濕陷性黃土邊坡生態(tài)恢復(fù)技術(shù)研究

程海濤

（山西省交通環(huán)境保護(hù)中心站（有限公司），山西太原 030032）

0 引言

我國的西北地區(qū)是濕陷性黃土的集中區(qū)域，受歷史情況與建設(shè)資金等因素的影響，過去在公路黃土邊坡的設(shè)計與施工過程中，對于邊坡植被防護(hù)與生態(tài)恢復(fù)的要求較低。基礎(chǔ)設(shè)施的修建改變了原有地形地貌及土壤結(jié)構(gòu)，破壞了區(qū)域范圍內(nèi)原有的植被覆蓋，導(dǎo)致次生裸地的增加與水土流失。同時隨著公路廊道效應(yīng)的發(fā)生，土地被分隔、生態(tài)破碎化程度增加，也對范圍內(nèi)的自然生態(tài)產(chǎn)生不利影響。因此提高黃土邊坡坡面生態(tài)恢復(fù)水平，成為當(dāng)前邊坡設(shè)計、施工與治理的一大目標(biāo)，需要積極采用新理念、新材料、新技術(shù)，科學(xué)地指導(dǎo)工程建設(shè)，改變以往落后的、單一的公路濕陷性黃土邊坡處理措施，變保障型邊坡為生態(tài)環(huán)保型邊坡，提高邊坡防護(hù)的水平。

1 黃土邊坡坡面特點(diǎn)與防護(hù)要求

1.1 濕陷性黃土邊坡的坡面特征

在公路的建設(shè)過程中，往往涉及大量的邊坡工程，開挖邊坡不可避免地對沿線生態(tài)產(chǎn)生不利影響，土壤結(jié)構(gòu)變化、水土流失等現(xiàn)象，不僅會導(dǎo)致邊坡的穩(wěn)定性下降，也會對公路范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境造成破壞，難以滿足“綠色建筑”的要求。西北地區(qū)以濕陷性黃土為主，土壤結(jié)構(gòu)較為疏松，地表植被密度較小，黃土遇水后工程性質(zhì)急速下降，若發(fā)生暴雨天氣，邊坡極易出現(xiàn)沖刷滑塌。研究表明，當(dāng)黃土地區(qū)的邊坡坡度超過35°時，邊坡的穩(wěn)定入滲速率將下降為無邊坡時的32%，侵蝕量相比無邊坡時增大13 倍。公路的邊坡經(jīng)常超過該坡度，導(dǎo)致邊坡極易發(fā)生水土流失。尤其對公路路塹邊坡而言，由于是在挖方作業(yè)下形成，開挖破壞了原土壤與植被的平衡關(guān)系，抗侵蝕能力下降，立地條件進(jìn)一步惡化，導(dǎo)致植被生態(tài)恢復(fù)的難度增加。同時側(cè)向卸荷應(yīng)力釋放將導(dǎo)致黃土內(nèi)部節(jié)理出現(xiàn)松弛、張開、裂隙發(fā)育現(xiàn)象，造成路塹邊坡失穩(wěn)。因此，提高邊坡植被生態(tài)恢復(fù)的效果，兼顧工程建設(shè)穩(wěn)定性與生態(tài)環(huán)保可持續(xù)性的要求，是西北地區(qū)濕陷性黃土邊坡建設(shè)過程中應(yīng)考慮的重要問題。

1.2 濕陷性黃土邊坡植被護(hù)坡的選型要求

工程防護(hù)在黃土邊坡生態(tài)恢復(fù)防護(hù)過程中仍然具有不可替代的作用。在保持工程防護(hù)穩(wěn)定的前提下，為植被的立根和生長提供水土及肥養(yǎng)條件，植被的生長又能有效改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)邊坡土體穩(wěn)定，形成工程防護(hù)與生態(tài)植被防護(hù)的正向促進(jìn)效果。濕陷性黃土邊坡的生態(tài)恢復(fù)，需要在保持邊坡力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的前提下，進(jìn)行生態(tài)防護(hù)綠化，因此保持力學(xué)穩(wěn)定和生態(tài)平衡是進(jìn)行邊坡生態(tài)防護(hù)選型的主要參考因素。同時考慮不同類型的生態(tài)植被邊坡對覆土厚度、水養(yǎng)條件、后期維護(hù)的需求有所不同，根劈效應(yīng)對邊坡的影響也不同，邊坡穩(wěn)定效果、土壤改善效果、工程施工難易度和成本差異也較大，在進(jìn)行邊坡選型時應(yīng)該尤為注意。

2 濕陷性黃土邊坡生態(tài)恢復(fù)技術(shù)

