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| 生态护坡浅析 |
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| 来源：园林学习网 日期：[2015-12-15] |
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1.前言
人类在改造自然进行基础设施建设的同时对自然环境造成了不同程度的破坏,特别是近20多年来,我国对各地特别是西部地区加大了水利,公路,铁路等基础工程建设的投入,这些基础建设的实施,改变了原有的地貌和应力状态,使得一些边坡的稳定性发生了改变,为了保证边坡的稳定和保护生态环境,人们采用了各种各样的边坡防护方法,总的来说,经历了从纯粹工程护坡到生态护坡的过程.
护坡即边坡防护,指采用各种相关的措施对边坡进行处理以保证边坡的稳定,传统的护坡方法一般以水泥,石料,混凝土等硬性材料为主要建材,在设计上以力学的角度去思考边坡稳定.传统型护坡大致可分为浅层防护类护坡,砌石类护坡,框格护坡,护面墙护坡和喷混类护坡.传统型护坡的优点是护坡能力强,缺点是一次性投资大,难以恢复自然植被,不利于生态环境的保护和水土保持.在外观上较为单调生硬,多数情况下与周边的景观不协调,与目前注重保护生态环境的发展趋势相违背.因此,此类护坡方法在今后工程建设中将受到越来越多的限制.
生态护坡,指"用活的植物,单独用植物或者植物与土木工程和非生命的植物材料相结合,以减轻坡面的不稳定性和侵蚀",其途径与手段是利用植被进行坡面保护和侵蚀控制.目前,工程界更直观的把它称为"边坡绿化".国内学者关于生态护坡概念的提法主要有生物护坡,植被固坡,植物护坡等.无论是植被护坡,生物护坡,还是坡面生态工程,虽然都带有一定的生态色彩,属于生态护坡的范畴,但是都不能称之为真正的生态护坡,应称之为生态型护坡,因为其只是从形式上对生态护坡进行了简单描述.而真正意义上的生态护坡,应该是一个完整的生态系统,不仅包括植物,而且还应包括动物和微生物,是一个有机的整体.系统内部以及系统与相邻系统(如河流生态系统和陆地生态系统等)间均发生着物质,能量和信息的交换,具有很强的动态性.
2.生态护坡技术的发展
2.1国外生态护坡技术的发展
生态护坡的历史悠久.1633年日本开始采用铺草皮和栽树苗的方法治理荒坡,成为日本生态护坡的起源.20世纪30年代中欧首次引入了该生物途径,使之得到迅速发展,并在欧洲盛行.20世纪60年代,生态护坡技术已在许多国家得到大力推广.生态护坡在北美的应用历史可以追溯至1926年,北美承袭中欧的经验,主要致力于与农林业和道路建设有关的侵蚀控制.
目前,在美国和欧洲一些国家,较为常用的是土壤生物工程护岸技术.该技术是由原始的柴捆防护措施发展而来的,经过多年的研究,形成了一套完整的设计和施工方法,并得到了广泛的应用.土壤生物工程护岸技术是利用植物对气候,水文,土壤等的作用,来保持岸坡的稳定.常用的土壤生物护岸技术主要有土壤保持技术,地表加固技术和生物工程综合保护技术.这些技术,如今已在欧美国家得到了广泛的应用,如美国伊利诺斯州的鸦河流域的保护,加勒比地区的圣拉西亚岛西海岸公路建设项目,英国约克郡戴尔斯三峰地区国家公园自然环境恢复项目,美国新泽西州雷里坦河保护工程,莱茵河网格式砼夹带草皮护岸工程,都取得了良好的生态效果.
2.2国内生态护坡技术的发展
生态护坡技术的应用起源于中国.早在1591年,中国已经将柳树等用于河岸边坡的加固与保护.17世纪,我国已开始将生态护坡技术应用于黄河河岸的保护.但是我国在生态护坡技术方面的研究起步较晚,近几年在充分吸收国外河道整治和其他领域生态护坡研究成果的基础上,取得了长足的发展.季永兴等综合分析了城市原有河道护坡结构及对环境水利和生态水利的影响,并在吸取国内外有关城市河道整治和其他领域生态护坡经验的基础上,探讨了不同材料的生态型护坡结构新方法.在引滦入唐工程中,陈海波等提出网格反滤生物组合护坡技术;胡海泓等在广西漓江治理工程中,提出了石笼挡墙,网笼垫块护坡,复合植被护坡等生态型护坡技术.综合生态护坡在我国的应用,护坡技术主要分为单纯利用植被护坡和植物工程措施复合护坡两种类型.
