濕陷性黃土邊坡生態恢復技術研究

程海濤

（山西省交通環境保護中心站（有限公司），山西太原 030032）

0 引言

我國的西北地區是濕陷性黃土的集中區域，受歷史情況與建設資金等因素的影響，過去在公路黃土邊坡的設計與施工過程中，對于邊坡植被防護與生態恢復的要求較低?；A設施的修建改變了原有地形地貌及土壤結構，破壞了區域范圍內原有的植被覆蓋，導致次生裸地的增加與水土流失。同時隨著公路廊道效應的發生，土地被分隔、生態破碎化程度增加，也對范圍內的自然生態產生不利影響。因此提高黃土邊坡坡面生態恢復水平，成為當前邊坡設計、施工與治理的一大目標，需要積極采用新理念、新材料、新技術，科學地指導工程建設，改變以往落后的、單一的公路濕陷性黃土邊坡處理措施，變保障型邊坡為生態環保型邊坡，提高邊坡防護的水平。

1 黃土邊坡坡面特點與防護要求

1.1 濕陷性黃土邊坡的坡面特征

在公路的建設過程中，往往涉及大量的邊坡工程，開挖邊坡不可避免地對沿線生態產生不利影響，土壤結構變化、水土流失等現象，不僅會導致邊坡的穩定性下降，也會對公路范圍內的生態環境造成破壞，難以滿足“綠色建筑”的要求。西北地區以濕陷性黃土為主，土壤結構較為疏松，地表植被密度較小，黃土遇水后工程性質急速下降，若發生暴雨天氣，邊坡極易出現沖刷滑塌。研究表明，當黃土地區的邊坡坡度超過35°時，邊坡的穩定入滲速率將下降為無邊坡時的32%，侵蝕量相比無邊坡時增大13 倍。公路的邊坡經常超過該坡度，導致邊坡極易發生水土流失。尤其對公路路塹邊坡而言，由于是在挖方作業下形成，開挖破壞了原土壤與植被的平衡關系，抗侵蝕能力下降，立地條件進一步惡化，導致植被生態恢復的難度增加。同時側向卸荷應力釋放將導致黃土內部節理出現松弛、張開、裂隙發育現象，造成路塹邊坡失穩。因此，提高邊坡植被生態恢復的效果，兼顧工程建設穩定性與生態環?？沙掷m性的要求，是西北地區濕陷性黃土邊坡建設過程中應考慮的重要問題。

1.2 濕陷性黃土邊坡植被護坡的選型要求

工程防護在黃土邊坡生態恢復防護過程中仍然具有不可替代的作用。在保持工程防護穩定的前提下，為植被的立根和生長提供水土及肥養條件，植被的生長又能有效改善土壤結構，促進邊坡土體穩定，形成工程防護與生態植被防護的正向促進效果。濕陷性黃土邊坡的生態恢復，需要在保持邊坡力學性質穩定的前提下，進行生態防護綠化，因此保持力學穩定和生態平衡是進行邊坡生態防護選型的主要參考因素。同時考慮不同類型的生態植被邊坡對覆土厚度、水養條件、后期維護的需求有所不同，根劈效應對邊坡的影響也不同，邊坡穩定效果、土壤改善效果、工程施工難易度和成本差異也較大，在進行邊坡選型時應該尤為注意。

2 濕陷性黃土邊坡生態恢復技術

2.1 直接種植植被護坡技術

2.1.1 鋪草皮

鋪草皮是邊坡植被防護最常見的技術之一，將培育好的草坪運至現場后直接進行鋪種，迅速綠化邊坡（圖1）。這種植被恢復技術具有草坪存活率高、成本低、施工簡便、效率高等優點；缺點是對種植土的水分、養料有一定要求，水養條件不足將導致草坪迅速退化。鋪草皮適用于各種土質邊坡，對于陡邊坡也較為適應。

圖1 鋪草皮護坡

2.1.2 液壓噴播植草技術

噴播植草技術需要先將草籽、肥料、黏著劑等按照一定比例制備成混合物，噴射到邊坡坡面，混合物中可以視邊坡土情況摻入土壤改良劑（圖2）。根據相關試驗表明[1]，采用液壓噴播植草技術后，坡面的覆蓋率在3 個月就可以達到50%，沖刷剝落的可能性大大降低。但在噴播的第二年，草皮可能出現片狀剝落情況，原因是邊坡的坡度較大導致植被儲水困難，土壤含水率不足直接導致草皮退化。因此噴播植草技術不適用于坡度較大的邊坡，通常要求單級邊坡的坡度應小于1∶1。液壓噴播植草技術的適應性較好、靈活度高、施工簡便迅速，對于大面積、緩邊坡的綠化工程尤為適用。

