植生混凝土的護坡機理

【摘 要】植生型多孔混凝土作為一種新型護坡建筑材料，其兼顧了邊坡保護和生態防護的功能，但是目前植生型多孔混凝土的護坡原理還鮮為人知。介紹了植生混凝土的護坡原理，為了使更多人認識植生混凝土減少自然災害、維護生態的生物多樣性、凈化環境、建筑資源節約型的功能。

【關鍵詞】植物； 混凝土； 生態； 植生混凝土

【中圖分類號】U417.1+1【文獻標志碼】A

0 引言

植生混凝土顧名思義就是指能讓植株成長于其上的混凝土材料。要能讓植株自然成長在其上或其中，需要這種建筑物應該具有像米花糖那樣帶有一定的不連續狀態，并且存在有大量的單獨或連接的空隙以及裂縫［1］，從而能夠使植株在泥土中自然生長并穿露而出。一般植生混凝土的制造工序都是將單一粒徑的粗骨料（最好選用輕質骨料）或細骨材結合，然后再與膠凝材料、水泥或一些帶有特定作用的化學添加物，按照特定的配制比例攪拌并自然養護而成。植生混凝土結構因其優異的特點（構造的多孔性和較好的透水透氣性），可以使植被自然生長于其上或其中，進而達到工程與大自然和諧配合，在達到工程力學目的的同時還可以凈化環境、提升自然景觀和完整生態等。也正是由于這樣，在提倡和平發展、綠色革命、綠水青山便是金山銀山的今天，植生混凝土結構也日益受到了重視和探究。

1 植生混凝土的概念

植植生混凝土采用多孔性混凝土結構為骨骼，將適生建筑材料填入多孔砂漿的空隙內，并包覆在混凝土表層上，使植物的種子混合于適生建筑材料中，在通過一段時間的培養之后，植株萌芽成長，植株根部就在植生混凝土縫隙中伸展成長，植株和混凝土相互融合，產生有一定硬度和植物覆蓋率的自然環境友好型護坡建筑材料。而植生混凝土又名無砂混凝土，是由粗砂漿、混凝土結構和砂漿攪拌而成的，粗砂漿成為基本骨架，而膠結類料則覆蓋在料表層，并彼此連接形成了一個整體。水泥和自然混凝土體特性差異很大，為了使植株得以正常生長發育，需要適當加入某些植株正常生長發育所需要的成分，使多孔混凝土體特性近似自然混凝土體，這種物質就叫適生物質。而適生物質中最關鍵的是給植株正常供應生長發育所需要的營養元素，故可以使用草木灰、礱糠灰、天然土壤中的天然材料，并根據需求加入適量復合肥、有機肥等。由于植生混凝土孔隙率大，連通縫隙多，通透性好，滲漏性好，容易造成植生混凝土的保水性差，故應加入適量保水劑，以提高植生混凝土保水保肥的能力。

2 植生型多孔混凝土護坡機理

2.1 植生型多孔混凝土護坡機理

近年來，我國的建筑活動日益增大，對大自然的損害也日趨嚴重，水土流失與土壤荒漠化已成為不容忽略的問題，然而植生型混凝土的使用恰好能彌補和緩解人工建造過程所造成的影響。植生混凝土可顯著抑制水土流失和土壤荒漠化，對維護自然環境和維護生物多樣性有著非常重大的作用。

植生混凝土使用范圍廣，可用作在高速公路、河堤坡面的護坡結構中，不但護坡效果好，還可改變附近的自然景觀和大氣環境，具有一舉多得的生態效應（圖1）。植生混凝土生態護坡系統是混凝土構件和植被共同作用的護坡系統，深入研究其工作原理，就可為完善生態護坡技術提供依據。

與傳統方式相比，植生混凝土既保護邊坡穩定又保護生態環境，優勢：防護性、景觀性、透水性、凈化性、環保性［2］。

由于邊坡表層土質在外部壓力影響下，其結構極易被打破，造成結構疏松，同時在受到暴雨侵襲和沖擊影響后，會導致土壤流失，嚴重時引起泥巖流等天然災難。植生混凝土是一類邊坡保護建筑材料，現已得到應用（圖2）。

（1）當外部負荷直接作用于多孔水泥邊坡上時，負荷沿多孔水泥集料間的膠結點分散傳播，而當植生混凝土空隙內填入了植生基質后，部分負荷即通過集料間傳導給植生基質，又作用在邊坡土層上，從而減少集中荷載對邊坡土層的直接損傷，所以植生混凝土坡比天然坡具有較明顯的保護作用。

（2）暴雨時因為植生混凝土已經包裹在了邊緣土層上，此時暴雨的影響被植生混凝土所抵擋。

（3）在植生混凝土空隙內填滿植生基質時，可為植株生長發育創造必要的空隙，綠化邊坡。

綜上所述，植生混凝土特殊的構造不但具有抵消外部壓力的功能，同時也可以有效保護邊坡，降低水土流失。

2.2 植生混凝土工作機理

植被是植生混凝土結構的主要組成，在護坡工作過程中常采用生存能力較強，根系發育的雜草植株。植株在多孔建筑物中應用后，不但可以美化環境，同時植株的根莖葉在固土護坡措施、減少降雨對土地沖擊等方面具有很好效果［3］。

