坡改平生態(tài)護(hù)坡技術(shù)在蘭州市南北兩山水土保持生態(tài)綜合治理工程中的應(yīng)用

王成元，李朝暉，肖彩玲，侯旭峰

(1.蘭州市南北兩山綠化灌溉管理處，甘肅 蘭州 730030； 2.北京市水科學(xué)技術(shù)研究院，北京 100048)

城市水土保持工程是生態(tài)建設(shè)工程的一個重要組成部分，是甘肅省會蘭州市園林城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)，也是城市基礎(chǔ)建設(shè)中一項長期而艱巨的任務(wù)。多年來，蘭州市在南北兩山綠化建設(shè)中堅持以保護(hù)水土資源為基礎(chǔ)，已完成人工造林4.13萬hm2，植樹1.6億多株，使其成為蘭州的生態(tài)屏障、市民休閑旅游的勝地。在蘭州市南北兩山實施水土保持綜合治理，要做到水土保持設(shè)施與城市景觀相融合，不能單一強(qiáng)調(diào)生態(tài)保護(hù)而疏于城市美觀。蘭州市南北兩山經(jīng)過多年的治理，目前立地條件較好的區(qū)域基本已綠化，剩下的主要是已綠化區(qū)的高陡坡面等困難立地類型，這些裸露空白區(qū)域景觀效果不佳，影響城市形象。為此，2019年實施了蘭州市南北兩山水土保持生態(tài)綜合治理工程(九州臺片區(qū))，對石質(zhì)裸露坡面等困難立地條件區(qū)引進(jìn)先進(jìn)的坡改平生態(tài)護(hù)坡技術(shù)[1]，以提高林草覆蓋率和治理程度，全面提升九州臺片區(qū)景觀效果。

1 項目區(qū)概況

1.1 自然概況

九州臺片區(qū)位于蘭州市主城區(qū)黃河北岸九州臺南坡，區(qū)域地貌類型為梁狀丘陵溝壑，地勢北高南低、西高東低。最高點九州臺海拔2 067 m,最低點馬槽溝溝口海拔1 535 m，相對高差532 m。工程區(qū)溝坡普遍較陡，一般在15°～45°之間，部分區(qū)域達(dá)到50°以上，個別區(qū)域70°左右，幾近垂直。片區(qū)主要由北南向的3條小溝道組成，均為黃河一級支溝，溝頭匯合于九州臺。溝道平均比降24.33%～47.99%，平均溝壑密度4.12 km/km2。

區(qū)域氣候?qū)贉貛Т箨懶詺夂颍昶骄鶜鉁?.8 ℃，極端最高氣溫39.1 ℃，極端最低氣溫-23.1 ℃,歷年最大凍土深1.2 m；≥0 ℃年積溫3 816.3 ℃,≥10 ℃年積溫3 242 ℃,無霜期179 d；年平均日照時數(shù)2 607.6 h,年太陽輻射4 800～5 500 MJ/m2；年平均風(fēng)速2.8 m/s，年最大風(fēng)速21 m/s；年均降水量326.8 mm，4—9月降水量192.8 mm,占年降水量的60.5%;年均蒸發(fā)量為1 437.7 mm。

九州臺片區(qū)土壤類型為黃土母質(zhì)上發(fā)育而成的灰鈣土，有機(jī)質(zhì)含量0.5%～1.5%，pH值8～9。土壤具有粒狀架構(gòu)，粒間膠結(jié)強(qiáng)度弱，土粒間水穩(wěn)性較低，濕陷性較強(qiáng)，質(zhì)地疏松，抗蝕性差，容易崩塌，極易產(chǎn)生水土流失。

1.2 水土流失及其防治情況

項目區(qū)土壤侵蝕以水力侵蝕為主，同時伴有重力侵蝕。水力侵蝕以面蝕、溝蝕為主，主要分布在陡坡地和溝道內(nèi)。根據(jù)影像解譯結(jié)果，結(jié)合調(diào)查分析，九州臺片區(qū)總面積2.4 km2，水土流失面積1.73 km2，占總面積的84.8%。對照《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》(SL 190—2007)，水土流失面積中：輕度侵蝕面積1.40 km2，占水土流失面積的80.9%；中度侵蝕面積0.18 km2，占10.4%；強(qiáng)烈侵蝕面積0.15 km2，占8.7%。強(qiáng)烈侵蝕區(qū)主要分布在西側(cè)榆樹洼流域下游渣場以下裸露區(qū)，以及其他土石質(zhì)陡溝坡嚴(yán)重裸露區(qū)。工程區(qū)沒有土壤侵蝕模數(shù)實測資料，按照水力侵蝕強(qiáng)度分級表中的平均侵蝕模數(shù)值加權(quán)計算，九州臺片區(qū)平均土壤侵蝕模數(shù)為1 970 t/(km2·a)[2]。

