建筑邊坡生態防護在福建地區的應用研究

徐媛媛

(福建省建筑設計研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

山地、丘陵約占福建省全省面積90%，宥于山高地少，城市化建設過程中桎梏頗多，深挖高填不可避免，形成許多裸露邊坡。建筑邊坡若僅靠自身恢復到生態平衡且與周邊環境相融合的狀態曠日持久，因此，對建筑邊坡進行生態防護在可持續發展的今天顯得愈發重要，其目標一是維護邊坡所在整體環境的生態穩定性，二是促進環境生態系統的正向演替[1]。

邊坡生態防護前提是邊坡的安全與穩定，通常可采用錨索(桿)格構梁、擋土墻、抗滑樁等措施解決邊坡深層滑動問題，而后從植被的生態恢復、生態群落的合理布置、與建筑整體環境的融合等方面對邊坡生態防護進行規劃研究設計?？梢哉f，建筑邊坡生態防護是一個受生態、視覺、空間、情感和文化等多因素影響的綜合技術理論體系[2]。

利用植物進行邊坡防護的理論及應用研究可追溯至上世紀30年代，美國的Moorish R H[4]、McElroy M T[5]等管理和養護植被邊坡的諸多方式進行研究，奠定了邊坡生態防護研究的基礎，而后英國、法國等歐洲國家也從防止雨水侵蝕坡面等方面開展實踐[6]。日本在歐美國家的基礎上經過50多年的發展也形成了自己的一套系統并處于領先地位，如纖維綠化土工法、高次團粒SF綠化工法、生態混凝土工藝等[7]。我國自20世紀80年代至今，可持續發展的理念深入人心，邊坡生態防護技術發展迅速，諸如液壓噴播植草、植生袋、植物混凝土等生態技術得到廣泛運用，生態防護的機理研究也更為深入。

1 植物護坡的原理

植被在邊坡防護中有效作用被廣泛認可，主要分為三個方面，水文效應、生態效應、錨固效應。水文效應主要指植物根系的吸收作用和蒸騰作用，該作用降低了坡體內的孔隙水壓力，提高了邊坡表層土體的抗剪強度，同時，植被對降雨的截流極大減少了降雨對坡面的侵蝕。香港科技大學的吳宏偉[8]深入研究了大氣-植被-土體相互作用的機理，認為邊坡表層土體的基質吸力因植被的蒸騰作用而增加，從而增加了邊坡穩定性。

一些學者對生態效應也進行了研究，如ZHI Xinyan[9]、曹波[10]等研究發現在土壤中盤根錯節的植物根系的膠結作用可以有效控制土粒流失，使根土成為一種復合材料。另外，根莖腐解增加了土壤中的生物養料，有助于邊坡生態進入良性循環。

植物的錨固效應主要分為深根錨固作用和淺根加筋作用，前者為根土間的摩擦錨固特性，后者則將根土視為三維加筋材料。國內外學者通過大量現場試驗、模擬計算等方法對根土的力學機理進行探究闡釋，如Martin Donat[11]提出了根系～土壤的復合模型，Finn Krogstad[12]系統分析了主側根加固作用的力學原理，Diti Hengchaovanich等[13]通過對根土進行抗剪實驗，發現根系可以明顯增大土壤剪切強度。王可均等[14]提出了樹根的抗拉強度與直徑的關系，T=nDm，其中T為樹根的抗拉強度，D為樹根的直徑，n、m為樹種的經驗常數。直徑2 mm～5 mm的根系抗拉強度為8～80 MPa。張曉航等[15]通過人工模擬綠化邊坡的灌草組合，利用灰色關聯法分析了根系直徑、根長密度、根尖數、分叉數等根系特征對抗抗剪強度的影響，證明了植物根系提高了坡體抵抗剪切變形的能力。

2 植物的選擇及生態防護的常見形式

選擇植物的主要原則是因地制宜，即支護方式的符合性、氣候條件的適宜性、土壤條件的滿足性、后期管理的便捷性、植物本身的抗逆性以及成本的合理性。另外，保持植物的多樣性可以使生態系統更加穩定，在植物種類的選擇上還需要考慮植物在水平空間、垂直空間和地下根系的生態位分化，合理配置植物種間的生態生物型。日本多年的護坡經驗顯示合理選用4～8種植物種就可滿足建立坡面植物群落的要求。

護坡植物按性質可以分為草本植物、藤本植物、灌木以及喬木類植物。草本植物體形一般矮小，根系發達，生長較快，如福建地區常見的狗牙根、地毯草、假儉草、結縷草、細葉結縷草、馬尼拉結縷草、中華結縷草、百喜草等。藤本植物莖干細長，依附他物而向上攀緣，可用于陡立邊坡的生態綠化，如爬山虎、鷹爪花、炮仗花、紫藤、鳶蘿等。灌木沒有明顯主干，植株比較矮小，如花葉姜、蚌蘭、花貝桂、蜘蛛蘭、竹芋等。喬木類植物根系較深，對巖石有楔體作用，且樹冠冠蓋較大，臺風時可能有翻根的危險，在選用喬木植物時應避免該類情況。

