砂砾土公路边坡生态景观恢复技术探讨

作者简介：李挺（1971—），男，广西临桂人,硕士,工程师,主要从事园林景观设计与施工工作。中图分类号：TU986文献标识码：A文章编号：16749944(2014)05002704

1引言

雒洛高速公路位于广西柳州市柳北区,是国家规划的“五纵七横”国道主干线和西南出海大通道的重要组成部分,对广西乃至西南省区经济发展具有重要意义。据调查,雒洛高速公路运行7年来,S1-S2路段的砂砾土护坡安全稳固,无一滑坡现象发生,且草木葱茏,景观优美。取得这样的成效与当年所采取的科学合理的工程技术措施息息相关。

S1-S2路段23.1km(雒洛高速全长46.8km)。受中亚热带季风气候影响,路段区域四季雨多雾浓,春季尤烈;年平均气温为19.8℃,冬天最底气温-3~4℃(12月份到次年2月份),最高气温39.4℃(7月份)。全年霜期约10~30d,有短期霜冻,年均降水量在1023~1220mm之间,属中等雨量区。该处岩石种类有砾岩、石灰岩、砂岩、粘土岩页岩、炭质泥岩等,其中以砾岩、砂岩为主,约占84.2%。

2砂砾土的成因及特点

该路段砂砾土由经完全风化和半风化的砂岩、砾岩、粘土岩组成,且半风化砂砾含量高达90%。从外表来看,砂砾表面光滑,无破损裂纹,基本上呈椭球型,也有部分呈长扁型,直径在2~5cm之间,表观密度较大,孔隙率及含水量较小,具有较高的抗压性。又由于表面呈弧形,砂砾石间接触面小,相互的支撑力弱,所构成的坡体易向下滑［1］。因持水率低、土层薄,造成土壤肥力较低。

3路段区域植被状况

3.1边坡施工前的植被状况

路段区域海拔在180~330m之间,全年光照充足,雨量偏少,气温适中,岩石风化度低。加上砂砾层厚且近垂直地形较多,造成水土流失较大,土层只有5~10cm,土壤有机质积累少,植被类型及品种单一且生长颓弱。主要乔木有潺槁树(Litseaglutinosa(Lour.)C.B.Rob)、香樟(Cinnamomumcamphora(L.)Presl)、马尾松(PinusmassonianaLamb)、天竺桂(Cinnamomum pedunculatum)、杨梅(Myrica rubra (Lour.)Zucc.)、枫香(Liquidambar formosana Hance)、构树(Broussonetia papyrifera (Linn.) L'Hér.ex Vent.)、菜豆树(Radermachera Sinica)等,而灌木以桃金娘(Rhodomyrtus tomentosa)、枸骨(Ilex cornuta Lindl.et Paxt.)、野牡丹(Melastomataceae)、三叉苦(Evodia lepta (Spreng.) Merr.)、毛杜鹃(Rhododendron pulchrum)、火棘(Pyracantha fortuneana (Maxim.) Li)、臭牡丹(Clerodendrum bungei Sterd.)为主等,地被类主要有芒萁(Adiantumcapillus-veneris)、肾蕨(Nephrolepiscordifolia(L.)Presl)、薜荔(FicuspumilaLinn)山冷水花(Pileacadierei)、麦冬(O.japonicus(L.f.)Ker-Gawl)等,隶属 15个科、22个属、50多个种。

3.2边坡施工后及植被状况

由于路基的开挖和边坡的修建,路段土壤变得更加复杂,以砂砾为主导的路基及边坡结构成为路段土壤的典型特征,又由于大多坡体高陡,造成坡面冲蚀、表土缺失,养分稀少等现状。据统计,高20m以上的不稳定道路边坡就有9处,原生植被严重破坏达14处。而边坡上的植被因受施工造成的无土、缺水、缺肥等影响,总体呈现松动、枯黄、死株等现象,而生命力较强的狗牙根(Cynodondactylon(Linn.)Pers.)、铁线草(Adiantaceae)、白茅草(Imperata cylindrica (Linn.) Beauv.)等地被也长势欠佳。

4边坡生态恢复的目标

由于路段经过的丘陵大多体量高大,土石方开挖和堆积使得道路出现大面积的裸露边坡,对原有生态系统造成极大的破坏,也造成了生态系统的不平衡性和不连续性以及不可逆转性［2］。生态恢复的目的就是在贫瘠的砂砾土上尽快恢复植被景观及其生态系统功能。在保留和养护好受损植被的前提下,根据路段处于中亚热带的气候特点和土壤性质,结合参照园林自然式布局以及多重层次和结构的配置手法,运用乔、灌、草混合种植,使其形成“自我恢复,自我维护、自我更新”的生态景观格局。在绿化建设中还应注意体现植物的地域性和多样性及其结构的原生性,体现桂中地区的自然独特风貌。在提高植被覆盖率的同时,力争对防止表层水土流失起到主导作用［3］。

