城市岩石边坡的生态复绿技术__墨水学术,论文发表,发表论文,职称

所属栏目：推荐论文发布时间：2011-02-25浏览量:203

副标题#e#      摘要： 对山区或丘陵地区的城市而言，环境美化中往往会面临岩石边坡整治与美化的问题，而在众多的美化方案中，绿化恢复是采用最广泛的技术。作者从绿色环境恢复与边坡稳定性治理结合的角度探讨了岩石边坡生态修复技术。论述了生物护坡原理、植物选择原则，并用实例说明了如何根据边坡不同区段的特点来合理选择植物种类和适宜的施工技术，构成立体植物群落，收到既有利于岩石边坡稳定性防护，又有良好的叶面覆盖率，同时还提高环境花草观赏性，达到改善城市环境质量的效果。
      关键词：城市环境；岩石边坡；生态复绿 
1、引言
      对于地处山区或丘陵地区的城市，由于高速公路、城市道路以及城市建设的需要，很多地方牵涉到山体开挖，继而形成了许多岩石边坡，这些处于城市中间或城市边缘光秃秃的高陡岩壁，不仅破坏了自然的地形地貌景观，与周边的环境极不协调，造成视觉污染，影响城市形象和品位；有的还存在滑坡、崩塌等地质灾害隐患，危及周边人民生命财产安全。对不稳定的岩质边坡必须通过削坡减载甚至锚固等工程措施，以达到消除地质灾害隐患，降低地质灾害危险性的目的。而对岩坡的美化近年来也愈来愈得到重视，目前主要的方法归纳起来有三种：一是搞岩壁石刻，刻上文字或图画，内容结合城市人文历史或城市发展定位，以展现城市文化、营造旅游氛围；二是在岩壁附近修建人工湖、雕塑，结合人工置景，打造成公园供城市人群休闲；三是植树种草，绿化岩壁，通过绿化遮盖住裸露的岩石面，使之与周围环境协调。前两种方法对岩坡所处位置等条件有一定限制，所以应用比较有限，因此，第三种方法相比较而言被广泛采用。但往往出现事与愿违的情况，有的绿化只是昙花一现，难以长久，有的植物选择不当，绿化效果并不理想，甚至有的坡面受到植物根系影响，反而失去了稳定，而诱发了地质灾害。
       近十几年来，很多专家引进国外研究成果，注重把边坡地质灾害防治与生态恢复结合起来，统筹考虑，提出了“生态修复”的理念，生态修复不仅仅停留在绿化上，而是研究如何与边坡治理、地质灾害防治结合起来，起到事半功倍的效果，目前正成为业界的热点课题越来越得到重视。
2、生态护坡技术原理
      在边坡上种植不同植物，可以改变边坡景观、美化环境，从工程角度上则更看重它对边坡起到的防护作用。生态护坡技术就是利用植物涵水、固土等原理，在稳定岩土边坡的同时，美化生态环境的一种新技术，是综合岩土工程、恢复生态学、植物学、土壤肥料学等多学科于一体的复合工程技术。
生态护坡技术对于边坡具有力学锚固效应、水文效应和生态效应等多方面的作用，具体如下：
2.1 植物的锚固效应
⑴ 深根的锚固作用
       植物的垂直根系穿过坡体浅层的土壤覆盖（喷附）层或松散风化层，锚固到深处较稳定的岩土层上，起到锚固作用。禾草、豆科植物和小灌木在地下0.75～1.5m深处有明显的土壤加强作用，树木根系的锚固作用可影响到地下更深的岩土层。试验表明，根的直径越细，其抗拉强度越高，直径2—5mm的各种类型的根，其抗拉强度为8～80MPa。
⑵ 浅根的加筋作用
       在基质及土体中盘根错节的根系，使基质及土体在其延伸范围内成为土与草根的复合材料，草根可视为三维加筋材料。
2.2 植物的水文效应
⑴ 降低坡体孔隙水压力
      降雨是诱发边坡失稳的重要因素之一。植物通过吸收和蒸腾坡体内水分，可降低土体的孔隙水压力，增加土体内聚力，提高土体的抗#p#副标题#e#剪强度，有利于边坡体的稳定。    
⑵ 降雨截留，削弱溅蚀
