河道生态护坡技术综述

赵航 方佳敏 付旭辉 田鹏 刘志庆 龚敖

摘 要：目前，河流生态环境保护越来越受到我国社会重视。本文分析了不同技术的特点与它的适用性和局限性，总结了不同生态护坡技术的适用环境：人工植草护坡适用于流量较小的河道且不能处于长期淹没的环境;土工格室制草护坡对于基础垫层等都可以应用;石笼生态护坡只能应用于较小变形的岸坡;浆砌片石骨架植草护坡适用于坡度较缓的各种土质、强风化岩石边坡;特拉锚垫修复技术可适用于土质、堆积体和基岩岸坡。

关键词：生态护坡;岸坡侵蚀;植物

中图分类号：U617.8             文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）11-0113-04

近年来，越来越多的工程建设，造成了岩土边坡的生态破坏，且较难恢复，如图1所示。传统的边坡工程加固措施，大多采用砌石挡墙及喷混泥土等护坡结构，仅仅只起到了一个保护水土流失的作用，谈不上对生态环境有保护作用，相反的只会破坏生态环境的和谐。随着人们环境意识的增强，生态护坡技术逐渐应用到工程建设中。

生态退化的主因是岸坡侵蚀，由于岸坡侵蚀引发的水土流失、河道淤积、岸坡坍塌和生态系统的破坏等一系列问题。岸坡的生态修复与重建的主要研究方向是采用将工程措施和生态措施相结合来进行重建生态系统的生态护坡。目前对于生态护坡的相关研究有许多，例如土工格室护坡、石笼填石型护坡、编柳抛石型护坡、生态袋型护坡、生物活性无土植被毯护坡、铰链式护坡、联锁式水工砌块护坡、喷混植生式护坡等方法，这些方法采用的工程方式与结构不同，其针对性与修复效果也不一。

1生态护坡发展现状

1.1国内外生态护坡研究现状

四十年代开始，美国等西方发达国家对道路两岸的边坡采取了一系列的措施，进行植被修复工作（程洪， 2006）[1]，如颁布相关法律要求公路两岸必须进行绿化、对公路两岸进行草皮种植试验、采用机械化撒播方式等（程积民，2006）[2];在中世纪，法国、瑞士采用栽植柳树对运河边坡的防护（Barthes，2000; Bischetti，2005 ）[3]，并且这种植物防护措施被引进到欧洲，主要有德国、奥地利等国家，至此植物防护在欧洲得到了广泛的应用;欧洲国家主要是以防止坡地受到雨水侵蚀为目的进行研究的（Aerts R， 2006; Czarnes S，2000）[4]。日本植物护坡的起源于17世纪初，日本德川五代将军纲吉就通过种植草和树苗的方法来对荒山进行生态治理;至20世纪中期，川端勇作开始采用种植外来草种的方法对道路边坡进行防护，自此对于边坡的绿化和防护上开始引进新型的外来草种[5]。

1993年，我国三维植被网、土工网、土工格栅等技术得到了快速的发展，并且结合了植草技术应用于工程。杨方社等（2017）[6]主要研究了柔性植物拦沙机理。阎洁等（2004）[7]研究了柔性植物阻水固沙机理。

对于植草护坡的理论研究，国外学者根据不同的学科研究的侧重点有所不同，其中岩土工程学者主要致力于研究植物的根系对土壤的加固作用[8]，刘彦东（2014）[9]主要致力于研究植物根系与土壤含水率之间的关系。

国内近几年来的研究主要是关于植物的根系抗拉抗剪作用及根系对于土体的影响研究。王可钧等（2003）[10]研究了林木的根系对土壤固结的能力，分析了土壤的抗冲刷指数与根系长度、根系的生物量之间的相关关系;吴淑安等（1999）[11]通过研究指出，含有植被根系的已让可以有效降低土壤的崩解速率，且土中含根系数量与土壤的崩解速率成反比，根系的存在还可以有效增强土壤的抗侵蚀性。卢立霞等（2006）[12]选取三峡水库附近的植物，对植物的直根与小直径的须根与土壤抗冲刷能力的影响做了试验，试验结果表明，土壤中有许多小直径须根比有直根的土壤复合物对土壤的抗冲刷性提高作用更加明显，并根据不同种类植物的根系特性，提出了几种能够适宜在三峡库区周围环境和土壤，同时又能起到土体免被冲刷的植被。

1.2现有生态护坡技术的优点及存在的问题

目前，关于生态护坡技术已经有很多，但许多技术还不成熟与完善，在生态性与护坡效果无法很好的平衡，推广应用范围不够广泛。现有生态护坡技术如下：

1.2.1人工种草护坡

人工植草护坡如图2所示，不受土壤条件差、气象环境恶劣等影响，但是护坡易被雨冲刷形成雨霖沟，护坡效果差。长期浸泡在水下、行洪流速超过 3m/s 的土堤迎水坡面和防洪重点地段（如河流弯道）不适宜植草护坡。

