人工斜坡與生態(tài)工法設(shè)計(jì)之探討

1、香港人工斜坡與生態(tài)工法設(shè)計(jì)之探討第17卷第3期2003年9月水土保持學(xué)報(bào)JournalofSoilandWaterConservationV01.17NO.3Sep.2003香港人工斜坡與生態(tài)工法設(shè)計(jì)之探討伍世良(香港中文大學(xué)地理與資源管理學(xué)系,香港)摘要:香港地少人多,市區(qū)人口密度之高,為世界之冠,超過5300人/kin.為制造出更多的平地空間,改造斜坡便成為香港市區(qū)發(fā)展的重要因素之一.早期人工斜坡的設(shè)計(jì),多以結(jié)構(gòu)體之安全性和穩(wěn)定性為考量.隨著市民環(huán)境保護(hù)意識之提高,現(xiàn)今的斜坡設(shè)計(jì),除了須滿足一般之城市規(guī)劃要求外,更需考慮環(huán)境之美化和生態(tài)之效益.本文介紹生態(tài)工法設(shè)計(jì)在香港斜坡工程上的各種應(yīng)用

2、,以探討其優(yōu)劣處,局限性,可行性和綜合效益.關(guān)鍵詞:人工斜坡;生態(tài)工法設(shè)計(jì);護(hù)坡工程;香港中圈分類號:S157.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:10092242(2003)03008204SlopeImprovementandBio-mitigationMeasuresinHongKongNgSaileung(DepartmentofGeographyandResourceManagement.theChineseUniversityofHongKong,HongKong)Abstract:ThehillytopographymakesHongKongoneofthemostdenselypopul

3、atedcitiesintheworld.Thepopulationdensityinsomeurbandistrictsisashighas5300person/km.Inordertomeetthelanddemandforcitygrowth,slopeengineeringhasbecomeanintegralcomponentofurbandevelopmentinHongKong.Intheolddays,keyconsiderationsforslopeweresafetyandstability.Whiletheenvironmentalawarenessofthegenera

4、lpublicisincreasing,recentslopedesignnotonlycompliesengineeringstandardsandrequirementsbutalsoincorporatesideasofenvironmentalaestheticsandecologicalvalues.Thispaperfirstintroducesvariousapplicationsofbio-mitigationmeasuresforslopeimprovementinHongKong,thentheirstrengths,limitations,feasibilityandin

5、tegratedbenefitsarediscussedandevaluated.Keywords:artificialslope;biomitigationmeasure;slopeimprovement;HongKong1引言香港位于南中國海岸線上,屬于華南丘陵地帶的一部分,地體的主干是一系列東北一西南走向的山脈,加上全新世海水進(jìn)夷淹沒了地勢較低的地方,形成香港高山多,低地少的地形特征.據(jù)統(tǒng)計(jì),香港大部分地區(qū)都是由1;5至1:3的山坡地所組成,而坡度高達(dá)1;2的地方也不少,地勢較平坦而坡度低于1;5的地方只屬小部分.由于可供使用的平地面積極之有限,未能滿足人口增長和工商業(yè)發(fā)展的需要,所以政

6、府除了在海港兩岸積極填海造地外,更大力改造市區(qū)內(nèi)和附近的山坡,以制造出更多平面空間以供發(fā)展使用,而人工斜坡已成為香港市區(qū)的特色景觀之一2.另一方面,香港具有典型的亞熱帶季風(fēng)氣候,雨量充裕,年降雨量平均約2200mm,最高可高達(dá)3000mm以上.大部分降雨集中在59月的雨季,占全年雨量的8O以上.在雨季期間發(fā)生的暴雨,24h和1h的降雨量可以高達(dá)500mm和100mm以上啪.有研究指出,若24h的降雨量超過100mm,而15d內(nèi)的總降雨量又超過350mm的話,較大型的滑坡便有可能發(fā)生.由于以上特殊地理?xiàng)l件,香港的滑坡和泥石流的災(zāi)害問題十分突出.19451997年間,大小不同的滑坡和泥石流共發(fā)生超

