植被護(hù)坡技術(shù)理論及應(yīng)用研究

劉小蘭 中國恩菲工程技術(shù)有限公司廣州設(shè)計院,廣東廣州 510640

植被護(hù)坡技術(shù)理論及應(yīng)用研究

劉小蘭 中國恩菲工程技術(shù)有限公司廣州設(shè)計院,廣東廣州 510640

植被護(hù)坡是利用植被涵水固土的原理穩(wěn)定邊坡，控制坡面侵蝕，防治水土流失，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。文章闡述了植被護(hù)坡作用機(jī)理及植被護(hù)坡設(shè)計原則，并結(jié)合工程實例，提出植被護(hù)坡技術(shù)要和傳統(tǒng)的邊坡加固技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，發(fā)揮二者各自的優(yōu)點，建立既穩(wěn)固又有生態(tài)效應(yīng)的防護(hù)結(jié)構(gòu)體系。

植被護(hù)坡；邊坡加固；風(fēng)化花崗巖邊坡；生態(tài)防護(hù)

近年來，隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施的不斷建設(shè)，如高速公路的相繼開通、各類礦山的持續(xù)開采、土地的開發(fā)利用等，在很大程度上破壞了自然生態(tài)，形成了許多無植被覆蓋的裸露邊坡，導(dǎo)致了嚴(yán)重的水土流失。以往通常采用單純的工程防護(hù)，如漿(干)砌片石、噴錨防護(hù)等，這些工程措施都導(dǎo)致原有植被破壞、水土流失、邊坡失穩(wěn)等一系列生態(tài)環(huán)境和工程問題。植被護(hù)坡是利用植被涵水固土的原理穩(wěn)定巖土邊坡，同時美化生態(tài)環(huán)境的一種新技術(shù)，是涉及巖土工程、恢復(fù)生態(tài)學(xué)、植物學(xué)、土壤肥料學(xué)等多學(xué)科于一體的綜合工程技術(shù)[1,2]。本文首先從植被護(hù)坡作用機(jī)理及植被護(hù)坡設(shè)計原則兩方面介紹植被護(hù)坡技術(shù)，然后以某風(fēng)化花崗巖邊坡治理為例，提出植被護(hù)坡技術(shù)要和傳統(tǒng)的邊坡加固技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，發(fā)揮二者各自的優(yōu)點，建立既穩(wěn)固又有生態(tài)效應(yīng)的防護(hù)結(jié)構(gòu)體系。

1 植被護(hù)坡作用機(jī)理

植被護(hù)坡主要是依靠坡面植物的地下根系及地上莖葉的作用護(hù)坡，其作用可概括為根系的力學(xué)效應(yīng)和植被的水文效應(yīng)兩方面[2]。

1.1 植物根系的力學(xué)效應(yīng)

1.1.1 木本植物深根的錨固作用

木本植物扎根較深，其根系對邊坡巖土體具有錨固作用。木本植物的垂直根系和主根可扎入土體的深層，通過主根和側(cè)根與周邊土體的摩擦作用把根系與周邊土體聯(lián)系起來，結(jié)合垂直根系分布特點，可以把根系簡化為以主根為軸向，側(cè)根為分支的全長粘接型錨桿來分析其對周邊土體的力學(xué)作用，其錨固力的大小可通過計算各側(cè)根與周邊土體的摩擦力以及主根與周邊土體的摩擦力的累加而獲得。

1.1.2 草本植物淺根的加筋作用

淺層的植草根系對邊坡土體具有加筋作用，邊坡土體在植草根系延伸范圍內(nèi)成為土與草根的復(fù)合材料，可視為帶預(yù)應(yīng)力的三維加筋材料。根據(jù)莫爾——庫侖準(zhǔn)則，草根的加筋作用增加了土體的黏聚力c值，使其破壞線向上平移△c；另外，草根的張拉限制了土體的側(cè)向變形，使σ3增大到σ3+△σ3，從而使莫爾圓向右平移△σ3。這兩種作用使邊坡土體的承載能力提高，其作用圖示如圖1所示。

圖1 草本植物根系對土體的加筋作用[2]

