试探讨生态袋护坡在陕西商州区腰市镇泉村等5村土地整治项目中的应用依据

李刘荣

摘要：陕南秦巴山区由于地质、地貌、岩性与气候的共同作用极易形成地质灾害，边坡防护成为预防地质灾害的有效途径。近年来生态袋在边坡防护中普遍应用，本文通过分析前人研究成果，并结合陕南秦巴山区环境特征,经过对陕西商州区腰市镇泉村等5村土地整治项目试验研究得出以下结论：1.陕南秦巴山区坡度角<45°、>45°&<53°、>53°时分别适合采用生态袋+连接扣组合、加筋网片+生态袋组合、生态袋＋SNS柔性防护网组合；2.生态袋护坡施工较益选择等效孔径在0.15mm～0.20mm范围内的生态袋，发育涨缩土的地区可采用纤维生态袋，生态袋袋体表面适合挂浆喷播沙打旺、高羊茅和黑麦草种子。以上两条结论可为陕南秦巴山区生态袋护坡应用提供依据。

关键词：陕南秦巴山区；生态袋；生态护坡。

引言

传统岸坡防护技术主要采用砌石、水泥、钢筋等材料进行边坡治理，虽具有较强的防护效果，但其缺点也显而易见，其隔断了边坡土体与植物生物间的联系，影响了边坡生态系统的完整性。生态护坡技术的引入，能将边坡生态系统与护坡墙体有机的融为一体，该系统成功的将结构工程与生态工程达到协调统一。生态护坡技术立足于工程力学、生态学、土壤学和植物学，由植物或工程和植物组成的对斜坡或边坡进行支护的综合护坡系统。其功能主要为护坡、保水保土和改善环境，常用的生态护坡类型有植物型护坡、生态袋护坡、生态石笼护坡、植被型生态混凝土护坡、土工材料复合种植基护坡等。生态袋护坡具有较强的稳定性、透水保土与过滤功能、快速恢复生态系统和施工工艺简单快捷的优势，而被广泛使用。

生态袋是以聚丙烯(PP)或者聚酯纤维（PET）为原材料通过加工而制成的具有双面熨烫针刺无纺布袋子，它具有抗紫外线、抗潮湿、抗化学腐蚀、抗生物降解与动物破坏、抗高温低温、无毒、不助燃和裂口不延伸的特点，加之生态袋内可充填混合砂砾、土壤与肥料，作为植物生长的基土，近年来得到快速推广。生态袋可种植适宜的植物种子，待植被生长稳定后，一方面植被根茎具有的锚固作用可有效控制土粒，防止流失，降低坡体孔隙水压力，具有一定截流作用，减少急流对护岸的冲刷侵蚀；另一方面可形成生态景观，改善使用区的生态环境和景观效果，同时，生态袋内植物有降雨节流、固坡的作用，可以有效控制水土流失。生态袋本身具有较高的塑性形变能力，可适应坡面的局部变形，其多种堆积形态，能够适应复杂边坡类型。生态袋在排盐方面亦表现出色，能够达到普通排水毛沟的排盐效果。因此，生态袋被广泛地用于水土保持工程、河道护岸工程和边坡防护工程中^[1,2]。

近年来，随着生态袋护坡技术的推广，众多学者针对该技术的研究深入，取得了大量成果：罗敏敏（2015）对生态袋＋ＳＮＳ柔性防护网技术的研究，指出该技术在解决岩石陡坡生态护坡问题中具有可行性^[3]。朱海生等（2015）通过对生态袋护岸工程案例研究，归纳总结出生态袋挡墙护岸工程质量主要受约因素为生态袋体质量、加筋材料质量、袋内土体密实度与植被覆盖度^[1]。陈文学等（2013）对生态袋护坡浪蚀特性研究，结果表明波浪对生态袋的冲刷影响程度与波高相关，生态袋的损失率与波高为线性正相关关系，生态袋内土壤颗粒的损失量与波浪冲刷时间呈线性正相关关系^[2]。周云艳等（2020）对植物根系长度对生态袋加筋土挡墙稳定性进行研究，结果显示根系增加了生态袋面墙的整体刚度，使加筋土挡墙的承载能力得到提升，随着根系长度与密度增加，这种增强作用呈上升趋势^[4]。以上研究成果进一步完善生态袋护坡技术，为其在陕南秦巴山区边坡中的应用提供依据。

一、陕南秦巴山区边坡特征

陕南秦巴山区地跨陕西省、甘肃省、四川省、湖北省、河南省及重庆市，范围介于东经102°54′—112°40′，北纬30°50′—34°59′N，面积约为22万km²。秦巴山区地处暖温带与北亚热带过渡区，属于中国南北气候与生物区系的交汇地带，形成了成分复杂多样植被区系。秦岭植被主体为落叶阔叶林类型，秦岭以南植被为含常绿阔叶林成分的落叶阔叶林混交类型^[5]。

