边坡生态恢复工程是随着经济发展和基础建设,特别是交通基础建设发展而兴起的一门技术,是指利用植物进行坡面保护和侵蚀控制的途径与手段[ 1 ] ,或可定义为“单独用植物或植物与土木工程和非生命植物材料相结合,以减轻坡面的不稳定性和侵蚀”[ 2 ]的固坡技术措施。
近几年,随着经济的快速发展与公路等基础建设的突飞猛进,有关边坡生态恢复的技术得到相应的重视和发展。目前国内的研究较多地集中于各种技术在具体工程中的应用,尚未有对各类不同边坡的适用技术进行全面系统的研究阐述。现有研究主要针对某种技术在某类边坡上的应用,而边坡的类型、特点各有不同,因此这一类研究对工程实践的指导意义有所欠缺,所以有必要对国内现有主要技术与边坡类型进行研究分类,满足快速发展的工程建设需要。
1边坡的分类方法
目前边坡的分类方法较多,但国内还没有被业界广泛认同的一套分类系统。近几年,一些学者做过这方面的尝试,他们所作的努力提供了一些较为科学、全面的分类,但对于工程实践来说仍较为复杂繁琐,难以给边坡生态恢复工程提供明确、有效的指导[ 3 ] 。
现在常用的边坡分类主要有按照边坡地质特征(岩土类别、高度、坡度、岩石产状、结构节理、风化情况等) 、土壤性质(土层厚度、土壤类别、土壤养分情况、土壤侵蚀特征) 、岩石和土的力学性质、边坡可能位移、变形和破坏情况、边坡水文状况、边坡朝向等分类方法[ 3 ] ,对边坡生态恢复技术选用影响比较大的有坡面物质、坡度、坡高、朝向、水文情况等。其中朝向对植物选择组合影响较大,对基质营造技术影响甚微;按水文情况可分为干燥、潮湿、滴水、泉涌边坡等4类,多属局部情况,对整体工程措施选用影响不大;按坡高可以分为低坡( 〈 8 m) 、中坡(8～15 m) 、高坡(15～30 m) 、超高坡( 〉 30 m) [ 3 ] ,坡高较高将会使植物的生存条件更为恶劣,对植物的选用组合要求更高;赵志明等的研究表明,对于有根系边坡,坡度对其变形的影响较小,坡高对其变形的影响较大,在工程边坡设计中可以适当减小每级边坡的高度,可以有效增加防护层的稳定性[ 7 ] 。坡高对基质营造技术选用的实际影响并不大,主要是三维网喷播技术中需要考虑高坡对其结构稳定性的影响,可能需要另外选用其他技术,而别的一些技术基本不存在或可以通过简单的技术方法解决这个问题,因此实际工程技术选用需要重点考虑的是坡度和坡面物质这2大因素。
按坡度的分类目前较为统一, 分为缓坡( 〈30°) 、斜坡( 30 ～45°) 、陡坡( 45 ～90°) 、反坡( 〉90°) [ 3, 4 ] 。反坡是无法进行生态恢复的,也多为局部出现,在工程建设时基本都要进行削坡处理。坡面物质构成相对较为复杂,岩土类别、结构节理、岩石完整程度、风化程度等对工程技术选用都有一定的影响,其中岩土类别和风化程度对工程技术选用影响比较大,是按坡面物质分类的主要考虑因素。首先按坡面物质可分为岩石边坡和土质边坡,而风化程度按国标可分为未风化、微风化、弱风化、强风化和全风化等5级,但对于工程技术选用来说,一般地质报告中弱风化、中风化、强风化的三级分类更加简单、更具可操作性。据此,边坡按坡面物质分类可根据国标进一步细分,详见图1。
边坡分类的重要意义在于对工程实践的指导作用,以上的分类已经考虑了影响工程技术选择的主要因素,而在实际工程中,由于部分边坡形式很少存在,而有的工程技术适用于不同的边坡类型,因此边坡的分类就可以根据边坡生态恢复的原则和主要边坡类型进一步简化,方便实际工程施工需要。
2边坡生态恢复方案选择的原则
2.1 生态性与景观性原则
根据概述可以看出,边坡生态恢复其实是人工干预下的一种特殊生境的生态恢复,通过工程手段的干预来促进被破坏的边坡生态环境快速恢复,最终目的是稳定的植物群落,形成自养型生态系统,因此生态性是边坡生态恢复工程的第一原则。其次,目前边坡主要位于道路两侧,在融入周边生态的同时也要兼顾一定的景观性,以达到美化道路环境的目的。这两点原则主要通过植物的选择组合技术来实现:植物多样性是生态性的主要体现,也是形成较好的植物景观的保证,再通过选择一些观赏性较高的植物来实现边坡的景观性。
2.2 安全性与经济性原则
基质是植物生长的前提,也是边坡生态能否快速而成功恢复的关键。边坡的特点是坡度的存在导致缺少基质或基质不稳定,虽然后期植物的生长能加强基质的抗侵蚀和稳定性,但早期能否营造稳定的基质条件仍是难点和关键,这不仅关系到植物能否生长,也关系到道路行车安全,因此安全性是边坡生态恢复需要考虑的主要原则之一。另外,经济性也是一个重要的原则,根据不同边坡的特点选用造价合理的方案是防止资源浪费的必要手段。这两点原则主要与稳定基质的营造技术相关:不同坡度对采取何种基质加固或铺设措施起着决定性影响,而基质加固或铺设措施是工程造价的主体。