      一部分降雨在到达坡面之前就被截留，以后重新蒸发到大气或下落到坡面。下落的雨滴打击坡面时，把动能传递给土体，产生的分裂力使土体颗粒分离飞溅，在滴溅过程中，雨滴动能越大，撞击分裂力越大，被溅出的土粒数量也越多。植被能拦截高速下落的雨滴，分散雨滴、减少滴溅能量及飞溅的土粒。        
⑶ 控制土粒流失
       边坡表面径流带走已被滴溅分离的土粒，进一步可引起片蚀、沟蚀。植被能够抑制地表径流并削弱雨滴溅蚀，从而控制土粒流失。通常情况下，土体的流失量随植被覆盖率的增加而锐减。
2.3 植物根系的生态作用
      发达、密集的根系在土壤中穿插、挤压、分割及网络作用和根系分泌分解产物的胶结作用，有助于防止边坡的风化剥落。另外，根茎腐解过程中，为土壤微生物增加了碳、氮和其他生物养料，因而导致各类土壤微生物大量繁殖，有助于边坡生态环境的恢复，从而向良性循环过渡。
      不同植物，其对坡面的防护效果也不相同。草本植物，其护坡作用主要表现为增强坡面的抗冲刷性能；木本植物，固坡效果则更为显著，木本植物的根系按其形态特征可分为三种类型：主直根型、散生根型和水平根型。
      主直根型和散生根型可统称为垂直根型。垂直根系木本植物的主根可扎入土体的深层，通过主根和侧根与周边土体的摩擦作用把根系与周边岩土体联系起来，结合垂直根系的特点，可以把根系简化为以主根为轴向、侧根为分支的全长粘结型锚杆来分析其对周边岩土体的力学作用，此类木本植物对边坡具有显著的加固作用。
      水平根型是由水平方向伸展的固着根和繁多的链状细根群所组成，其主根不发达，侧根或不定根相对较发达，并向四周扩展，长度远超过主根，根系多分布在土壤表层。水平根系木本植物由于主根扎入边坡岩土体不是很深，此类木本植物对边坡护坡作用主要表现为增强边坡抗冲刷性能，但固坡作用不显著。
      植物对边坡的固坡作用效果，还取决于边坡类型(主要是边坡的岩土体结构特征)与所选植物的匹配关系。二者匹配良好，则植物的固坡作用显著，匹配不好，则植物的固坡作用微弱。
3、植物种类选取原则
       科学地选择的植物种类是生态护坡技术的关键。不同的植物具有不同的基因特性，对环境条件表现出不同的适应性，植物种类的选择应遵循以下原则：
⑴、因地制宜，选取的植物应适应当地的气候条件、适应当地的土壤条件(水分、pH值、土壤性质等)；
⑵、病虫害能力较强，耐瘠薄和耐修剪；
⑶、根系发达，抗雨水冲刷能力强，具有较强的固土能力，同时根系不会对边坡造成破坏的植物。
⑷、在植物种群选择上应注意由地面到空中构建乔灌草结合的立体植物群落，并注意花草颜色的搭配，以取得更好的环境效果。

4、应用实例
4.1岩石边坡基本情况
       某岩石边坡位于江苏省某城市，原为露天采矿宕口，由于城市快速发展，已于几年前停止开采，前年规划的城市快速公路从宕口前通过。由于矿山开采使原有的植被、山坡土体被彻底破坏，暴雨后水土流失严重，破坏了矿山极其周边自然景观和生态环境，与周边环境极不协调，严重影响了城市面貌与投资环境。
      该边坡顺山脉北东走向，坡面倾向北西，露采面面积约2283m2，平面占地面积12955m2，坡面岩性破碎，节理发育，局部残余有开采中#p#副标题#e#形成的松动岩块，坡高40余m，一般坡角55-65 º，下部较缓，中上部及宕口两端较陡。坡面岩石以薄层状灰岩为主，地层倾向与坡面同向或者小角度斜交，岩石破碎，总体上坡面相对较缓，但坡面凹凸差大。由于是顺层坡，极易滑脱，局部形成伞檐，雨水冲刷发生滑落、造成岩体悬空、失稳、继而崩塌、或倾倒，部分露采面已发生多次崩塌滑坡，严重危及矿山周边交通道路和基础设施安全。
4.2生态修复方案
