論文導讀：對于地處山區(qū)或丘陵地區(qū)的城市,由于高速公路、城市道路以及城市建設的需要,很多地方牽涉到山體開挖,繼而形成了許多巖石邊坡,這些處于城市中間或城市邊緣光禿禿的高陡巖壁,不僅破壞了自然的地形地貌景觀,與周邊的環(huán)境極不協(xié)調(diào),造成視覺污染,影響城市形象和品位;有的還存在滑坡、崩塌等地質(zhì)災害隱患,危及周邊人民生命財產(chǎn)安全。在綠化的植物配置采取了“宜草宜木，綠彩相宜”的辦法，不僅增強坡面植被群落穩(wěn)定性、增加葉面積指數(shù)及綠化覆蓋率，取得了良好的生態(tài)效益，同時也提高了觀賞性及城市環(huán)境質(zhì)量。
0.引言
對于地處山區(qū)或丘陵地區(qū)的城市,由于高速公路、城市道路以及城市建設的需要,很多地方牽涉到山體開挖,繼而形成了許多巖石邊坡,這些處于城市中間或城市邊緣光禿禿的高陡巖壁,不僅破壞了自然的地形地貌景觀,與周邊的環(huán)境極不協(xié)調(diào),造成視覺污染,影響城市形象和品位;有的還存在滑坡、崩塌等地質(zhì)災害隱患,危及周邊人民生命財產(chǎn)安全。對不穩(wěn)定的巖質(zhì)邊坡必須通過削坡減載甚至錨固等工程措施,以達到消除地質(zhì)災害隱患,降低地質(zhì)災害危險性的目的。而對巖坡的美化近年來也愈來愈得到重視, 目前主要的方法歸納起來有三種:一是搞巖壁石刻,刻上文字或圖畫,內(nèi)容結合城市人文歷史或城市發(fā)展定位,以展現(xiàn)城市文化、營造旅游氛圍;二是在巖壁附近修建人工湖、雕塑,結合人工置景,打造成公園供城市人群休閑;三是植樹種草,綠化巖壁,通過綠化遮蓋住裸露的巖石面,使之與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)。前兩種方法對巖坡所處位置等條件有一定限制, 所以應用比較有限,因此,第三種方法相比較而言被廣泛采用。但往往出現(xiàn)事與愿違的情況,有的綠化只是曇花一現(xiàn),難以長久,有的植物選擇不當,綠化效果并不理想,甚至有的坡面受到植物根系影響,反而失去了穩(wěn)定,而誘發(fā)了地質(zhì)災害。
近十幾年來,很多專家引進國外研究成果,注重把邊坡地質(zhì)災害防治與生態(tài)恢復結合起來,統(tǒng)籌考慮,提出了“生態(tài)修復”的理念,生態(tài)修復不僅僅停留在綠化上,而是研究如何與邊坡治理、地質(zhì)災害防治結合起來, 起到事半功倍的效果,目前正成為業(yè)界的熱點課題越來越得到重視。
1.生態(tài)護坡技術原理
在邊坡上種植不同植物,可以改變邊坡景觀、美化環(huán)境,從工程角度上則更看重它對邊坡起到的防護作用。生態(tài)護坡技術就是利用植物涵水、固土等原理,在穩(wěn)定巖土邊坡的同時,美化生態(tài)環(huán)境的一種新技術,是綜合巖土工程、恢復生態(tài)學、植物學、土壤肥料學等多學科于一體的復合工程技術。生態(tài)護坡技術對于邊坡具有力學錨固效應、水文效應和生態(tài)效應等多方面的作用,具體如下:
1.1植物的錨固效應
1.1.1深根的錨固作用
植物的垂直根系穿過坡體淺層的土壤覆蓋(噴附)層或松散風化層,錨固到深處較穩(wěn)定的巖土層上,起到錨固作用。禾草、豆科植物和小灌木在地下0.75~1.5m深處有明顯的土壤加強作用,樹木根系的錨固作用可影響到地下更深的巖土層。論文發(fā)表。試驗表明,根的直徑越細,其抗拉強度越高,直徑2—5mm的各種類型的根,其抗拉強度為8~80MPa。
1.1.2淺根的加筋作用
在基質(zhì)及土體中盤根錯節(jié)的根系, 使基質(zhì)及土體在其延伸范圍內(nèi)成為土與草根的復合材料,草根可視為三維加筋材料。
1.2植物的水文效應
1.2.1降低坡體孔隙水壓力
降雨是誘發(fā)邊坡失穩(wěn)的重要因素之一。植物通過吸收和蒸騰坡體內(nèi)水分,可降低土體的孔隙水壓力,增加土體內(nèi)聚力,提高土體的抗剪強度,有利于邊坡體的穩(wěn)定。