3.植被护坡
3.1植被护坡机理
植被护坡是利用植被固土的原理来稳定岩土边坡,美化生态环境的一种新技术,是涉及岩土工程,恢复生态学,植物学,土壤肥料学等多学科于一体的综合工程技术.开展植被护坡技术的研究和应用具有重大意义.
由于植被的根系影响范围,一般小于2m,因此植被护坡只能防护浅层不稳定的边坡.植被护坡主要依靠坡面植物的地下根系及地上茎叶的作用护坡,其作用可概括为为根系的力学效应和植被的水文效应两方面,其护坡机理如图1.
深根的锚固作用.植物的垂直根系可以穿过坡体浅层的松散风化层,并延伸到深处稳定的岩土层中,从而起到预应力锚杆的作用.小灌木,豆科植物和禾草在地下0.70m~1.50m深处有明显的土壤加固作用,树木根系的锚固作用可以影响到地下更深的岩土层.
浅根的加筋作用.由于植物根系在土壤中盘根错节,使边坡土体成为草根与土的符合材料.草根就像带预应力的三维加筋材料,使土体的强度提高.
降低坡体空隙水压力.降雨是诱发滑坡的主要因素之一.植物可以通过吸收和蒸腾坡体内的水分,降低土体的空隙水压力,提高土体的抗剪强度,使坡体的稳定性得到提高.
控制水土流失.植被能很有效地抑制地表径流并削弱雨滴溅蚀,从而很好的控制水土流失.
降雨截留,削弱溅蚀.植被的防护可以使一部分降雨在到达坡面之前被截留或减缓其速度,从而减少由于高速下落的雨滴使坡体浅层受到溅蚀.
边坡植物的合理组合,结合不同的地质状况,环境,气候条件,优选乔,灌,藤,花,草相结合,有机地融入高速公路,铁路,河道边坡中,使人穿行在郁郁葱葱,生机盎然的绿色环境中,极大地增加了人们的视觉感受.
3.2植被的选择
植物的选择应以乡土植物为主,不仅对植物群落的健康发展,加快生态系统的恢复有着重要的意义,还可以避免由于引进物种而带来的不可预见的问题.同时,乔,灌,藤,花,草相结合的模式,增强了生态系统的稳定,营造出生态环保的坡面防护系统.采用乡土植物护坡中乔灌木的生长一般比较缓慢,因此为了控制边坡的早期土壤侵蚀必须在护坡中配合采用草本植物来防护坡面,但是过多的草本植物又会影响乔灌木的生长,这是一个非常复杂,相矛盾的过程.为了保证乔灌木植被的成活及生长,就必须灵活运用施工技术,以人工手段来调节"乔,灌,草"植被的生长,保证群落的稳定性.例如将木本植物与草本植物的种植期错开,避免相互竞争,既保证了景观效果,又确保了边坡木本植物的生长.
藤本植物对水,肥的需求较草本植物更少,适应性强,具有吸附,盘绕,卷须或钩刺等攀援特性,同时又具有适应性强,生长快的特点,在不同的区域选择合适的种类能迅速地形成景观,是边坡生态恢复的重要植物材料.
在坡面绿化中,藤本植物的栽植不一定要将整个坡面覆盖栽植基质,而在坡面的部分地段准备良好的栽植穴,其他部分就只需原边坡土壤.只要前期养护恰当,成活后一般不用浇水,靠天然降水就可以生长良好,能依靠缠绕或附着于他物向上伸展,而将坡面覆盖.许多种类对贫瘠,酸碱性土壤均能适应,对边坡的干热环境有很强的忍耐力.藤本植物的繁殖方法简单,大多数可以采用移栽,播种,扦插繁殖,成活容易,繁殖速度快.
