生态护坡技术的应用及植物群落的配置

2018-07-13林青皓陈科平

河南科技 2018年16期

关键词：生态护坡

林青皓陈科平

摘要：本文首先探讨生态护坡的作用机理，然后分析不同植被与滑坡的关系，并结合不同岩土体的工程地质特征，探讨植被护坡的防护机制；最后探讨生态护坡施工技术及护坡植物群落的选择与配置，以期充分发挥植被的护坡功能，不断提升景观效果。

关键词：生态护坡；加筋效应；锚固效应；草灌乔结构

中图分类号：Q948 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）16-0158-03

Application of Ecological Slope Protection Technology and

Configuration of Plant Community

LIN Qinghao1，2 CHEN Keping1，2

（1.School of Geosciences and Info-physics， Central South University，Changsha Hunan 410083；2.Key Laboratory of Metallogenic Prediction of Nonferrous Metals and Geological Environment Monitoring（Central South University）， Ministry of Education，Changsha Hunan 410083）

Abstract： This paper first discussed the mechanism of ecological slope protection， and then analyzed the relationship between different vegetation and landslides， and discussed the protection mechanism of vegetation slope protection based on the engineering geological characteristics of different rock and soil soil. Finally， the construction technology of ecological slope protection and the selection and arrangement of plant communities for slope protection were discussed in order to give full play to the function of vegetation protection and constantly enhance the landscape effect.

Keywords： ecological slope protection；reinforced effect；anchoring effect；grass-shrub-dwarf tree structure

滑坡是我國发生最为频繁的地质灾害，降雨是诱发滑坡的重要因素。雨水下渗，将导致坡体含水量增加，水压力增大，岩土体抗剪强度降低，滑动面上覆土体自重增大。当岩土体的抗剪强度小于滑动面上的剪应力，边坡就会失稳坍塌。近年来，生态护坡技术被广泛应用于边坡治理工程中。植被不仅能美化环境，而且能防止水土流失，有效解决了边坡工程防护与生态环境破坏的矛盾。

1 生态护坡的作用机理

生态护坡的作用机理主要分为浅根的加筋效应、深根的锚固效应和茎叶的水文效应[1，2]。

1.1 浅根的加筋效应

植物根系在土体中呈网状分布，含根量随着深度的增加逐渐减少，土体内根系盘结，类似于三维加筋土，从而使得土体的强度明显提高。

1.2 深根的锚固效应

木本植物的垂直根系粗而深，类似于锚杆，具有一定的刚度，可扎入岩土层的深处。通过根土间的相互作用，垂直根系将浅部土层锚固到深处较稳定的土层上，从而使土体的稳定性明显提高。

1.3 植被护坡的水文效应

植物叶片具有降雨截留、削弱溅蚀、抑制地表径流等作用，植物根系也能吸收土壤中的水分，从而降低土壤含水量，减少土壤孔隙水压力，使土体的粘聚力增大，抗剪强度提高，边坡稳定性系数也随之提高[3]。

2 不同植被与滑坡的关系

裸地因没有林冠层、灌木草本层及枯枝落叶层的降雨截留的过程，大部分降雨形成地表径流，易于引起水土流失甚至引发泥石流[4]。降雨渗入土壤中，土壤中的水分大部分被聚集，消耗较少，因此裸地中的含水量较高，土体的孔隙水压力增加，土体粘聚力减小，抗剪强度降低。同等地质环境条件下，植被覆盖率低，滑坡较易发生。

当降水强度较大，坡面不合理的植被分布将加速滑坡的发生。竹林地区由于常受人工挖竹笋、锄草等的影响，导致表层土体结构受到破坏，加速了雨水的下渗，加之竹子自身较高，风阻大，传递给边坡的由风引起的动荷载较大，加速了边坡的失稳。

草本植物覆盖在地表，能减缓地表土壤湿度、温度的变化，减小地表土壤因湿度、温度变化而产生的应力，减少微裂缝的产生，降低土壤的入渗能力。

3 不同岩体结构的生态防护机制

3.1 整体结构岩质边坡生态防护机制

整体结构岩质边坡的岩体结构较为完整，边坡开挖坡度较大，植被很难在坡面成长。目前，此类边坡大多向表层喷射厚层种植基材，提供植被生长必需的营养物质。基材混合物由绿化基材、植壤土、纤维及植被种子组成，具有一定的抗侵蚀性及稳定性。植被能防止坡面被雨水冲刷、防止表层岩体风化，但其根系不能深入基岩，故无法起到锚固的作用，常采用锚杆固定，为植被提供稳定的生长环境。

3.2 块状结构岩质边坡生态防护机制

块状结构岩质边坡岩体较完整，节理裂隙较发育，仍能保持岩体自身稳定性。木本植物根系能够深入到岩体裂隙中，当基材或边坡表层岩土体沿岩石表面顺层滑动时，植物根系将受到拉力作用，锚固基材和风化表层，同时，植被根系纵横交错，呈网状，将基材连结为整体。

3.3 碎裂结构岩质边坡生态防护机制

碎裂结构岩质边坡岩体碎裂，节理裂隙发育。植物群落在该边坡上长成后，根系深入边坡表层岩体裂隙，网状根系将表层破碎岩体相互缠绕、结合为一体，可以有效防止坡面岩块的崩落及雨水的冲刷。

