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香港人工斜坡与生态工法设计之探讨

发布时间:2019-10-09 19:54:47

香港人工斜坡与生态工法设计之探讨

_湿地中国_

摘要:香港地少人多,市区人口密度之高,为世界之冠,超过5300人/km2。为制造出更多的平地空间,改造斜坡便成为香港市区发展的重要因素之一。早期人工斜坡的设计,多以结构体之安全性和稳定性为考量。随着市民环境保护意识之提高,现今的斜坡设计,除了须满足一般之城市规划要求外,更需考虑环境之美化和生态之效益。本文介绍生态工法设计在香港斜坡工程上的各种应用,以探讨其优劣处、局限性、可行性和综合效益。

1引言 香港位于南中国海岸线上,属于华南丘陵地带的一部分,地体的主干是一系列东北-西南走向的山脉,加上全新世海水进夷淹没了地势较低的地方,形成香港高山多、低地少的地形特征。据统计,香港大部分地区都是由1:5至1:3的山坡地所组成,而坡度高达1:2的地方也不少,地势较平坦而坡度低于1:5的地方只属小部分。由于可供使用的平地面积极之有限,未能满足人口增长和工商业发展的需要,所以政府除了在海港两岸积极填海造地外,更大力改造市区内和附近的山坡,以制造出更多平面空间以供发展使用,而人工斜坡已成为香港市区的特色景观之一。另一方面,香港具有典型的亚热带季风气候,雨量充裕,年降雨量平均约2200mm,最高可高达3000mm以上。大部分降雨集中在5~9月的雨季,占全年雨量的80%以上。在雨季期间发生的暴雨,24h和1h的降雨量可以高达500mm和100mm以上。有研究指出,若24h的降雨量超过100mm,而15d内的总降雨量又超过350mm的话,较大型的滑坡便有可能发生。由于以上特殊地理条件,香港的滑坡和泥石流的灾害问题十分突出。1945~1997年间,大小不同的滑坡和泥石流共发生超过27000次之多。一直以来,结构体之安全性和稳定性都是斜坡工程的首要考虑因素。随着香港市民对环境的要求日渐提高,现期的人工斜坡不单要合乎安全标准,亦要满足环境美化和生态保育的要求。近年提倡的“绿色斜坡”(greenslope),就是将生态工法设计运用在斜坡工程上。本文会首先介绍各种普遍在香港使用的传统护坡方法,找出这些方法所引起的各种环境和生态的影响,然后介绍生态工法设计在香港斜坡工程上的各种应用,以探讨其优劣处、局限性、可行性和综合效益。 2斜坡工程 在香港,滑坡和泥石流一直以来是被理解为由不稳定斜坡所引发的地质灾害。岩土是否稳定既被定义为一种力学问题,在处理斜坡问题的时候很自然运用工程的方法入手。对于不同斜坡的护坡工程,香港有严格准则规定护坡工程的细则和要求。本文在此只简单介绍一些在香港较普遍使用的斜坡方法。笼统地说,香港的护坡工程分4大部分,分别是:坡面保护(surfaceprotection)、排水管道系统(drainagesystem)、坡形改造(trimming)和加固结构(reinforcementstructures)。2.1坡面保护坡面保护是在山坡的表面铺设一层相对坚固而又不透水的人工材料。坚固的表面能抵受雨点溅蚀和片蚀冲刷,有效地保护坡面,减低坡面崩坏的可能性,其不透水的特性能防止大量的雨水入渗土层,大大减少因雨水入渗斜坡而形成的剪切力(shearstress)。常见的坡面保护方法有:(1)喷射混凝土砂浆坡面(sprayedconcrete)。喷射混凝土砂浆的好处是工程简单,技术要求低、造价平、应用范围广泛,无论是陡峭或平缓的斜坡都适用。因此,香港到处都可以看到混凝土砂浆的斜坡。(2)砌石坡面(stonepitching)。在一些要求美观或有坚固表面的山坡,可以使用砌石护坡的方法,但造价却较昂贵。(3)植被坡面。在一些要求较自然的山坡,可以在坡面上植树或种草以稳固土层,但此方法并不较用于陡峭的斜坡。 2.2排水管道系统 斜坡的排水管道系统发挥着与坡面保护相辅相成的作用。坡面排水系统多以络的形式平均分布在斜坡上,能有效收集坡面的径流并迅速地将它排走,大大减少径流在斜坡停留的时间。此外,坡面排水系统将斜坡划分成多个集水小区,便能减低坡面径流所做成的片蚀冲刷。然而,即或最完美的坡面工程亦不能完全防止雨水入渗。随着时日增加,斜坡内仍可能累积了过量的地下水。随着地下水位升高,土层体积会膨胀而变形。地下水流动亦会做成渗透潜蚀,最终会影响到斜坡的结构。因此,斜坡上每隔一定的距离便须安装倾斜排水管(rakingdrain)或降压排水管(reliefdrain),将斜坡内多余的水量排走。

