城市开发建设中裸露坡面治理和生态恢复

2012-05-08李可张强尚薇

水利规划与设计 2012年5期

李可张强尚薇

（1. 深圳市广汇源水利勘测设计有限公司深圳 518020 2. 深圳市瀚润达生态环境技术有限公司深圳 518034）

我国是一个裸露坡面多的国家，超过国土面积50%的山地、丘陵、黄土高原存在大量裸露坡面，侵蚀相当严重。近年来国家基本建设速度加快，修公路、铁路，采石、开矿，建水库、电站、房地产开发等形成大量裸露坡面工程创伤，这大量新的裸露坡面是新的水土流失源，成为城市的伤疤。

深圳城市区域是典型的自然—社会—经济复合生态系统。人口密集、工商集中、物流频繁，对环境保护的要求更紧迫。城市的裸露山体缺口或各类工程创伤坡面，不仅造成水土流失，而且与城市景观极不协调，是城市生态文明建设的重要内容。

1 开发建设中形成的大量裸露坡面概况

1.1 废弃采石、采矿场形成的裸露坡面

废弃采石、采矿场多，矿山生态系统治理任务重。如深圳有石场660多个，广东有3000个。许多石场原来在郊区，现在在开发区或新中心区，迫切需要治理。

1.2 交通建设发展形成的裸露坡面

由于现代化建设和人流、物流的需要，城市交通道路建设近年来发展很快，在非平原地区的深圳道路边坡工程创伤十分严重。为落实国务院对深圳的发展要求，深圳市在“十一五”计划期间，要投入 1600亿元建设“一横八纵”的多条高速路、高等级公路，同时在修的还有厦深铁路、沿江高速和5条地铁等，形成了大量裸露坡面需要进行生态恢复（见图1）。

图1 深圳南光高速边坡

2 裸露边坡生态治理目标和技术特点

裸露坡面的危害不仅仅是其水土流失对城市给排水系统造成的泥沙危害，更重要的是危机城市居民的生命和财产的安全，同时还破坏了城市的生态、环境和影响城市景观，进而影响城市的综合竞争力。

2.1 目标和要求

（1）水土保持。达到国家要求，快速和持久复绿；

（2）景观效果。生态恢复和城市景观建设完美结合，建设生态社区，构建人与自然和谐的近自然生态景观，生态效益显著（吸收SO2、CO2、滞尘、吸污能力强）；

（3）边坡安全。与工程治理结合，消除安全隐患，防治地质灾害，实现边坡长期稳定；

2.2 边坡生态治理难点

边坡生态治理难点主要是生态限制因子多，生境恶劣；无土或土壤贫瘠；缺水、少肥,边坡保水能力差；水热安全性差,最高温度和最低温度相差大；植物难于生长，易于退化；不同于一般园林绿化（植物、绿化方法）。

2.3 裸露坡面生态治理要点

强调工程护坡与生物护坡结合，稳定边坡为基础，理顺水系、雨中水利用、节水微灌系统。快速和持久绿化结合，综合应用生物技术等低养护技术，研究边坡生态治理中安全技术以及边坡绿化景观化建设。

3 裸露坡面治理和生态恢复的几种技术

3.1 裸露坡面稳定技术

边坡稳定性评价应在充分查明工程地质条件的基础上，根据边坡岩土类型和结构，综合采用工程地质类比法和极限平衡计算法等方法进行。在进行边坡稳定性计算之前，应根据边坡水文地质、工程地质、岩体结构特征以及已经出现的变形破坏迹象，对边坡的可能破坏形式和边坡稳定性状态做出定性判断，确定边坡破坏的边界范围、地质模型，对边坡破坏趋势作出判断。根据边坡类型和可能的破坏形式，边坡稳定性计算方法，可按下列原则确定：