2.1 直接種植植被護(hù)坡技術(shù)

2.1.1 鋪草皮

鋪草皮是邊坡植被防護(hù)最常見的技術(shù)之一，將培育好的草坪運(yùn)至現(xiàn)場后直接進(jìn)行鋪種，迅速綠化邊坡（圖1）。這種植被恢復(fù)技術(shù)具有草坪存活率高、成本低、施工簡便、效率高等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是對種植土的水分、養(yǎng)料有一定要求，水養(yǎng)條件不足將導(dǎo)致草坪迅速退化。鋪草皮適用于各種土質(zhì)邊坡，對于陡邊坡也較為適應(yīng)。

圖1 鋪草皮護(hù)坡

2.1.2 液壓噴播植草技術(shù)

噴播植草技術(shù)需要先將草籽、肥料、黏著劑等按照一定比例制備成混合物，噴射到邊坡坡面，混合物中可以視邊坡土情況摻入土壤改良劑（圖2）。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)表明[1]，采用液壓噴播植草技術(shù)后，坡面的覆蓋率在3 個月就可以達(dá)到50%，沖刷剝落的可能性大大降低。但在噴播的第二年，草皮可能出現(xiàn)片狀剝落情況，原因是邊坡的坡度較大導(dǎo)致植被儲水困難，土壤含水率不足直接導(dǎo)致草皮退化。因此噴播植草技術(shù)不適用于坡度較大的邊坡，通常要求單級邊坡的坡度應(yīng)小于1∶1。液壓噴播植草技術(shù)的適應(yīng)性較好、靈活度高、施工簡便迅速，對于大面積、緩邊坡的綠化工程尤為適用。

圖2 液壓噴播植被防護(hù)技術(shù)

2.1.3 植物纖維防護(hù)技術(shù)

該技術(shù)的原理與液壓噴播植草技術(shù)類似，是將草種、肥料與植物纖維、黃土進(jìn)行拌合制成混合物，噴射到邊坡上，視情況可以增加保水劑，常用的植物纖維主要是麥秸稈。采用植物纖維后，有利于在邊坡表面形成一層纖維層，增強(qiáng)邊坡的水土保持能力，避免沖刷破壞，同時有利于草種立根。該技術(shù)具有成本低、應(yīng)用范圍廣、施工效率高等特點(diǎn)。

2.1.4 打穴鉆孔栽植防護(hù)技術(shù)

打穴鉆孔栽植技術(shù)是在邊坡上挖孔后栽種植物的技術(shù)（圖3），通常打孔的直徑為5～10 cm，深度為10～15 cm，密度以每平米9～12 孔為宜，挖孔后將種子與肥料一同埋入孔洞中。為了增強(qiáng)孔洞的蓄水保水能力，孔洞與坡面的角度應(yīng)接近90°。該技術(shù)適用于邊坡比小于1∶0.75 的邊坡，對于坡體土層為老黃土上部（Q22eol）或新黃土（Q3eol）的路塹邊坡也可以適用，但應(yīng)注意邊坡高度不宜過高。采用該技術(shù)時，應(yīng)當(dāng)盡可能避免對坡面表層土擾動，否則帶孔坡面極易在降水影響下發(fā)生局部塌陷或沖蝕破壞。

2.2 植被與工程防護(hù)結(jié)合的生態(tài)恢復(fù)技術(shù)

2.2.1 栽藤技術(shù)

栽藤技術(shù)常用在工程防護(hù)邊坡的坡腳位置，通過藤蔓對坡腳進(jìn)行綠化和遮擋，能夠在一定程度提高邊坡的植被覆蓋率（圖4）。藤蔓具有生長迅速的特點(diǎn)，在氣候溫和地區(qū)能夠長時間起覆蓋作用，但在氣候惡劣的西部黃土地區(qū)，可能由于氣候條件較差導(dǎo)致藤蔓植物出現(xiàn)季節(jié)性退化現(xiàn)象，邊坡再次裸露，影響綠化效果。

圖4 栽藤防護(hù)技術(shù)

2.2.2 厚層基材噴播植草護(hù)坡技術(shù)

該技術(shù)通過厚層基材為植被提供穩(wěn)定的植生環(huán)境，有利于植物在坡面的生根（圖5）。研究表明[2]，采用該方法在早期基層營養(yǎng)充足充分時，植被能夠起到很好的水土保持和邊坡防護(hù)效果，但隨著表層土和基材內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，植被會很快出現(xiàn)退化現(xiàn)象，邊坡防護(hù)效果大大降低。因此該技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)在于及時補(bǔ)充厚層基材的養(yǎng)分，但這又增加了養(yǎng)護(hù)成本和難度。