5工程技术措施

5.1改造坡度

路段边坡平均高度在10~15m,属于一级高边坡工程,而砂砾土构成的边坡很难形成安息角,因此必须采取防护措施才能防止砂砾滑坡和水土流失,保证山体稳定。通过与公路施工管理部门沟通,指导施工机械先将坡体按1∶1.5~1∶1.8的坡度比将边坡进行修整,使之形成坡长土缓的稳固坡体(图1)。

图1钻孔锚固断面图

5.2砌筑坡基

边坡地基是形成永久性稳固坡体的“基石”。结合坡底砌筑高50cm、内宽为60cm的排水沟,以20~30cm毛石浆砌宽为45cm的横向拦墙,并使之适当高出坡面40cm,增强抗力,从而形成阻止砂砾滑坡的有“拦坝”(图1、图2)。

图2支挡平面图

5.3构筑支挡

在坡面上,通过测设放样,挖出深30cm、宽为20cm斜向沟槽,把整个坡面分划为6m×6m的棱形槽网;在槽内安装￠12圆钢和模板,浇筑C15细石混凝土,形成相互支撑的支挡框架结构,旨在分解砂砾土的下冲合力,为整个坡体的稳定创造有利条件(图2)。

5.4钻孔锚固

由于砂砾含量大,且在一些坡体内层还隐藏有未经风化但又容易松动的砾岩石,因此,分别在棱形支挡四角进行风钻钻孔,孔口直径30~40mm,孔深100cm,用￠16、长度110cm的螺纹钢筋作锚杆,插入锚孔内,并使钢筋露出孔口10cm,然后用C10砼灌注穴孔,固牢锚杆,以达到稳固坡体内层岩石的目的。同时对凹进或凸出的坡面和碎石、片石、淤泥杂物进行清理平整,以备挂设铁丝网之用(图1)。

5.5铺设三维网

采用高分子材料聚乙烯并由多层塑料凹凸网和高强度平面网粘结而成的立体结构三维网［4］。通过为植物种子创造安全环境,促使其发芽生叶,根系深入基层,起到加固边坡、防止坍塌的作用。根据路段砂砾含量多、泥土少、易松动的特点,在坡面上加入粘性细黄土,并用夯实机进行整体镇压,增加石土的密实度和粘结度,增强了与底层土壤毛细管的连接,对保持水分起到明显的效果。采用的EM4型三维网由基础层和网包层组成,拉断力≥2.0kN/m,厚度≥14mm,单位面积质量≥350g/m2,以增加与坡面的贴伏性［5］。先根据砼支挡6m×6m的规格,将三维网作适当改装,沿坡面顺势铺下,嵌入支挡范围内,做到紧贴坡面且保持整平,防止“空鼓”出现,然后用U形钉以50cm间距将网体固定下来(图3)。

图3三维网铺设平面图

5.6增施底肥

由于砂砾土层薄肥低,保水性差,不利于植物发芽和生长,因此,改变常规的一次性覆土做法,先在三维网内施放10cm厚的底肥,以保证后期植物正常生长需要。底肥主要由菜园土、碎塘泥、3~5cm稻草组成,并混合加入比例为15∶8∶7的氮、磷、钾三种肥料,施肥量按100g/m2左右施用。

5.7喷射覆土

底肥施足后,进行第二次喷射覆土。覆土主要由粘性黄壤、有机营养土、保水剂、粘合剂及木纤维等组成,俗称基质材料［6］。基质材料先用搅拌机混合,并加入一定水分,稠度控制在20%左右,然后通过高压机喷射到坡面三维网上,厚度保持在3~4cm,然后以三维网深度的70%进行覆盖。

5.8安装铁丝网

为防止自然风雨和人为及畜禽破坏,保证植物有一个较长的生长期并形成固土效果,同时也为喷射的覆土创造一个相对稳定的条件,采用8号铁丝编扎成10cm×10cm方格铁丝网进行覆盖维护。先将铁丝网沿坡面顺势铺下,整平,后将网眼挂入锚杆,并通过使用焊接机将其焊接在锚杆上。

5.9喷播植物种子

基质材料沉降稳定后,根据边坡植物种植设计图,结合植物的生态特点,选择不同的植物种子进行高压喷播。先将营养土打细,然后将粘合剂、肥料、保水剂、木纤维、种籽等均匀混合,通过喷播机均匀地喷播在三维网基质上。选择的植物品种主要从耐瘠性、耐酸性、耐旱性和固土性等方面考虑,如百慕达(Cynodon dactylon)、白喜草(Paspalum natatu)、画眉草(Eragrostis curvula (Schrad.) Nees)、柱花草(StylosanthesguianensiasSW.)、高羊茅(Festuca elata Keng ex E.Alexeev)草类等,胡枝子(Lespedeza bicolor Turcz)、黄栀子(Gardenia jasminoides Ellis)、火棘、马甲子(Paliurus ramosissimus (Lour.) Poir)、桃金娘、红继木(Lorpetalum chinense var.rubrum)、夹竹桃(NeriumindicumMill)灌木类等。在总体上还要使冷、暖季型草结合,常绿与色叶树种配置,并分区喷播,形成层林尽染、生机盎然的效果。

