植被對邊坡穩(wěn)定作用的研究

植被對邊坡穩(wěn)定作用的研究

1構(gòu)建石邊坡綠化網(wǎng)絡，提升河道綠化質(zhì)量生態(tài)保護是指“將活物無量植物與土木工程和非生物材料結(jié)合，減少班卡的不穩(wěn)定性和侵蝕性”。方法和方法是保護和控制植被。目前，工程界更直觀地把它稱為“邊坡綠化”。近2a來，隨著我國對“綠化通道建設”力度的加大，高速公路巖石邊坡的綠化問題已提上日程，并成為大勢所趨。綠色通道建設是我國從總體上構(gòu)建以重點林業(yè)生態(tài)工程為骨架，以城鎮(zhèn)、村莊綠化為依托，以公路、鐵路、河渠、堤壩等沿線綠化為網(wǎng)絡的國土綠化戰(zhàn)略。全國綠色通道建設的目標是：到2005年，對全國的高速公路、60%的現(xiàn)有鐵路、國道、省道、河渠、堤壩實現(xiàn)綠化。到2010年，力爭對全國所有可綠化的公路、鐵路、河渠、堤壩全面綠化，形成帶、網(wǎng)、片、點相結(jié)合，層次多樣、結(jié)構(gòu)合理、功能完備的綠色長廊，使綠色通道與生態(tài)環(huán)境、城鄉(xiāng)綠化美化融為一體。由于國內(nèi)在生態(tài)護坡方面研究還比較少，在巖石邊坡綠化方面積累的經(jīng)驗也相當匱乏，因此，本文首先從力學和水文方面分析了植被對邊坡淺層的穩(wěn)定作用以及對坡體表層的侵蝕控制作用，然后通過對華南及西南地區(qū)一些高速公路巖石邊坡綠化方法的分析，探討了目前國內(nèi)高速公路巖石邊坡正在試用的綠化方法，以期為巖石邊坡的綠化積累一些經(jīng)驗。2生態(tài)保護原則2.1植物的機械影響(1)地下巖土層中樹木生長的作用植物的垂直根系穿過坡體淺層的松散風化帶，錨固到深處較穩(wěn)定的巖土層上，起到預應力錨桿的作用。禾本科、豆科植物和小灌木在地下0.75～1.5m深處有明顯的土壤加強作用，樹木根系的錨固作用可影響到地下更深的巖土層。試驗表明，根的直徑越細，則抗拉強度越高，其相關公式為式中：T為樹根的抗拉強度；D為樹根的直徑；n,m為給定樹種的經(jīng)驗常數(shù)。對于直徑2～5mm的各種類型的樹根，其抗拉強度T為8～80MPa。(2)帶預應力的三維加筋植草的根系在土中錯綜盤結(jié)，使邊坡土體在其延伸范圍內(nèi)成為土與草根的復合材料，草根可視為帶預應力的三維加筋材料。根據(jù)摩爾-庫侖準則，草根的加筋增加了土體的粘聚力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(cè)向變形，使σ3增大到σ3+?σ3，從而使摩爾圓向右平移?σ3，如圖1所示。?c，?σ3的大小與草根密度、強度及土體性質(zhì)有關。2.2植被對水文的影響(1)體水壓力的大小降雨是誘發(fā)滑坡的重要因素之一，邊坡的失穩(wěn)與坡體水壓力的大小有著密切關系。植物通過吸收和蒸騰坡體內(nèi)水分，降低土體的孔隙水壓力，增加土體吸力，提高土體的抗剪強度，有利于邊坡體的穩(wěn)定。(2)降低坡面雨污水的事故特性一部分降雨在到達坡面之前就被植被截留，以后重新蒸發(fā)到大氣或下落到坡面。下落的雨滴在打擊坡面時，把動量傳遞給土體，產(chǎn)生的分裂力使土體顆粒分離飛濺，在滴濺過程中，雨滴動量越大，撞擊分裂力越大，被濺出的土粒數(shù)量也越多，植被能攔截高速下落的雨滴，減少雨滴數(shù)量、滴濺能量及飛濺的土粒。(3)起片蝕、溝蝕地表徑流帶走已被滴濺分離的土粒，進一步可引起片蝕、溝蝕。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，通常情況下，土體的流失量隨植被覆蓋率的增加呈指數(shù)關系降低。2.3生態(tài)護坡的作用生態(tài)護坡與傳統(tǒng)土木工程加固相比，雖然材料及其強度不同，但在功能方面仍有許多相似之處。