1.2.2降雨截留,削弱濺蝕
一部分降雨在到達坡面之前就被截留, 以后重新蒸發(fā)到大氣或下落到坡面。下落的雨滴打擊坡面時, 把動能傳遞給土體,產(chǎn)生的分裂力使土體顆粒分離飛濺,在滴濺過程中,雨滴動能越大,撞擊分裂力越大,被濺出的土粒數(shù)量也越多。植被能攔截高速下落的雨滴,分散雨滴、減少滴濺能量及飛濺的土粒。
1.2.3控制土粒流失
邊坡表面徑流帶走已被滴濺分離的土粒,進一步可引起片蝕、溝蝕。植被能夠抑制地表徑流并削弱雨滴濺蝕,從而控制土粒流失。通常情況下,土體的流失量隨植被覆蓋率的增加而銳減。
1.3植物根系的生態(tài)作用
發(fā)達、密集的根系在土壤中穿插、擠壓、分割及網(wǎng)絡作用和根系分泌分解產(chǎn)物的膠結作用,有助于防止邊坡的風化剝落。另外,根莖腐解過程中,為土壤微生物增加了碳、氮和其他生物養(yǎng)料,因而導致各類土壤微生物大量繁殖,有助于邊坡生態(tài)環(huán)境的恢復,從而向良性循環(huán)過渡。
不同植物,其對坡面的防護效果也不相同。草本植物,其護坡作用主要表現(xiàn)為增強坡面的抗沖刷性能;木本植物,固坡效果則更為顯著,木本植物的根系按其形態(tài)特征可分為三種類型:主直根型、散生根型和水平根型。
主直根型和散生根型可統(tǒng)稱為垂直根型。垂直根系木本植物的主根可扎入土體的深層, 通過主根和側根與周邊土體的摩擦作用把根系與周邊巖土體聯(lián)系起來,結合垂直根系的特點,可以把根系簡化為以主根為軸向、側根為分支的全長粘結型錨桿來分析其對周邊巖土體的力學作用,此類木本植物對邊坡具有顯著的加固作用。
水平根型是由水平方向伸展的固著根和繁多的鏈狀細根群所組成,其主根不發(fā)達,側根或不定根相對較發(fā)達,并向四周擴展,長度遠超過主根,根系多分布在土壤表層。水平根系木本植物由于主根扎入邊坡巖土體不是很深, 此類木本植物對邊坡護坡作用主要表現(xiàn)為增強邊坡抗沖刷性能,但固坡作用不顯著。
植物對邊坡的固坡作用效果,還取決于邊坡類型(主要是邊坡的巖土體結構特征)與所選植物的匹配關系。二者匹配良好,則植物的固坡作用顯著,匹配不好,則植物的固坡作用微弱。
2.植物種類選取原則
科學地選擇的植物種類是生態(tài)護坡技術的關鍵。不同的植物具有不同的基因特性,對環(huán)境條件表現(xiàn)出不同的適應性,植物種類的選擇應遵循以下原則:
�、乓虻刂埔�,選取的植物應適應當?shù)氐臍夂驐l件、適應當?shù)氐耐寥罈l件(水分、pH值、土壤性質(zhì)等);
�、撇∠x害能力較強,耐瘠薄和耐修剪;
⑶根系發(fā)達,抗雨水沖刷能力強,具有較強的固土能力,同時根系不會對邊坡造成破壞的植物。
⑷在植物種群選擇上應注意由地面到空中構建喬灌草結合的立體植物群落,并注意花草顏色的搭配,以取得更好的環(huán)境效果。
3.應用實例
3.1巖石邊坡基本情況
某巖石邊坡位于江蘇省某城市,原為露天采礦宕口,由于城市快速發(fā)展,已于幾年前停止開采,前年規(guī)劃的城市快速公路從宕口前通過。由于礦山開采使原有的植被、山坡土體被徹底破壞,暴雨后水土流失嚴重,破壞了礦山極其周邊自然景觀和生態(tài)環(huán)境,與周邊環(huán)境極不協(xié)調(diào),嚴重影響了城市面貌與投資環(huán)境。
該邊坡順山脈北東走向,坡面傾向北西,露采面面積約2283m2,平面占地面積12955m2,坡面巖性破碎,節(jié)理發(fā)育,局部殘余有開采中形成的松動巖塊,坡高40余m,一般坡角55-65,下部較緩,中上部及宕口兩端較陡。坡面巖石以薄層狀灰?guī)r為主,地層傾向與坡面同向或者小角度斜交,巖石破碎,總體上坡面相對較緩,但坡面凹凸差大。由于是順層坡,極易滑脫,局部形成傘檐,雨水沖刷發(fā)生滑落、造成巖體懸空、失穩(wěn)、繼而崩塌、或傾倒,部分露采面已發(fā)生多次崩塌滑坡,嚴重危及礦山周邊交通道路和基礎設施安全。
3.2生態(tài)修復方案
