生态护坡发展现状及展望

2015-08-15邓绍云

科技视界 2015年7期

邓绍云

（新疆应用职业技术学院，新疆奎屯 833200）

0 引言

边坡工程在土木工程中占据较为重要的地位,边坡工程是保护土木工程的主体工程的主要举措，边坡工程处理得好，则主体工程安然无恙，边坡工程处理不当，则会出现：山体滑坡造成泥石流、大堤沉陷、管涌、公路路面或桥梁或建筑物倒塌等一系列工程事故。故边坡必须引起高度重视，踏实处理好边坡工程，事关整个工程的安危及正常功能的发挥。

边坡的护理方法非唯一，但道路或传统钢砼护坡具有严重的缺陷性：消耗大量的资源、消耗钢材和水泥、工程浩大、工作量极大、成本很高、耐久性能差、局部修补牵涉全局、施工不便且因工程材料的生产和使用过程中严重污染环境，不能种植植物和花草，难以绿化，最终很大程度破坏原有和谐的生态环境。

故探究基于低碳理念的生态护坡方法势在必行，生态护坡也就是在这种呼声中诞生。

1 生态护坡的内涵

生态护坡是利用优良植物的自然生长将边坡岩土进行固结和团集于植物根系周围，以达到钢砼护坡相同和相应的护坡效果。其目的既要达到土木工程边坡稳定、稳固功能，又要达到恢复工程所在地域的系统生态平衡。

生态护坡方法较多，但从大类来分无外乎两种：植物护坡和植物工程措施复合护坡技术。植物护坡主要通过植被根系的力学效应和水文效应来固土、防止水土流失，在满足生态环境需要时，还可造景。植物工程措施复合护坡技术则是通过在铁丝网网间、碎石间、混凝土连锁块等间隔土中种植植物（这些植物一般要求根系发达、便于生存与繁殖），通过植物的生长和工程措施共同作用将边坡土层固定，并前期（植物没有长成之前）通过工程措施达到固土作用，后期（植物长成后）主要通过植物的根系生长固土作用将工程边坡土层牢牢箍住，并通过植物的生长将这些铁丝网、碎石、混凝土连锁块等工程物件进一步加固、稳住，使之与边坡土层混为一体，达到良好的护坡效果。

生态护坡到底采取何种，应有一定的原则，就是应该因地制宜，根据实际情况，综合考虑：工程要求、经费预算、成本效率、地质条件、生态环境等等因素后最终选定。

2 发展历程与现状

因认识到传统钢筋水泥混凝土工程护坡的弊端，20世纪30年代，植被护坡始于中欧，并迅速在欧洲得到发展，并在60年代，开始推向世界许多国家，目前，美国在该方面的成就很大，植被广泛用于陆地景观提岸和交通线路土坡的稳定。在亚洲，日本是走在前面的，20世纪50年代就开发采用外来草种的植生盘用于道路坡面，60年代开始铺草皮、栽树苗来治理荒坡，70年代开发了纤维土绿化方法并沿用到今日。近年来，绿化网防护、厚层基料喷射、植被型混凝土等已经广泛应用于边坡防护。

国外学者对根系固坡作用的力学机理研究及其数学模型的建立非常重视，他们分别采用室内外直接剪切根系与室外拉拔根系等方法研究植物根系对岩土体抗冲刷、抗侵蚀性能以及加固边坡的力学机理。Turnanina[1]研究表明，根强度与根直接成反比，须根较粗根更有利于土壤加固和抗剪，为在边坡上种植草本植物提供了理论基础；Tsuruta[2]研究指出植物垂直根系能增强土体抗剪强度；Gray[3]研究认为植物根系通过提供土体的内聚力来增强土体的抗剪强度，而对土体的内摩擦角影响不明显。Cazzuffi[4]等先后建立了土壤—根相互作用的力学平衡模型，得到土体抗剪强度的增加量与植物根面积比正比。Kazutoki Abe[5]通过观察植物根的变形与土体剪切区的变化发展，得到根系对边坡抗剪强度影响公式。

我国先人很早就利用植被对边坡和河岸进行加固和保护，但理论阐述欠缺，生态护坡理论与技术研究起步较晚。20世纪90年代伴随交通等基础建设的发展和环保意识的提高，生态护坡才逐渐得到推广，理论和应用研究才开始起步。

张俊云等[6]借鉴日本客土喷播防护技术，进行了以土壤为主要材料、硅酸盐水泥为粘结材料的喷混植生试验，并取得一定的效果；许文年[7]所开发的植被混凝土边坡绿化技术以及张季如[8-10]所开发的ZZLS绿色生态防护材料技术与喷混植生技术较为相似，从草种选择、种子处理、播种、护坡、草种发芽和幼苗生长前期养护等方面，介绍了这种技术的特点，并提出利用该技术进行边坡侵蚀防护、绿化的设计和施工方法，且对生态护坡材料的本构关系进行了研究。宋云[11]认为植被护坡作用机理是根系的存在提高土体的黏聚强度、根系与土体间的摩擦，从而提高了土体的抗剪强度，并提出了植物根系固土的理论，有浅根加筋理论和深根锚固理论。

随着时代的发展，生态护坡的涵义得到了扩充，实施过程中可能不是将植物种植于原生土壤上，而是将植物种植于适当的人工基材（用水泥、土、腐殖质和水混合而成）可以提高对边坡防护的功效，为此，周中[12]经正交试验研究发现，基材组分中的胶凝材料—水泥较为关键，取很大的作用。