表1是兩工程功能的比較。采取工程加固措施，對減輕坡面修建初期的不穩(wěn)定性和侵蝕方面的效果很好，作用非常顯著。然而，隨著時間的推移，巖石的風化，混凝土的老化，鋼筋的腐蝕，強度會降低，效果也越來越差。而采用生態(tài)護坡則與此相反，開始作用非常虛弱，但隨著植物的生長和繁殖，強度增加，對減輕坡面不穩(wěn)定性和侵蝕方面的作用會越來越大。另外，生態(tài)護坡還有一個顯著的優(yōu)點，是能夠恢復由于工程建設所破壞的植被，具有美化環(huán)境的功能。生態(tài)護坡也有其局限性，如植被根系的延伸使土體產(chǎn)生裂隙，增加了土體的滲透率；又如植物的深根錨固仍無法控制邊坡更深層的滑動，若根延伸范圍內(nèi)無穩(wěn)定的巖土層，則其作用便不明顯，若遇大風雨則易連根拔出。因此，生態(tài)護坡技術應與工程措施結(jié)合，發(fā)揮二者各自的優(yōu)點，以保證邊坡的穩(wěn)定，并起到植被恢復、美化環(huán)境的作用。36巖石邊坡綠化方法與比較3.16巖石邊坡綠化方法簡單(1)土坡面錨桿—方法1。挖溝+三維網(wǎng)+液壓噴播(或撒播)綠化挖溝、三維網(wǎng)及液壓噴播都是土質(zhì)邊坡常用的綠化方法。由于巖石邊坡不存在植物生長所需要的土壤環(huán)境，因此，以上三種綠化方法都無法直接應用于巖石邊坡。方法1即是把挖溝植草、三維網(wǎng)植草及液壓噴播(或撒播)三種土質(zhì)邊坡綠化方法有機組合起來的新型綠化方法。方法1的施工順序為：人工清坡→開挖楔形溝→坡面錨桿施工→楔形溝回填→鋪三維網(wǎng)并用“U”形釘固定→安裝錨桿墊板、螺母→覆土于三維網(wǎng)并浸潤→液壓噴播(或撒播)→鋪無紡布養(yǎng)護。方法1可適用于坡度不陡于1∶0.75的泥巖、頁巖等穩(wěn)定的軟質(zhì)巖邊坡，邊坡應易于人工開挖楔形溝，且易風化，并含有植物生長的礦物元素。方法1已應用于渝黔高速公路、成南高速公路等軟質(zhì)巖邊坡綠化。(2)巖坡巖網(wǎng)植草結(jié)合的巖石邊坡綠化土工格室是上世紀80年代國外開發(fā)的一種新型特種土工合成材料，主要用于路基加筋、墊層，現(xiàn)在已開始用于邊坡綠化。方法2是把土工格室、三維網(wǎng)植草和液壓噴播結(jié)合起來形成的巖石邊坡綠化方法。方法2的施工順序為：人工清理、平整坡面→鉆孔→安裝頂部固定釘→掛土工格室并灌漿插入錨桿→安裝底部固定釘→格室間連接→格室內(nèi)填土→鋪三維網(wǎng)并固定→液壓噴播→鋪無紡布養(yǎng)護。方法2可適用于坡度不陡于1∶0.3～1∶0.5的泥巖、砂巖和灰?guī)r穩(wěn)定邊坡。方法2已應用于渝黔高速公路巖石邊坡的綠化。(3)與土工格柵、液壓噴播結(jié)合鋼筋混凝土骨架本是邊坡加固的方法之一，它是在路塹邊坡坡面上現(xiàn)澆鋼筋混凝土錨梁形成的骨架，與錨桿結(jié)合加固邊坡?，F(xiàn)在與土工格柵、液壓噴播結(jié)合在一起，同時又起到邊坡綠化的作用。方法3的施工順序為：鋪土工格柵并固定→錨桿及混凝土框架梁施工→框架內(nèi)填土并浸潤→液壓噴播→鋪無紡布養(yǎng)護。方法3可應用于坡度為1∶0.5～1∶0.75的深層穩(wěn)定巖石邊坡綠化。方法3已應用于渝黔高速公路巖石邊坡的綠化。(4)巖石邊坡綠化六方空心磚植草是常用于低矮路堤邊坡的綠化方法之一。同鋼筋混凝土骨架結(jié)合起來也可用于巖石邊坡的綠化。方法4的施工順序為：錨桿及混凝土框架梁施工→框架內(nèi)滿鋪六方空心磚→空心磚內(nèi)填土→表層撒播草種并覆薄層土→養(yǎng)護。方法4可應用于坡度不陡于1∶0.75的穩(wěn)定巖石邊坡綠化。目前此方法已應用于綿廣高速公路巖石邊坡的綠化。