（1）土质边坡和较大规模的碎裂结构岩质边坡宜采用圆弧滑动法计算；

（2）对可能产生平面滑动的边坡宜采用平面滑动法进行计算；

对师范生来说，熟练的教育能力也是必不可少的。职业技术师范院校应通过对中等职业学校教师工作任务和职业能力的分析，开设职业教育课程设计与开发、现代教育技术及应用、职业学校班级管理案例分析、教师职业技能训练等课程，以培养师范生的职业教育课程设计开发能力、教学设计能力、教学实施能力、教学研究能力、运用现代教育技术能力以及职业认知、人际交往、沟通与合作、服务与班级管理等能力。

（3）对可能产生折线滑动的边坡宜采用折线滑动法进行计；

（4）对结构复杂的岩质边坡，可配合采用赤平极射投影法和实体比例投影法分析；

（5）当边坡破坏机制复杂时，宜结合数值分析法进行分析。

一般要求边坡防护应按照设计、施工与养护相结合的原则，深入调查研究，根据当地的气候环境、工程地质和材料等情况，因地制宜，就地取材，选用适当的工程类型或采取综合措施，以保证边坡稳固。裸露坡面稳定技术包括地质勘查→进行边坡稳定性评价→采取稳定措施。稳定措施包括预应力锚索、格构梁、混凝土格构、支护挡墙、柔性防护系统。

采用预应力锚杆(索)加固边坡，能提供足够的抗滑力，并能提高潜在滑移面上的抗剪强度，有效地阻止坡体滑移，这是被动支挡结构所不具备的力学特点。预应力锚杆(索)由锚头、杆体和锚固体组成。锚头位于锚索外露端，通过它实现对锚索施加预应力，杆体通过弹性变形特性施加预应力，锚固体位于锚索根部，把拉力由杆体传给地层。

格构加固技术是利用浆砌块石、现浇钢筋混凝土或预制预应力混凝土进行边坡坡面防护，并利用锚杆或锚索加以固定的一种边坡加固技术。格构的主要作用是将边坡坡体的剩余下滑力或土压力、岩石压力分配给格构结点处的锚杆或锚索，然后通过锚索传递给稳定地层，从而使边坡坡体在由锚杆或锚索提供的锚固力的作用下处于稳定状态。

格构技术一般与公路环境美化相结合，利用框格护坡，同时在框格之内种植花草可以达到极其美观的效果。这种技术山区高速公路中高陡边坡加固中被广泛采用，其护坡达到既美观又安全的良好效果（见图2）。

图2 格构梁

挡墙支护是一种能够抵抗土体侧压力，防止墙后土体坍塌的构筑物，现常用有限元法分析稳定性。有限元法适合范围比较大, 从理论上来讲,它可计算任何形式的挡土墙。作为挡土墙整体稳定性系数计算的新方法,有限元强度折减法可以作为极限平衡分析方法的一种逆过程,弹塑性有限元强度折减法可以应用到具体的各种类型挡土墙稳定性系数计算中（见图3）。

图3 挡墙支护

柔性防护系统是近年来以物理学原理开发的坡面防护系统，主要应用于较破碎的岩石坡面，对于防止碎石、滚石滑落效果较好。柔性防护特点如下（见图4）：

（1）柔性网对山体表面产生法向压力；

（2）柔性防护网整体承载力。

图4 柔性防护系统

3.2 裸露坡面植被恢复保障技术体系（种植方式设计）

裸露坡面生态恢复的植被固定和种植技术体系，是在不同性质边坡因地制宜地营造植物固定和生长条件的技术集成。包括点植式绿化（应用于高陡坡面的飘台种植槽种植、燕巢、鱼鳞坑等）、铺挂式绿化（植生毯、生态袋、土工格室、罩面网）、喷播式绿化（液压喷薄、客土喷播、喷混植生）等。

（1）点植式绿化。点植式绿化应用于高陡坡面的的飘台种植槽种植、燕巢、鱼鳞坑等，这里主要介绍高陡坡面的飘台种植槽种植。

飘台种植槽技术是专门针对高、陡岩石边坡快速生态修复的新型绿化技术。经过十多年来的研究、设计和工程实践，我们发现该技术是目前对坡度≥70°的中风化和微风化石质边坡较快速生态修复、水土保持和美化环境的最有效、最持久的生态防护措施之一（见图5）。

