湿陷性黄土边坡生态恢复技术研究

程海涛

（山西省交通环境保护中心站（有限公司），山西太原 030032）

0 引言

我国的西北地区是湿陷性黄土的集中区域，受历史情况与建设资金等因素的影响，过去在公路黄土边坡的设计与施工过程中，对于边坡植被防护与生态恢复的要求较低。基础设施的修建改变了原有地形地貌及土壤结构，破坏了区域范围内原有的植被覆盖，导致次生裸地的增加与水土流失。同时随着公路廊道效应的发生，土地被分隔、生态破碎化程度增加，也对范围内的自然生态产生不利影响。因此提高黄土边坡坡面生态恢复水平，成为当前边坡设计、施工与治理的一大目标，需要积极采用新理念、新材料、新技术，科学地指导工程建设，改变以往落后的、单一的公路湿陷性黄土边坡处理措施，变保障型边坡为生态环保型边坡，提高边坡防护的水平。

1 黄土边坡坡面特点与防护要求

1.1 湿陷性黄土边坡的坡面特征

在公路的建设过程中，往往涉及大量的边坡工程，开挖边坡不可避免地对沿线生态产生不利影响，土壤结构变化、水土流失等现象，不仅会导致边坡的稳定性下降，也会对公路范围内的生态环境造成破坏，难以满足“绿色建筑”的要求。西北地区以湿陷性黄土为主，土壤结构较为疏松，地表植被密度较小，黄土遇水后工程性质急速下降，若发生暴雨天气，边坡极易出现冲刷滑塌。研究表明，当黄土地区的边坡坡度超过35°时，边坡的稳定入渗速率将下降为无边坡时的32%，侵蚀量相比无边坡时增大13 倍。公路的边坡经常超过该坡度，导致边坡极易发生水土流失。尤其对公路路堑边坡而言，由于是在挖方作业下形成，开挖破坏了原土壤与植被的平衡关系，抗侵蚀能力下降，立地条件进一步恶化，导致植被生态恢复的难度增加。同时侧向卸荷应力释放将导致黄土内部节理出现松弛、张开、裂隙发育现象，造成路堑边坡失稳。因此，提高边坡植被生态恢复的效果，兼顾工程建设稳定性与生态环保可持续性的要求，是西北地区湿陷性黄土边坡建设过程中应考虑的重要问题。

1.2 湿陷性黄土边坡植被护坡的选型要求

工程防护在黄土边坡生态恢复防护过程中仍然具有不可替代的作用。在保持工程防护稳定的前提下，为植被的立根和生长提供水土及肥养条件，植被的生长又能有效改善土壤结构，促进边坡土体稳定，形成工程防护与生态植被防护的正向促进效果。湿陷性黄土边坡的生态恢复，需要在保持边坡力学性质稳定的前提下，进行生态防护绿化，因此保持力学稳定和生态平衡是进行边坡生态防护选型的主要参考因素。同时考虑不同类型的生态植被边坡对覆土厚度、水养条件、后期维护的需求有所不同，根劈效应对边坡的影响也不同，边坡稳定效果、土壤改善效果、工程施工难易度和成本差异也较大，在进行边坡选型时应该尤为注意。

2 湿陷性黄土边坡生态恢复技术

2.1 直接种植植被护坡技术

2.1.1 铺草皮

铺草皮是边坡植被防护最常见的技术之一，将培育好的草坪运至现场后直接进行铺种，迅速绿化边坡（图1）。这种植被恢复技术具有草坪存活率高、成本低、施工简便、效率高等优点；缺点是对种植土的水分、养料有一定要求，水养条件不足将导致草坪迅速退化。铺草皮适用于各种土质边坡，对于陡边坡也较为适应。

图1 铺草皮护坡

2.1.2 液压喷播植草技术

喷播植草技术需要先将草籽、肥料、黏着剂等按照一定比例制备成混合物，喷射到边坡坡面，混合物中可以视边坡土情况掺入土壤改良剂（图2）。根据相关试验表明[1]，采用液压喷播植草技术后，坡面的覆盖率在3 个月就可以达到50%，冲刷剥落的可能性大大降低。但在喷播的第二年，草皮可能出现片状剥落情况，原因是边坡的坡度较大导致植被储水困难，土壤含水率不足直接导致草皮退化。因此喷播植草技术不适用于坡度较大的边坡，通常要求单级边坡的坡度应小于1∶1。液压喷播植草技术的适应性较好、灵活度高、施工简便迅速，对于大面积、缓边坡的绿化工程尤为适用。

