契合工程防護的巖質邊坡生態恢復方法及應用

韓 超，鄒 蜜，史翔宇，辜 彬

(四川大學生命科學學院，四川 成都 610065)

隨著我國基礎設施建設及對自然資源開采力度的不斷加劇，大量邊坡隨之產生，對周邊自然生態造成了嚴重的破壞，加之環境保護意識不斷深化，邊坡的生態恢復問題也愈顯突出［1］。邊坡通常分為巖質邊坡和土質邊坡，與土質邊坡相比巖質邊坡坡高及坡度均較大，且存在地質情況復雜、對坡體穩定性要求高、坡面不利于植物生長等因素，生態恢復難度相對較大［2］。我國在巖質邊坡生態恢復方面雖進行了一些探索和跟蹤研究，但總體上仍處于起步階段，缺乏合適的設計、施工規范。為防止巖質邊坡發生崩塌、滑坡等地質災害，實踐中大量采用噴漿、混凝土塑封等工程方法進行防治，進一步造成了生態隔離、生態破壞和景觀破壞。因此，結合我國的實際情況，對國內外的巖質邊坡工程防護和生態恢復方法進行研究總結，優化巖質邊坡生態治理工程技術方法，以契合思想為指導，將生態恢復有機地嵌入邊坡防護工程體系中，以期為巖質邊坡生態環境治理找到一條新路。

1 巖質邊坡生態治理工程概況

邊坡防護技術大體上可分為生物防護和工程防護2種類型。生物防護工程又叫坡面生態工程、坡面生物工程或生物環境工程，不同的學者和專家叫法不太一致，但總體來講都是指以植物為材料，以邊坡為對象，以邊坡穩定為最終目標的防護工程［3］。對不適宜植物生長的巖質邊坡，只能采取工程防護措施即設置人工構造物防護［4］。目前，國內在巖質邊坡生態治理方面的研究還比較少，多限于模仿和引進國外的邊坡防護、綠化方法，但由于地形、地貌、氣候、水文等條件的差異，國外的技術方法在我國巖質邊坡生態治理中的成效并不顯著［5］。在調研的基礎上，從生物防護和工程防護兩方面著手，對國內常見邊坡治理措施的技術及特點進行了總結，見表1、2。

表1 生物防護技術簡介

表2 工程防護技術簡介

對比發現工程防護與生物防護存在空間差異，工程防護著眼于邊坡穩定性，由淺到深根據防護對象選取相應級別的安全對策，從噴混護面到深部的錨索，從表層到地下十幾米甚至幾十米的空間，且這種對策的空間分布是不均一的;生物防護則局限于生態恢復，并借助植物根系深入和橫向聯系起到淺部加筋穩定作用。工程防護與生物防護相比還存在先期勘查、先期設計、先期施工的時間差異，在某種程度上工程防護給生物防護帶來一定的困難，如漿砌片石、噴錨等，在自然山體與后期植生基材之間形成了一個嵌入體，阻隔了植生基材與自然山體之間的生態聯系。工程防護的一些措施可以為生物防護兼用，如系統錨桿、防護網等，但是由于時空差異而不能有效充分利用。這就導致實際邊坡治理中，無法完整地實現邊坡生態治理既要保持邊坡穩定，又要實現生態恢復的綜合性目標。因此，無論從功能性、協調性、生態性還是經濟性上來講都有必要研究、改進現有技術方法，找到對巖質邊坡既有一定強度和抗雨水沖刷能力達到防護作用，又能長期適應植物生長達到綠化目的的環保新技術。

2 實踐中巖質邊坡工程防護與生態恢復隔離的原因分析

表1、2說明，工程防護與生態恢復是兩個不同領域、不同對象、不同目的、不同層次的技術，同時又隱藏著空間、目的和技術等內在聯系和依存關系。但是，無論技術理論體系還是工程實踐，都沒有將兩者有效地結合起來。通過大量實地考察巖質邊坡工程，分析認為造成這個問題的主要原因是:

