(完整版)裸露边坡生态修复

裸露岩石边坡生态修复关键技术的研究与探索裸露的岩石边坡一般是在人类活动（如工程开发建设）或者自然灾害（如滑坡、崩岗等）过程中对自然山体的破坏而形成的。按形成的因素不同，一般具体表现为采石（矿）场的开采坑口、关停坑口、废气坑口、遗留边坡和公路、铁路等开采缺口[1]。裸露的岩石边坡具有以下特点[2]：一是边坡表面土壤、水分以及有机质缺乏，水土流失程度严重，自然条件下植被极难恢复；二是治理难度大，治理措施的技术含量高，治理投入大；三是大面积裸露山体将影响局部生态环境的健康发展，影响区域植被间的信息以及能量等流通。这些裸露边坡暴露于自然界，长期受到自然因素（如雨水、日照、气温、风力等）的反复作用，从而使边坡岩石的物理力学性质发生变化，容易造成和加剧边坡的水毁病害。因此裸露岩石边坡的治理逐渐受到人们的重视。传统的边坡防护措施(如喷锚、浆砌片石骨架、水泥骨架、挡土墙等),虽然能有效确保边坡的稳定，但与周边的景观协调性差,满足不了现代城市景观和人们追求舒适居住环境的要求[3],同时没有系统地、综合地以恢复生态学理论为基础进行全面的整体规划。而裸露岩石边坡的生态修复则是一项系统的、综合的过程，是一项集岩土工程学、植物学、土壤学、恢复生态学、水土保持学和景观生态学等诸学科于一体的综合性的科学技术，它既能保证裸露山体的稳定性、安全性，又能逐步建立起一个健康、稳定、可持续的生态系统。作者在总结了大量的国内外资料的基础上从施工技术、基质组成、植物选择、施工原则以及发展趋势等五个方面对裸露岩石边坡的生态修复进行介绍。1生态护坡施工技术1.1客土喷播护坡技术所谓客土喷播技术[4]，就是指将植物生长的基础——土壤与有机基材、粘结剂、保水剂、肥料、酸碱调节剂和种子等按一定比例混合，经过机械充分搅拌均匀后，利用客土喷播机提供的动力喷射到坡面上形成植物生长的土壤层，种子发芽、生长成坪后，可以对边坡的稳定起到有效的保护，从而达到快速重建植被生态系统和生物护坡的目的。客土喷播技术适用于边坡坡率较缓的全风化及强风化边坡、植物根系容易插入的石质边坡。客土喷播防护边坡主要靠植物的根系来实现。植物根系垂直扎入较为稳定的岩土层，如同在边坡上打了无数的锚杆，对边坡起到锚固的作用，浅层交错盘结的根系对边坡起到加筋的作用，把整个边坡连接成有机整体。此外，植物的茎叶能避免坡面被雨水直接冲刷，并能有效减缓地表径流速度，从而起到保护边坡的作用。1.2喷混植生护坡技术喷混植生护坡技术[5]是指利用液态播种原理，将生命力强、且能满足各种绿化功能的植物种子经科学处理后与肥料、防土壤侵蚀剂、内覆纤维材料、保水剂、色素以及水等按一定比例放入混料灌内，通过搅拌器将混合液搅拌至全悬浮状态后，利用离心泵把混合液导入消防软管，经喷枪喷播在欲建边坡裸地形成均匀覆盖层保护下的植物种子层，再铺设无纺布防护的一种进行坡面强制绿化的护坡技术。该护坡技术的特点[6]有三：一是喷混植生技术采用镀锌铁丝网和钢杆锚固，抗拉力强度大,可有效地防止崩塌和碎石掉落,确保山体和道路长治久安，该方法适用于恶劣环境的岩石边坡,如砾石层、软岩、破碎层及较硬的基岩石等；二是抗侵蚀性和水土流失；三是保障植被快速成型及生态稳定性。1.3厚层基材植被护坡技术厚层基材植被护坡技术[7]是指使用经改进的混凝土喷射机将拌和均匀的厚层基材与植被种子的混合物按照设计厚度均匀喷射到需防护的工程坡面的绿色护坡技术。它是集岩土工程学、植物学、土壤学、肥料学、高分子化学和环境生态学等多学科于一体的综合工程技术。厚层基材植被防护功能通过锚杆、复合材料网、植物根系的力学加固和坡面植物的水文效应实现。其基本结构主要由锚杆、镀锌网和基材混合物组成。该技术适用于年平均降雨量大于600mm,连续干旱时间小于50d的非高寒地区,且坡度不超过1∶0.5的硬质岩边坡、混凝土面、浆砌片石面,也适用于稳定的碎石坡面边坡以及各类软质岩边坡等。