圖5 厚層基材防護(hù)技術(shù)

2.2.3 三維網(wǎng)植被防護(hù)技術(shù)

該技術(shù)是將土工材料防護(hù)與植物防護(hù)進(jìn)行結(jié)合，對邊坡進(jìn)行加固（圖6）。該方法的缺點(diǎn)與厚層基材植被防護(hù)技術(shù)相同，隨著土工材料表面覆土養(yǎng)分的喪失，植被退化的現(xiàn)象非常明顯。可以及時引入對養(yǎng)分、水分需求較少的植株，人為改變植被的演替，提高防護(hù)效果。

圖6 三維網(wǎng)植草防護(hù)技術(shù)

2.2.4 框（骨）架植物護(hù)坡技術(shù)

框架護(hù)坡將漿砌塊石、混凝土、磚石等砌筑成框架，在框架內(nèi)覆土種植灌木或草本，也可噴播草種進(jìn)行恢復(fù)。框架一般以嵌入坡面20～30 cm、寬度20～30 cm為宜（圖7）。框架植物護(hù)坡的優(yōu)勢在于坡面適應(yīng)力強(qiáng)，框架能夠有效地保持水土，防護(hù)效果較為理想。缺點(diǎn)在于當(dāng)坡度過大（超過1∶0.5）時，坡面土容易與框架脫離導(dǎo)致覆土的穩(wěn)定性下降，影響植被的后期生長。因此采用該技術(shù)時，應(yīng)當(dāng)充分考慮邊坡坡度、覆土類型、降水情況、框架形式等因素，確保植物的生長環(huán)境穩(wěn)定。

圖7 框架植被護(hù)坡技術(shù)

2.2.5 土工格室植被防護(hù)技術(shù)

該技術(shù)是將土工格室固定在坡面后，進(jìn)行填土、布設(shè)防護(hù)網(wǎng)，最后在三維植被網(wǎng)上噴播草種（圖8）。該技術(shù)適用于降水少的地區(qū)，對邊坡坡度的適應(yīng)能力強(qiáng)，當(dāng)邊坡較緩時采用平鋪式，在邊坡較陡時采用疊置式。缺點(diǎn)在于布設(shè)土工格、三維植被網(wǎng)的成本較高，不適合較大范圍內(nèi)使用。

圖8 土工格室植被防護(hù)技術(shù)

2.2.6 植被型多孔混凝土護(hù)坡

對坡面進(jìn)行表面處理后，鋪筑一層多孔混凝土，在孔中添加草籽、肥料、保水劑等，植物從孔內(nèi)長出，美化邊坡。混凝土結(jié)構(gòu)具備較好的抗沖刷能力，孔洞內(nèi)能夠較好地儲存雨水，為植物生長提供穩(wěn)定的條件。該技術(shù)的缺點(diǎn)在于孔洞內(nèi)的養(yǎng)料消耗殆盡后，植被隨即發(fā)生退化，混凝土裸露會影響邊坡的視覺效果，而重新向孔內(nèi)補(bǔ)充養(yǎng)分及草種需要耗費(fèi)的人工成本較高。

2.3 改造坡面形態(tài)的植被護(hù)坡技術(shù)

2.3.1 寬臺陡坡型植被防護(hù)技術(shù)

該技術(shù)適用于臺階性邊坡，通過縮短坡長、增大單級邊坡坡度、增加平臺寬度等措施，為植物提供更好的立地條件，平臺寬度可以達(dá)到2.5～3 m，能夠種植喬木或灌木，對邊坡的美化效果明顯（圖9）。斜坡處可以采用其他方法，通過草本植物進(jìn)行綠化處理。因此形成了自上而下整體的邊坡生態(tài)防護(hù)，植被類型豐富、成活率高、防護(hù)效果好。

圖9 寬臺陡坡型植被防護(hù)技術(shù)

2.3.2 多級小平臺植被防護(hù)技術(shù)

該技術(shù)是對寬臺陡坡型植被防護(hù)進(jìn)行改良，將單級坡面改為多級小平臺坡面，單級邊坡的坡度更陡、平臺數(shù)量與植物立地面積更大（圖10）。該技術(shù)下單級邊坡的坡度接近1∶0.1，單級坡高2 m，各個小平臺的寬度為1～1.5 m，為植被生長提供了更大空間。通過在平臺上種植喬木、灌木林，利用植物根系保持水土條件穩(wěn)定，樹木枝葉降低雨水的沖刷破壞，因此該方法對于邊坡穩(wěn)定性防護(hù)的效果較好，且視覺體驗(yàn)較好。缺點(diǎn)是將坡面改造為多級小平臺，對施工的工藝和質(zhì)量提出了較高要求，工程量較大且施工較復(fù)雜，不利于工期和成本的控制，因此不適合大面積使用。

