多孔植被混凝土在河道边坡防护中的应用

□张 鹏（南水北调中线局河南直管局）

多孔植被混凝土在河道边坡防护中的应用

□张 鹏（南水北调中线局河南直管局）

多孔植被混凝土应用于河道边坡防护中，既提高了边坡的稳定性和耐久性，又改善了河道边坡的生态环境。文章在总结多孔植被混凝土生态护坡原理和应用类型的基础上，讨论了多孔植被混凝土应用中存在的问题，并对其未来的发展方向做出了展望。

多孔植被混凝土；河道边坡；生态护坡

河道边坡由于长期承受降雨、波浪冲刷及水位升降等侵蚀作用，使坡面的抵抗力变弱，常需要对淹水区边坡进行护理。对河道边坡进行防护，必须兼顾边坡稳定和环境保护两方面的问题。既要保护路基边坡表面免受雨水冲刷、河水侵蚀，防止和延缓软岩土表面的风化、破碎和剥蚀，从而保护路基的整体稳定性;又要改善边坡的生态效果，谋求人工构造物与自然环境相协调。

传统的护坡技术主要有喷射混凝土护坡、浆砌或干砌块石护坡、预制混凝土块体护坡等；这些护坡技术虽然具有强度高、耐久性好等优点，但其造价高，生态效果差。多孔植被混凝土在具有工程防护性能的同时，还具有适合植物生长、恢复和保护环境、改善生态条件等功能，生态效果显著。多孔植被混凝土应用在河道边坡防护中，既能保证边坡稳定性，又能起到降低噪音、防菌杀菌、吸收氮氧化合物以及阻挡电磁波等作用，对调节空气温度和湿度、维持地下水位和保持生态平衡均能起到良好的效果。

1.多孔植被混凝土的制备

多孔植被混凝土由植生基材和多孔混凝土两部分组成（见图1），其中植生基材由土壤、肥料、各种添加剂等组成，多孔混凝土是由粗骨料表面包覆一层胶结材料相互粘结成的含有大量孔隙的蜂窝状结构混凝土。

图1 多孔植被混凝土的基本结构图

胶结材料可选择强度等级42.5的普通硅酸盐水泥。骨料的选择需要兼顾孔隙率、孔径大小和强度的要求，选择粒径大、针片状少且级配单一的骨料，混凝土孔隙率和孔径会较大，但和易性和强度会较差。为了能够保证连通孔隙率满足植被生长的要求，且使混凝土获得足够的强度，制备多孔植被混凝土的粗骨料应选择石灰岩或玄武岩材质的碎石，粒径宜为16～32mm，针片状含量控制在5%以内。外加剂应选用减水率较高且保水性好的减水剂，或是复合使用保水剂和高效减水剂。

2.多孔植被混凝土生态护坡原理

采取工程加固措施，对减轻河道边坡修建初期侵蚀和不稳定性问题的效果显著，但随着时间的推移，混凝土逐渐老化，强度不断降低，效果也越来越差。而采用生态护坡则刚好相反，开始作用非常虚弱，但随着植物的生长和根系的发达，效果逐步增强，对减轻坡面侵蚀和不稳定性的作用越来越大。因此，工程加固措施和生态护坡技术结合，发挥二者各自的优点，既可以保证边坡在修建初期和后期的稳定性，又能起到植被恢复、美化环境的作用。

2.1 植被的力学效应

植物生长初期的浅根及植草的根系在土壤表层和下覆风化残积层中错综盘结，可视为一种三维加筋材料，在其延伸范围内边坡土体成为土与浅根的复合材料。浅根的张拉限制了土体的侧向变形，增加了土体侧向应力；同时，浅根的加筋作用约束了土体变形，增加了土体的粘聚力，提高了坡面碎裂岩块的整体性，从而增加岩土体的抗滑力。

随着植物的生长，根系逐渐发达，深根穿过坡体浅层的松散风化带，锚固到深处的稳定层上，起到预应力锚杆的作用。豆科、小灌木和禾本科植物在地下0.75～1.5m深处有明显的土壤加强作用，树木根系的锚固作用则可影响到更深的土层。