2 坡改平生態(tài)護(hù)坡技術(shù)施工流程及技術(shù)要點

2.1 坡改平生態(tài)護(hù)坡技術(shù)應(yīng)用區(qū)情況簡介

蘭州市南北兩山水土保持生態(tài)綜合治理工程中，設(shè)計馬槽溝下游左側(cè)道路邊坡(268-1圖斑)如圖1所示。邊坡為土石坡面，總面積729 m2，平均坡度43°，坡面比較完整、平整。植被蓋度平均25%，主要生長有虎尾草、山蒿、狗娃花、波斯菊等草灌植被，右側(cè)坡面已采用混凝土框格護(hù)坡處理，框格內(nèi)長有波斯菊、虎尾草等。

圖1 坡改平生態(tài)護(hù)坡技術(shù)應(yīng)用區(qū)位置

2.2 坡改平生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的優(yōu)化

2.2.1 鋼筋混凝土護(hù)坡網(wǎng)格梁加固坡面

考慮施工、邊坡穩(wěn)定性等因素，原坡改平生態(tài)護(hù)坡磚(專利號：ZL 200710187685.5)適用于1∶1～1∶3坡比的土質(zhì)或石質(zhì)邊坡防護(hù)[1]。項目區(qū)坡度40°～51°，平均坡度43°，坡比趨近于1∶1，施工難度大，邊坡失穩(wěn)風(fēng)險較高。經(jīng)優(yōu)化技術(shù)措施，增設(shè)構(gòu)筑物(鋼筋混凝土護(hù)坡網(wǎng)格梁)分解承載力，按片區(qū)水平鋪裝坡改平生態(tài)護(hù)坡磚，有效消除了邊坡失穩(wěn)隱患。

2.2.2 優(yōu)化坡改平生態(tài)護(hù)坡磚結(jié)構(gòu)

原坡改平生態(tài)護(hù)坡磚為正六邊形，中空內(nèi)圓，底面與水平面夾角為α，α大小與實際坡面相匹配(25°～35°之間生產(chǎn)廠家可調(diào)節(jié))。針對項目區(qū)極限坡度，本項目技術(shù)方案從抗壓強(qiáng)度和穩(wěn)定性兩方面對原坡改平生態(tài)護(hù)坡磚結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化完善(見圖2)。一是磚壁最小厚度由原5 cm增加為5.5 cm；二是外口徑由34.8 cm減小為34 cm；三是磚底端中部阻滑齒變?yōu)? cm平口；四是磚體上傾斜口高度由5 cm增加為8 cm以提升抗壓強(qiáng)度,磚體高度由原28 cm增加為41.5 cm以增加極限α大小，使磚底面與坡面完全咬合，確保磚鋪設(shè)在坡面上時，磚的上面保持水平，磚內(nèi)填充栽植土的表面保持水平，將重力就地傳導(dǎo)到坡面上。

圖2 坡改平生態(tài)護(hù)坡磚結(jié)構(gòu)對比

2.3 坡改平生態(tài)護(hù)坡施工工藝流程

2.3.1 前期準(zhǔn)備工作

坡改平生態(tài)護(hù)坡技術(shù)施工前，首先要根據(jù)設(shè)計方案和施工現(xiàn)場的實際情況，編制施工配置圖及施工方案，做好前期準(zhǔn)備工作，如平整坡面、測量放樣、制作與運(yùn)輸坡改平生態(tài)護(hù)坡磚、準(zhǔn)備澆筑網(wǎng)格梁的各種機(jī)械與主材等。蘭州市南北兩山水土保持生態(tài)綜合治理工程設(shè)計中，268-1圖斑緊鄰護(hù)林防火通道，我們采取半幅通行的辦法，將會車段作為施工臨時場地。首先對施工坡面進(jìn)行平整，鏟除坡面垃圾及碎石，保證坡面沒有凸起物，并防止坡面塌陷、沉降；然后按照配置模式(見圖3)放線確定網(wǎng)格梁位置及生態(tài)磚鋪裝位置。

圖3 坡改平生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的配置模式

本工程坡改平護(hù)坡磚內(nèi)栽植藤本和混播草種，藤本選用鐵線蓮(Clematisflorida)，草本選用適應(yīng)性強(qiáng)、色彩分明、景觀效果明顯同時具備保持水土效果的羊茅(Festucaovina)、波斯菊(Cosmosbipinnatus)、早熟禾(Poaannua)、冰草(Agropyronmongolicum)、黃花磯松(Limoniumaureum)等混合播種,并配置微噴灌設(shè)施，以此來提高護(hù)坡的景觀效果，提升改造標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.2 鋼筋混凝土護(hù)坡網(wǎng)格梁澆筑