1.4纤维网植被护坡技术纤维网植被护坡技术[8]是指栽种固坡植物并结合纤维地衣等工程材料,在坡面构建一个具有自身生长能力的防护系统,通过固坡植物的生长对边坡进行加固或美化的一门新技术。根据边坡地形、地貌、土质和区域气候的特点,在边坡表面覆盖一层纤维网材料,并按一定的组合种植多种植物,通过植物的生长活动达到根系加筋、茎叶防冲蚀的目的,经过生态护坡技术处理,可在坡面形成茂密的植被覆盖,在表土层形成盘根错节的根系,有效抑制暴雨径流对边坡的侵蚀,增加土体的抗剪强度,减小孔隙水压力和土体自重力,从而大幅度提高边坡的稳定性和抗冲刷能力。1.5液压喷播植草护坡技术液压喷播植草护坡技术[9]，是国外近十多年新开发的一项边坡植物防护措施，是将草籽、肥料、粘着剂、纸浆、土壤改良剂、色素等按一定比例在混合箱内配水搅匀，通过机械加压喷射到边坡坡面而完成植草旋工的。其特点是：①旋工简单、速度快；②施工质量高，草籽喷播均匀，而且由于在坡面形成了一层能保水保温薄膜，使得种子发芽生长快，整齐一致；③防护效果好．正常情况下，喷播一个月后坡面植物覆盖率可达70％以上，两个月后形成防护、绿化功能；④适用性广，可在任何气候及边坡条件下施工。1.6土工网植草护坡技术土工网植草护坡技术主要采用的材料是三维植被固土网垫，它[10]是由多层塑料凹凸网和高强度平网复合而成的立体网结构。面层外观凹凸不平,材质疏松柔韧,留有90%以上的空间可填充土壤及砂粒,将草籽及表层土壤牢牢护在立体网中间。这种复合体系具有极强的抗冲刷能力,能够达到有效防护边坡的目的。该技术的适用边坡坡率缓于1∶1的路堑边坡和坡率缓于1∶1.5的路堤边坡。1.7蜂巢式网格植草护坡技术蜂巢式网格植草护坡技术[11]，是指在修整好的边坡坡面上拼铺正六边形混凝土框砖形成蜂巢式网格后，在网格内铺填种植土，再在砖框内栽草或种草的一项边坡防护措施。该技术所用框砖可在预制场批量生产，其受力结构合理，拼铺在边坡上能有效地分散坡面雨水径流，减缓水流速度，防止坡面冲刷，保护草皮生长。这种护坡施工简单，外观齐整，造型美观大方，具有边坡防护、绿化双重效果，该技术多用于填方边坡的防护。1.8生物活性无土植被毯护坡技术生物活性无土植被毯护坡技术[12]是指一种用于泊岸和斜坡的活性固土植被培植构件,由至少一个固底构件构成,任意一个固底构件均由一个纤维束构成,环绕任意一个纤维束的外侧均分别设置有网格加固层。固底构件中均设置有植物,植物具有根须。将固底构件沿泊岸和斜坡的底端线或者中间方向排列,纤维吸水后,固底构件的重量增加,不能移动,从而防止泊岸和斜坡底端的土石随水流失。进一步地利用设置在固底构件中的植物根须伸入泊岸和斜坡的底端面内,可以进一步巩固泊岸和斜坡底端的土石,阻断泥土向下流或者塌方,同时生长在固底构件中的植物也可以改善景观,绿化环境。该技术适用于边坡坡度小于45°的全风化及强风化边坡。1.9六边形混凝土空心砖植物护坡技术六边形混凝土空心砖植物护坡技术[13]适用于坡度缓于1∶0.75的全风化、强风化的岩石边坡。可防止边坡受雨水侵蚀，避免坡面上产生沟槽。该技术节省材料，造价较低，施工方便。宜在春秋施工，雨季施工时，为使草种免受雨水冲失，应加盖无纺布等。其缺点是不能全覆盖护坡，易出现局部斑秃；蓄水能力一般；维护烦琐，人工浇灌时水分会沿坡流失，费工费水。1.10火山岩护坡砖护坡技术火山岩护坡砖[14]是以火山岩（粒径10～40mm）为骨料，水泥为黏合剂预制的（400mm×400mm×100mm）砌块。火山岩砖内置植物生长成份，上平面预留20个孔径为35mm的植被生长孔，是一种新型的生态护坡方式。具有透水、蓄水、透气、无黄土外露的特点，有利于植物生长、防止水土流失、节水、环保。1.11挂笼砖绿化护坡技术挂笼砖绿化护坡技术[15]是指采用工厂生产配制的栽培基质加粘合剂压制成砖状土坯,加入草、藤类植物,形成长满絮状草根的绿化草砖,将草砖装入过塑网笼砖内,形成绿化笼砖,施工时用锚钉将绿化笼砖固定在岩质坡面上,达到即时绿化效果的绿化技术,主要用于75°以上的石壁边坡绿化。