2.2 植被对河道边坡的水文效应

降雨是诱发滑坡的重要因素之一。植被可以截留部分降雨，减小高速下落的雨滴对坡面的撞击，减少因撞击而溅出的土粒数量。此外边坡的失稳与坡体水压力的大小有着密切关系。植物的蒸腾排水和吸水作用通过其根系对边坡进行水平和泵吸排水，减小了土体的孔隙水压力及碎裂岩体的裂隙水压力，并减少了土体自重，增加了土体吸力。从而提高土体的抗剪强度，极大程度地增加坡面介质的稳定性，有利于边坡体的稳定。

植被还可有效控制河道边坡的土粒流失。地表径流会带走被滴溅分离的土粒，进一步引起片蚀和沟蚀，植被能够削弱雨滴溅蚀并抑制地表径流，从而能控制土粒流失。通常地，随植被覆盖率的增加，土体流失量呈指数关系降低。此外，网络状分布的植物根系可以分解土壤中的胶结产物，有助于各种土壤微生物的繁殖，从而调节河道边坡生态环境。

3.多孔植被混凝土的应用类型

多孔植被混凝土护坡的类型有很多，根据植被类型的不同可将多孔植被混凝土护坡分为植草混凝土护坡、植物混凝土护坡、全系列植被混凝土护坡等。

植草混凝土护坡是在植生基材中撒入草本植物的草籽组成护坡材料，这种护坡技术既具有很强的固土能力和防冲刷能力还具备一定的净化能力。但由于多孔混凝土的耐久性差，草本植物的根系较浅，随着时间的推移，坡面结构的稳定性逐渐下降。植物混凝土护坡是在植生基材中撒入豆科、禾本科等植物的种子组成护坡材料。这种护坡技术既在前期利用了混凝土的固土能力，后期根系发达后又提供了深根的锚固作用。但表层植生基材的抗冲刷能力不如植草混凝土强，水土流失会比较严重。

全系列植被混凝土护坡是从坡脚到坡顶依次选用草本、豆科、禾本科、小灌木等一系列植物作为护坡植被，甚至可以在最上层种植一些乔木，形成多层次、全方位的生态防护。这种护坡技术综合利用了多孔混凝土和各类植被的长处，除了具有较好的稳定性和耐久性，还具备生物多样性好，景观功能强的优点。

4.多孔植被混凝土应用的技术问题

虽然多孔植被混凝土应用于河道边坡防护中具有诸多的优势，但是该类混凝土还存在许多问题有待进一步研究：

一是降碱处理问题。混凝土碱含量过高，若处理不当，植物生长的状况会比较差，根系、植株高和茁壮程度都比在普通土壤中差；而经过降碱处理后，混凝土力学性能又会受到损伤。

二是多孔植被混凝土的最优配合比与植物的生长特性密切相关，因此根据植物种类的不同应进行不同的配比试验。

三是在双向和三向拉、压应力下多孔植被混凝土的微、细观力学及宏观力学方面的耐久性损伤研究，及其植被根系与多孔植被混凝土的相互力学作用机理研究不够。

四是工程成本高.除技术原因外，建设成本也是影响一项工程技术能否顺利推广应用的重要因素，我国经济建设实力还相对较弱，经济成本因素还相当重要，极大程度上限制了该技术的应用。

5.展望

人类与自然同在，工程与环境共存，是水利及其他土木工程建设应遵守的原则。多孔植被混凝土应用于河道边坡防护中，大幅提高了边坡的稳定性和耐久性，并改善了河道边坡的生态环境。从欧美和日本等发达国家的多孔植被混凝土的研究历程和趋势分析，多孔植被混凝土正朝着规模化、体系化、集成化、规范化、理论化、智能化、经济化等方向发展。依据不同生态区的特点，加强优势植被群落品种选育和综合应用，并以生态学原理为指导，开展组合应用研究，筛选出适合不同生态区河道边坡植被所需的优势植物品种，并配套研究与之相适应的多孔混凝土的配合比、力学性能和耐久性，是解决现有技术问题的根本与关键。

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2012-07-09