香港位于南中国海岸线上,属于华南丘陵地带的一部分,地体的主干是一系列东北-西南走向的山脉,加上全新世海水进夷淹没了地势较低的地方,形成香港高山多、低地少的地形特征。据统计,香港大部分地区都是由1:5至1:3的山坡地所组成,而坡度高达1:2的地方也不少,地势较平坦而坡度低于1:5的地方只属小部分。由于可供使用的平地面积极之有限,未能满足人口增长和工商业发展的需要,所以政府除了在海港两岸积极填海造地外,更大力改造市区内和附近的山坡,以制造出更多平面空间以供发展使用,而人工斜坡已成为香港市区的特色景观之一。另一方面,香港具有典型的亚热带季风气候,雨量充裕,年降雨量平均约2200mm,最高可高达3000mm以上。大部分降雨集中在5~9月的雨季,占全年雨量的80%以上。在雨季期间发生的暴雨,24h和1h的降雨量可以高达500mm和100mm以上。有研究指出,若24h的降雨量超过100mm,而15d内的总降雨量又超过350mm的话,较大型的滑坡便有可能发生。由于以上特殊地理条件,香港的滑坡和泥石流的灾害问题十分突出。1945~1997年间,大小不同的滑坡和泥石流共发生超过27000次之多。一直以来,结构体之安全性和稳定性都是斜坡工程的首要考虑因素。随着香港市民对环境的要求日渐提高,现期的人工斜坡不单要合乎安全标准,亦要满足环境美化和生态保育的要求。近年提倡的“绿色斜坡”(greenslope),就是将生态工法设计运用在斜坡工程上。本文会首先介绍各种普遍在香港使用的传统护坡方法,找出这些方法所引起的各种环境和生态的影响,然后介绍生态工法设计在香港斜坡工程上的各种应用,以探讨其优劣处、局限性、可行性和综合效益。

在香港,滑坡和泥石流一直以来是被理解为由不稳定斜坡所引发的地质灾害。岩土是否稳定既被定义为一种力学问题,在处理斜坡问题的时候很自然运用工程的方法入手。对于不同斜坡的护坡工程,香港有严格准则规定护坡工程的细则和要求。本文在此只简单介绍一些在香港较普遍使用的斜坡方法。笼统地说,香港的护坡工程分4大部分,分别是:坡面保护(surfaceprotection)、排水管道系统(drainagesystem)、坡形改造(trimming)和加固结构(reinforcementstructures)。2.1坡面保护坡面保护是在山坡的表面铺设一层相对坚固而又不透水的人工材料。坚固的表面能抵受雨点溅蚀和片蚀冲刷,有效地保护坡面,减低坡面崩坏的可能性,其不透水的特性能防止大量的雨水入渗土层,大大减少因雨水入渗斜坡而形成的剪切力(shearstress)。常见的坡面保护方法有:(1)喷射混凝土砂浆坡面(sprayedconcrete)。喷射混凝土砂浆的好处是工程简单,技术要求低、造价平、应用范围广泛,无论是陡峭或平缓的斜坡都适用。因此,香港到处都可以看到混凝土砂浆的斜坡。(2)砌石坡面(stonepitching)。在一些要求美观或有坚固表面的山坡,可以使用砌石护坡的方法,但造价却较昂贵。(3)植被坡面。在一些要求较自然的山坡,可以在坡面上植树或种草以稳固土层,但此方法并不较用于陡峭的斜坡。