圖10 多級小平臺植被防護(hù)技術(shù)

3 黃土地區(qū)路塹邊坡植被護(hù)坡技術(shù)探討

根據(jù)上述黃土邊坡生態(tài)恢復(fù)技術(shù)的分析不難發(fā)現(xiàn)，尚沒有一種邊坡植被護(hù)坡技術(shù)能夠完全應(yīng)用于所有黃土地區(qū)。因此需要根據(jù)不同地區(qū)、不同路段的特點(diǎn)，進(jìn)一步探討植被護(hù)坡技術(shù)的選擇和應(yīng)用。結(jié)合相關(guān)理論和工程實(shí)踐效果，本文認(rèn)為應(yīng)當(dāng)從邊坡坡型、植被搭配兩方面出發(fā)，提高植被護(hù)坡在黃土地區(qū)邊坡工程中的應(yīng)用效果。

3.1 黃土地區(qū)生態(tài)防護(hù)邊坡坡型選擇

從目前國內(nèi)工程實(shí)踐來看，無論是直線型黃土路塹邊坡還是臺階型黃土路塹邊坡，單級坡比都大于1∶0.75，否則坡面的植被難以達(dá)到長期防護(hù)作用，即便在前期使用過程中的綠化和防護(hù)效果滿足，后期由于坡比過大，坡面養(yǎng)分消耗，極易出現(xiàn)植被退化、死亡的現(xiàn)象。大部分植被護(hù)坡采用單一草本植物，其根系難以深入坡面土層，不能長期穩(wěn)定地固定在邊坡上。因此在黃土地區(qū)植被護(hù)坡類型的選擇上，應(yīng)當(dāng)從當(dāng)前的地質(zhì)穩(wěn)定性考量，向生態(tài)穩(wěn)定性方向考慮，確保邊坡工程穩(wěn)定性的同時，還應(yīng)當(dāng)為植被在坡面上的長期穩(wěn)定扎根、生長提供條件。

3.2 植被選擇

調(diào)研發(fā)現(xiàn)國內(nèi)大部分黃土路塹邊坡防護(hù)或在坡面種植草本植物，或在平臺上種植喬灌木，但常常采用單一植被，坡面的斜坡及平臺邊緣容易受到?jīng)_刷破壞。結(jié)合黃土路塹邊坡的土質(zhì)條件來看，邊坡植被需要耐旱、耐貧瘠的植物，為了提高植被護(hù)坡效果，避免不利條件下導(dǎo)致某類植被整體消亡，植被選擇上建議采用喬、灌、草、藤結(jié)合。在坡面的斜坡上種植草本植物，通過其根系對邊坡淺層土進(jìn)行穩(wěn)固，同時種植檸條、紫穗槐等耐貧瘠灌木或小型喬木，實(shí)現(xiàn)草、灌、喬結(jié)合的立體植被防護(hù)，通過灌木、喬木能夠有效減緩水動力，避免草本植物受到劇烈沖刷而損失，提升植被邊坡的防護(hù)效果。

4 結(jié)論

本文研究了西北地區(qū)常用的3 種濕陷性黃土邊坡生態(tài)恢復(fù)技術(shù)類型：坡面直接種植技術(shù)、工程與植被結(jié)合防護(hù)技術(shù)、改造坡面形態(tài)的植被護(hù)坡技術(shù)，對3 種護(hù)坡類型下的具體生態(tài)恢復(fù)技術(shù)進(jìn)行了分析，介紹了各種黃土邊坡生態(tài)技術(shù)的概念、特點(diǎn)，對其適用性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，目前并沒有一種植被護(hù)坡技術(shù)能夠完全適用各類黃土地區(qū)。本文認(rèn)為，植被護(hù)坡技術(shù)的應(yīng)用，需要分析不同地區(qū)、不同路段的特點(diǎn)后，著重考慮邊坡坡型、植被搭配兩大因素。在邊坡選型時，需要同時保證邊坡選型的工程穩(wěn)定性及生態(tài)穩(wěn)定性，為植被生長提供穩(wěn)定的條件。在植被選型時，可以采用喬、灌、草、藤結(jié)合，利用草木、藤木穩(wěn)固邊坡淺層土，延緩地表徑流，利用灌木、喬木減緩水動力，避免草木受到劇烈沖刷。希望相關(guān)研究能夠?yàn)辄S土地區(qū)的邊坡防護(hù)設(shè)計與施工提供借鑒。