植被护坡技术理论及应用研究

刘小兰 中国恩菲工程技术有限公司广州设计院,广东广州 510640

植被护坡技术理论及应用研究

刘小兰 中国恩菲工程技术有限公司广州设计院,广东广州 510640

植被护坡是利用植被涵水固土的原理稳定边坡，控制坡面侵蚀，防治水土流失，保护生态环境。文章阐述了植被护坡作用机理及植被护坡设计原则，并结合工程实例，提出植被护坡技术要和传统的边坡加固技术有机地结合起来，发挥二者各自的优点，建立既稳固又有生态效应的防护结构体系。

植被护坡；边坡加固；风化花岗岩边坡；生态防护

近年来，随着我国基础设施的不断建设，如高速公路的相继开通、各类矿山的持续开采、土地的开发利用等，在很大程度上破坏了自然生态，形成了许多无植被覆盖的裸露边坡，导致了严重的水土流失。以往通常采用单纯的工程防护，如浆(干)砌片石、喷锚防护等，这些工程措施都导致原有植被破坏、水土流失、边坡失稳等一系列生态环境和工程问题。植被护坡是利用植被涵水固土的原理稳定岩土边坡，同时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[1,2]。本文首先从植被护坡作用机理及植被护坡设计原则两方面介绍植被护坡技术，然后以某风化花岗岩边坡治理为例，提出植被护坡技术要和传统的边坡加固技术有机地结合起来，发挥二者各自的优点，建立既稳固又有生态效应的防护结构体系。

1 植被护坡作用机理

植被护坡主要是依靠坡面植物的地下根系及地上茎叶的作用护坡，其作用可概括为根系的力学效应和植被的水文效应两方面[2]。

1.1 植物根系的力学效应

1.1.1 木本植物深根的锚固作用

木本植物扎根较深，其根系对边坡岩土体具有锚固作用。木本植物的垂直根系和主根可扎入土体的深层，通过主根和侧根与周边土体的摩擦作用把根系与周边土体联系起来，结合垂直根系分布特点，可以把根系简化为以主根为轴向，侧根为分支的全长粘接型锚杆来分析其对周边土体的力学作用，其锚固力的大小可通过计算各侧根与周边土体的摩擦力以及主根与周边土体的摩擦力的累加而获得。

1.1.2 草本植物浅根的加筋作用

浅层的植草根系对边坡土体具有加筋作用，边坡土体在植草根系延伸范围内成为土与草根的复合材料，可视为带预应力的三维加筋材料。根据莫尔——库仑准则，草根的加筋作用增加了土体的黏聚力c值，使其破坏线向上平移△c；另外，草根的张拉限制了土体的侧向变形，使σ3增大到σ3+△σ3，从而使莫尔圆向右平移△σ3。这两种作用使边坡土体的承载能力提高，其作用图示如图1所示。

图1 草本植物根系对土体的加筋作用[2]

1.2 植被的水文效应

植被能拦截高速下落的雨滴，减少雨滴数量、滴溅能量及飞溅的土粒。更为重要的是，植被能够抑制地表径流并削弱雨滴溅蚀，从而能控制土粒流失。

2 植被护坡设计原则

植被护坡设计应遵循的基本原则是植被护坡要和工程加固与防护有机结合，建立既稳固又有生态效应的防护结构体系。不要仅作单一绿化，应根据边坡工程情况综合考虑草、灌、花、树等多种植物结合形成优美协调的景观，所选的植物除考虑景观效果外，必要时还应兼顾其经济效益。进行植被护坡设计时，建议考虑以下设计原则[2]。

2.1 确定边坡类型

在进行植被护坡设计时，首先要确定边坡的类型，特别要确定是土质边坡还是岩质边坡，其次是边坡的高度、坡度等。一般而言，土质边坡较岩质边坡容易植被，但有些土质边坡耕植土少，肥力不足，则应采用工程的方法在坡面上移植客土。对于某些岩质边坡，坡面完全没有耕植土，植物根系难以扎根，则只能采取工程措施在其表面移植并固定客土。

2.2 边坡稳定设计

边坡的失稳破坏有深层失稳破坏和浅层失稳破坏，深层失稳破坏一般是在坡面2m以下深处沿滑移面产生剪切滑移破坏，滑移面是平面、锲形面或曲面。浅层破坏一般发生在坡面的表面或坡面下不足2m的范围内，一般表现为剥落、落石、崩塌、堆塌、表层溜坍、风化剥落、错落、坡面浅层滑坡等。在进行边坡稳定设计时，首先要进行深层稳定性和浅层稳定性判断，再选择适合该边坡类型的边坡稳定性分析方法试算该边坡的稳定安全系数。

