植被護坡技術理論及應用研究

劉小蘭 中國恩菲工程技術有限公司廣州設計院,廣東廣州 510640

植被護坡技術理論及應用研究

劉小蘭 中國恩菲工程技術有限公司廣州設計院,廣東廣州 510640

植被護坡是利用植被涵水固土的原理穩定邊坡，控制坡面侵蝕，防治水土流失，保護生態環境。文章闡述了植被護坡作用機理及植被護坡設計原則，并結合工程實例，提出植被護坡技術要和傳統的邊坡加固技術有機地結合起來，發揮二者各自的優點，建立既穩固又有生態效應的防護結構體系。

植被護坡；邊坡加固；風化花崗巖邊坡；生態防護

近年來，隨著我國基礎設施的不斷建設，如高速公路的相繼開通、各類礦山的持續開采、土地的開發利用等，在很大程度上破壞了自然生態，形成了許多無植被覆蓋的裸露邊坡，導致了嚴重的水土流失。以往通常采用單純的工程防護，如漿(干)砌片石、噴錨防護等，這些工程措施都導致原有植被破壞、水土流失、邊坡失穩等一系列生態環境和工程問題。植被護坡是利用植被涵水固土的原理穩定巖土邊坡，同時美化生態環境的一種新技術，是涉及巖土工程、恢復生態學、植物學、土壤肥料學等多學科于一體的綜合工程技術[1,2]。本文首先從植被護坡作用機理及植被護坡設計原則兩方面介紹植被護坡技術，然后以某風化花崗巖邊坡治理為例，提出植被護坡技術要和傳統的邊坡加固技術有機地結合起來，發揮二者各自的優點，建立既穩固又有生態效應的防護結構體系。

1 植被護坡作用機理

植被護坡主要是依靠坡面植物的地下根系及地上莖葉的作用護坡，其作用可概括為根系的力學效應和植被的水文效應兩方面[2]。

1.1 植物根系的力學效應

1.1.1 木本植物深根的錨固作用

木本植物扎根較深，其根系對邊坡巖土體具有錨固作用。木本植物的垂直根系和主根可扎入土體的深層，通過主根和側根與周邊土體的摩擦作用把根系與周邊土體聯系起來，結合垂直根系分布特點，可以把根系簡化為以主根為軸向，側根為分支的全長粘接型錨桿來分析其對周邊土體的力學作用，其錨固力的大小可通過計算各側根與周邊土體的摩擦力以及主根與周邊土體的摩擦力的累加而獲得。

1.1.2 草本植物淺根的加筋作用

淺層的植草根系對邊坡土體具有加筋作用，邊坡土體在植草根系延伸范圍內成為土與草根的復合材料，可視為帶預應力的三維加筋材料。根據莫爾——庫侖準則，草根的加筋作用增加了土體的黏聚力c值，使其破壞線向上平移△c；另外，草根的張拉限制了土體的側向變形，使σ3增大到σ3+△σ3，從而使莫爾圓向右平移△σ3。這兩種作用使邊坡土體的承載能力提高，其作用圖示如圖1所示。

圖1 草本植物根系對土體的加筋作用[2]

1.2 植被的水文效應

植被能攔截高速下落的雨滴，減少雨滴數量、滴濺能量及飛濺的土粒。更為重要的是，植被能夠抑制地表徑流并削弱雨滴濺蝕，從而能控制土粒流失。

2 植被護坡設計原則

植被護坡設計應遵循的基本原則是植被護坡要和工程加固與防護有機結合，建立既穩固又有生態效應的防護結構體系。不要僅作單一綠化，應根據邊坡工程情況綜合考慮草、灌、花、樹等多種植物結合形成優美協調的景觀，所選的植物除考慮景觀效果外，必要時還應兼顧其經濟效益。進行植被護坡設計時，建議考慮以下設計原則[2]。

2.1 確定邊坡類型

在進行植被護坡設計時，首先要確定邊坡的類型，特別要確定是土質邊坡還是巖質邊坡，其次是邊坡的高度、坡度等。一般而言，土質邊坡較巖質邊坡容易植被，但有些土質邊坡耕植土少，肥力不足，則應采用工程的方法在坡面上移植客土。對于某些巖質邊坡，坡面完全沒有耕植土，植物根系難以扎根，則只能采取工程措施在其表面移植并固定客土。

