现浇网格生态护坡技术研究——以延庆试验区为例

陈 琼，高甲荣，王 颖，王建军

(1.北京林业大学水土保持学院，北京 100083;2.内蒙古和信源生态工程研发中心，呼和浩特 010000)

1 研究背景

近年来随着我国经济的快速发展，开发建设项目不断增多，各种公路、铁路、矿山以及水电坡坝建设的开挖形成了大量无法恢复植被的岩土边坡，导致原生植被和动物栖息地被破环、水土流失，以及局部环境恶化等一系列生态环境问题，给人民的生命财产造成了极大的损失。尤其是在矿产资源丰富、开采频繁、道路建设较多、生态环境破坏严重的高寒干旱区域［1－3］。然而，我国的生态护坡工程技术研究较晚，尚处于初级阶段，目前我国市场上存在的生态护坡技术，如浆砌石护坡技术、钢筋混凝土框架植草护坡技术、客土喷播护坡技术、浆砌片石骨架植草护坡技术、生态袋护坡技术、框格梁护坡技术、生态砖护坡技术等，虽然取得了优异成绩，但没有一项生态护坡技术能够适用于我国北方高寒、干旱地区。高寒、干旱地区的护坡技术一直处于空白，因此，研发一套适用于这一气候地区公路、铁路、矿山、水电坡坝等边坡生态护坡技术是十分必要且重要的。

本文所研究的现浇网格生态护坡技术创新性地采用了蓄水保土的鱼鳞坑型护坡网格，结合抗冲刷基质、乡土护坡植物综合的生态护坡的模式，正是一种能够应用于我国北方高寒、干旱少雨地区的生态护坡新型技术，为了探讨这种新型护坡技术在边坡治理中的适应性及护坡效果，对延庆试验区进行了一系列调查研究。成果表明:该技术护坡能力强，护坡植物成活率高，覆盖率高，对边坡可以起到改善土壤理化性质、减轻径流侵蚀的作用，水土保持效果显著。该技术在各类边坡生态防护中的推广应用具有重要意义。

2 现浇网格生态护坡技术体系

现浇网格生态护坡技术作为一种新型的生态护坡技术，是通过植物与现浇网格工程相结合的方式达到护坡目的，该技术主要是利用特制专利模板在边坡上现场浇筑钢筋混凝土鱼鳞型网格护坡，网格内覆盖抗冲刷基质，种植抗逆性强的本土植物的一套综合生态护坡模式，故现浇网格生态护坡技术体系共有现浇网格生态护坡模板、抗冲刷基质材料和本土植物选择3大部分。

(1)现浇网格生态护坡模板是以模具树脂或橡胶、塑料等为原料加工而成的一种现场浇筑网格生态护坡的专用模板。现浇网格生态护坡模板是在板的正面开有4条或1条斜向相互交错的沟槽，沟槽的上边宽度大于其底部的宽度，形成整齐、均一的生态护坡网格结构，达到稳定坡面的目标。目前该模板共有斜网格和纵横网格2大类型，1 180 mm×620 mm、1 700 mm×620 mm等5种规格，模板设计及剖面图见图1、图2。

图1 现浇网格生态护坡模板设计图示Fig.1 Design of the template of ecological slope protection by cast-in-situ grid

图2 网格钢筋混凝土浇筑成型剖面图Fig.2 Profile of the grids poured from reinforced concrete

(2)抗冲刷基质材料是一种由壤土、草炭土、秸秆、有机肥和黏结剂组成的混合材料，是与现浇网格生态护坡技术配合使用的，其主要作用是在网格内形成土壤保护层，截流雨水，减少水土流失，另外抗冲刷基质材料也能为植物的正常生长提供部分营养物质。根据壤土、草炭土、有机肥、黏结剂等材料的比例，目前已配置了5种适用于不同土壤、坡度的抗冲刷基质材料，分别编号为 G1，G2，G3，G4，G5。

(3)乡土植物对生长地的生态环境适应性极强，运用于生态护坡中，可在短期内形成植物群落，丰富护坡区域范围内生物多样性。鉴于乡土植物对地域环境的一一对应关系，对于现浇网格生态护坡技术而言，应根据不同生态环境条件选用不同种类的乡土植物。

3 试验区研究

3.1 试验区概况

现浇网格生态护坡技术水土保持试验在北京延庆县研究地进行，延庆县地处北京市西北部，距北京市区74 km，是首都北京的北大门。地理位置东经115°44'～116°34'，北纬 40°16'～ 40°47'，平均海拔500 m，属温带与中温带、半干旱与半湿润带的过渡地带;气候冬冷夏凉，年平均气温8℃，年平均降水量494 mm。示范基地小区规格为16 m×7 m，坡比为1∶1，面积112 m2，向阳土质边坡。工程于2007年6月下旬施工，7月中旬完工。

3.2 施工流程

施工前首先要整平、夯实坡面。在整平的坡面上按规格为1 700 mm×620 mm的模板沟槽位置安置钢筋，并固定在边坡上，然后将模板按照钢筋的摆放覆盖在边坡上，固定好后，从模板的沟槽处浇筑混凝土，浇筑的时候保证混凝土能停留在模板的斜槽内，不出会现漏浆现象，不污染植物种植池，形成规格的鱼鳞坑状护坡网格，然后在网格内按照每格3株栽植护坡植物金叶莸，最后在表层铺设5 cm的3#抗冲刷基质材料。

