)頻譜太寬，防護(hù)結(jié)構(gòu)難以適應(yīng)所致?lián)p毀；落石經(jīng)常越過結(jié)構(gòu)而致災(zāi)，起不到設(shè)計(jì)效果；后期維護(hù)保養(yǎng)的繁瑣，等等，加之特別是工程的生態(tài)建設(shè)地位顯得越來越凸出，因此有必要發(fā)展新的更可靠的具有生態(tài)性的防護(hù)系統(tǒng)。

(2) 如植被具備成活率高、耐候性強(qiáng)、抗沖擊能力強(qiáng)、生長快速等特點(diǎn)即基本能滿足生態(tài)性防護(hù)工程的基本需要。經(jīng)調(diào)查，散生竹具有散生密植性、抗沖擊剛度、強(qiáng)度和韌性、竹林的植被高度高、耐候性較好、成長快速、生態(tài)性和經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，天然是作為生態(tài)性防護(hù)的好材料。所以，若采用工程結(jié)構(gòu)作為短期防護(hù)主要措施、采用散生竹林作為長期防護(hù)主要措施的混成性生態(tài)防護(hù)在理論上是可行的。

(3) 該生態(tài)性防護(hù)系統(tǒng)的主要技術(shù)難度不是設(shè)計(jì)和校核系統(tǒng)的防護(hù)性能，因?yàn)樗旧砭哂凶孕迯?fù)、自發(fā)展、自完善的能力，因此其防護(hù)能力將隨時(shí)間推移而得到加強(qiáng)，當(dāng)然，如果能夠研究出系統(tǒng)防護(hù)作用的力學(xué)原理，形成可靠的設(shè)計(jì)理論那將更好。因此，系統(tǒng)的主要技術(shù)難題是體系在工程區(qū)域適宜植被種類的選用、植被種植和管護(hù)，以及植被成活率和耐候性等問題。

(4) 該系統(tǒng)的發(fā)展是開放的，能夠達(dá)到防護(hù)效果的竹、木(如冷杉、云杉、竹柳等)均可用材，植被混生、植被改良，以及轉(zhuǎn)基因植被，還有該系統(tǒng)或植被的仿生材料、仿生結(jié)構(gòu)等都有研究和發(fā)展的廣闊空間，這些研究和發(fā)展都會(huì)對(duì)邊坡防護(hù)工程的推進(jìn)產(chǎn)生積極效果。

(5) 第四紀(jì)全新世冰后期以來的氣候氣溫冷暖震蕩起伏，我國有文字記載以來，也數(shù)次出現(xiàn)冷暖交替。歷史上看，曾多次出現(xiàn)氣溫比現(xiàn)在更高的情形。所以，自20世紀(jì)以來，全球氣候變暖，并有進(jìn)一步變暖的趨勢，那么未來數(shù)十上百年內(nèi)我國亞熱帶和暖溫帶北移或是趨勢，因此，采用散生竹類等植被作為混成性生態(tài)防護(hù)系統(tǒng)的實(shí)施和發(fā)展既有需求，也有前景。

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EXPLORATION AND PRACTICE OF A ECOLOGICAL-ENGINEERING HYBRID PROTECTION METHOD TO PREVENT AND CONTROL SLOPE’S ROCKFALL

LIU Si-chang1, CHEN Zi-yun1,2, XU Hua3

(1.Sichuan Communication Surveying & Design Institute，Chengdu 610017,China； 2.Chengdu University of Technology，Chengdu 610059,China； 3.Southwest Jiaotong University School of Civil Engineering，Chengdu 610031,China)

In this paper, I have reviewed what the effect and durability of the slope-slide's protection engineering structure worked on in China, such as whether space requirements were matched by a good way or not, and whether engineering structural stability and durability was carried out or not, and whether the maintaining and repairing was convenient or not, and so on. I summarize the development intrinsic demand in rockfall protection engineering, and then I would summarize an ecological-engineering hybrid protection method to prevent and control slope's rockfall on the basis of previous work, which would be combined and hybrid by the passive web and rockfall retaining wall with temporary measures, and monopodial bamboo for ecological protection with permanent measures. Furthermore, I have done a practice in the ecology protection above as a guiding ideology in this article. At last, I have studied the prospect and the development of the ecological-engineering hybrid protection method.

slope slide; a Ecological-Engineering Hybrid Protection Method; monopodial bamboo; slope ’s rockfall

崔德廣(1984- )，男，水文地質(zhì)工程師,主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)勘察工作。E-mail:cuideguang126@126.com

1006-4362(2017)01-0030-10

2016-08-21 改回日期： 2016-10-17

U417.1

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