一个成功的边坡生态恢复工程应该是生态性、景观性、安全性、经济性平衡的结果,根据边坡的不同情况合理选择技术方案是成功的关键。植物的选择组合首先要根据所在地的气候条件进行初选,然后再依据边坡的具体地质条件和周边情况最终确定,由于基本采用播种的方式,对整体造价影响不大。而边坡稳定基质的营造技术与边坡条件关系密切,不同的坡度、坡高、坡面物质等条件直接影响采用何种工程措施,这也是工程造价的主体,也是工程技术选择时主要考虑的因素。
3 国内主要边坡生态恢复技术
由于边坡坡面多不具备植物生长所需基质或基质不稳定,这就要求人工为植物生长营造一种良好的环境,这种环境应具备以下功能: (1)应具有一定的稳定性,抗雨水侵蚀性; (2)具有适宜植物生长的土壤结构; (3)应具有相对较强的保水性,在较长的干旱季节也能为植物提供水分; ( 4)能够为植物生长提供足够的养分,保证养分的长期有效性[ 5 ] 。根据以上原则,并针对不同边坡类型产生了各种技术。日本和香港由于是多山地地区,道路建设发展较早,对边坡生态恢复工作非常重视,取得了很好的效果,也积累了一定的经验和技术[ 5, 6 ] 。20世纪90年代国内开始对他们的技术进行了研究和引进,现在虽然名称繁多,但基本原理大致上是类似的,目前国内常见的有以下技术:人工植草或平铺草坪、湿法(液压) 喷播[ 7 ] 、砼(块石) 框格绿化[ 8 ] 、三维网喷播[ 8, 9 ] 、喷混植生(植被混凝土喷播) [ 4, 8, 10 ] 、TBS技术(厚层基材植被喷播) [ 10 - 12 ] 、柔性生态边坡(客土袋喷播)等。
人工植草或平铺草坪、湿法(液压)喷播绿化只能适用于坡面较缓、原基质较好的土质缓坡,由于人工植草或平铺草坪较为费工,此类边坡应推广湿法喷播技术。
砼(块石)框格绿化由于采用砼(块石)框格,可以增加边坡的结构稳定性,虽然面层硬质材料裸露影响景观效果,但在结构不稳定的斜坡、陡坡上还是有其应用的地方,如果采用框格法时能结合其他技术的植物生长基质、保水剂、肥料的配方,并采用灌草混合种子喷播的方法将更有利植物生长,大幅提高绿化和景观效果。
三维网喷播、喷混植生(植被混凝土喷播) 、TBS技术(厚层基材植被喷播)三种技术的原理是一样的,区别在于结构材料或黏结材料的不同:三维网是一种热性树脂为原料制成的三维结构网,三维网喷播采用的黏结材料既有用水泥也有用高分子结合剂的;而喷混植生和TBS技术一般都采用铁丝网作为结构材料,不同在于黏结材料是用水泥还是高分子结合剂。其他的材料基本都可以通用,应根据地区材料的方便程度及价格进行选择,只是需要注意纤维早期能起到加筋稳固作用,要选用合适的材料、规格。三维网喷播技术由于三维网强度的限制,不能应用于高陡岩石边坡,而喷混植生、TBS技术采用铁丝网作为结构材料,稳定性较好,在高陡岩石边坡的应用中较为稳定,也取得了较好的效果。
客土袋喷播采用复合材料制作的透水不透土的生态袋装土后利用排水联结扣垒砌联结的方法营造的土质挡墙,可以通过增加锚杆和加筋格栅的方法进一步提升安全性,可以部分替代浆砌块石挡土墙作为坡高较低、稳定性尚可的边坡护坡用,但由于工程量相对较大、成本较高,目前可以作为重点部位、景观要求较高的地方应用,不适于大面积推广。但如果道路和其他会产生裸露边坡的工程在设计时就能综合考虑用作浆砌块石挡土墙的替代,将极大地促进边坡生态恢复工作。
4 边坡生态恢复方案的选用
边坡基质的营造是生态恢复的基础,也是一个难点,合理选择技术较为重要,根据不同边坡情况应该选取不同技术方案,在达到较好效果的同时还要保证经济性。根据生态、景观、安全及经济性的原则,可以针对各种边坡类型分别选用不同的技术,各类型边坡宜选用的生态恢复技术
5 结语
边坡生态恢复工程应及早考虑,如果在道路设计、建设时就能考虑生态恢复的需要,尽量减小边坡坡度、坡高,将能较大地提高边坡生态恢复的效果,也能减少边坡风化导致的水土流失、落石等安全隐患,减少公路养护,保证行车安全。在实际进行边坡生态恢复时,若能针对不同的边坡立地条件,本着生态、景观、安全及经济性的原则,合理地选择边坡绿化的方法是获得最优效果的保证。目前国内边坡基质营造技术研究相对较多,基本能满足各种类型边坡的生态恢复,而另外一个重点边坡植物的选择由于量化研究较难、时间跨度较长、地域差别较大等因素,目前成果较少,是今后需要深入研究的一个重要方面。