2.3 植被护坡的总体设计模式

在进行植被护坡设计时，核心的一点是通过工程措施与植被护坡相结合的方法，在坡面形成综合的防护结构体系。周德培和张俊云[2]给出了植被护坡模式总体流程（见图2）。该模式具有如下特点：（1）突出边坡工程调查，要求所选植被种类与当地植被环境及其已有植物种类一致，使之在工后较短时间内融入当地自然环境；（2）突出边坡稳定性分析和判别，根据边坡稳定性特征，选择合理有效的工程措施；（3）强调传统的边坡加固工程措施与植被护坡的有机结合，即边坡加固工程措施不同，植被护坡的方法也不同，并与之适应。

图2 植被护坡的总体设计模式[2]

2.4 景观效果设计

在进行植被护坡工程设计时，不能满足于单一品种的植草绿化，要多品种植物结合取得综合绿化的景观效果。

3 工程实例

3.1 工程概况

为了开辟建筑场地，对某员工楼西北侧山体进行切坡，形成一段长约480米、高10～26米的人工切方边坡，坡度一般介于25°～35°之间，坡体主要由残积砂质黏性土及花岗岩风化带组成，在这些地层中夹有大量“孤石”，边坡南段人工开挖后大量“孤石”露出地表，尚未清除。整体而言，整个坡体为土质边坡，坡面完全裸露，坡面上出露大量“孤石”。

3.2 边坡稳定性分析

本边坡主要为残积砂质黏性土及花岗岩风化带组成，残积砂质黏性土层易发生圆弧滑动，花岗岩风化带易形成剥落，中浅层滑塌等破坏形式。该边坡安全等级定为二级，抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.10g，采用简化的Bishop法对该边坡的稳定性计算，考虑地震效应的稳定安全系数介于1.28～2.0之间，满足建筑边坡规范规定的稳定安全系数要求。

3.3 生态防护设计

根据前述分析，该边坡整体属于土质边坡，边坡开挖后基本处于稳定状态，采用植被护坡技术对该边坡进行生态防护设计。对于风化花岗岩边坡，往往存在严重的坡面冲刷，坡面受雨水冲刷会出现严重沟蚀和局部坍塌现象，应采取工程措施解决风化花岗岩表层的稳定。经多方面比较和研究，决定采用三维植被网喷播植草护坡。

草种采用狗牙根、结缕草、竹节草、假俭草、巴哈雀、白三叶、山毛豆按比例配植混合播种，采用U型钉、钢钉将三维植被网固定于坡面上并覆土，三维植被网搭接长度为15cm，活性营养土覆土厚度为5～10cm。坡顶和坡脚均设置排水沟，且沟沟相通，为加强三维植被网在坡面上的稳定性和防止地表水的冲刷，在坡顶处将三维植被网埋入排水沟内固定。

3.4 护坡效果

经过养护和换种，该边坡经过两年的运行，其间经历过多次台风和暴雨，坡面未出现严重冲蚀，植被生长茂盛，达到了植被护坡生态防护的目的（见图3）。

图3 植被护坡工程实例

4 结语

植被护坡技术在边坡加固、生态环境保护等方面具有很多优越性，但是由于植被根系的作用范围及作用力有限，以及植被生长对周围环境的需求等因素，植被护坡技术在应用范围、条件方面尚存在局限性，植被护坡要求边坡初始处于基本稳定状态，对于那些开挖后处于不稳定状态的边坡，必须借助传统的边坡加固技术先使边坡处于稳定状态。因此，将传统的边坡加固技术与植被护坡技术有机地结合，发挥二者各自的优点，既保证边坡的安全稳定，以及加固措施的长期有效，又实现坡面植被的快速恢复及生态环境保护，达到人类活动与自然环境的和谐共处。

[1]谭少华,汪益敏.高速公路边坡生态防护技术研究进展与思考[J].水土保持研究.2000,20(4):36-38

[2]周德培,张俊云.植被护坡工程技术[M].北京:人民交通出版社.2003

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.046

刘小兰，女，1983.07.15，助理工程师，中国恩菲工程技术有限公司广州设计院。