2.1 邊坡工程防護設計與生態恢復設計分離

在設計中，傳統邊坡的工程防護設計和生態恢復設計相互獨立，很多邊坡生態治理工程的設計都將工程防護設計與生態恢復設計分隔開來，未將護坡和生態設計作為一個整體考慮，進行統一設計，主要表現在兩個方面:①從時間順序上將工程防護設計與生態恢復設計分離開來，首先進行工程防護設計，然后再進行生態恢復設計，導致設計了多種護坡工程技術手段，對巖質邊坡整體進行防護，雖然保證了邊坡基本穩定，不發生崩塌、垮塌等地質災害，但是不合理的護坡技術大面積運用造成嚴重的生態隔離，破壞景觀效果，這樣的設計無法滿足生態恢復需要，且較難進行生態恢復，除非再設計、翻修及整治。②從空間順序上將工程防護技術與生態恢復技術分隔開，如在設計中應用系統錨桿、抗滑樁、錨釘等防護措施時，未考慮生態恢復技術與工程防護技術的契合性，將二者完全隔離開，分別設計各自領域的技術，這導致大量技術的重復設計和材料的重復使用，甚至造成部分技術無法順利實施，進而無法實現預期工程治理目標。

造成這兩種現象并非偶然，由于生態恢復與工程防護在對象、目的、施工順序等方面都存在很大差異，要想將其整合協同運用需要尋找二者更多的內在聯系。

2.2 工程防護技術和生態恢復技術各自獨立

傳統的工程防護技術不僅難以恢復自然植被，不利于環境保護和生態平衡，而且很難保證工程材料與邊坡巖、土體的兼容性，另外工程防護在實施過程中常常會破壞天然植被，留下許多裸露的坡面。生態恢復技術與傳統的工程防護技術一樣也有其自身的缺點和局限性。植物的根莖增加地表粗糙度和土層的滲透性，導致土層滲透能力增加，同時植物本身的重量增加了邊坡的下滑力。另外，植被能夠為邊坡提供一定的加固力，但是這種加固力是有限的，并且具有滯后性(植被在初期根系較細、入土較淺，在生長一定時間后根系才變粗、扎深，此時才具有較大的加固力)，所以對某些具有深層不穩定因素的邊坡和有特殊要求的邊坡，僅靠植被防護顯然不能達到預期目的［6］。由此可見，工程防護技術與生態恢復技術之間存在某些技術隔閡，在一定程度上影響了二者融合和配套使用，不解決這樣的隔閡，不僅無法實現邊坡生態恢復，造成景觀破壞、生態隔離，而且費時費力、資金消耗巨大。因此，尋找工程防護與生態恢復的契合點，了解二者的內在關系，切實有效地將工程防護與生態恢復結合在一起，從設計到施工，更好地將設計思想完善，對施工工藝改進創新，已然成為當前邊坡工程防護的緊要任務。

3 與工程防護契合的巖質邊坡生態恢復方法

探索巖質邊坡生態治理新方法，首先應該以邊坡穩定為基礎，結合生態恢復的要求，將工程防護與生態恢復相結合，既保證邊坡整體穩定，又能切實有效地對其進行生態恢復。工程上結合巖土力學、巖土工程學、水文地質學等學科的理論，對邊坡進行加固和防護，防治地質災害;生態上結合景觀生態學、群落生態學、礦山恢復學、環境學、生態工程學、園林學、園藝學等學科的理論，形成喬灌草共存、立體式的生態防護效果，實現真正生態環保的邊坡治理［7－12］。其次，發現工程防護技術與生態恢復技術的契合點，切實有效地緩解甚至解決技術隔閡。

目前國內已有相關技術應用，通常稱為綜合防護技術。綜合防護技術是指將生態恢復技術與工程防護技術有機結合起來，實現共同防護的一種方法，通常采用三維土工網、混凝土、漿砌片(塊)石、漿砌卵(礫)石等做骨架形成框格，再在框格內種草或將草灌結合種植(種草和植低矮灌木)［13－14］。但目前綜合防護技術普遍存在造價較高、施工復雜、生態效益和經濟效益不高等問題。通過對設計思想的考究和對施工工藝的考察，發現工程防護與生態恢復之間有內在關系，以浙江某拆船項目巖質邊坡工程為例，提出與工程防護技術相契合的生態恢復技術方法，并應用于實際。