圖2 液壓噴播植被防護技術

2.1.3 植物纖維防護技術

該技術的原理與液壓噴播植草技術類似，是將草種、肥料與植物纖維、黃土進行拌合制成混合物，噴射到邊坡上，視情況可以增加保水劑，常用的植物纖維主要是麥秸稈。采用植物纖維后，有利于在邊坡表面形成一層纖維層，增強邊坡的水土保持能力，避免沖刷破壞，同時有利于草種立根。該技術具有成本低、應用范圍廣、施工效率高等特點。

2.1.4 打穴鉆孔栽植防護技術

打穴鉆孔栽植技術是在邊坡上挖孔后栽種植物的技術（圖3），通常打孔的直徑為5～10 cm，深度為10～15 cm，密度以每平米9～12 孔為宜，挖孔后將種子與肥料一同埋入孔洞中。為了增強孔洞的蓄水保水能力，孔洞與坡面的角度應接近90°。該技術適用于邊坡比小于1∶0.75 的邊坡，對于坡體土層為老黃土上部（Q22eol）或新黃土（Q3eol）的路塹邊坡也可以適用，但應注意邊坡高度不宜過高。采用該技術時，應當盡可能避免對坡面表層土擾動，否則帶孔坡面極易在降水影響下發生局部塌陷或沖蝕破壞。

2.2 植被與工程防護結合的生態恢復技術

2.2.1 栽藤技術

栽藤技術常用在工程防護邊坡的坡腳位置，通過藤蔓對坡腳進行綠化和遮擋，能夠在一定程度提高邊坡的植被覆蓋率（圖4）。藤蔓具有生長迅速的特點，在氣候溫和地區能夠長時間起覆蓋作用，但在氣候惡劣的西部黃土地區，可能由于氣候條件較差導致藤蔓植物出現季節性退化現象，邊坡再次裸露，影響綠化效果。

圖4 栽藤防護技術

2.2.2 厚層基材噴播植草護坡技術

該技術通過厚層基材為植被提供穩定的植生環境，有利于植物在坡面的生根（圖5）。研究表明[2]，采用該方法在早期基層營養充足充分時，植被能夠起到很好的水土保持和邊坡防護效果，但隨著表層土和基材內營養物質的消耗，植被會很快出現退化現象，邊坡防護效果大大降低。因此該技術的應用重點在于及時補充厚層基材的養分，但這又增加了養護成本和難度。

圖5 厚層基材防護技術

2.2.3 三維網植被防護技術

該技術是將土工材料防護與植物防護進行結合，對邊坡進行加固（圖6）。該方法的缺點與厚層基材植被防護技術相同，隨著土工材料表面覆土養分的喪失，植被退化的現象非常明顯?？梢约皶r引入對養分、水分需求較少的植株，人為改變植被的演替，提高防護效果。

圖6 三維網植草防護技術

2.2.4 框（骨）架植物護坡技術

框架護坡將漿砌塊石、混凝土、磚石等砌筑成框架，在框架內覆土種植灌木或草本，也可噴播草種進行恢復?？蚣芤话阋郧度肫旅?0～30 cm、寬度20～30 cm為宜（圖7）?？蚣苤参镒o坡的優勢在于坡面適應力強，框架能夠有效地保持水土，防護效果較為理想。缺點在于當坡度過大（超過1∶0.5）時，坡面土容易與框架脫離導致覆土的穩定性下降，影響植被的后期生長。因此采用該技術時，應當充分考慮邊坡坡度、覆土類型、降水情況、框架形式等因素，確保植物的生長環境穩定。

圖7 框架植被護坡技術

2.2.5 土工格室植被防護技術

該技術是將土工格室固定在坡面后，進行填土、布設防護網，最后在三維植被網上噴播草種（圖8）。該技術適用于降水少的地區，對邊坡坡度的適應能力強，當邊坡較緩時采用平鋪式，在邊坡較陡時采用疊置式。缺點在于布設土工格、三維植被網的成本較高，不適合較大范圍內使用。

圖8 土工格室植被防護技術

2.2.6 植被型多孔混凝土護坡

對坡面進行表面處理后，鋪筑一層多孔混凝土，在孔中添加草籽、肥料、保水劑等，植物從孔內長出，美化邊坡?；炷两Y構具備較好的抗沖刷能力，孔洞內能夠較好地儲存雨水，為植物生長提供穩定的條件。該技術的缺點在于孔洞內的養料消耗殆盡后，植被隨即發生退化，混凝土裸露會影響邊坡的視覺效果，而重新向孔內補充養分及草種需要耗費的人工成本較高。