3.3 监测方案

植物的生长特性和适宜性是护坡效果的重要指标。本研究采取随机取样和现场测量的方法，对现浇网格内种植的金叶莸的生长特性进行全面观察，并对该坡面完工1 a以及4 a后金叶莸的成活率、生长高度和盖度进行监测。并且对原始坡面和完工4 a后的坡面土壤进行取样分析，从而探讨现浇网格生态护坡技术的适宜性以及边坡防护的效果。

3.4 结果与分析

3.4.1 植物生长情况

植物的生长情况不单影响坡面的视觉效果，而且会影响后期护坡的效果和控制水土流失的能力［4－7］，是展现护坡生态环境效益的最直接的方式。本试验实地调查监测显示，施工完成一年后，金叶莸的成活率都在90%以上，表明金叶莸在试验区适应性良好。2011年6月，施工完成4 a后的调查结果显示，试验小区金叶莸的成活率达到94.3%，金叶莸新生枝叶繁茂，每株枝条平均生物量可达到29.3 g，平均株高为33.07 cm，平均覆盖度为533 cm2，具体株高、覆盖度情况如表1所示。

从植物的生长情况来看，金叶莸的高度及覆盖度随着时间的推移都是呈上升趋势的，且相对于裸露边坡，现浇网格生态护坡技术的网格内形成了一个有利于植物生长的微环境，网格内铺设的抗冲刷基质材料为植物的正常生长提供更适宜的环境，并结合鱼鳞状的网格模板有效地拦截了更多的雨水，使得金叶莸在网格内得到了良好的生长，枝繁叶茂，生物量增加，从而短期内就能达到一定的景观和改善栖息环境的效果。

表1 现浇网格生态护坡技术网格内金叶莸的株高、覆盖度情况Table 1 Statistics of height and coverage of Caryopteris clandonensis in the cast-in-situ grids

3.4.2 土壤改良情况

边坡土壤是植物形成、生长、演替的基础，土壤养育植被，而植被也反过来稳定、改善土壤条件［8－9］，故土壤的改良情况是生态护坡效果的重要指标之一。在2011年6月的调查中，分别取金叶莸根部附近土壤及空白对照实验小区土壤各50 g，测定土壤中有机质、全氮、速效磷、速效钾、pH值等理化指标的变化。分析结果见表2。

表2 现浇网格生态护坡技术网格内土壤理化性质变化情况Table 2 Variations of soil’s physical and chemical properties in the cast-in-situ grids

由表2可见，金叶莸对该地区土壤起到了改良作用，数据显示，土壤中机质增加了28.11 g/kg，全氮增加了0.72 g/kg，速效磷增加了11.25 mg/kg，速效钾增加了33.74 mg/kg，pH 下降了0.71。结果说明:一方面由于现浇网格生态护坡技术的抗冲刷基质材料一定程度地改善了土壤的理化性质;一方面现浇网格生态护坡技术有利于植物的生长，而随着植物的生长将促进土壤有机质的矿化作用和坡面土壤腐殖质的合成，增加土壤有机质的含量，故现浇网格生态护坡技术对坡面土壤的理化性质有明显改良作用，其改善了坡面的立地条件，有效修复了各种工程施工对边坡生态环境造成的损害。

3.4.3 技术经济成本

对于一项生态护坡技术的推广应用，除护坡效果，改善环境能力等生态效益外，该技术的施工过程，施工效率及后期养护等经济指标也至关重要。现浇网格生态护坡技术与其他技术成本、费用比较见表3。

由表3可见，框格梁护坡技术、蜂巢式护坡技术及现浇网格生态护坡技术在施工效率、施工成本上没有太大区别，但从护坡养护上来讲，现浇网格生态护坡技术胜其他护坡技术一筹，这主要是由于现浇网格护坡技术采取了鱼鳞坑技术、抗逆性植被、抗冲刷保水固土等措施，使得后期养护费用降低，养护时间减少为1～2 a。

表3 现浇网格生态护坡技术与其他技术成本、费用比较Table 3 Costs and other expenses of cast-in-situ grids compared with other techniques

4 结论

(1)通过试验区对植物的生长情况及土壤改良的研究可以看出，现浇网格生态护坡技术的鱼鳞坑网格设计及抗冲刷基质的配置为植物的生长提供了良好的条件，乡土植物护坡成活率高，且改善了网格内土壤的理化性质，有效修复了由于各种工程施工对边坡生态环境造成的损害，所以该技术在保持水土、改良土壤、恢复生态环境方面效果显著。

(2)通过与框格梁护坡技术和蜂巢式网格技术的经济对比可以看出，虽然现浇网格生态护坡技术的施工成本相对于其他技术并没有太大区别，但由于其采取了鱼鳞坑技术、抗逆性植被、抗冲刷保水固土等措施，使得后期养护时间短，养护费用低，能够为社会节省更多的财力、物力，所以直接经济效益显著。

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