5.10覆盖无纺布

喷播完植物种子后,加盖一层可降解成肥的无纺布,以利保温、保湿,促进种子的发芽生长。无纺布覆盖时用U形骑马钉固定,不留接缝,待种籽长出真叶后适当用小剪破布,利于小苗突破盖布接受阳光雨露正常生长(图4)。

图4三维网生态护坡断面图

2014年5月绿色科技第5期5.11工程养护

护坡工程养护分两方面工作,一是维护坡基础、坡面三维网及坡顶,特别在大风和雨季,着力检查坡面排水和三维网保土保种情况以及坡基、坡顶的稳固性,发现问题及时采取相应的技术处理。如处理雨水冲刷后的断裂坡基,首先以断裂线为中心,左右各打破20cm至基部,然后植入长50cm的PVC排水管,再以浆石恢复基墙,增加排水量,从而减少下滑冲力。二是在喷播完成后,前期1~2个月内以喷灌水分为主,保持土壤湿润,避免高压射流水冲击坡面形成径流。中期靠自然雨水养护,晴天每月喷水2~3次;为满足植物氮、磷、钾等营养需求,维持植物正常生长,在苗高8~10cm时实施追肥,追肥分春肥(3~4月)和冬肥(10~11月)两次。另外,还要是实施叶面施肥,用0.1%的磷酸二氢钾或0.3%尿素液喷施,加快叶色转绿;出苗后随时观察病虫为害情况,用59%多菌灵可湿性粉剂1000倍液、基托布津800~1000倍液、敌百虫800倍液等高效低毒农药进行防治。同时还要及时清除杂草,播种前使用草甘膦和卡可基酸处理土壤,并用地散灵、恶灵草、环已隆等抑制杂草种子发芽;采用人工的办法拔出生长较高的杂草。

6护坡工程实施的效果

6.1有效防止滑坡

S1-S2路段边坡与其他边坡工程相比具有较大的滑动性,由于坡基采用了附带排孔的浆砌拦墙,坡面浇筑了分散下冲合力的网状支挡,并在网内使用机械强力夯压,使整个坡体构成了一个完整的抗滑构件,消除了对公路安全的威胁。植物生长过程中,禾草植物和小灌木在地下深处有明显的土壤加固作用,而浅根性草类和灌木类的根系在土中盘根错节,边坡土体成为土与草根的复合材料,使土体强度提高,同时,植物通过吸收和蒸腾坡体内的水分,降低土体的孔隙水压力,提高土体的抗剪能力,维护边坡体的稳定。

6.2有效恢复生态

护坡工程打破传统单一的技术方法,使砂砾边坡更加牢固,植被景观恢复效果更加显著。一是采用了抗拉性、伏贴性、保护性较高的三维网作为植物种的“摇篮”,对植物种具有良好的固定作用,且减少雨水冲蚀,增加了边坡表层的抗冲能力;二是增施底肥和基质材料,为植物的后续生长提供充足的营养保证并通过液压喷播植物种子,使种子和肥料等充分搅拌在一起,种子和幼苗能充分和有效地吸收养分和水分。因此,种子萌发和幼苗生长迅速,成坪速度快,郁闭度高,使受破坏的路段植被得以较快恢复。

6.3有效改善环境

由于采取了综合的生态防护措施,广栽乔灌、花草,加强水土流失防治以及植被恢复再造,因此,路段区域内当地生态系统破坏大为减小。边坡植物的生长为各种小动物、微生物的生存、繁殖提供了有利的环境,也为恢复原有的完整生物链创造了条件。据调查,S1-S2路段边坡生态防护工程不仅能吸收刺耳的车流声,降低了噪音,而且还多方位地反射太阳光线及车辆光线,减轻和消除驾驶者的疲劳,保证了行车安全。

7结语

从雒洛高速公路S1-S2边坡生态景观恢复建设实践以及建设效果中得出以下结论。

(1)施工前要开展详细调查,综合研究边坡的不稳定因素,制定有效的稳坡治理方案。

(2)传统的工程加固措施和单纯的三维网铺设在早期能减轻坡面的下滑力和侵蚀力,植物长势也呈现良好,但随着时间推移,效果会越来越差。因此,采取多项加固措施方可取得显著的效果。

(3)注意分析边坡土壤的成因及其母岩成分,根据不同的土壤类型,采取相应的生态恢复技术手段。在植物品种选择方面,要重视植物的适应性和固土效果。

参考文献：

［1］ 李家君.三维网植被护坡技术在广巴高速公路的运用和改良［J］.西昌学院学报,2012(23):55~56.

［2］ 李连胜,黄玉忠.三维土工网垫喷播植草护坡技术应用分析［J］.中国水土保持,2004(8):39~40.

［3］ 代廷勋,邓奕.通过近自然人工绿化恢复高原生态环境［J］.中国园林,2005(6):32~33.

［4］ 张颖.三维植被网技术的应用分析［J］.工程科技,2013(5):178.

［5］ 顾晶.三维植被网喷播植草技术在高速公路边坡上的应用［J］.生态环境,2003(12~2):155~156.

［6］ 刘晓路,高强,肖衡林.基于三维土工网垫的植草护坡技术研究［J］.