方案中設(shè)計鋼筋混凝土護(hù)坡網(wǎng)格梁采用C30現(xiàn)澆混凝土現(xiàn)場立模一次性澆筑完成。測量放樣：根據(jù)設(shè)計的格構(gòu)梁、壓頂及鑲邊的平面位置及高程在坡面上放樣，測量定位后使用施工繩對網(wǎng)格位置進(jìn)行最終控制。格構(gòu)鑿槽、樁:因格構(gòu)斷面較小，故本工程采用人工開挖方法開鑿溝槽、樁，構(gòu)造梁截面尺寸35 cm×60 cm，樁身截面尺寸35 cm×35 cm，樁深200 cm。模板加工及鋼筋綁扎:采用木模板，在制作場地加工和拼裝好后運(yùn)到現(xiàn)場安裝；鋼筋在制作場地制作好后運(yùn)到現(xiàn)場綁扎，鋼筋入模前需將銹跡、黏泥清理干凈。完成鋼筋綁扎，隱蔽工程驗收合格后，方可進(jìn)行網(wǎng)格梁澆筑。混凝土制備和澆筑:混凝土按C30配合比在現(xiàn)場拌和后人工澆筑，之后再使用插入式振動棒進(jìn)行振搗。養(yǎng)護(hù):在混凝土澆筑12～24 h后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不少于7 d。

2.3.3 坡改平生態(tài)護(hù)坡磚鋪設(shè)

坡改平生態(tài)護(hù)坡磚鋪設(shè)施工從坡下部趾墻開始，鋪設(shè)時按照“自下而上”的順序進(jìn)行，相鄰護(hù)坡磚要擠緊，做到橫、豎、斜線對齊(見圖4)。

圖7 坡改平生態(tài)護(hù)坡磚鋪設(shè)

坡改平生態(tài)護(hù)坡磚鋪設(shè)完成后,將種植土填入磚中,開啟微噴灌設(shè)施，使磚內(nèi)種植土自然沉降，以土壤表面低于磚上沿2 cm為宜。待土壤層濕潤沉降穩(wěn)定后，人工栽植藤本，播種混合草籽。根據(jù)種植土土壤墑情及時補(bǔ)充灌溉，保證灌木成活、種子萌發(fā)生長，提高區(qū)域景觀效果及水土流失防治效果。

2.4 坡改平生態(tài)護(hù)坡技術(shù)應(yīng)用成效

2020年4月，坡改平生態(tài)護(hù)坡磚鋪設(shè)完工,并按照林草栽種技術(shù)要求，相繼完成換填種植土和林草措施施工。項目實施后，新增林草面積729 m2，裸露區(qū)植被蓋度由原來的25%增加為75%以上，增加了地表濕度，減少了地面沙塵，為南北兩山打造九州臺特色景區(qū)拓寬了建設(shè)思路，滿足了蘭州市民對美好生活的需要，也促進(jìn)了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

通過本項目實施可知，護(hù)坡植物選擇藤本和混合草種，效果各不相同。草本植物混播方法簡單、費(fèi)用低、生長快，工程初期效果較好，但是與藤本相比，草本植物根系較淺，固土護(hù)坡效果較差，在干旱少雨或補(bǔ)充灌溉不及時時容易發(fā)生枯萎；同時，草本植物易發(fā)生衰退，與周圍景觀不協(xié)調(diào)。建議栽植多年生的灌木或藤本植物，如沙地柏(Juniperussabina)、五葉地錦(Parthenocissusquinquefolia)等，以使護(hù)坡效果逐年提升，達(dá)到護(hù)坡與景觀兼顧并相互促進(jìn)的效果。

3 結(jié) 語

坡改平生態(tài)護(hù)坡技術(shù)在蘭州市南北兩山水土保持生態(tài)綜合治理工程(九州臺片區(qū))中成功應(yīng)用，充分表明在西北立地條件差的自然或人工高陡裸露坡面綠化中采取坡改平生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的可操作性，補(bǔ)充完善了九州臺片區(qū)水土保持綜合治理體系，提升了九州臺片區(qū)景觀效果，為全面推進(jìn)南北兩山水土保持生態(tài)建設(shè)，乃至城市水土保持生態(tài)建設(shè)工作提供了實踐經(jīng)驗。