2.2.1 植被根系的作用

植被根部盤結在土層中，對增強土層的抗剪能力強度和抗沖性能都有很大的影響。當土層受荷載作用后，土層中的各點會形成剪切應力，因而邊坡的水穩定性主要是由土層的抗剪能力強度決定的。當邊坡土層中有大量植被生長時，植被根部與邊坡土層中構成了“根土復合體”，植被根部就相當于補強筋的纖維，對土層產生著錨固效應，進而使土層中受到的剪切作用力轉變為部分對植物根系的牽拉作用力，進而增強了土層的抗剪能力強度［4］。同時植株的須根也可穿插生長和纏度在土層中，使土層中的大粒級水穩定性團聚體積增大，進而使土層中具有較高的水力穩定性結構，提高了土層的抗沖性能［5］，從而減少了土層流失。這樣，當植株在有大量多孔混凝土的坡度上成長時，植株根部就可穿透過多孔構件扎根于邊坡土層，并構成由植被、多孔混凝土、土壤聯合的護坡系統，對整個護坡系統的動力學性能將有很大改善。

2.2.2 植被莖葉的作用

植物莖葉具有降低降雨對土的沖刷、濺蝕以及控制徑流功能。在降水過程中因為植物莖葉的影響，降雨在到達多孔混凝土邊坡土壤之前，部分將被植物莖葉所攔截或短暫貯存，但隨后又重新蒸發到大氣中，由于植物的攔截有效減少了降雨到達邊坡的有效雨量，也因此降低了降雨對多孔混凝土邊坡土壤的侵蝕作用。

在植物發育旺盛階段，植物莖葉可緩沖高速落下的水滴，消耗水滴大量動能，植物莖葉又可將大量水滴打散成小水滴，降低水滴對土地濺蝕。植物的叢狀生長可以更有效減少地表徑流，地表徑流是坡面水土沖蝕的主要動力，所以叢狀生長的植物可以改善雨水徑流類型，讓雨水在草叢中迂回流淌，使雨水從直流變成繞流，有效地降低了土壤侵蝕。

3 總結與展望

近年來，國內對植生混凝土的研發和使用都加強了力度，尤其是植生混凝土作為城市河堤護坡材料的研究和硬化，綠化施工中使用也更加廣泛。由于植生混凝土的植物與混凝土相容的特性，不但適應了施工應用中對強度的需求，還能減少地表徑流量、凈化水體、生態恢復和補給地下水。還能夠增加綠化面積，使人視覺上更為舒暢。但目前在植生混凝土的研發和使用過程中也出現了一些問題：

（1）對植生混凝土孔隙的顯微構造分析，作為植生混凝土植生生長條件的重要依據。孔隙率與質量是互相矛盾與聯系的兩個要素，通過改進混凝土生產加工過程，才能達到植生混凝土的多孔性植生的條件。物質成分、構造與過程決定性質，目前植生混凝土的研究，較多集中于生產過程的性質計算和宏觀構造分析方面，并未深入探討微觀構造對多孔植生混凝土性質的影響［5］。

（2）注重于植生混凝土降堿材料的研發，是植生混凝土植生生長環境優化的重要基礎。鑒于普通硅酸鹽水泥混凝土pH值普遍超過12，遠高于一般植物最耐堿的生活環境條件（pH值5～7），高堿性是混凝土保持高強性能的基礎，雖然可以通過添加外加劑［6］、使用低堿度水泥［7］和表面處理［8］來降低植生混凝土的堿性，但均為試驗階段，所以開發低堿高強性能的植生混凝土已成為發展趨勢。

（3）深入植生植物的適應性調查，作為植生混凝土植生生長條件的保證。要根據植被的生長地形、氣候條件和自然環境等情況，在植生基材配置、植被種類篩選、噴播植草混凝土配置比和施工技術等方面，研究植生植物耐堿能力、成活率、對生態的適應性和耐退化能力性能。

參考文獻

［1］ 鄧紹云.國內植生混凝土研究現狀與展望［J］.材料導報，2018，32（S2）：457-459.

［2］ 于惠鳳.論植生混凝土在邊坡防護中的運用［J］.四川建材，2021，47（8）：9-10.

［3］ 房嘉銘. 植生型多孔混凝土在生態護坡的應用研究［D］.重慶：重慶交通大學，2016.

［4］ 山寺喜成.自然生態環境修復的理念與實踐技術［M］.北京：中國建筑工業出版社，2013，104.142.

［5］ 王玥，閆濱，李成林.透水混凝土制備及性能研究綜述［J］.硅酸鹽通報，2017，36（3）：864-869.

［6］ 于福，張健.磷酸鎂水泥在生態透水混凝士中應用研究［J］.新型建筑材料，2018（7）：60-62.

［7］ 崔征，陳國新，祝燁然.外加劑對護坡型植生混凝土影響的研究進展［J］.混凝土，2019（2）：124-127.

［8］ 呂學梅.兩種生態型混凝土護坡技術分析應用［J］.南水北調與水利科技，2015，13（2）：100-102.

［作者簡介］黃子杰（1997—），男，本科，助理工程師，從事市政道路與橋梁施工管理工作；胥堯（1993—），男，本科，工程師，從事市政道路與橋梁施工管理工作；馮文博（1981—），男，本科，高級工程師，從事項目管理和公司技術質量管理工作；唐翔（1990—），男，本科，助理工程師，從事市政道路與橋梁施工管理工作；顏亮（1994—），男，本科，助理工程師，從事市政道路與橋梁質量管理工作。