7、過27000次之多嘲.一直以來,結(jié)構(gòu)體之安全性和穩(wěn)定性都是斜坡工程的首要考慮因素.隨著香港市民對環(huán)境的要求日漸提高,現(xiàn)期的人工斜坡不單要合乎安全標(biāo)準(zhǔn),亦要滿足環(huán)境美化和生態(tài)保育的要求.近年提倡的”綠色斜坡”(greenslope),就是將生態(tài)工法設(shè)計(jì)運(yùn)用在斜坡工程上.本文會首先介紹各種普遍在香港使用的傳統(tǒng)護(hù)坡方法,找出這些方法所引起的各種環(huán)境和生態(tài)的影響,然后介紹生態(tài)工法設(shè)計(jì)在香港斜坡工程上的各種應(yīng)用,以探討其優(yōu)劣處,局限性,可行性和綜合效益.2斜坡工程在香港,滑坡和泥石流一直以來是被理解為由不穩(wěn)定斜坡所引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害.巖土是否穩(wěn)定既被定義為一收疆日期:20021214作者籬介;伍世良.男,助

8、理教授,博士.主要從事地貌學(xué),環(huán)境變化和資源管理的研究.第3期伍世良:香港人工斜坡與生態(tài)工法設(shè)計(jì)之探討83種力學(xué)問題,在處理斜坡問題的時候很自然運(yùn)用工程的方法人手.對于不同斜坡的護(hù)坡工程,香港有嚴(yán)格準(zhǔn)則規(guī)定護(hù)坡工程的細(xì)則和要求.本文在此只簡單介紹一些在香港較普遍使用的斜坡方法.籠統(tǒng)地說,香港的護(hù)坡工程分4大部分,分別是:坡面保護(hù)(surfaceprotection),排水管道系統(tǒng)(drainagesystem),坡形改造(trimruing)和加固結(jié)構(gòu)(reinforcementstructures).2.1坡面保護(hù)坡面保護(hù)是在山坡的表面鋪設(shè)一層相對堅(jiān)固而又不透水的人工材料.堅(jiān)固的表面能抵受雨

9、點(diǎn)濺蝕和片蝕沖刷,有效地保護(hù)坡面,減低坡面崩壞的可能性,其不透水的特性能防止大量的雨水人滲土層,大大減少因雨水人滲斜坡而形成的剪切力(shearstress).常見的坡面保護(hù)方法有:(1)噴射混凝土砂漿坡面(sprayedconcrete).噴射混凝土砂漿的好處是工程簡單,技術(shù)要求低,造價(jià)平,應(yīng)用范圍廣泛,無論是陡峭或平緩的斜坡都適用.因此,香港到處都可以看到混凝土砂漿的斜坡.(2)砌石坡面(stonepitching).在一些要求美觀或有堅(jiān)固表面的山坡,可以使用砌石護(hù)坡的方法,但造價(jià)卻較昂貴.(3)植被坡面.在一些要求較自然的山坡,可以在坡面上植樹或種草以穩(wěn)固土層,但此方法并不較用于陡峭的斜

10、坡.2.2排水管道系統(tǒng)斜坡的排水管道系統(tǒng)發(fā)揮著與坡面保護(hù)相輔相成的作用.坡面排水系統(tǒng)多以網(wǎng)絡(luò)的形式平均分布在斜坡上,能有效收集坡面的徑流并迅速地將它排走,大大減少徑流在斜坡停留的時間.此外,坡面排水系統(tǒng)將斜坡劃分成多個集水小區(qū),便能減低坡面徑流所做成的片蝕沖刷.然而,即或最完美的坡面工程亦不能完全防止雨水入滲.隨著時日增加,斜坡內(nèi)仍可能累積了過量的地下水.隨著地下水位升高,土層體積會膨脹而變形.地下水流動亦會做成滲透潛蝕,最終會影響到斜坡的結(jié)構(gòu).因此,斜坡上每隔一定的距離便須安裝傾斜排水管(rakingdrain)或降壓排水管(reliefdrain),將斜坡內(nèi)多余的水量排走.2.3坡形改造在

11、絕大部分的情況下,斜坡必先改造成適當(dāng)?shù)钠滦?以配合發(fā)展計(jì)劃的需要和滿足工程力學(xué)的要求.然后才進(jìn)行其它種類的斜坡工程.例如:如果風(fēng)化層太厚,便須將部分的風(fēng)化物挖走,以增加斜坡的穩(wěn)定性;若山坡的坡度太大或坡面起伏不定,通常是將山坡切削成坡度較平緩的斜坡.當(dāng)然也可以在山坡上堆土然后進(jìn)行壓實(shí),以塑造成適合的斜坡型態(tài).2.4加固結(jié)構(gòu)存在于斜坡上不牢固的物料,若不能將它移走,就需要安裝加固結(jié)構(gòu),以防它從山坡上剝落或下滑.針對不同的情況,不同的加固結(jié)構(gòu)便派上用場:(1)4-釘(soilnail)將土層牢固于斜坡上,減低土層下滑的可能性;(2)巖石錨桿(rockanchorage),巖石抗滑樁(rockdow

