城市開發建設中裸露坡面治理和生態恢復

李 可 張 強 尚 薇

（1. 深圳市廣匯源水利勘測設計有限公司 深圳 518020 2. 深圳市瀚潤達生態環境技術有限公司 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速度加快，修公路、鐵路，采石、開礦，建水庫、電站、房地產開發等形成大量裸露坡面工程創傷，這大量新的裸露坡面是新的水土流失源，成為城市的傷疤。

深圳城市區域是典型的自然—社會—經濟復合生態系統。人口密集、工商集中、物流頻繁，對環境保護的要求更緊迫。城市的裸露山體缺口或各類工程創傷坡面，不僅造成水土流失，而且與城市景觀極不協調，是城市生態文明建設的重要內容。

1 開發建設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，礦山生態系統治理任務重。如深圳有石場660多個，廣東有3000個。許多石場原來在郊區，現在在開發區或新中心區，迫切需要治理。

1.2 交通建設發展形成的裸露坡面

由于現代化建設和人流、物流的需要，城市交通道路建設近年來發展很快，在非平原地區的深圳道路邊坡工程創傷十分嚴重。為落實國務院對深圳的發展要求，深圳市在“十一五”計劃期間，要投入 1600億元建設“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恢復（見圖1）。

圖1 深圳南光高速邊坡

2 裸露邊坡生態治理目標和技術特點

裸露坡面的危害不僅僅是其水土流失對城市給排水系統造成的泥沙危害，更重要的是危機城市居民的生命和財產的安全，同時還破壞了城市的生態、環境和影響城市景觀，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，快速和持久復綠；

（2）景觀效果。生態恢復和城市景觀建設完美結合，建設生態社區，構建人與自然和諧的近自然生態景觀，生態效益顯著（吸收SO2、CO2、滯塵、吸污能力強）；

（3）邊坡安全。與工程治理結合，消除安全隱患，防治地質災害，實現邊坡長期穩定；

2.2 邊坡生態治理難點

邊坡生態治理難點主要是生態限制因子多，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 裸露坡面生態治理要點

強調工程護坡與生物護坡結合，穩定邊坡為基礎，理順水系、雨中水利用、節水微灌系統。快速和持久綠化結合，綜合應用生物技術等低養護技術，研究邊坡生態治理中安全技術以及邊坡綠化景觀化建設。

3 裸露坡面治理和生態恢復的幾種技術

3.1 裸露坡面穩定技術

邊坡穩定性評價應在充分查明工程地質條件的基礎上，根據邊坡巖土類型和結構，綜合采用工程地質類比法和極限平衡計算法等方法進行。在進行邊坡穩定性計算之前，應根據邊坡水文地質、工程地質、巖體結構特征以及已經出現的變形破壞跡象，對邊坡的可能破壞形式和邊坡穩定性狀態做出定性判斷，確定邊坡破壞的邊界范圍、地質模型，對邊坡破壞趨勢作出判斷。根據邊坡類型和可能的破壞形式，邊坡穩定性計算方法，可按下列原則確定：

（1）土質邊坡和較大規模的碎裂結構巖質邊坡宜采用圓弧滑動法計算；

（2）對可能產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。職業技術師范院校應通過對中等職業學校教師工作任務和職業能力的分析，開設職業教育課程設計與開發、現代教育技術及應用、職業學校班級管理案例分析、教師職業技能訓練等課程，以培養師范生的職業教育課程設計開發能力、教學設計能力、教學實施能力、教學研究能力、運用現代教育技術能力以及職業認知、人際交往、溝通與合作、服務與班級管理等能力。

（3） 對可能產生折線滑動的邊坡宜采用折線滑動法進行計；

（4） 對結構復雜的巖質邊坡，可配合采用赤平極射投影法和實體比例投影法分析；

（5）當邊坡破壞機制復雜時，宜結合數值分析法進行分析。

一般要求邊坡防護應按照設計、施工與養護相結合的原則，深入調查研究，根據當地的氣候環境、工程地質和材料等情況，因地制宜，就地取材，選用適當的工程類型或采取綜合措施，以保證邊坡穩固。裸露坡面穩定技術包括地質勘查→進行邊坡穩定性評價→采取穩定措施。穩定措施包括預應力錨索、格構梁、混凝土格構、支護擋墻、柔性防護系統。

采用預應力錨桿(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，這是被動支擋結構所不具備的力學特點。預應力錨桿(索)由錨頭、桿體和錨固體組成。錨頭位于錨索外露端，通過它實現對錨索施加預應力，桿體通過彈性變形特性施加預應力，錨固體位于錨索根部，把拉力由桿體傳給地層。