1.2 植被的水文效應(yīng)

植被能攔截高速下落的雨滴，減少雨滴數(shù)量、滴濺能量及飛濺的土粒。更為重要的是，植被能夠抑制地表徑流并削弱雨滴濺蝕，從而能控制土粒流失。

2 植被護(hù)坡設(shè)計原則

植被護(hù)坡設(shè)計應(yīng)遵循的基本原則是植被護(hù)坡要和工程加固與防護(hù)有機(jī)結(jié)合，建立既穩(wěn)固又有生態(tài)效應(yīng)的防護(hù)結(jié)構(gòu)體系。不要僅作單一綠化，應(yīng)根據(jù)邊坡工程情況綜合考慮草、灌、花、樹等多種植物結(jié)合形成優(yōu)美協(xié)調(diào)的景觀，所選的植物除考慮景觀效果外，必要時還應(yīng)兼顧其經(jīng)濟(jì)效益。進(jìn)行植被護(hù)坡設(shè)計時，建議考慮以下設(shè)計原則[2]。

2.1 確定邊坡類型

在進(jìn)行植被護(hù)坡設(shè)計時，首先要確定邊坡的類型，特別要確定是土質(zhì)邊坡還是巖質(zhì)邊坡，其次是邊坡的高度、坡度等。一般而言，土質(zhì)邊坡較巖質(zhì)邊坡容易植被，但有些土質(zhì)邊坡耕植土少，肥力不足，則應(yīng)采用工程的方法在坡面上移植客土。對于某些巖質(zhì)邊坡，坡面完全沒有耕植土，植物根系難以扎根，則只能采取工程措施在其表面移植并固定客土。

2.2 邊坡穩(wěn)定設(shè)計

邊坡的失穩(wěn)破壞有深層失穩(wěn)破壞和淺層失穩(wěn)破壞，深層失穩(wěn)破壞一般是在坡面2m以下深處沿滑移面產(chǎn)生剪切滑移破壞，滑移面是平面、鍥形面或曲面。淺層破壞一般發(fā)生在坡面的表面或坡面下不足2m的范圍內(nèi)，一般表現(xiàn)為剝落、落石、崩塌、堆塌、表層溜坍、風(fēng)化剝落、錯落、坡面淺層滑坡等。在進(jìn)行邊坡穩(wěn)定設(shè)計時，首先要進(jìn)行深層穩(wěn)定性和淺層穩(wěn)定性判斷，再選擇適合該邊坡類型的邊坡穩(wěn)定性分析方法試算該邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。

2.3 植被護(hù)坡的總體設(shè)計模式

在進(jìn)行植被護(hù)坡設(shè)計時，核心的一點是通過工程措施與植被護(hù)坡相結(jié)合的方法，在坡面形成綜合的防護(hù)結(jié)構(gòu)體系。周德培和張俊云[2]給出了植被護(hù)坡模式總體流程（見圖2）。該模式具有如下特點：（1）突出邊坡工程調(diào)查，要求所選植被種類與當(dāng)?shù)刂脖画h(huán)境及其已有植物種類一致，使之在工后較短時間內(nèi)融入當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境；（2）突出邊坡穩(wěn)定性分析和判別，根據(jù)邊坡穩(wěn)定性特征，選擇合理有效的工程措施；（3）強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)的邊坡加固工程措施與植被護(hù)坡的有機(jī)結(jié)合，即邊坡加固工程措施不同，植被護(hù)坡的方法也不同，并與之適應(yīng)。

圖2 植被護(hù)坡的總體設(shè)計模式[2]

2.4 景觀效果設(shè)計

在進(jìn)行植被護(hù)坡工程設(shè)計時，不能滿足于單一品種的植草綠化，要多品種植物結(jié)合取得綜合綠化的景觀效果。

3 工程實例

3.1 工程概況

為了開辟建筑場地，對某員工樓西北側(cè)山體進(jìn)行切坡，形成一段長約480米、高10～26米的人工切方邊坡，坡度一般介于25°～35°之間，坡體主要由殘積砂質(zhì)黏性土及花崗巖風(fēng)化帶組成，在這些地層中夾有大量“孤石”，邊坡南段人工開挖后大量“孤石”露出地表，尚未清除。整體而言，整個坡體為土質(zhì)邊坡，坡面完全裸露，坡面上出露大量“孤石”。