2.2 邊坡穩定設計

邊坡的失穩破壞有深層失穩破壞和淺層失穩破壞，深層失穩破壞一般是在坡面2m以下深處沿滑移面產生剪切滑移破壞，滑移面是平面、鍥形面或曲面。淺層破壞一般發生在坡面的表面或坡面下不足2m的范圍內，一般表現為剝落、落石、崩塌、堆塌、表層溜坍、風化剝落、錯落、坡面淺層滑坡等。在進行邊坡穩定設計時，首先要進行深層穩定性和淺層穩定性判斷，再選擇適合該邊坡類型的邊坡穩定性分析方法試算該邊坡的穩定安全系數。

2.3 植被護坡的總體設計模式

在進行植被護坡設計時，核心的一點是通過工程措施與植被護坡相結合的方法，在坡面形成綜合的防護結構體系。周德培和張俊云[2]給出了植被護坡模式總體流程（見圖2）。該模式具有如下特點：（1）突出邊坡工程調查，要求所選植被種類與當地植被環境及其已有植物種類一致，使之在工后較短時間內融入當地自然環境；（2）突出邊坡穩定性分析和判別，根據邊坡穩定性特征，選擇合理有效的工程措施；（3）強調傳統的邊坡加固工程措施與植被護坡的有機結合，即邊坡加固工程措施不同，植被護坡的方法也不同，并與之適應。

圖2 植被護坡的總體設計模式[2]

2.4 景觀效果設計

在進行植被護坡工程設計時，不能滿足于單一品種的植草綠化，要多品種植物結合取得綜合綠化的景觀效果。

3 工程實例

3.1 工程概況

為了開辟建筑場地，對某員工樓西北側山體進行切坡，形成一段長約480米、高10～26米的人工切方邊坡，坡度一般介于25°～35°之間，坡體主要由殘積砂質黏性土及花崗巖風化帶組成，在這些地層中夾有大量“孤石”，邊坡南段人工開挖后大量“孤石”露出地表，尚未清除。整體而言，整個坡體為土質邊坡，坡面完全裸露，坡面上出露大量“孤石”。

3.2 邊坡穩定性分析

本邊坡主要為殘積砂質黏性土及花崗巖風化帶組成，殘積砂質黏性土層易發生圓弧滑動，花崗巖風化帶易形成剝落，中淺層滑塌等破壞形式。該邊坡安全等級定為二級，抗震設防烈度為7度，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度為0.10g，采用簡化的Bishop法對該邊坡的穩定性計算，考慮地震效應的穩定安全系數介于1.28～2.0之間，滿足建筑邊坡規范規定的穩定安全系數要求。

3.3 生態防護設計

根據前述分析，該邊坡整體屬于土質邊坡，邊坡開挖后基本處于穩定狀態，采用植被護坡技術對該邊坡進行生態防護設計。對于風化花崗巖邊坡，往往存在嚴重的坡面沖刷，坡面受雨水沖刷會出現嚴重溝蝕和局部坍塌現象，應采取工程措施解決風化花崗巖表層的穩定。經多方面比較和研究，決定采用三維植被網噴播植草護坡。

草種采用狗牙根、結縷草、竹節草、假儉草、巴哈雀、白三葉、山毛豆按比例配植混合播種，采用U型釘、鋼釘將三維植被網固定于坡面上并覆土，三維植被網搭接長度為15cm，活性營養土覆土厚度為5～10cm。坡頂和坡腳均設置排水溝，且溝溝相通，為加強三維植被網在坡面上的穩定性和防止地表水的沖刷，在坡頂處將三維植被網埋入排水溝內固定。

3.4 護坡效果

經過養護和換種，該邊坡經過兩年的運行，其間經歷過多次臺風和暴雨，坡面未出現嚴重沖蝕，植被生長茂盛，達到了植被護坡生態防護的目的（見圖3）。

圖3 植被護坡工程實例

4 結語

植被護坡技術在邊坡加固、生態環境保護等方面具有很多優越性，但是由于植被根系的作用范圍及作用力有限，以及植被生長對周圍環境的需求等因素，植被護坡技術在應用范圍、條件方面尚存在局限性，植被護坡要求邊坡初始處于基本穩定狀態，對于那些開挖后處于不穩定狀態的邊坡，必須借助傳統的邊坡加固技術先使邊坡處于穩定狀態。因此，將傳統的邊坡加固技術與植被護坡技術有機地結合，發揮二者各自的優點，既保證邊坡的安全穩定，以及加固措施的長期有效，又實現坡面植被的快速恢復及生態環境保護，達到人類活動與自然環境的和諧共處。

[1]譚少華,汪益敏.高速公路邊坡生態防護技術研究進展與思考[J].水土保持研究.2000,20(4):36-38

[2]周德培,張俊云.植被護坡工程技術[M].北京:人民交通出版社.2003

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.046

劉小蘭，女，1983.07.15，助理工程師，中國恩菲工程技術有限公司廣州設計院。