      修复包括地质灾害治理，隐患消除；污染治理和生态环境修复两个方面。在制定方案中，系统考虑了灾害治理与环境恢复之间相互结合，通盘考虑，在植物种种类选择和播种方法上采用了新技术新工艺，体现国内最新成果和水平，获得了满意的效果。
4.2.1治理方案
      对坡顶、坡面上部主要采用爆破削坡、人工降坡，消除滑坡崩塌等隐患，降低坡度，将坡面分成3段：顶段高10m，坡度55º，该段底部设1级台阶，台阶上设马道宽约5m；中段高20m，坡度55º-50º；底段为回填压脚区，高约8-10m，将爆破削坡及人工清坡的土石方或者高处的废矿渣在此段顺面堆积,坡角控制在30º以下，回填压脚在降坡的同时增强坡面稳定性，也便于后期复绿施工。为尽量减少雨水的影响，设坡顶截水沟，坡面排水沟。
4.2.2生态复绿方案
        复绿时跟据不同部位的条件情况，分别采用不同的施工工艺，充分利用近坡面空间，构建乔灌草结合的立体植物群落。
顶段和中段为岩石区，坡面较陡，岩石相对完整，采用挂网客土喷播+鱼鳞坑种植的方法；底端岩石较破碎，坡度较缓，主要为废矿石堆集区，采用普通喷播+苗木种植的方法；中间平台上面回填土壤，种植乔灌草立体植被，内侧利用攀援性强的藤本植物沿斜坡延伸，绿化石壁，平台外缘种植悬垂植物与攀援植物相连覆盖裸露岩壁。
       宕口至公路的地表斜平面区，建成生态苗圃，合理配置乔灌草藤花，种植长绿与落叶、阔叶与针叶、彩叶与林果树木等，选用良种树苗，成片成群栽植，疏密有致，地面铺植草坪，营造“三季有花，四季有景”的城市风景。
不同区域内的植物类型和施工方案选择详见表1。

 
表1  边坡不同区段植物种类规格及施工方案一览表
位置    种植区    植物种类选择及密度    备注
顶段中段    挂网客土喷播区
    高羊茅0.2-0.5、狗牙根0.5-0.8、紫花苜蓿0.3-0.5、多花木兰1.5、胡枝子1.5、紫穗槐2、马棘1、火棘3、海州常山2.5、盐肤木1.5
    草本类，种子喷播密度单位g/m2
    鱼鳞坑种植区    大叶黄杨球：冠径80-100cm；山茶花：高度80-100cm/冠径60-80cm；海桐球：冠径60-80cm；小叶女贞：冠径30-40cm；火棘球：冠径80-100cm；夹竹桃：高度不小于120cm五分叉以上；黄馨：高度不小于80cm；蜀桧：高度120-150cm.    鱼鳞坑直径0.8m，深度0.6m，坑密度1个/20m2
平台    乔、灌木类种植区    紫叶李：高度160-200cm，株距2.5m，与夹竹桃呈品字形交叉种植；
夹竹桃：高度不小于120cm，三分叉以上，株距2.5m，与紫叶李呈品字形交叉种植；
火棘球：冠径80-100cm，株距2m，与纹母呈品字形交叉种植；
纹母：高度150-200cm，株距2m，与火棘球呈品字形交叉种植。    穴植，穴直径0.8-0.9m，深度0.6m
    藤本类类种植区    白三叶：撒播于平台内侧，#p#副标题#e# 12g/m2；
地锦（爬山虎）：长枝不小于120cm，沿平台挡土墙墙基10-20cm范围内种植，株距25cm；
迎春：长枝不小于100cm，沿平台挡土墙墙基10-20cm范围内种植，株距50cm。    
底端回填压脚区    乔木类种植区    香樟：地径5-6cm，每两株与广玉兰交叉种植，位于中间树列；
广玉兰：地径4-5cm，每两株与香樟交叉种植，位于中间树列；
栾树：地径5-7cm，每两株与高杆女贞交叉种植，位于内侧树列；
高杆女贞：地径6-7cm，每两株与栾树交叉种植，位于内侧树列；
雪松：高度200-250cm，每四株与红枫交叉种植，位于外侧树列；