12、e1)用以預(yù)防不穩(wěn)固的巖石松脫;(3)滾石保護(hù)網(wǎng)格(wireprotectionmesh),滾石欄柵(boulderfence)用以阻擋滾石從斜坡頂部滾落到山坡腳下;(4)擋土墻(retainingwal1)建于土坡腳下,能為斜土提供額外的支撐力,減少斜坡土層崩塌的可能性;(5)支撐墻(buttress)用以支撐凸出斜坡外的懸垂部份.3人工斜坡之環(huán)境影響一直以來,香港比較注重人工斜坡的功能,較少有其它方面的考量.無可否認(rèn),斜坡工程若不能發(fā)揮護(hù)坡保土的作用,會直接對附近居民的生命和財(cái)產(chǎn)構(gòu)成危害.然而,單從功能角度出發(fā)去建造的人工斜坡,卻引伸出4方面的環(huán)境影響.3.1生態(tài)影響人工斜坡無論在型態(tài)和結(jié)

13、構(gòu)上都有別于天然山坡.一般來說,人工斜坡為滿足工程力學(xué)和排水的要求,坡面筆直單一,缺乏層次.不透水的坡面表層更像絕緣體一樣,將斜坡的土層隔絕于外面世界,中斷了物質(zhì)和能量流動.用混凝土或砌石造成的坡面一般都是光禿禿沒有植物,全無生氣.雖然有個別的人工斜坡鋪設(shè)表層固土植被,但亦只限于以草或灌叢的植物為主,生態(tài)結(jié)構(gòu)極度簡單.反觀天然山坡,坡面崎嶇起伏有變化,物質(zhì)和能量能在斜坡系統(tǒng)內(nèi)自由流動轉(zhuǎn)化.不同水土條件組合便形成不同的微環(huán)境,因而締造出多樣化的生態(tài)環(huán)境.具較好水土條件的地方,能長出高大的喬木;具水土條件較差的地方,也能生長出灌叢或野草等植物.毫無疑問,將天然山坡改造成為人工斜坡,從生態(tài)學(xué)的角度來

14、說,是一種生態(tài)的退化.3.2水文影響人工斜坡的坡面是刻意使用不透水的人工物料合成,雖然能有效地減低雨水的人滲量,但這樣亦改變了斜坡內(nèi)外水的收支平衡.人工斜坡的水文特征與天然斜坡有很大的差異,相反它的水文特征卻較象城市地區(qū).首84水土保持學(xué)報(bào)第17卷先,因?yàn)橛晁聺B量減少,地下水量亦會減少,可能會引致附近河流缺乏地下水補(bǔ)充,對附近河流的生態(tài)有負(fù)面影響.更重要者,是在人工斜坡上產(chǎn)生的大量地面徑流,若處理不善,無論在坡面上或山地腳下都做成侵蝕,水土流失等問題.在香港,有很多人工斜坡的損耗率是十分高,坡面每隔數(shù)年便須番新一次,正好反映侵蝕問題的嚴(yán)重性.此外,因?yàn)槿斯ば逼缕旅婀P直,又有較完善的排水系統(tǒng),

15、能將有效收集大量的徑流迅速往坡底方向輸送.斜坡外的排水渠道或下游的河流若沒有對等的排水能力,便可能會出現(xiàn)洪峰,引發(fā)洪澇問題】.3.3視覺影響香港地少人多,現(xiàn)今超過600萬的人口,大部分集中于海港兩岸的地方.市區(qū)人口密度之高,為世界之冠,超過5300人/kin.天然土地稀少,土地應(yīng)用十分緊張,要做好城市綠化并不容易.事實(shí)上,香港的城市綠化程度遠(yuǎn)比世界上很多先進(jìn)的大城市為低E113,有人甚至謔稱香港是一個混凝土森林.斜坡的改造其實(shí)可以提供很多綠化的機(jī)會,但是香港一直以來都沿用工程學(xué)的思考模式去處理,多喜用混凝土作為人工斜坡的主體,斜坡綠化和景觀的問題并未被受到充分的注視.從景觀的角度來說,以混凝土