攀援植物在边坡的应用中,因边坡在夏季高温灼烤,过于干旱,会阻碍藤本植物的向上攀爬,所以在植物配置中要注意与其他乔,灌,草植物的相互配合,利用其他植物的遮挡,形成一个生态结构合理的系统,从而使坡面迅速覆盖,达到快速绿化的目的.今后应加强不同藤本植物的水土保持效果,藤本植物与草种,灌木组合的水土保持效果,组合方式等方面的研究.
4.生态型护坡技术介绍
生态护坡在日本和欧美发达国家早已广泛应用,在我国起步较晚,而且是跟随,模仿国外.下面就几种相对成熟,应用较为广泛的生态护坡技术做简单介绍.
4.1植被混凝土护坡绿化技术
植被混凝土护坡绿化技术是集岩石工程力学,生物学,土壤学,肥料学,硅酸盐化学,园艺学和恢复生态学等学科于一体的综合护坡技术,此技术主要应用于坡度在1:1.5~1:0.3的岩石边坡和混凝土边坡的护坡绿化.植被混凝土是根据边坡地理位置,边坡角度,岩石性质,绿化要求等来确定水泥,土,腐殖质,保水剂,混凝土添加剂及混合植物种子的组成比例.与其他喷射护坡绿化方法相比,该技术有以下几个特点:(1)水泥用量大于5%,喷射层有一定强度,具有护坡功能,且不易产生龟裂,抗冲刷能力强.(2)采用干式喷播,喷射距离远.(3)施工中分两层喷射,只有面层含植物种子,节省了种子用量.(4)技术含量高,使用绿化添加剂,使喷射层有良好的结构和营养条件,pH值控制在植物能生长的范围内.
4.2PEB生态护坡技术
PEB(防冲刷基材)生态护坡技术是一种实施在坡度小于50度的边坡上的既能防雨水冲刷,不龟裂,又能满足各种边坡(包括土质边坡,盐碱地边坡,软岩边坡,硬岩边坡和混凝土边坡)生态恢复要求,且有护坡功能而且价格相对低廉的生态护坡技术.此技术将整个边坡生态修复分三层实施,即基材层,加筋层和防冲刷层.基材层为植被的生长提供良好的生植环境;加筋层由加筋网配合垂直边坡的锚固构件把整个生态护坡练成一个整体;防冲刷层含有混合植物种子,并有一定的强度,不龟裂,具有防冲刷能力.在三层的共同作用下,可达到营造良好的植被生长环境,保持边坡的稳定,防止坡面受雨水冲刷造成水土流失的功效.这种生态护坡方法施工工艺简单,以人工操作为主,只在防冲刷层的施工过程中需要使用少量的机械台班,施工简便.
4.3厚层基材植被护坡技术
厚层基材植被护坡技术是在边坡岩土上喷射一定厚度的含水泥,泥土,有机肥,保水剂,粘合剂,消毒剂和植物种子的混合材料,并结合锚杆和网等传统的支护材料,形成一种既有绿化效果又有一定加固作用的喷层材料,在坡面形成植物的生长层.该技术子2000年研发成功并开始试验应用以来,在国内铁路,公路及市政工程中得到了一定的应用,该技术在保证坡面防护稳定的同时,兼顾了生态的恢复和环境绿化的协调.
4.4喷混植生技术
喷混植生技术护坡,是在稳定岩质边坡上施工段锚杆,铺挂镀锌铁丝网后,采用专用喷射机,将拌和均匀的种植基材喷射到坡面上,植物依靠"基材"生长发育,形成植物护坡的施工技术,它具有防护边坡,恢复植被的双重作用,可以取代传统的喷锚防护,片石护坡等圬工措施.该技术使用的种植基材由种植土,混合草灌种子,有机质,肥料,团粒剂,保水剂,稳定剂,Ph缓解剂和水等组成,其种植基材的配方是成功的关键,良好的配方能够达到在陡于1:0.75的岩质边坡上既具备一定的强度保护坡面和抵抗雨水冲刷,又具有足够的孔隙率和肥力以保证植物生长.该技术已广泛应用于铁路,公路,水利等各类岩石边坡绿化防护工程.