3.2 邊坡穩(wěn)定性分析

本邊坡主要為殘積砂質(zhì)黏性土及花崗巖風(fēng)化帶組成，殘積砂質(zhì)黏性土層易發(fā)生圓弧滑動，花崗巖風(fēng)化帶易形成剝落，中淺層滑塌等破壞形式。該邊坡安全等級定為二級，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計地震分組為第一組，設(shè)計基本地震加速度為0.10g，采用簡化的Bishop法對該邊坡的穩(wěn)定性計算，考慮地震效應(yīng)的穩(wěn)定安全系數(shù)介于1.28～2.0之間，滿足建筑邊坡規(guī)范規(guī)定的穩(wěn)定安全系數(shù)要求。

3.3 生態(tài)防護(hù)設(shè)計

根據(jù)前述分析，該邊坡整體屬于土質(zhì)邊坡，邊坡開挖后基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，采用植被護(hù)坡技術(shù)對該邊坡進(jìn)行生態(tài)防護(hù)設(shè)計。對于風(fēng)化花崗巖邊坡，往往存在嚴(yán)重的坡面沖刷，坡面受雨水沖刷會出現(xiàn)嚴(yán)重溝蝕和局部坍塌現(xiàn)象，應(yīng)采取工程措施解決風(fēng)化花崗巖表層的穩(wěn)定。經(jīng)多方面比較和研究，決定采用三維植被網(wǎng)噴播植草護(hù)坡。

草種采用狗牙根、結(jié)縷草、竹節(jié)草、假儉草、巴哈雀、白三葉、山毛豆按比例配植混合播種，采用U型釘、鋼釘將三維植被網(wǎng)固定于坡面上并覆土，三維植被網(wǎng)搭接長度為15cm，活性營養(yǎng)土覆土厚度為5～10cm。坡頂和坡腳均設(shè)置排水溝，且溝溝相通，為加強(qiáng)三維植被網(wǎng)在坡面上的穩(wěn)定性和防止地表水的沖刷，在坡頂處將三維植被網(wǎng)埋入排水溝內(nèi)固定。

3.4 護(hù)坡效果

經(jīng)過養(yǎng)護(hù)和換種，該邊坡經(jīng)過兩年的運行，其間經(jīng)歷過多次臺風(fēng)和暴雨，坡面未出現(xiàn)嚴(yán)重沖蝕，植被生長茂盛，達(dá)到了植被護(hù)坡生態(tài)防護(hù)的目的（見圖3）。

圖3 植被護(hù)坡工程實例

4 結(jié)語

植被護(hù)坡技術(shù)在邊坡加固、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面具有很多優(yōu)越性，但是由于植被根系的作用范圍及作用力有限，以及植被生長對周圍環(huán)境的需求等因素，植被護(hù)坡技術(shù)在應(yīng)用范圍、條件方面尚存在局限性，植被護(hù)坡要求邊坡初始處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，對于那些開挖后處于不穩(wěn)定狀態(tài)的邊坡，必須借助傳統(tǒng)的邊坡加固技術(shù)先使邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。因此，將傳統(tǒng)的邊坡加固技術(shù)與植被護(hù)坡技術(shù)有機(jī)地結(jié)合，發(fā)揮二者各自的優(yōu)點，既保證邊坡的安全穩(wěn)定，以及加固措施的長期有效，又實現(xiàn)坡面植被的快速恢復(fù)及生態(tài)環(huán)境保護(hù)，達(dá)到人類活動與自然環(huán)境的和諧共處。

[1]譚少華,汪益敏.高速公路邊坡生態(tài)防護(hù)技術(shù)研究進(jìn)展與思考[J].水土保持研究.2000,20(4):36-38

[2]周德培,張俊云.植被護(hù)坡工程技術(shù)[M].北京:人民交通出版社.2003

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.046

劉小蘭，女，1983.07.15，助理工程師，中國恩菲工程技術(shù)有限公司廣州設(shè)計院。