16、為主體的人工斜坡,型式單調(diào),顏色暗淡,缺乏層次感和生氣,斧鑿的痕跡十分明顯,與其說它是天然山坡的延伸,它更像是人為的建筑物,未能在城市景觀中發(fā)揮點(diǎn)綴和美化作用.3.4安全問題斜坡工程的最重要目的是改善斜坡的穩(wěn)定性,但諷刺的是,在香港約有60的滑坡和泥石流是發(fā)生在人工的土坡或土巖坡上口引.這似乎是件不可思議的事:為什么斜坡完成護(hù)坡工程后,滑坡和泥石流卻好象更容易發(fā)生?原來香港很多斜坡工程都是為配合大型的發(fā)展計(jì)劃而設(shè),而大型的發(fā)展計(jì)劃因?yàn)橐笥凶銐虻钠矫婵臻g作發(fā)展之用,便須改變當(dāng)?shù)氐牡匦翁卣?將斜坡切削成階梯狀便是其中最普遍的例子.很多時候,經(jīng)切削后山坡的坡度都會高出天然的平衡坡度,因此便須要進(jìn)行

17、斜坡工程以增加斜坡的穩(wěn)定性達(dá)到安全的水平.然而,護(hù)坡的工程設(shè)施有可能會隨著時日而老化,斜坡的穩(wěn)定性便因而降低,所以市民若以為斜坡工程完成后便安枕無憂,便是大錯特錯.工程完成后的斜坡仍須進(jìn)行定期的巡查和維修,以確保安全.4生態(tài)護(hù)坡方法隨著香港市民的環(huán)保意識有所提高,認(rèn)識到斜坡如果改造得宜,是可以變成一種寶貴的環(huán)境資源,值得珍惜和保護(hù).在香港近期的斜坡工程中,雖然不難發(fā)現(xiàn)安全仍是最重要的考慮,但在具體的設(shè)計(jì)上,卻顧及工程所引起的環(huán)境美化和生態(tài)保護(hù)的問題.在不同的情況下,運(yùn)用了不同的生態(tài)工法,一方面盡量緩減斜坡工程所做成環(huán)境和生態(tài)的影響,另一方面令完成后的斜坡能與周圍的環(huán)境和諧配合.以下介紹一些成功

18、應(yīng)用在香港斜坡的生態(tài)工法設(shè)計(jì).4.1原生樹木保護(hù)天然山坡?R量減少改動原有山坡人工斜坡?同土種檀墊ofl存原生樹術(shù)擋土墻行車道路oN術(shù)種檀基麈?美工砑石樹木是陸地上生態(tài)系統(tǒng)中的重要部圖1一些生態(tài)工法在香港斜坡工程中的應(yīng)用分,擔(dān)當(dāng)著重要的生態(tài)角色,能發(fā)揮調(diào)節(jié)水土,保土護(hù)坡,美化環(huán)境,為野生動物提供食物和生境等功能.因此,原本生長在斜坡的大樹,在可能的情況下,應(yīng)盡量予以保留在原來位置(圖1).現(xiàn)時香港已有一套較完善的如何保護(hù)及移植在工地中樹木工作指引讓工程人員參考,以避免寶貴的樹木在工程進(jìn)行期間被砍伐破壞.若因工程的須要,未能保留斜坡上的大樹,便須把大樹移植.安排在工程后原坡移植當(dāng)然是最好的選擇,

19、否則的話,亦會選擇水土環(huán)境相似的山坡作為移植地點(diǎn).4.2固土種植墊(vegetationprotectionmat)混凝土和砌石斜坡的表面沒有植物,全無生氣,一向是最被人咎病的地方.固土種植墊正好解決了這方面的不足之處.種植墊最重要的部分是土工網(wǎng)墊(圖1),它是用聚乙烯,聚丙烯等高分子材料經(jīng)熱熔粘接成網(wǎng)狀或蜂窩狀的網(wǎng)格.網(wǎng)墊質(zhì)地堅(jiān)固,柔韌,中空的地方有足夠的空間和高度存放土壤,作種植植物之用.固土網(wǎng)墊一般由人手鋪設(shè),可以緊貼有輕微坡度變化的斜坡.網(wǎng)墊鋪設(shè)后充填土壤,再采用水力噴草工藝(hydroseeding)將第3期伍世良:香港人工斜坡與生態(tài)工法設(shè)計(jì)之探討85草籽和肥料噴注到泥土中,約8個星