對于草本植物，主要有鋪設草皮、噴播植草、輔助種植等三類種植方式，其中輔助種植主要適用于邊坡坡率為1∶0.75～1.25的土質邊坡，該類邊坡坡度較陡，直接播種草籽或者草皮不易存活，需要采用一些固土措施幫助草籽發芽生長，如堆放生態袋、骨架、六方空心磚、混凝土骨架、土工格室、三維網等。鋪設草皮適用于邊坡坡率為1∶1.5～1∶2的土質邊坡。噴播植草的適用范圍較廣，結合掛網可適用于各類性質和坡度的邊坡。而對于巖質邊坡，多采用鍍鋅網、三維網結合生態混凝土噴播、厚基層噴播等方式種植草籽，或通過挖槽挖溝種植藤本攀援植物。

福建省東南沿海地區屬南亞熱帶氣候，東北、閩北和閩西屬中亞熱帶氣候，雨量充沛，全省年平均降雨量1400 mm～ 2000 mm，光照充足，日照時數全年1700 h～2300 h，年平均氣溫17℃～21℃，年平均濕度約77%以上，總體而言，福建水熱條件豐富，適合植物繁衍，全省分布有高等植物4703種，約占全國的14.3%。黃啟堂[16]等根據抗貧瘠性、適應性等因素運用層次分析法篩選出了福建高速公路常用的藤本植物，按得分排名主要有南五味子、爬山虎、美國地錦、異葉爬山虎、扶芳藤、葉子花、鉤藤、云實、葛藤、紫藤、絡石、蔓胡頹子、南蛇藤、三裂葉野葛、酸葉膠藤、木通、金銀花、冠蓋藤、大花簾子藤、常春油麻藤、湖北羊蹄甲。表1為常用的生態防護措施經驗造價，可供方案比選使用。

表1 常用生態防護造價表

3 生態防護設計工程實例

生態防護的設計思路一是“防”，即對邊坡穩定性進行分析計算，對不滿足穩定要求的邊坡進行支護設計，采取適當的工程措施；其次是“護”，即針對不同項目環境要求、邊坡性質、坡率、高度以及工程措施采用不同的生態恢復方案。通過以下兩個工程案例對生態防護設計的工作流程進行簡要介紹。

3.1 工程案例一：南平某寫字樓邊坡工程

3.1.1 邊坡踏勘及支護設計

擬建某寫字樓項目位于南平市建陽區，場地南面、西面環山。場地整平后，邊坡高度約為5 m～46 m，坡度在30°～55°。邊坡總長約90 m。圖1為該邊坡的總平圖。根據現場踏勘，坡頂現有較密灌木叢，坡面土質較松散，局部發生小范圍崩塌，崩塌體滑落沖到了坡腳，坡面局部因雨水沖刷作用形成小沖溝，中下部巖質邊坡坡面裸露較多塊石、碎石，局部滾落至坡腳。邊坡為土巖結合邊坡，通過計算分析，確定采用錨索框架梁對該邊坡進行深層加固。邊坡設計10 m一級，分級放坡，坡率1∶1，平臺寬2 m，共形成5級臺地，錨索長度18 m～27 m，框架梁間距3 m×3 m。圖2為該邊坡典型的支護剖面圖。

圖1 建陽某寫字樓邊坡總平圖

圖2 邊坡典型支護剖面

3.1.2 邊坡生態調查及設計

項目所在的建陽區屬中亞熱帶季風濕潤氣候。境內氣候溫和，雨量充沛，日照較足，四季分明。建陽區年平均氣溫一般在攝氏15～19度，1月最冷，7月最熱；年降水量在1700 mm～2700 mm之間，5～6月最多， 11月最少；年可照時數4424.1 h，年平均實照時數1802.7 h，實照時數以7～9月較多，2～5月實照較少。

場地南側為山谷，為周邊山體匯水區域，常年流水，水量豐富，南側山體開挖后坡面濕潤，如圖3左下圖示，植物生長及養護條件較好。西南側山體山勢較高，坡面整體干燥，同時在第一二三級坡局部區域有巖石出露，如圖3右下圖所示，該區域邊坡生態恢復條件是下坡>中坡>上坡，土質區域>巖質區域。在上坡和巖質區域基質的噴射厚度需要加厚。

圖3 未支護原始邊坡現場圖

周邊植物種類較多，植被茂密，多生喬木，生態恢復條件較好。該坡度較陡，不宜種植喬木，應選擇草本、藤本等植物種類，綜合氣候適應性、周邊環境協調性等因素，通過對比分析，最終選擇寬葉草、狗牙根、紫穗槐、木豆、三毛豆等植物，在邊坡框架間利用掛網噴播技術進行生態植被恢復。而對于原狀山體植被破壞的區域，在坡腳澆筑重力式擋墻，上坡采用骨架固土，骨架間種植草皮。于4～5月時，擇期施工。