4.5客土喷播技术
客土喷播技术护坡,是在边坡坡面上挂网,机械喷填(或人工铺设)一定厚度适宜植物生长的土壤或基质(客土)和种子的边坡植物防护措施.该技术的特点是可根据地质和气候条件进行基质和种子配方,从而具有更广泛的适应性,多用于普通条件下无法绿化或绿化效果差的边坡.由于客土可以由机械拌和,挂网实施容易,一次施工的机械化程度高,速度快,无论从效率和成本上都比浆砌片石和挂网喷砼防护要优越,而且植被防护效果良好,基本不需要养护即可维持植物的正常生长.该技术在公路边坡防护中已被大量应用.在日本等国家已经被作为边坡绿化的常规方法加以应用.
4.6蜂巢式网格植草护坡
蜂巢式网格植草护坡,亦称六角螺母块植草护坡,是一项类似干砌块石护坡的边坡防护技术.是在修整好的边坡坡面上拼铺正六边形混凝土框砖框内载草或种草的一项边坡防护措施.该技术所用框砖可在预制场批量生产,其受力结构合理,拼铺在边坡上能有效地分散坡面雨水径流,减缓水流速度,防止坡面冲刷,保护草皮生长.这种护坡施工简单,外观齐整,造型美观大方,具有边坡防护,绿化双重效果,工程造价适中,略高于浆砌片石框式护坡,该技术多用于填方边坡的防护.
4.7边坡生态袋植草护坡
生态袋材料是一种无纺土工布料,它可以抵抗紫外线的侵蚀,不受土壤中化学物质的影响,不会发生质变或腐烂,不可降解并可抵抗虫害的侵蚀.其运输方便,施工简单,适用于各种坡度护坡.施工时将边坡袋装满肥料种植土,根据设计坡度一层层错开叠压,每层间由专用连接标准扣连接.若坡度较陡则还需专用工程扣把生态袋与背部加筋土工格栅连接成为牢固的整体.该生态袋适用于各种播种方式,可以将植物的种子直接放入生态袋中混播,或在施工过程中进行压播和插播;也可以在生态袋安装完成后实施喷播.植物播种可选用适合当地生长的优良植物品种.
5.发展前景展望
纵观护坡的发展历程和有关生态护坡的研究应用,生态护坡的发展趋势,主要有以下几个方面:(1)在重视边坡稳定与维护功能的同时,越来越强调生态护坡的生态环境效益与景观改善功能,综合考虑藤,草,灌,乔,花等多种植物,形成既具有护坡功能,又具有优美和协美学价值的坡面生态景观.(2)进一步加强生态护坡与工程措施的结合,并努力寻求在创造植被生存环境的过程中,尽量减少人工雕刻的痕迹,即未来的生态护坡将更加重视提高生物措施的技术水平以减少对工程措施的依赖.(3)进一步加强选择适应于生态护坡的植物品种与品种组合,特别是乡土植物品种,对其进行适应性培育与品种改良.(4)进一步加强生态护坡的理论研究.生态护坡已被广泛的应用,但到目前为止,仍未有统一的评价护坡工程建设的主流.体系或标准.今后有必要建立起关于生态型护坡生态功能的评价体系或标准,而不应仅仅停留在视觉效果上,需要有配套的理论评价,方可称之为"生态型"护坡.否则难以与传统护坡相区别,也缺乏说服力.如对其安全性能的评价可以采用传统护坡的工程评价手段,对护坡生物性能的评估可以借鉴生态学里的种群种类和数量评估,而景观性则可以从城市景观学角度评价,借鉴其评价标准.在提倡人与自然和谐相处的今天,边坡治理也从过去的仅注重安全,经济的治理模式向保持边坡的自然特征的生态模式转变.传统的护坡工程虽然在稳固边坡方面卓有成效,却忽视了环境保护和生物生存的需要.生态型护坡的出现顺应了人与自然共生的要求,不仅是护坡工程建设的一大进步,也将成为今后护坡工程建设的主流. |
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