1.2.2土工格室制草护坡

土工格室植草護坡如图3所示，土工格室柔性结构层作为承重结构应用比较多，如无铺砌的道路路面，公路路面基层，形式各样的场地基层，铁路基床、道床，船的下水坡，基础垫层等都可以应用[13]。

1.2.3蜂巢式网格植草护坡

蜂巢式网格植草护坡如图4所示，它的受力结构合理，能防止坡面冲刷，保护草皮生长，但其造价较高，整体的固土效果方面效果不是很好。

1.2.4石笼护坡

石笼护坡如图5所示，付燕燕（2018）[14]研究了石笼护坡的特性。它的优点为具有较好的柔韧性、透水性以及防浪能力等。

1.2.5浆砌片石骨架植草护坡

浆砌片石骨架植草护坡如图6所示，它能减轻坡面冲刷，保护草皮生长，但具有一定的局限性，仅适用坡度较缓的各种土质、强风化岩石边坡。

现目前，大多数生态护坡技术采用的工程方式与结构不同，其针对性与修复效果也不一，存在的主要问题有适用范围较小，对边坡坡度和边坡稳定性要求严格，施工工艺复杂。一部分技术造价较高且护坡效果有限。

1.2.6特拉锚垫生态修复技术

相较于以上生态护坡，特拉锚垫修复技术的优点较为突出。特拉锚垫修复技术采用垫子将土壤固定住减少水流冲刷把土壤带走，为植被提供生长基质，并给其上生长的植被进行保护，增强岸坡的抗冲刷性能。特拉锚垫修复技术如图7所示，是由三个结构组成：①反滤层，是由复合土工膜组成，具有长期透水不淤堵的性能，可有效降低冲刷98%以上。②草皮增强垫，可有效保护垫在植被恢复前保护植物根茎，增强河道和岸坡的抗冲刷能力和减少植物的抗冲蚀疲劳。③特拉锚系统可有效固定土体表面材料，紧固地表附属设施。

其优点在于：其一，一种环境友好型生态修复技术，特拉锚垫会提供植物生长的基质并保护其生长，植物根茎可以穿透其间，增强植被抗冲刷性能，有助于消落带的生态修复与重建。特拉锚垫技术所采用的原料都是符合国家级环保标准，不会对生态环境造成伤害，可以在不破坏生态群落的条件下恢复植被;其二，特拉锚垫技术适用范围广泛，根据不同的地质条件进行可选择具有不同的结构形式和尺寸，特拉锚可提供3-10KN范围的抗拉拔力，可适用于土质、堆积体和基岩岸坡。可有效固定土体表面材料，紧固地表附属设施。

2 生态护坡工程发展趋势

目前，河流生态环境保护越来越受到我国社会重视。生态护坡技术是一个综合性、复杂性的系统工程，它的发展将会越来越完善。它的发展趋势：

（1）结合水利的实施，岩土工程信息数据库，建立生态修复大数据中心。

（2）结合水文变化、岸坡的土壤等信息，建立生态修复种子库，推动江河湖泊生态环境的可持续发展。

（3）在不破坏生态群落的条件下恢复植被。

（4）生态修复技术能在不同气象，不同土体条件，不同下垫面情况下保护植物生长。

（5）采用的原料符合环保标准。

3 结论

论文归纳了现有的生态护坡，对比了国内外在生态护坡方面的研究现状，分析了其技术差异及存在的问题，总结了不同生态护坡的适用环境，得结论如下：

（1）人工植草护坡适用于流量较小的河道且不能处于长期淹没的环境;

（2）土工格室制草护坡对于形式各样的场地基层，铁路基床、道床，基础垫层等都可以应用;

（3）石笼生态护坡应用于较小的变形的岸坡;

（4）浆砌片石骨架植草护坡适用于坡度较缓的各种土质、强风化岩石边坡;

（5）特拉锚垫可适用于土质、堆积体和基岩岸坡。

参考文献：

[1]程洪， 谢涛， 唐春，等. 植物根系力学与固土作用机理研究综述[J]. 水土保持通報， 2006（01）：101-106.

[2]陈云明， 梁一民， 程积民. THE ZONAL CHARACTER OF VEGETATION CONSTRUCTION ON LOESS PLATEAU%黄土高原林草植被建设的地带性特征[J]. 植物生态学报， 2002， 026（003）：339-345.

[3]Mattia C ，  Bischetti G B ，  Gentile F . Biotechnical Characteristics of Root Systems of Typical Mediterranean Species[J]. Plant and Soil， 2005， 278（1-2）：23-32.

[4]Czarnes S ，  Dexter A R ，  Bartoli F . Wetting and drying cycles in the maize rhizosphere under controlled conditions. Mechanics of the root-adhering soil[J]. Plant & Soil， 2000， 221（2）：253-271.

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