3.1.3 施工后調查

綠化完成后，邊坡坡面無水土流失，圖4～圖5為邊坡綠化完工后的情況，南坡草種生長茂盛，基本可以覆蓋框架梁，西坡整體綠化情況較好，下坡靠近南側位置由于水土條件更好植物生長較上坡更為茂盛。西側下坡巖質區域植物生長情況不佳，噴射的基質層受降雨沖刷流失較多，植物發芽率不高，需要在雨量較少的11月份進行二次噴射種植，同時采用人工養護。

原狀坡草皮生長狀況良好，施工后三月內形成了完整草皮覆蓋。

圖4 生態防護后邊坡現狀：液壓噴播植草

圖5 生態防護后邊坡現狀：骨架護坡植草

3.2 工程案例二：壽寧某中學邊坡項目

3.2.1 邊坡踏勘及支護設計

壽寧縣某中學場地位于壽寧縣東區山谷中，東、西、北三面環山，如圖6所示。山上植被茂密，主要為毛竹、松樹和灌木，自然坡角18°～45°。平整后形成邊坡，坡率1∶0.5～1∶2.0不等。支護整體設計思路主要有兩方面，一是“化整為零”，將高大邊坡設計成多個臺地，方便后期生態恢復時形成錯落有致的景觀效果；二是化陡為緩，形成貼近自然山體的緩坡地形，為生態恢復創造良好立地條件。坡體深層加固采用錨索框架梁方式。對于土巖結合邊坡，下部巖質區域采用混凝土面板墻，上部土質區域采用緩坡方案。典型支護剖面如圖7～圖8所示。

圖6 壽寧某中學邊坡項目總平圖

圖7 邊坡支護典型剖面圖(一)

圖8 邊坡支護典型剖面圖(二)

3.2.2 邊坡生態調查及設計

擬建場地屬中亞熱帶濕潤氣候區，年均氣溫14.8℃，年均降水量1911 mm，降雨過程主要集中在3-9月。地區全年各月平均相對濕度均在80%以上，年平均相對濕度為83%年平均相對濕度78%。

場地位于二山谷及山谷匯合部位，匯水面積約13萬m2，暴雨季節谷底水溝流量大。東面山谷底有一水溝，長度約280 m，落差約150 m，由北往南流，長年流水。因此通過坡頂設置截水溝，坡底設置截水溝，匯水位置設置急流槽，同時場地內布設涵管等措施對降水及地下水進行控制，以此解決坡面沖刷問題。

土方及支護完成后，對坡面現狀進行現場調查，如圖9所示。坡面大部分為風化巖，立地條件較好，針對場地所處的生態環境及景觀要求，框架間采用噴播植草，選取了寬葉草、狗牙根、紫穗槐、刺槐、多花木蘭、蘆葦、葛藤、豬屎豆等植物按比例混合。緩坡地區采用鋪設草皮進行山體綠化。臺地位置，采用灌草喬結合方案，種植了四季桂、三角梅、麻楝等，形成錯落景觀。

圖9 土方及支護完工后現場圖

圖10 坡前臺地灌草喬結合

圖11 框架間噴播植草

3.2.3 施工后調查

綠化完成后，邊坡坡面無水土流失，綠化效果整體較好，蘆葦、寬葉草生長態勢最好，發芽率成活率高，狗牙根季節性明顯?？蚣荛g綠化效果差異較大，有些區域形成整體綠植覆蓋，有些區域發芽率低成活率低，需要再次噴射復綠，主要原因一是水文條件土壤條件差異，二是噴射時沒有做到均勻噴射，基質層厚薄不均。草皮鋪設效果較好。

圖12 種植草皮

圖13 項目竣工全景圖

4 結語

(1)對建筑邊坡進行生態恢復的工作主要從三個方面進行，一個是圍繞邊坡穩定性分析計算設計展開的現場踏勘、地質調查、計算分析、工程措施的設計；其次是圍繞植物選擇和生態綠化設計展開生態環境的調查，包括氣候、雨水、日照、濕度等，景觀設計要求以及對坡面條件進行的調查分析；最后是針對后期養護而進行的施工后調查，對生態防護的效果及整改提出意見。

(2)福建地區邊坡綠化常用的植物主要有草本植物、藤本植物和灌木，喬木較多用于坡腳平臺位置。最常使用的防護措施為噴播植草、種植草皮、骨架護坡等，噴播采用混播，草籽一般有6～8種，常見的為狗牙根、蘆葦、紫穗槐等。

(3)目前，邊坡生態恢復設計時，植株選擇往往比較粗糙，應根據實際的條件，進行播種量的設計，多樣性的對比，從而保證施工時綠化播種的合理性，完工后綠化效果的均勻性。

(4)邊坡的生態恢復屬于邊坡工程的最后一環，涉及力學、地質學、植物學、土壤、植物營養、環境科學、生態學等多個不同專業，需要巖土工程師掌握更多的知識和細節。