格構加固技術是利用漿砌塊石、現澆鋼筋混凝土或預制預應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。格構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結點處的錨桿或錨索，然后通過錨索傳遞給穩定地層，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定狀態。

格構技術一般與公路環境美化相結合，利用框格護坡，同時在框格之內種植花草可以達到極其美觀的效果。這種技術山區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 格構梁

擋墻支護是一種能夠抵抗土體側壓力，防止墻后土體坍塌的構筑物，現常用有限元法分析穩定性。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。作為擋土墻整體穩定性系數計算的新方法,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用到具體的各種類型擋土墻穩定性系數計算中（見圖3）。

圖3 擋墻支護

柔性防護系統是近年來以物理學原理開發的坡面防護系統，主要應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）柔性網對山體表面產生法向壓力；

（2）柔性防護網整體承載力。

圖4 柔性防護系統

3.2 裸露坡面植被恢復保障技術體系（種植方式設計）

裸露坡面生態恢復的植被固定和種植技術體系，是在不同性質邊坡因地制宜地營造植物固定和生長條件的技術集成。包括點植式綠化（應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、生態袋、土工格室、罩面網）、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。

飄臺種植槽技術是專門針對高、陡巖石邊坡快速生態修復的新型綠化技術。經過十多年來的研究、設計和工程實踐，我們發現該技術是目前對坡度≥70°的中風化和微風化石質邊坡較快速生態修復、水土保持和美化環境的最有效、最持久的生態防護措施之一（見圖5）。

飄臺種植槽基質配置設計采用生物技術，優選生物菌劑和固氮植物，采用生物技術在基質中固氮、解磷、解鉀，實現氮磷鉀大量營養元素的可持續供應，與保水技術和坡面節水微灌技術配合，在巖質邊坡建立可持續性的植物生長環境保障系統。

圖5 飄臺種植槽結構示意圖

（2）鋪掛式綠化。鋪掛式綠化應用于植生毯、生態袋、土工格室、罩面網等。生態袋即植生袋，生態袋護坡適用于有土的坡面，也可以敷設在山體滑坡后裸露的巖石表面。生態袋是在植生毯的基礎上發展而來的一種產品。生態袋是采用專用機械設備,依據特定的生產工藝,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,經過機器的滾壓和針刺的復合定位工序,形成的一定規格的產品。一般規格為40cm×60cm,也可根據工程需要生產特定規格。適用于無土的公路、鐵路邊坡及山體裸露面（見圖6）。

圖6 生態袋邊坡綠化

（3）噴播式綠化。噴播式綠化應用于液壓噴播、客土噴播、噴混植生。噴混植生適用于坡面穩定的巖石邊坡小于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，可不進行修整。2）錨桿、掛網。人工清坡后掛鍍鋅鐵絲網，由于坡面較陡，在坡面上鋪掛鐵絲網進行護坡，防止坡面坍塌，坡面越陡，對錨桿掛網的要求越高。3）噴混。分二層（次）噴射。第一次噴射厚度約8～10cm作為基質，以覆蓋鍍鋅網為宜，第二次噴射用混有草種及灌木種子的混合基質材料，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定后及時撤離無紡布。5）灌水養護（見圖7）。

圖7 噴混植生大樣圖

掛網掛植生袋噴混植生適用于坡面穩定的巖石邊坡大于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、錨桿固網后，在鐵絲網內側懸掛長條形植生袋，將裝好種植基質及草種的植生袋用鐵絲固定在鍍鋅網內側，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的作用，有效的防止坡面基質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，增加局部生態系統的生物多樣性。

植被類型要以草為主，草灌結合；以灌木為主，灌草結合；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、節水技術應用

優選生物菌劑和固氮植物，采用生物技術在基質中固氮、解磷、解鉀，實現氮磷鉀大量營養元素的可持續供應，與保水技術和坡面節水微灌技術配合，在巖質邊坡建立可持續性的植物生長環境保障系統（見圖8）。

圖8 給水、施肥系統示意圖

4 結語

通過幾種對城市開發建設中的裸露坡面生態環境恢復與重建的措施的論述，使邊坡和跡地成為城市建設中可開發的資源，采用創新的交叉科學技術把裸露邊坡這一城市傷疤變為山清水秀的生態家園，改善城市生態景觀，不僅是水土保持工作的需要，也是城市生態、環境建設的迫切需求，為提升城市綜合競爭力發揮重要作用。

1 陳祖煜.土質邊坡穩定分析(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．裸露山體生態整治的技術與行政措施[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∶東北大學出版社,2008.

4 吳長文，張夢濤等．裸露山體缺口生態治理．北京∶科學出版社，2007.