浙江某拆船項目巖質邊坡工程位于浙江省舟山群島中部，岱山島岱山縣岱西鎮西南側。該邊坡是開采大量石料后廢棄而成，整體坡度約68°，長度約380m，最大高差約55m，宕面面積約26200m2。由于邊坡開挖坡度較大，局部甚至大于70°，且坡面裸露，坡體高陡，坡面與結構面組合屬不穩定類型，發生地質災害的可能性較大，且嚴重影響景觀效果，破壞生態壞境，故需及時進行生態治理。

3.1 生態治理方法集成

3.1.1 主動防護網與植生袋恢復技術相結合

主動防護網主要用于巖層風化破碎嚴重、節理發育不完整，破碎巖層較厚的巖質邊坡上，它具有較高的強度，較好的抗裂性能，能使坡面淺部的破碎巖層得以加強，且可以防止部分表面碎石滾落、坍塌;主動防護網在錨桿、鋼筋網、隨機錨桿的聯合作用下形成一個整體，能承受一定的破碎體產生的側壓力，可以防止巖質邊坡淺層崩塌、垮塌、掉塊等地質災害發生。

植生袋恢復技術是將種子與基材按一定比例置于植生袋內，并將復合肥、保水劑等同時均勻置于植生袋中，其特點是播種施肥均勻、數量精確，種子、基材不易移動;植生袋具有保水和避免水流沖失種子的作用，在干旱季節還可以向坡面緩慢釋放水分，起到蓄水的作用，種子發芽率高。

通過研究這兩種方法，發現它們之間并不存在重大技術隔閡和技術難點，并且完全符合邊坡的治理要求，即可將二者設計成為一個整體，為該項目所用，具體操作為:先將主動防護網通過錨桿安裝于坡面上，主要起工程防護作用，再將裝有種子與基材的植生袋懸掛于主動防護網上，按照菱形布置(通過測試，主動防護網完全可以承受植生袋重量)。這樣把兩種技術結合在一起，通過主動防護網與固定錨桿共同作用將植生袋固定于坡面，將這一體系視作一個整體。一方面，錨桿與防護網起到工程防護的作用，保證工程防護的有效性;另一方面，植生袋起到生態恢復的作用，通過植生袋內種子萌發，植被生長進行生態恢復，有效地實現部分生態恢復的要求。同時，這樣一個系統的設計，將前期工程防護與后期生態恢復結合在一起，節省了材料與空間，節約了工程造價，提高了恢復效率。

3.1.2 主動防護網與客土噴附技術相結合

客土噴附技術是一種融合土壤學、植物學和生態學理論的生態防護技術，該技術是將客土(生育基礎材料，如土壤、肥土和泥炭土等)、纖維(生育基礎材料)、侵蝕防止劑、緩效性肥料和種子等按一定比例，加入專用設備中充分混合后，通過壓縮空氣噴射到坡面形成所需的基層厚度，從而實現綠化的目的。客土噴附技術用于高陡巖質邊坡時，很容易受到雨水沖刷，導致土壤脫落等現象。目前通常將客土噴附技術與掛網技術同時使用，通過掛網給予客土一個向內應力，可在一定程度上保證土壤穩定不掉落，但對于非穩定巖質邊坡而言，單純使用普通金屬網或三維網結合客土噴附技術很難保證邊坡穩定，此類邊坡容易產生淺層崩塌、巖層滑坡等地質災害。

根據邊坡生態性治理的思想，考慮將主動防護網與客土噴附技術相結合。由于主動防護網可在網面任意位置加置隨機錨桿，前期采用主動防護網系統對邊坡進行防護，再通過在主動防護網系統中增加隨機錨桿，用隨機錨桿將金屬網錨固于防護網上，將兩層網視為一個整體系統。一方面，不需要額外為金屬網耗費錨釘、錨桿等材料;另一方面，由于兩層網之間存在間隙，所以可將兩層網結構視為三維網的另一種形式，并且由于主動防護網在底層，相當于增加了坡面的摩擦系數，在其間噴附客土，進一步為土壤黏附在坡面上提供條件。將這一技術組合用于該邊坡項目，不僅可以節約材料，降低成本，而且還提升了客土噴附工藝的功效，實現防護與生態并進。