红枫：高度130-160cm，每四株与雪松交叉种植，位于外侧树列。    穴植，穴直径0.9m，深度0.6m
行距3m，
株距2.5-3m
    灌木类种植区    水腊球：冠径80-100cm，株距4m，列植与外侧与中间树列之间
海桐球：冠径60-80cm，株距4m，呈品字形种植与中间与内侧树列之间
小叶黄杨：冠径60-80cm，群植，种植密度60╳80cm。
杜鹃：冠径40-60cm，种植密度50╳60cm。
丝兰：高度60-80cm，品字形种植，株距150cm。     穴植，穴直径0.8m，深度0.5m
    草本类种植区    马蹄金：撒播于斜坡中部，密度12 g/m2
红花咋酱草：撒播于斜坡上部，密度8 g/m2    播种
宕口前平面区    乔灌木类种植区    龙柏：高度不小于1.6m；侧柏：高度不小于1.5m；
蜀桧：高度不小于1.3m；雪松：胸径不小于25mm；
栾树：高度不小于1.8m；苦楝：高度不小于2.0m；
马尾松：高度不小于1.5m；广玉兰：高度不小于2.5m。    穴植，穴直径0.8-0.9m，深度0.6m。种植间距1.5╳2.0m。
    草本类种植区    马尼拉草：不少于10 g/m2。
二月兰：不少于10 g/m2。    播种
4.3、修复效果
       客土喷播在岩质坡面上，营造有一定厚度既能让植物生长，种植基质又不被冲刷的连续多孔稳定结构的硬化种植体，种植体具有能免遭雨水冲刷蚀，又利于植物生长的特点。通过客土喷播使草种快速成坪，防止雨水冲刷坡面，并结合鱼鳞坑中移植的乔灌木等树种，使治理区变绿。随着时间的推移，混播的草本植物与乔灌木树种生长旺盛，植物根系盘结，在坡面上形成一个抗张力和抗剪强度良好的保护层，起到了显著的防护作用，有效防止了坡面的水土流失，并逐渐形成与当地植被融合并被当地植物侵入的自然种群和周边自然生态环境相协调。在绿化的植物配置采取了“宜草宜木，绿彩相宜”的办法，不仅增强坡面植被群落稳定性、增加叶面积指数及绿化覆盖率，取得了良好的生态效益，同时也提高了观赏性及城市环境质量。取得了良好的恢复效果（图1、图2）。
 
图1  修复前岩石坡面局部照片
 
                 图2  生态复绿后效果图
5、结语
       随着城市化进程的推进，城市空间在不断扩张，城市中及城市附近的岩石边坡将会越来越多，这些边坡的治理特别是绿化恢复将会的到广泛的重视。生态恢复必将与护坡技术相结合，替代传统的工程护坡技术，如浆砌片石护坡、喷射混凝体护坡等，形成既能有效稳固边坡又能快速恢复植被的新的复合型复绿技术。
生态复绿技术广泛应用于城市岩石边坡的治理和美化尚需加强以下几个方面的研#p#副标题#e#究：
⑴、加强岩体表面植被生长条件的研究
      岩体表面植物难以生长，特别是高陡边坡及岩性坚硬、结构完整、规模较大的光滑岩面。主要原因是缺乏植物生存、生长的基本条件，因而，如何创造条件在岩面上使植物生长，是生态护坡技术的关键。
⑵、加强植被根系与岩面表层相互作用关系的研究
      岩体一般分为整体状结构、块状结构、层状结构、碎裂状结构和散体状结构。整体状结构和弱风化的层状结构的岩体表面裂缝少，根系难以深扎，应采取特殊措施使种植基材、根系和岩体表层融为一体，故以植草为主。小块状结构、碎裂状结构和散体状结构的岩体表面裂缝多，节理也很发育，根系容易深扎，应加强植被根系与岩体表层相互关系的研究，尽量使植被根系更深地深入岩体，从而起到固坡复绿的效果。
参考文献
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