1.12浆砌片石骨架植草护坡技术浆砌片石骨架植草护坡技术[16]是指用浆砌片石在坡面形成框架,在框架里铺填种植土,然后喷播植草的一种边坡护坡措施。适用于边坡高度不高且坡度较缓的各种强风化岩石边坡。1.13植被混凝土绿化护坡技术植被混凝土绿化护坡技术[17],是指在开挖边坡形成以后,通过种植植物,利用植物与岩土体的相互作用(根系锚固作用)对边坡表层进行防护、加固,使之既能满足对边坡表层稳定的要求,又能恢复被破坏的自然植被的生态治理方法,同时又形成与周围环境相协调,与现代文明城市发展相适应的开放性生态系统。它综合考虑了各方面因素,遵循水力稳定性原则、生态原则和回归自然原则。它是集岩石工程力学、生物学、土壤学、园艺学、恢复生态学和水土保持工程学等学科于一体的综合生态治理技术,也是高陡边坡水土保持综合治理的一项基本措施[18]，此技术主要应用在高陡岩石边坡、混凝土边坡的护坡绿化工程以及硬化河道的生态修复工程上。1.14藤蔓植物护坡技术藤蔓植物护坡[19]，又称垂直绿化，是指利用植物本身的攀缘或垂吊生长习性，如爬山虎、常春藤、黄素馨、络石、葛藤等，栽植这些植物以遮盖岩石或泥质边坡，从而达到美化环境的绿化效果。2生态护坡基质组成在这些生态护坡的施工技术中，最为常用的是客土喷播护坡技术、厚层基材植被护坡技术、喷混植生护坡技术以及液压喷播植草护坡技术等，这些技术无一例外的都需要自制适合植物在石质边坡上生长的基质，如此才可以使植物在裸露的岩石边坡上顺利地生长。为了更好地达到生态护坡的效果，配制的基质应该有以下三点特征[20]：一是配制的基质具有抗雨水冲刷性能，以保证在植物生长成型前不被雨水冲失；二是配制的基质应具有一定的团粒结构，便于协调水、肥、气、热等以适应植物生长的需要；三是所配基质应该可以保证植物生长所需养分的长期有效性，以使在坡面形成稳定的植被群落之前不会出现养分耗尽的现象。一般情况基质是由种植土、肥料、保水剂、粘合剂、团粒剂和酸碱调节剂组成的，有的基质还包括染色剂、有机质、高分子外加剂和活力剂等物质。2.1种植土种植土[21]可因地选材,选择就近可以采集的粘土、黄土或沙土,但往往沙土、黄土、粘土的肥力不足,一般可用其他肥土以1:1配合使用,土要干净无杂质,无杂草且疏松,经晒干、粉碎、过筛,粒径小于10mm×10mm,将湿度控制在30%以下,干容重不得高于1.3g/cm3,pH值应为6.5～7.5。2.2肥料肥料的使用是为了给植物的生长提供养分，其用量取决于施工土壤的贫瘠程度,如果施工土层土壤肥沃,或者回填了比较肥沃的客土,肥料的施用量可以根据实际情况进行增减。同时,国产复合肥和进口复合肥在配方上也有所差异,这也必然会导致肥料施用量的不一致。肥料[22]应根据选用植物、肥力的可靠性和持续性、粘合剂、基床材料等选定种类。一般使用高效化肥、缓效性IB态化肥或石炭酸系列树脂、聚烯烃系列树脂包裹的编码肥料。2.3保水剂保水剂[23]是无毒、无害的高分子聚合物，能吸收自身重量400倍左右的水分，具有快速吸水，缓慢释放，促进植物吸收的特点。它能够增强土壤和基质的保水保肥能力，改善土壤的团粒结构，持续供应植物生长所需水分，抗旱抗逆、节水省肥。保水剂的使用能够明显的提高植物种子的生根发芽率，保证乔灌木及草坪的生长质量，延长绿期。保水剂的使用应根据种植地的地质地貌条件，土壤性质、气候条件以及植物种子和种植方式，采用不同的型号、配方。2.4粘合剂为避免风雨等自然因素对种植基材造成的侵蚀、冲刷,必须在种植基层中加入相当数量的粘合剂[24],以促使基质与岩石粘结和增强基质本身的抗侵蚀冲刷.粘合剂常用有化学粘合剂和普通硅酸盐水泥,水泥的碱性对种子生根、发芽是有害的,因此加入水泥时应严格控制其用量,最大用量不得超过80kg/m3.对于土壤的酸碱性和物理机能,视情况加入一定的土壤改良剂.2.5团粒剂团粒剂[25]是高分子树脂类制剂,能解决有机基材混合形成易于植物生长团粒结构。2.6酸碱调节剂酸碱调节剂的加入是为了调节所配基质的