3.4 散体结构岩质边坡生态防护机制

边坡表层为风化带，结构松散，能够栽种植被。浅层植物根系能起到三维加筋作用，深部根系能起到锚固作用。

3.5 土质边坡生态防护机制

植被在土质边坡上长成后，茎叶的水文效应和盘根错节的根系，可以有效抑制雨水对边坡的侵蚀和冲刷；植物的蒸腾作用和根系的吸水作用还可减少土壤的含水量，提高边坡的稳定性；土层中的根系由于力学效应能够增加土体的抗剪强度并对表层土体起锚固作用[5]。

4 生态护坡施工技术

4.1 穴种

穴种是使用较早的一种植物防护方法，其是在坡面上挖种植穴，再填入肥料及表土，然后栽种。种植穴规格根据苗木根系、土球及土壤条件等具体情况而定[6]。

4.2 铺贴草皮

铺贴草皮是目前常用的护坡方法。将人工培育的草坪重新铺植坡面，使植被迅速长成。铺贴草皮草种单一，在边坡植物群落中缺乏竞爭力。

4.3 液压喷播

液压喷播技术以水为载体，先对边坡进行修整，然后使用高压喷枪将种子、肥料、覆盖材料、土壤改良剂、保水剂、色素和防蚀剂等加水搅拌后以高压直接喷敷在边坡表面，形成覆盖层。土壤表面将形成一层膜状结构，能有效防止冲刷，并能在较短时间内长成植被迅速覆盖坡面。

4.4 沟种

在坡面从上而下水平开挖沟槽，沟槽深、宽均约15cm，沟间距为30～50cm，沟里依次撒入种子和化肥，最后用土掩埋。种子用量可根据式（1）推算：

[W=GSPB] （1）

式（1）中，[W]表示单位面积设计播种量。[G]表示单位面积出苗期望值。采用外来草种时，[G]取1 000～2 000株/m2，采用本地草种时，[G]取500～1 500株/m2；S表示单位重量平均种子粒数（粒/g）；[B]表示出芽率；[P]表示纯净度，其计算公式为：

[P=M-mM] （2）

式（2）中，[M]表示草种试样的质量；[m]表示试样杂质的质量。

4.5 栽藤护坡

在护面墙、抗滑桩挡土墙上栽植攀缘性藤蔓类植物，达到美化环境的效果。藤蔓类植物的覆盖性很强，能够防止降雨对坡面的冲击。在岩质或土石质等不适合植草种树的低矮边坡可以使用栽藤的方式降低降雨对边坡的破坏。

4.6 三维植被网技术

三维塑料网具有良好的固土能力，借助三维塑料网在坡面上堆填一层耕植土，在耕植土上种植护坡植物防护边坡。三维网植草护坡的施工流程为：平整坡面→挖固定槽→铺设三维网→填土播种→养护。

4.7 骨架植物护坡

边坡不宜单独采用植物防护时可采用骨架植物护坡的防护形式，将污工防护与植物防护相结合。污工防护是骨架植物护坡的基础，在坡面形成框架，在框架里铺填种植土，然后铺草皮或喷播植物种子。骨架植物防护应视边坡坡率、工程地质条件等确定骨架形式，并与环境相协调。

5 护坡植物群落的选择与配置

5.1 草灌乔相结合

“草-灌-乔”结构能保持物种的多样性及群落结构的合理性，抗外界干扰的能力强。草灌乔相结合的植物群落具有复层结构，枝叶茂密，枯枝落叶量大，有利于减轻雨水溅蚀地面，增加降雨截留量和植物蒸腾量，减少土壤中的水分。另外，“草-灌-乔”结构根系分布深度不同有利于充分发挥植物的固土护坡作用[6，7]。

5.2 先锋植物、中期植物和目标植物相搭配

植物组合配置时要考虑演替过程。先锋植物早期生长速度快，可以在短期内覆盖坡面，起到水土保持、加固表层土壤和为其他植物的引进创造条件的作用。草本植物建植快，对土壤和地形等要求不高，常作为先锋植物。中期植物为豆科固氮植物和一定比例的速生灌木，能够初步形成草灌结合的立体生态系统。目标植物以生长矮小的灌木为主，灌木无明显的主干，枝叶浓密、离地面近，自重和风阻都较小，对降雨的截留量较大，部分灌木根系发达，是很好地护坡材料。

5.3 配置密度相适应

植物配置的密度可以参考周边植被的分布密度进行配置。当进行植被护坡工程设计时，盖度常作为植物配置密度时重要的参考数据。冠幅大的植物种类，密度小些；冠幅较小的植物种类，密度应适当大些[8]。

5.4 满足景观效应

随着社会的发展，人们对生活环境质量的要求越来越高，周围环境的景观效应也越来越被重视。在边坡防护设计中，不仅要满足护坡的功能性，也要满足坡面的景观效果。

6 结语

将生态护坡技术应用于边坡治理工程中，不仅能有效防止水土流失，还能美化环境。因此，要加强生态护坡技术的应用，同时，还要根据实际情况，合理配置植物群落，进一步做好生态护坡工作。

参考文献：

[1]段晓明，苗增健，刘连新，等.生态护坡应用及护坡植物群落的选择[J].安徽农业科学，2009（31）：15327-15329.

[2]杨永兵，施斌.边坡治理中的植物固坡法[J].上海地质，2001（4）：41-44.

[3]申健，尚衍强，徐大伟.滑坡灾害与植被的相互关系探讨[J].安徽农业科学，2008（12）：5169-5170.

[4]袁东，池永翔，程刚.闽北地区不同植被类型下滑坡体土层入渗性能研究[J].长江科学院院报，2010（5）：8-12.

[5]周云艳.植物根系固土机理与护坡技术研究[D].北京：中国地质大学，2010.