修復包括地質(zhì)災害治理,隱患消除;污染治理和生態(tài)環(huán)境修復兩個方面。在制定方案中,系統(tǒng)考慮了災害治理與環(huán)境恢復之間相互結合,通盤考慮,在植物種種類選擇和播種方法上采用了新技術新工藝,體現(xiàn)國內(nèi)最新成果和水平,獲得了滿意的效果。
3.2.1治理方案
對坡頂、坡面上部主要采用爆破削坡、人工降坡,消除滑坡崩塌等隱患,降低坡度,將坡面分成3 段:頂段高10m,坡度55?,該段底部設1級臺階,臺階上設馬道寬約5m;中段高20m,坡度55-50;底段為回填壓腳區(qū),高約8-10m,將爆破削坡及人工清坡的土石方或者高處的廢礦渣在此段順面堆積,坡角控制在30?以下,回填壓腳在降坡的同時增強坡面穩(wěn)定性,也便于后期復綠施工。為盡量減少雨水的影響,設坡頂截水溝,坡面排水溝。論文發(fā)表。
3.2.2生態(tài)復綠方案
復綠時跟據(jù)不同部位的條件情況, 分別采用不同的施工工藝,充分利用近坡面空間,構建喬灌草結合的立體植物群落。
頂段和中段為巖石區(qū),坡面較陡,巖石相對完整,采用掛網(wǎng)客土噴播+ 魚鱗坑種植的方法;底端巖石較破碎,坡度較緩,主要為廢礦石堆集區(qū),采用普通噴播+ 苗木種植的方法;中間平臺上面回填土壤,種植喬灌草立體植被,內(nèi)側利用攀援性強的藤本植物沿斜坡延伸,綠化石壁,平臺外緣種植懸垂植物與攀援植物相連覆蓋裸露巖壁。
宕口至公路的地表斜平面區(qū),建成生態(tài)苗圃,合理配置喬灌草藤花,種植長綠與落葉、闊葉與針葉、彩葉與林果樹木等,選用良種樹苗,成片成群栽植,疏密有致,地面鋪植草坪,營造“三季有花,四季有景”的城市風景。
3.2.3修復效果
客土噴播在巖質(zhì)坡面上，營造有一定厚度既能讓植物生長，種植基質(zhì)又不被沖刷的連續(xù)多孔穩(wěn)定結構的硬化種植體，種植體具有能免遭雨水沖刷蝕，又利于植物生長的特點。通過客土噴播使草種快速成坪，防止雨水沖刷坡面，并結合魚鱗坑中移植的喬灌木等樹種，使治理區(qū)變綠。隨著時間的推移，混播的草本植物與喬灌木樹種生長旺盛，植物根系盤結，在坡面上形成一個抗張力和抗剪強度良好的保護層，起到了顯著的防護作用，有效防止了坡面的水土流失，并逐漸形成與當?shù)刂脖蝗诤喜⒈划數(shù)刂参锴秩氲淖匀环N群和周邊自然生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)。在綠化的植物配置采取了“宜草宜木，綠彩相宜”的辦法，不僅增強坡面植被群落穩(wěn)定性、增加葉面積指數(shù)及綠化覆蓋率，取得了良好的生態(tài)效益，同時也提高了觀賞性及城市環(huán)境質(zhì)量。取得了良好的恢復效果。
4.結語
隨著城市化進程的推進，城市空間在不斷擴張，城市中及城市附近的巖石邊坡將會越來越多，這些邊坡的治理特別是綠化恢復將會的到廣泛的重視。生態(tài)恢復必將與護坡技術相結合，替代傳統(tǒng)的工程護坡技術，如漿砌片石護坡、噴射混凝體護坡等，形成既能有效穩(wěn)固邊坡又能快速恢復植被的新的復合型復綠技術。
生態(tài)復綠技術廣泛應用于城市巖石邊坡的治理和美化尚需加強以下幾個方面的研究：
�、�、加強巖體表面植被生長條件的研究巖體表面植物難以生長，特別是高陡邊坡及巖性堅硬、結構完整、規(guī)模較大的光滑巖面。主要原因是缺乏植物生存、生長的基本條件，因而，如何創(chuàng)造條件在巖面上使植物生長，是生態(tài)護坡技術的關鍵。論文發(fā)表。
�、�、加強植被根系與巖面表層相互作用關系的研究巖體一般分為整體狀結構、塊狀結構、層狀結構、碎裂狀結構和散體狀結構。整體狀結構和弱風化的層狀結構的巖體表面裂縫少，根系難以深扎，應采取特殊措施使種植基材、根系和巖體表層融為一體，故以植草為主。小塊狀結構、碎裂狀結構和散體狀結構的巖體表面裂縫多，節(jié)理也很發(fā)育，根系容易深扎，應加強植被根系與巖體表層相互關系的研究，盡量使植被根系更深地深入巖體，從而起到固坡復綠的效果。
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