生态护坡工程的实施中，关键在于植物的选择和配置，在边坡土壤上自然生长的植物中去优选优质植物是一个有效的研究方法，即植物边坡生态恢复适应性则是优选考虑的关键因素。孙乔宝[13]本着这个原则，通过植物生长试验，在云南安楚高速公路岩石边坡生态防护工程中的植物选择取得成功。

汤毅[14]认为生态护坡能充分改善生态环境，减弱岩土体风化作用、冻融作用、热效应及冲刷效应，从根本上改善边坡环境，其优势在于：植物枝叶可以降低雨水对坡面的冲击、冲刷，植物根系可以固土，提高坡面的抗冲能力；植物根系可以固土护坡，提高边坡的稳定性；有利恢复自然、保护环境、维持生态平衡，防止水土流失、净化空气，改善景观。

毛伶俐[15]对生态护坡中植物根系进行了力学分析认为，植物根系的抗拉强度随长度的增长而递减，梯度较小而相关度较弱，且与根数量成正相关关系；植物根的存在提高土层的抗剪强度从而对边坡稳定性产生很大的影响；植物根系在不同情况下对土壤抗冲刷性能明显提高。

各种生态护坡其功效如何，如何评价，这需要选择适当的评价指标及其体系、提出适当的评价方法和评价模型，沈守权[16]首先对生态护坡评价指标体系进行了分析研究，确定运用模糊综合评价方法对公路建设项目中的不同生态护坡方法的效果进行评价，并确定了一个模糊量值来衡量各种方法的优劣。

生态护坡的实现形式有多种，工艺各异，工程量不同、功效也不同，于冬梅[17]开展了高速公路边坡生态防护效果研究，研究表明应该多种工艺复合使用，针对有代表性的边坡，最好是绿化种植前期挂网喷播、普通喷播、土工格栅、草棒技术、草包技术的生态防护及景观效应较好，后期松林穴植、草棒技术、普通喷播、藤本护坡的效果较好。

边坡的坡角对生态护坡的效果影响很大，陈亿军[18]为研究分析生态岩土力学护坡及一定雨强条件下坡面的产流产沙的演化规律，试验研究表明，不同坡度的各种工况下，边坡的侵蚀产沙变化趋势基本一致。但其研究结果说当坡度为35°左右时，产沙最多，这个结果值得再度深究。

3 结论与展望

随着我国经济建设步伐的加大、基础建设的投入增大，社会的飞跃发展。水利土木市政工程的不断扩张，边坡工程规模越来越大、越来越复杂化，科学发展观的贯彻执行、生态危机的觉醒、环保意识的增强，水利土木市政等工程中边坡的护理，越来越采用生态护坡方法，而摒弃传统的钢筋混凝土护坡方法，这种基于低碳理念的生态环保绿色护坡工程的实施，不但大大地减低工程造价及成本，并延长工程使用寿命，提高工程效益和建筑物的功能，同时也增加工程建设过程中的安全度和美化工程环境景观。并从长远利益来看，将进一步改善工程所在的周围环境的微气候，修复和改良工程所在地域的生态环境。

近年来，我国因贯彻党中央的科学发展观和生态环保意识的提高，生态护坡在工程上的应用得到了较好的发展和推广，研究成果也不少，工程应用实例也越来越多。但在生态护坡领域的研究，其成果主要集中于水土保持和植物根系对土体固结力学作用方面的研究。而对于植物生长于边坡土壤上，根系、土壤及土壤中所有的生命与非生命环境系统所发生的物理、生化特性所发生的变化，及其对边坡的防护效果的影响特性和影响程度，以及生态护坡的影响因素及影响特征尚存在研究空白，需要深入开展研究，以探究清楚生态护坡的物理、生化机理，以便从理论上优化筛选用于生态护坡的植物及植物护坡基材的配置和工程实施的具体方案和施工工艺。此外，对于各种生态护坡的功效评价指标正确选择和评价指标体系的构建，以及评价模型的合理构建还值得深入研究。

［1］Turnanina.Nature and extent of macropores in forest soils and their influence on subsurface water movement[J].USDA Forest Service Research Paper NE-192.p33.

［2］Tsuruta.An evaluation of tree-root effect on slope stability by tree-root strength[J].Jpn.For.Soc.1969,69.

［3］TGray,Sotir.Biotechnical stabilization of steepened slopes[J].Transportation Research Record.N1474,1995:23-29.

［4］Cazzuffi,Daniele,Waldron,Enrico.Contribution of vegetation to slope stability:An overview of experimental studies carried out on different types of plants[J].Geotechnical Special Publication,n130-142,2005:1617-1628.

［5］Kazutoki Abe,Robert R,Ziemer.Effect of tree roots on a shear zone:modeling reinforced shear stress[J].CAN.J.FOR.RES.VOL.21,1991.

［6］张俊云,周德培,李绍才.岩土边坡生态护坡研究简介[J].水土保持学报,2000,20(4):36-38.

［7］许文年,叶建军,王铁桥,等.南方岩质坡地生态恢复探讨[J].水土保持学报,2003,10(4):238-241.

［8］张季如,朱瑞赓,夏银飞,等.ZZLS绿色生态护坡材料的强度试验研究[J].岩石力学与工程学报,2003,22(9):1533-1537.

［9］张季如,朱瑞赓,祝文化.生态护坡材料在路堑边坡侵蚀防护中的设计与应用[J].华东公路,2004(3):66-68.

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［12］周中,巢万里,刘宝璨,等.岩石边坡生态种植基强度的正交试验[J].中南大学学报:自然科学版,2005,36(6):1112-1116.

［13］孙乔宝,甄小云,李文龙,等.云南安楚高速公路岩石边坡生态恢复植物适应性研究[J].公路交通科技,2005,22(8):34-36.

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