20、期后便能生長成綠油油的草皮.成長后的草皮不單能綠化環(huán)境,更能牢固地將網(wǎng)墊,草和土壤三者結(jié)合成一整體,有效保護(hù)斜坡.固土種植墊的護(hù)坡效果遠(yuǎn)勝于一般的植被坡面.4.3土壤固化劑(soilstabilizer)土壤固化劑的應(yīng)用在歐美國家已有3O多年的歷史,成功應(yīng)用于興建道路,土木建筑,環(huán)境保護(hù),農(nóng)田水利,固化處理各種污泥等課題上口引.在香港,土壤固化劑是在最近幾年才開始使用.固化劑的作用機(jī)理主要通過固化分子交聯(lián)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使泥土的表面變得堅(jiān)硬,具有與混凝土相似的特性,從而提高土壤表面的抗壓,抗?jié)B,抗折等性能.而水調(diào)節(jié)分子能與土壤中的水分形成化學(xué)鍵,借著形成微晶核和通過晶核配位,在土壤的孔隙中生

21、成針狀晶體,以增強(qiáng)土壤顆粒的凝聚力土壤固化劑的好處是使用簡單,固化后的土壤并不影響植被的根系生長,但其應(yīng)只限于一些坡度較平緩的斜坡.4.4斜坡美工在一些結(jié)構(gòu)較差或坡度陡峭的山坡,需要堅(jiān)固的護(hù)坡工程,便不得不使用支撐力較強(qiáng)的混凝土砂漿或砌石方法.為了減少混凝土和石材所做成的冰冷感,使景觀變得柔和容易接受,可以在斜坡的腳下位置加上種植基座(toeplanter)(圖1),根據(jù)不同的情況和須要種植花卉,樹木或攀附植物.此外,砌石護(hù)坡可以利用不同石材的顏色或質(zhì)感上差別,砌出富有藝術(shù)氣息的幾何圖案;也可以運(yùn)用不同大小的石塊,砌出美麗的浮雕坡面.5生態(tài)護(hù)坡之限制與展望在香港,滑坡和泥石流防治一直以來是斜坡

22、工程的最終目的.斜坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是首要考慮的因素,生態(tài)和環(huán)境只是相對次要的考量.在沒有犧牲結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的大前提下,生態(tài)工法設(shè)計(jì)不失為斜坡工程的另類選擇然而,現(xiàn)時生態(tài)工法在香港的應(yīng)用仍然處于起步階段,很多技術(shù)問題仍未完全解決,以致應(yīng)用上仍存在很大的限制.首先,生態(tài)設(shè)計(jì)在維持斜坡的穩(wěn)定性上,并不能取代傳統(tǒng)的混凝土或砌石護(hù)坡,只可以發(fā)揮輔助的作用.其次,現(xiàn)時的生態(tài)工法設(shè)計(jì)的應(yīng)用仍然多集中于美化環(huán)境的層次,并未真正改善了斜坡的生態(tài)功能.所以嚴(yán)格來說,現(xiàn)時的生態(tài)工法設(shè)計(jì)仍然未達(dá)到生態(tài)護(hù)坡的真正目的.生態(tài)工法設(shè)計(jì)若要進(jìn)一步發(fā)展,必須由美化環(huán)境的層次往生態(tài)功能的層次過渡.此外,財(cái)政亦是重要的考慮因素.無可否認(rèn)

23、,生態(tài)工法設(shè)計(jì)能彌補(bǔ)傳統(tǒng)斜坡工程不足的地方,但使用生態(tài)設(shè)計(jì)的成本亦較簡單的傳統(tǒng)方法為高.當(dāng)然,若要達(dá)到保護(hù)人命安全的目的,成本是否高低不應(yīng)是決定因素.但在一般的情況下,多花金錢去建造較美觀和較合乎生態(tài)的斜坡,對決策者而言,未必是一個合乎成本效益的方案.筆者相信,隨著新材料,新技術(shù)的引進(jìn),生態(tài)工法的造價(jià)將很快會降至一個較容易接受的水平,加上香港市民要求有更高質(zhì)量的社區(qū)環(huán)境,生態(tài)護(hù)坡在香港的應(yīng)用將愈來愈普遍,并為香港的可持續(xù)發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)參考文獻(xiàn):E13SoCL.LandformsEA.ChiuTN,SoCL(ed).AGeographyofHongKongM.HongKong:OxfordUniversityPress,1986.3568.2伍世良.香港水土流失及其防治研究j.水土保持研究,2001,8(4):86-90.33香港天文臺,網(wǎng)頁DB/OL..hk/.2oo212一o1.4蘇澤霖.香港坡地問題A.蘇澤霖.陳金永.地理研究與發(fā)展M.1993.205219.5土木工程署,網(wǎng)頁DB/OL..hk/hkss/.200212-01.63GeotechnicalControlOffice.GeotechnicalManualforSlopes(2ndEdition)Is.Hon