2.3 改造坡面形態的植被護坡技術

2.3.1 寬臺陡坡型植被防護技術

該技術適用于臺階性邊坡，通過縮短坡長、增大單級邊坡坡度、增加平臺寬度等措施，為植物提供更好的立地條件，平臺寬度可以達到2.5～3 m，能夠種植喬木或灌木，對邊坡的美化效果明顯（圖9）。斜坡處可以采用其他方法，通過草本植物進行綠化處理。因此形成了自上而下整體的邊坡生態防護，植被類型豐富、成活率高、防護效果好。

圖9 寬臺陡坡型植被防護技術

2.3.2 多級小平臺植被防護技術

該技術是對寬臺陡坡型植被防護進行改良，將單級坡面改為多級小平臺坡面，單級邊坡的坡度更陡、平臺數量與植物立地面積更大（圖10）。該技術下單級邊坡的坡度接近1∶0.1，單級坡高2 m，各個小平臺的寬度為1～1.5 m，為植被生長提供了更大空間。通過在平臺上種植喬木、灌木林，利用植物根系保持水土條件穩定，樹木枝葉降低雨水的沖刷破壞，因此該方法對于邊坡穩定性防護的效果較好，且視覺體驗較好。缺點是將坡面改造為多級小平臺，對施工的工藝和質量提出了較高要求，工程量較大且施工較復雜，不利于工期和成本的控制，因此不適合大面積使用。

圖10 多級小平臺植被防護技術

3 黃土地區路塹邊坡植被護坡技術探討

根據上述黃土邊坡生態恢復技術的分析不難發現，尚沒有一種邊坡植被護坡技術能夠完全應用于所有黃土地區。因此需要根據不同地區、不同路段的特點，進一步探討植被護坡技術的選擇和應用。結合相關理論和工程實踐效果，本文認為應當從邊坡坡型、植被搭配兩方面出發，提高植被護坡在黃土地區邊坡工程中的應用效果。

3.1 黃土地區生態防護邊坡坡型選擇

從目前國內工程實踐來看，無論是直線型黃土路塹邊坡還是臺階型黃土路塹邊坡，單級坡比都大于1∶0.75，否則坡面的植被難以達到長期防護作用，即便在前期使用過程中的綠化和防護效果滿足，后期由于坡比過大，坡面養分消耗，極易出現植被退化、死亡的現象。大部分植被護坡采用單一草本植物，其根系難以深入坡面土層，不能長期穩定地固定在邊坡上。因此在黃土地區植被護坡類型的選擇上，應當從當前的地質穩定性考量，向生態穩定性方向考慮，確保邊坡工程穩定性的同時，還應當為植被在坡面上的長期穩定扎根、生長提供條件。

3.2 植被選擇

調研發現國內大部分黃土路塹邊坡防護或在坡面種植草本植物，或在平臺上種植喬灌木，但常常采用單一植被，坡面的斜坡及平臺邊緣容易受到沖刷破壞。結合黃土路塹邊坡的土質條件來看，邊坡植被需要耐旱、耐貧瘠的植物，為了提高植被護坡效果，避免不利條件下導致某類植被整體消亡，植被選擇上建議采用喬、灌、草、藤結合。在坡面的斜坡上種植草本植物，通過其根系對邊坡淺層土進行穩固，同時種植檸條、紫穗槐等耐貧瘠灌木或小型喬木，實現草、灌、喬結合的立體植被防護，通過灌木、喬木能夠有效減緩水動力，避免草本植物受到劇烈沖刷而損失，提升植被邊坡的防護效果。

4 結論

本文研究了西北地區常用的3 種濕陷性黃土邊坡生態恢復技術類型：坡面直接種植技術、工程與植被結合防護技術、改造坡面形態的植被護坡技術，對3 種護坡類型下的具體生態恢復技術進行了分析，介紹了各種黃土邊坡生態技術的概念、特點，對其適用性進行了分析。結果表明，目前并沒有一種植被護坡技術能夠完全適用各類黃土地區。本文認為，植被護坡技術的應用，需要分析不同地區、不同路段的特點后，著重考慮邊坡坡型、植被搭配兩大因素。在邊坡選型時，需要同時保證邊坡選型的工程穩定性及生態穩定性，為植被生長提供穩定的條件。在植被選型時，可以采用喬、灌、草、藤結合，利用草木、藤木穩固邊坡淺層土，延緩地表徑流，利用灌木、喬木減緩水動力，避免草木受到劇烈沖刷。希望相關研究能夠為黃土地區的邊坡防護設計與施工提供借鑒。