(5)表面膠結(jié)與養(yǎng)護噴混綠化是利用特制噴混機械將土壤、肥料、有機質(zhì)、保水材料、植物種子、水泥等混合干料加水后噴射到巖面上，通過水泥的粘結(jié)作用將上述混合物在巖石表面形成一層具有連續(xù)空隙的硬化體，而空隙內(nèi)填有植物種子、土壤、肥料、保水材料等，以實現(xiàn)巖石邊坡的綠化。方法5的施工順序為：邊坡修整→掛網(wǎng)并安裝錨桿→噴混→鋪無紡布養(yǎng)護。方法5可應用于開挖后的巖體坡面的綠化。目前此方法已應用于鹽壩高速公路的軟巖邊坡綠化。(6)邊坡、混凝土邊坡的綠化施工方法為4個月厚層基材噴射護坡技術是利用混凝土噴射機將綠化基材、纖維、植壤土及植被種子的混合物依據(jù)設計厚度均勻噴射到需防護坡面的植被護坡工程技術。它的基本構(gòu)造主要由錨桿、復合材料網(wǎng)及基材混合物三部分組成，其中綠化基材是技術的核心。方法6同方法5的區(qū)別主要在于：(1)采用的粘結(jié)材料不同，方法5為水泥，方法6為高分子材料；(2)方法6采用了高分子團粒劑，以促進適宜于植物生長的團粒結(jié)構(gòu)的形成，方法5則利用水泥使混合物形成連續(xù)空隙體。方法6的施工順序為：清理邊坡→掛網(wǎng)并安裝錨桿→噴射基材混合物→養(yǎng)護。方法6可應用于年平均降水量大于600mm、連續(xù)干旱時間小于50d、非高寒地區(qū)的坡度不超過1∶0.3的軟質(zhì)巖邊坡、硬質(zhì)巖邊坡及漿砌片石面、混凝土面的植被防護或綠化。目前，此方法已應用于渝黔高速公路、成南高速公路、鹽壩高速公路的高陡硬巖邊坡及漿砌片石面的綠化。3.26噴播、撒播植草方法1,2,3,4雖然施工各不相同，但卻具有共同點，即首先在巖石坡面上營造植物生長所必需的土層條件，然后再采用液壓噴播或撒播的方法植草。方法5,6比較接近，都是直接噴射含有草種的混合物于坡面，噴射層既有一定的穩(wěn)定性，又適宜于植物的生長。為了保障坡面植物能夠長期穩(wěn)定地生長，營造的外來土層或直接噴射層必須能夠經(jīng)受雨水的沖蝕。研究表明：采用方法6形成的基材層抗雨水侵蝕能力要強于直接覆土。(2)土壤含礦層團粒結(jié)構(gòu)是指土壤形狀近似圓球的小團聚體，其粒徑為0.25～10mm，俗稱“米糝子”、“螞蟻蛋”。具有團粒結(jié)構(gòu)較多的土壤，能協(xié)調(diào)水、肥、氣、熱諸肥力因素，是最適宜植物生長的土壤結(jié)構(gòu)。方法1,2,3,4都使用外來肥沃農(nóng)田土，本身已具有團粒結(jié)構(gòu)。方法6通過使用高分子團粒劑保證了噴射層團粒結(jié)構(gòu)的形成。方法5形成的團粒結(jié)構(gòu)則要差一些。(3)土壤大力推動養(yǎng)殖方法1,2,3,4都是僅用肥沃農(nóng)田土或者填加化肥，化肥用完以后，會出現(xiàn)由于土壤貧瘠導致植物生長不良。方法5,6都使用了大量的有機質(zhì)等作為長效肥，因此，在坡面形成穩(wěn)定健康的植物群落之前不會出現(xiàn)養(yǎng)分耗盡現(xiàn)象。(4)邊坡目前的應用表明：方法1,3,4一般不適用于坡度不大于1∶0.75的邊坡，也不適用于硬質(zhì)巖邊坡。方法4,5,6則可應用于坡度不大于1∶0.3的陡邊坡。由于方法2的工序較為復雜，且機械化程度很低，因此不適于高大邊坡的快速綠化。(5)施工過程的復雜性工程應用表明，由簡單到復雜的施工工序為：方法4→方法6→方法5→方法3→方法2→方法1。(6)不同坡面植物在不同地區(qū)的生長和穩(wěn)定性采用不同的綠化方法施工后，由于各種外部條件都滿足坡面植物生長的需要，且養(yǎng)護及時，因此，初期階段坡面植物生長良好，植被覆蓋率高。但是，方法1～6都還處于示范工程應用階段，每種方法從出現(xiàn)到應用最長還不足2a，因此，每種方法施工后，坡面植物的耐久性還需要進一步觀測。從理論上講，植物生長的外部條件只需滿足植物生長所需的水