图2 液压喷播植被防护技术

2.1.3 植物纤维防护技术

该技术的原理与液压喷播植草技术类似，是将草种、肥料与植物纤维、黄土进行拌合制成混合物，喷射到边坡上，视情况可以增加保水剂，常用的植物纤维主要是麦秸秆。采用植物纤维后，有利于在边坡表面形成一层纤维层，增强边坡的水土保持能力，避免冲刷破坏，同时有利于草种立根。该技术具有成本低、应用范围广、施工效率高等特点。

2.1.4 打穴钻孔栽植防护技术

打穴钻孔栽植技术是在边坡上挖孔后栽种植物的技术（图3），通常打孔的直径为5～10 cm，深度为10～15 cm，密度以每平米9～12 孔为宜，挖孔后将种子与肥料一同埋入孔洞中。为了增强孔洞的蓄水保水能力，孔洞与坡面的角度应接近90°。该技术适用于边坡比小于1∶0.75 的边坡，对于坡体土层为老黄土上部（Q22eol）或新黄土（Q3eol）的路堑边坡也可以适用，但应注意边坡高度不宜过高。采用该技术时，应当尽可能避免对坡面表层土扰动，否则带孔坡面极易在降水影响下发生局部塌陷或冲蚀破坏。

2.2 植被与工程防护结合的生态恢复技术

2.2.1 栽藤技术

栽藤技术常用在工程防护边坡的坡脚位置，通过藤蔓对坡脚进行绿化和遮挡，能够在一定程度提高边坡的植被覆盖率（图4）。藤蔓具有生长迅速的特点，在气候温和地区能够长时间起覆盖作用，但在气候恶劣的西部黄土地区，可能由于气候条件较差导致藤蔓植物出现季节性退化现象，边坡再次裸露，影响绿化效果。

图4 栽藤防护技术

2.2.2 厚层基材喷播植草护坡技术

该技术通过厚层基材为植被提供稳定的植生环境，有利于植物在坡面的生根（图5）。研究表明[2]，采用该方法在早期基层营养充足充分时，植被能够起到很好的水土保持和边坡防护效果，但随着表层土和基材内营养物质的消耗，植被会很快出现退化现象，边坡防护效果大大降低。因此该技术的应用重点在于及时补充厚层基材的养分，但这又增加了养护成本和难度。

图5 厚层基材防护技术

2.2.3 三维网植被防护技术

该技术是将土工材料防护与植物防护进行结合，对边坡进行加固（图6）。该方法的缺点与厚层基材植被防护技术相同，随着土工材料表面覆土养分的丧失，植被退化的现象非常明显。可以及时引入对养分、水分需求较少的植株，人为改变植被的演替，提高防护效果。

图6 三维网植草防护技术

2.2.4 框（骨）架植物护坡技术

框架护坡将浆砌块石、混凝土、砖石等砌筑成框架，在框架内覆土种植灌木或草本，也可喷播草种进行恢复。框架一般以嵌入坡面20～30 cm、宽度20～30 cm为宜（图7）。框架植物护坡的优势在于坡面适应力强，框架能够有效地保持水土，防护效果较为理想。缺点在于当坡度过大（超过1∶0.5）时，坡面土容易与框架脱离导致覆土的稳定性下降，影响植被的后期生长。因此采用该技术时，应当充分考虑边坡坡度、覆土类型、降水情况、框架形式等因素，确保植物的生长环境稳定。

图7 框架植被护坡技术

2.2.5 土工格室植被防护技术

该技术是将土工格室固定在坡面后，进行填土、布设防护网，最后在三维植被网上喷播草种（图8）。该技术适用于降水少的地区，对边坡坡度的适应能力强，当边坡较缓时采用平铺式，在边坡较陡时采用叠置式。缺点在于布设土工格、三维植被网的成本较高，不适合较大范围内使用。

图8 土工格室植被防护技术

2.2.6 植被型多孔混凝土护坡

对坡面进行表面处理后，铺筑一层多孔混凝土，在孔中添加草籽、肥料、保水剂等，植物从孔内长出，美化边坡。混凝土结构具备较好的抗冲刷能力，孔洞内能够较好地储存雨水，为植物生长提供稳定的条件。该技术的缺点在于孔洞内的养料消耗殆尽后，植被随即发生退化，混凝土裸露会影响边坡的视觉效果，而重新向孔内补充养分及草种需要耗费的人工成本较高。