在绝大部分的情况下,斜坡必先改造成适当的坡形,以配合发展计划的需要和满足工程力学的要求,然后才进行其它种类的斜坡工程。例如:如果风化层太厚,便须将部分的风化物挖走,以增加斜坡的稳定性;若山坡的坡度太大或坡面起伏不定,通常是将山坡切削成坡度较平缓的斜坡。当然也可以在山坡上堆土然后进行压实,以塑造成适合的斜坡型态。

e)、岩石抗滑桩(rockdowel)用以预防不稳固的岩石松脱;(3)滚石保护格(wireprotectionmesh)、滚石栏栅(boulderfence)用以阻挡滚石从斜坡顶部滚落到山坡脚下;(4)挡土墙(retainingwall)建于土坡脚下,能为斜土提供额外的支撑力,减少斜坡土层崩塌的可能性;(5)支撑墙(buttress)用以支撑凸出斜坡外的悬垂部份。

一直以来,香港比较注重人工斜坡的功能,较少有其它方面的考量。无可否认,斜坡工程若不能发挥护坡保土的作用,会直接对附近居民的生命和财产构成危害。然而,单从功能角度出发去建造的人工斜坡,却引伸出4方面的环境影响。

人工斜坡无论在型态和结构上都有别于天然山坡。一般来说,人工斜坡为满足工程力学和排水的要求,坡面笔直单一,缺乏层次。不透水的坡面表层更像绝缘体一样,将斜坡的土层隔绝于外面世界,中断了物质和能量流动。用混凝土或砌石造成的坡面一般都是光秃秃没有植物,全无生气。虽然有个别的人工斜坡铺设表层固土植被,但亦只限于以草或灌丛的植物为主,生态结构极度简单。反观天然山坡,坡面崎岖起伏有变化,物质和能量能在斜坡系统内自由流动转化。不同水土条件组合便形成不同的微环境,因而缔造出多样化的生态环境。具较好水土条件的地方,能长出高大的乔木;具水土条件较差的地方,也能生长出灌丛或野草等植物。亳无疑问,将天然山坡改造成为人工斜坡,从生态学的角度来说,是一种生态的退化。

人工斜坡的坡面是刻意使用不透水的人工物料合成,虽然能有效地减低雨水的入渗量,但这样亦改变了斜坡内外水的收支平衡。人工斜坡的水文特征与天然斜坡有很大的差异,相反它的水文特征却较象城市地区。首先,因为雨水下渗量减少,地下水量亦会减少,可能会引致附近河流缺乏地下水补充,对附近河流的生态有负面影响。更重要者,是在人工斜坡上产生的大量地面径流,若处理不善,无论在坡面上或山地脚下都做成侵蚀、水土流失等问题。在香港,有很多人工斜坡的损耗率是十分高,坡面每隔数年便须番新一次,正好反映侵蚀问题的严重性。此外,因为人工斜坡坡面笔直,又有较完善的排水系统,能将有效收集大量的径流迅速往坡底方向输送。斜坡外的排水渠道或下游的河流若没有对等的排水能力,便可能会出现洪峰,引发洪涝问题。

香港地少人多,现今超过600万的人口,大部分集中于海港两岸的地方。市区人口密度之高,为世界之冠,超过5300人/km2。天然土地稀少,土地应用十分紧张,要做好城市绿化并不容易。事实上,香港的城市绿化程度远比世界上很多先进的大城市为低,有人甚至谑称香港是一个混凝土森林。斜坡的改造其实可以提供很多绿化的机会,但是香港一直以来都沿用工程学的思考模式去处理,多喜用混凝土作为人工斜坡的主体,斜坡绿化和景观的问题并未被受到充分的注视。从景观的角度来说,以混凝土为主体的人工斜坡,型式单调,颜色暗淡,缺乏层次感和生气,斧凿的痕迹十分明显,与其说它是天然山坡的延伸,它更像是人为的建筑物,未能在城市景观中发挥点缀和美化作用。

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