飘台种植槽基质配置设计采用生物技术，优选生物菌剂和固氮植物，采用生物技术在基质中固氮、解磷、解钾，实现氮磷钾大量营养元素的可持续供应，与保水技术和坡面节水微灌技术配合，在岩质边坡建立可持续性的植物生长环境保障系统。

图5 飘台种植槽结构示意图

（2）铺挂式绿化。铺挂式绿化应用于植生毯、生态袋、土工格室、罩面网等。生态袋即植生袋，生态袋护坡适用于有土的坡面，也可以敷设在山体滑坡后裸露的岩石表面。生态袋是在植生毯的基础上发展而来的一种产品。生态袋是采用专用机械设备,依据特定的生产工艺,把植物种子、肥料、保水剂等按一定的配比定植在可自然降解的无纺布或其他材料上,经过机器的滚压和针刺的复合定位工序,形成的一定规格的产品。一般规格为40cm×60cm,也可根据工程需要生产特定规格。适用于无土的公路、铁路边坡及山体裸露面（见图6）。

图6 生态袋边坡绿化

（3）喷播式绿化。喷播式绿化应用于液压喷播、客土喷播、喷混植生。喷混植生适用于坡面稳定的岩石边坡小于63°的坡面。这部分是本施工项目中的重点和难点之一。设计控制施工工序主要包括：1）人工清坡。清理边坡上的碎石杂物，特别是浮石、浮土，同时对边坡作简易修整。虽然边坡有些凹凸不平，只要边坡不影响挂网，可不进行修整。2）锚杆、挂网。人工清坡后挂镀锌铁丝网，由于坡面较陡，在坡面上铺挂铁丝网进行护坡，防止坡面坍塌，坡面越陡，对锚杆挂网的要求越高。3）喷混。分二层（次）喷射。第一次喷射厚度约8～10cm作为基质，以覆盖镀锌网为宜，第二次喷射用混有草种及灌木种子的混合基质材料，厚度约2～3cm。4）覆盖无纺布，以防雨水冲刷,待草种功能叶生长稳定后及时撤离无纺布。5）灌水养护（见图7）。

图7 喷混植生大样图

挂网挂植生袋喷混植生适用于坡面稳定的岩石边坡大于63°的坡面，这部分是本施工项目中的重点和难点之一。工艺与挂网喷播法施工原理一致，施工工序上多了一道挂植生袋的工法，人工清坡、挂镀锌铁丝网、锚杆固网后，在铁丝网内侧悬挂长条形植生袋，将装好种植基质及草种的植生袋用铁丝固定在镀锌网内侧，植生袋的口径约为80mm，长度约2000mm,悬挂间距约1000mm，然后再喷射有机基材及灌草种，由于坡面陡直，植生袋起到固定基质的作用，有效的防止坡面基质由于坡面陡直而下滑，最后覆盖无纺布，以防雨水冲刷。

3.3 植被类型设计

引种适宜的灌木和草本植物快速覆盖坡面，可以有效地降低坡面的地表径流，增加入渗，防止面蚀和细沟状侵蚀，达到保护水土的作用。植物的根系可以增加岩土体抗剪强度，增加斜坡稳定性。坡面植物群落的健康成长可以有效的改善坡面小气候，有利于其它物种的生长和培育，增加局部生态系统的生物多样性。

植被类型要以草为主，草灌结合；以灌木为主，灌草结合；以藤本为主，利用植物茎段喷播；以蕨类和地衣为主，利用植物袍子。植物配置要求选择耐旱、耐贫瘠、耐高温、耐晒、耐大温差的植物，例如灌木选择穿破石、大红花、夹竹桃、石山紫薇、石山火棘、勒杜鹃、银合欢、勒杜鹃、山毛豆、双夹槐、矮紫薇、马缨丹、野牡丹等；草本选择香根草、糖蜜草、类芦、狗牙根、波斯菊等，可用种子撒播。藤本选择爬墙虎、葛藤、霹荔、大翼豆、桂叶老鸭嘴等。