2.3 改造坡面形态的植被护坡技术

2.3.1 宽台陡坡型植被防护技术

该技术适用于台阶性边坡，通过缩短坡长、增大单级边坡坡度、增加平台宽度等措施，为植物提供更好的立地条件，平台宽度可以达到2.5～3 m，能够种植乔木或灌木，对边坡的美化效果明显（图9）。斜坡处可以采用其他方法，通过草本植物进行绿化处理。因此形成了自上而下整体的边坡生态防护，植被类型丰富、成活率高、防护效果好。

图9 宽台陡坡型植被防护技术

2.3.2 多级小平台植被防护技术

该技术是对宽台陡坡型植被防护进行改良，将单级坡面改为多级小平台坡面，单级边坡的坡度更陡、平台数量与植物立地面积更大（图10）。该技术下单级边坡的坡度接近1∶0.1，单级坡高2 m，各个小平台的宽度为1～1.5 m，为植被生长提供了更大空间。通过在平台上种植乔木、灌木林，利用植物根系保持水土条件稳定，树木枝叶降低雨水的冲刷破坏，因此该方法对于边坡稳定性防护的效果较好，且视觉体验较好。缺点是将坡面改造为多级小平台，对施工的工艺和质量提出了较高要求，工程量较大且施工较复杂，不利于工期和成本的控制，因此不适合大面积使用。

图10 多级小平台植被防护技术

3 黄土地区路堑边坡植被护坡技术探讨

根据上述黄土边坡生态恢复技术的分析不难发现，尚没有一种边坡植被护坡技术能够完全应用于所有黄土地区。因此需要根据不同地区、不同路段的特点，进一步探讨植被护坡技术的选择和应用。结合相关理论和工程实践效果，本文认为应当从边坡坡型、植被搭配两方面出发，提高植被护坡在黄土地区边坡工程中的应用效果。

3.1 黄土地区生态防护边坡坡型选择

从目前国内工程实践来看，无论是直线型黄土路堑边坡还是台阶型黄土路堑边坡，单级坡比都大于1∶0.75，否则坡面的植被难以达到长期防护作用，即便在前期使用过程中的绿化和防护效果满足，后期由于坡比过大，坡面养分消耗，极易出现植被退化、死亡的现象。大部分植被护坡采用单一草本植物，其根系难以深入坡面土层，不能长期稳定地固定在边坡上。因此在黄土地区植被护坡类型的选择上，应当从当前的地质稳定性考量，向生态稳定性方向考虑，确保边坡工程稳定性的同时，还应当为植被在坡面上的长期稳定扎根、生长提供条件。

3.2 植被选择

调研发现国内大部分黄土路堑边坡防护或在坡面种植草本植物，或在平台上种植乔灌木，但常常采用单一植被，坡面的斜坡及平台边缘容易受到冲刷破坏。结合黄土路堑边坡的土质条件来看，边坡植被需要耐旱、耐贫瘠的植物，为了提高植被护坡效果，避免不利条件下导致某类植被整体消亡，植被选择上建议采用乔、灌、草、藤结合。在坡面的斜坡上种植草本植物，通过其根系对边坡浅层土进行稳固，同时种植柠条、紫穗槐等耐贫瘠灌木或小型乔木，实现草、灌、乔结合的立体植被防护，通过灌木、乔木能够有效减缓水动力，避免草本植物受到剧烈冲刷而损失，提升植被边坡的防护效果。

4 结论

本文研究了西北地区常用的3 种湿陷性黄土边坡生态恢复技术类型：坡面直接种植技术、工程与植被结合防护技术、改造坡面形态的植被护坡技术，对3 种护坡类型下的具体生态恢复技术进行了分析，介绍了各种黄土边坡生态技术的概念、特点，对其适用性进行了分析。结果表明，目前并没有一种植被护坡技术能够完全适用各类黄土地区。本文认为，植被护坡技术的应用，需要分析不同地区、不同路段的特点后，着重考虑边坡坡型、植被搭配两大因素。在边坡选型时，需要同时保证边坡选型的工程稳定性及生态稳定性，为植被生长提供稳定的条件。在植被选型时，可以采用乔、灌、草、藤结合，利用草木、藤木稳固边坡浅层土，延缓地表径流，利用灌木、乔木减缓水动力，避免草木受到剧烈冲刷。希望相关研究能够为黄土地区的边坡防护设计与施工提供借鉴。