3.2 考慮工程效應的生態技術方法

3.2.1 錨固生態孔技術

秉承以上思想，不僅要將技術融會貫通，進行技術組合，更要對技術進行改進和創新。錨固生態孔技術即是在完整光滑的巖面上鑿孔鉆洞，孔深視坡面情況而定，在孔內填充可供植物生長所需的營養物質和土壤，并且預留出部分空間，引導植被根系深入。

生態孔提供植物生長的空間和營養，同時伴隨著植被根系深入巖石，根系也起到了一定的錨固作用，既有利于保持水土，也有利于植物在坡面的生長發育。生態孔技術的提出，既融合了工程防護，又為邊坡生態恢復中喬灌木的恢復難題提出一個解決辦法。

由于該邊坡坡面局部區域較為光滑，不利于植被生長，尤其是高大喬灌木的生長，故在坡面光滑區域設計生態孔，生態孔孔徑5～6 cm，深度20～30cm，且與坡面垂直方向向上偏15°，按照5個/m2的密度設置，可保證有足夠的空間滿足喬灌木根系生長。

3.2.2 生態型截排水技術

由于邊坡處于自然環境條件下，邊坡恢復過程中會出現雨水沖刷、地下水侵蝕、裂隙滲水等問題，這不僅會對恢復邊坡穩定性造成影響，也會對后期生態恢復造成影響，故需要對恢復邊坡進行截水和排水，以減輕其對邊坡治理和恢復的影響。目前國內邊坡排水、截水溝主要采用人工修筑，并均用漿砌片石砌筑，這既不生態環保，又影響景觀效果。綜合考慮，為解決這樣的不利影響，采用植生袋代替傳統砌筑的截排水溝，提出生態型截排水技術。

截排水植生袋采用不易降解布袋，置土壤基質、種子、復合肥等于一體，并將所有植生袋按照直線縫合，設置于坡頂及坡面馬道內側。匯水較大處可將植生袋壘疊布置，以滿足截水和排水要求。植生袋內富含基質和種子，在短時間內可萌發長出植被，加之植生袋上設置有種植孔，可將大型喬灌木種植其上，既能起到豐富植被群落、美化景觀的生態效果，又能起到固土、固袋、截水、排水的護坡效果。在干旱時節，植生袋還可以貯存一定的水分，緩解坡面干旱。

針對該邊坡，將植生袋沿坡頂延伸1～1.5m處鋪設，可鋪設2條，以加強截水功效;坡中馬道上靠近坡面一側50cm處，將2～3條植生袋壘疊鋪設，以保證排水效果。每隔100cm用長40cm的L形錨釘將其固定于坡頂和馬道上，并在植生袋上相鄰兩個錨釘之間設置一個間距為100cm的種植孔，用于栽植藤本及喬灌木，藤本植物長大后垂掛于坡面，對植生袋本身也可有遮擋作用。

4 結語

通過分析當前巖質邊坡生態治理思想，解析工程技術隔閡及技術難點，結合實例，總結出以下幾點認識:

(1)基于巖質邊坡生態治理工程的特殊要求，指出生態恢復與工程防護設計中的漏洞，優化設計思想，精簡設計工序，提出工程防護與生態恢復契合的新思想，有效提高邊坡生態環境治理效益。

(2)歸納工程防護與生物防護技術特點，發現二者之間有內在關系，將工程防護技術與生物防護技術結合應用，并在實例中取得良好效果，進一步驗證了契合工程防護生態恢復的可行性。

今后，需要進一步從理論上完善技術方法與創新思想，并通過對工程的跟蹤觀察，針對不同類型邊坡，提出更多有效的工法和技術集成，不斷改進傳統技術，創新設計思想和施工方法，為邊坡生態恢復工程注入新的動力，為生態文明建設、可持續發展打下堅實的基礎。

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