地质构造上，秦巴山地区位于秦岭—印支褶皱带，经历了加里东、印支、燕山、喜山运动，强烈的地质构造活动一方面使得岩体破碎、松动，另一方面形成了陡峭的地形地貌。

地貌上，秦巴山地区处于北部华北地块和南部扬子地块的结合部，受地块挤压，形成了山高沟深的地形地貌，为滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的形成提供了基础条件。大于25%的陡坡面广泛分布,占总坡面面积的60%以上。破碎的地形与复杂的地形结构又为流水侵蚀和重力侵蚀提供了宽广的空间场所。

地层岩性上，秦巴山地区分布的泥盆系地层岩性以砂岩、灰岩、千枚岩为主，其中陡坡、陡崖发育地区岩石类型以砂岩为主，其具有较强抗风化能力；滑坡、崩塌、泥石流灾害易发生的地区岩性以灰岩为主，源于其较差的抗风化能力。三叠系地层主要发育灰岩、白云岩和浊积岩，易形成不稳定斜坡。上新统与更新统地层以及第四系地层主要发育松散堆积物与涨缩土，是各类地质灾害高发区。

气候条件上，秦巴山地区受北亚热带暖湿季风气候的影响,雨量充沛,统计1959-2009年气象资料可得出：秦岭北坡年降水量均值约600mm，秦岭南坡年降水量均值约800mm，巴山地区年降水量1000～1400mm。同年内降水量差异明显,降水量高峰期位于7～9月份,这三个月的降水量占到全年总降水量的59%。连阴雨与暴雨为其主要降雨类型,特别是秦岭南麓和巴山米仓山北麓地区，短时间内的高强度降雨,使地表土层结构受到严重破坏,引发崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。

二、不同坡度下生态袋护坡方案的选择

秦巴山地区山坡较陡，总面积60%以上的地区坡度大于25%，坡度角大于14°，前人的统计研究成果表明：82%的地质灾害发生在坡度角27°～48°的斜坡，其中滑坡多发生在坡度角20°～40°的斜坡，而崩塌多发生在坡度角40°～60°的斜坡。针对斜坡不同坡度角，需要采取不同生态袋组合形式，以达到最佳效果。

（一）边坡坡度角小于等于30°

边坡在不加筋的情况下，通常与连接扣组成柔性结构护坡，其组合类型中“斜铺”、“平铺”和“叠铺”适用于坡度角小于30°且任意高度的边坡（图1A、B、C），该类生态袋组合形式是依靠生态袋自身重量来抵挡其后水土压力，以达到边坡支护作用，由于生态袋的塑性形变特征，其对地基有一定的适应能力，但长期仍会发生结构上的变形。

（二）边坡坡度角大于30°，小于45°

边坡在不加筋的情况下，生态袋“叠码”组合类型适用于坡度角大于30°且小于45°，高度低于3m的边坡（图1D）；当边坡高度大于3m时，采用“错台分级”的形式进行生态袋组合（图1E），分级高度控制在2m以内，错台宽度保持在0.5m以上。

（三）边坡坡度角大于45°，小于60°

边坡在不加筋的情况下，生态袋“丁码”组合类型适用于坡度角大于45°且

图1 生态袋护坡类型图^[3,6]（据许永伟，2012；罗敏敏，2015改编）

小于60°，高度低于3m的边坡（图1F）；当边坡高度大于3m时，采用“错台分级”的形式进行生态袋组合，分级高度控制在2m以内，错台宽度保持在0.5m以上。“加筋”方式的引入（图1G），在不采用“错台分级”的形式下可提升边坡施工高度，加筋网片通常用于坡比1:1～1:0.75（坡度角45°～53°）的边坡，只在低矮边坡的护坡工程中有近垂直的应用。

（四）边坡坡度角大于60°

边坡坡度角大于60°时，仅依靠生态袋与连接扣的组合已无法确保边坡的稳定，生态袋近垂直码砌高时，加筋网片会受到更大的张拉力，趋于加筋网片（宾格网）张拉强度限制，ＳＮＳ柔性防护网则被引入，采用“生态袋＋SNS柔性防护网”组合（图1H），能够增强陡坡生态带护坡的稳定性。

三、生态袋选择与填充物的选择

（一）生态袋选择

纤维生态袋是由聚丙烯纤维或聚酯纤维为原材料制成的特种复合材料袋子，其中分隔式纤维生态袋和卸压式纤维生态袋均能使膨胀土吸水后的膨胀力得到有效的释放和消除，提高了纤维生态袋筑坎坎墙的稳定性，可广泛应用到陕南秦巴山区。

生态袋关键指标就是袋体孔径及透水性能，生态袋袋体等效孔径多为0.07mm～0.20mm，且袋体孔径与垂直渗透系数存在线性关系（图2），在陕西商州区腰市镇泉村等5村土地整治项目生态袋护坡工程试验实践结果得出:生态袋袋体等效孔径在0.15mm～0.20mm之间，垂直渗透系数kv≥0.12cm/s时，其表现出良好的使用效果：一方面保证生态袋内填充物不会流失，另一方面确保了袋体良好的透水性，两者共同保障了护岸结构的稳定^[1]。因此，建议在陕南秦巴山区生态袋护岸工程设计中，尽量使用等效孔径在0.15mm～0.20mm范围内的生态袋。

图2 生态袋袋体孔径与垂直渗透系数关系图

（二）生态袋填充物的选择

生态袋填充物主要有种植土（采用原状土）、细砂、泥炭土、有机化肥，比例按3:5.5:0.5:1，同时可添加保水剂、接合剂、水等，混合拌制而成（徐志坚，2019）。生态袋灌装时，填充物填充量应到达生态袋的标志处，确保每个袋子填充物均匀，填充量一致，重量限制在统一范围内，从而满足植物生长的基本条件以及生态护坡的工程需要。

四、生态袋上表植物类型的选择

根据已施工案列，生态袋护坡植被绿化过程中，采用生态袋堆砌过程中袋内混入种子种植的方式效果不理想，甚至不能形成植被；采用生态袋堆砌完工后，在袋体表面挂浆喷播冷绿草的方式，植被生长效果较好。在植被选择方面，首先考虑当地的生态环境，植物生长的类型和习性，而且必须挑选生存率高的适合当地环境的植被进行种植，在陕西商州区腰市镇泉村等5村土地整治项目同步考虑植物根系的发达程度，由于植物根系对生态袋具有加筋作用和锚固作用，且随着根系长度增加，这种增强作用越明显，因此根系较为发达的植物更有利于边坡的绿化情况和整体的稳定性。经学者研究，沙打旺、高羊茅、黑麦草喷播后持续4年进行观测，发现其生长稳定，没有出现退化现象，高羊茅、黑麦草喷播后3个月植被覆盖面积可达到100%，植株高度到达40cm左右。

五、讨论

陕南秦巴山区地质构造多期次，地貌以坡地为主，且坡地坡普遍度大于25%，再加上岩性破碎，稳定性差，季节性雨水充沛，成为地质灾害的多发地。道路两侧、河流两岸、田边山坡都成为地质灾害的高发地，土地整治项目亦遇到同样的威胁。生态袋自身具有众多优势，在边坡防护中大量使用。

针对秦巴山区的高坡度，生态袋+连接扣的组合适合用于坡度角<45°的边坡，该类生态袋护坡是靠其重量来抵挡其后水土压力的重力式挡墙。随着坡度的增加，“错台分级”的形式逐步出现，而且坡度越陡，“错台分级”的次数也就越多。坡度角在45°～53°范围之间，加筋网片+生态袋的组合能够较好胜任。坡度角>53°,建议使用生态袋＋SNS柔性防护网的组合能够达到最好的效果。

针对发育涨缩土的秦巴山区，分隔式纤维生态袋和卸压式纤维生态袋的使用能够有效保障边坡的稳定性。

针对秦巴山区季节性降雨，选择等效孔径在0.15mm～0.20mm范围内的生态袋即可确保生态袋内填充物不会流失，又可确保袋体具有良好的透水性。

针对秦巴山区生态环境，在袋体表面挂浆喷播沙打旺、高羊茅和黑麦草种子，既实现了植被的快速覆盖，又实现植被的稳定生存。

结论

结合陕西商州区腰市镇泉村等5村土地整治项目工程试验结果，陕南秦巴山区进行生态袋护坡，坡度角<45°，建议使用生态袋+连接扣的组合；坡度角在45°～53°范围之间，建议使用加筋网片+生态袋的组合；坡度角>53°,建议使用生态袋＋SNS柔性防护网的组合。

该地区生态袋护坡施工较益选择等效孔径在0.15mm～0.20mm范围内的生态袋，发育涨缩土的地区可采用纤维生态袋，生态袋袋体表面适合挂浆喷播沙打旺、高羊茅和黑麦草种子。

参考文献

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[4]周云艳,钱同辉,宋鑫,王晓梅,朱笑,李小龙.植物根系长度对生态袋加筋土挡墙稳定性的影响[J].农业工程学报,2020,36(13):102-108.

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[6]许永伟.生态袋护坡结构形式的研究与实践要点[J].上海水务,2012,28(04):38-41.

基金项目：陕西省土地工程建设集团有限责任公司内部科研项目“陕南秦巴山区梯田边坎生态治理与防护研究”（DJNY2019-28）

作者简介：李刘荣（1985-），男，陕西绥德人，工程硕士，高级工程师，从事土地工程研究工作。[e-mail]