生態(tài)護(hù)坡發(fā)展現(xiàn)狀及展望

鄧紹云

（新疆應(yīng)用職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 奎屯 833200）

0 引言

邊坡工程在土木工程中占據(jù)較為重要的地位,邊坡工程是保護(hù)土木工程的主體工程的主要舉措，邊坡工程處理得好，則主體工程安然無恙，邊坡工程處理不當(dāng)，則會出現(xiàn)：山體滑坡造成泥石流、大堤沉陷、管涌、公路路面或橋梁或建筑物倒塌等一系列工程事故。故邊坡必須引起高度重視，踏實(shí)處理好邊坡工程，事關(guān)整個工程的安危及正常功能的發(fā)揮。

邊坡的護(hù)理方法非唯一，但道路或傳統(tǒng)鋼砼護(hù)坡具有嚴(yán)重的缺陷性：消耗大量的資源、消耗鋼材和水泥、工程浩大、工作量極大、成本很高、耐久性能差、局部修補(bǔ)牽涉全局、施工不便且因工程材料的生產(chǎn)和使用過程中嚴(yán)重污染環(huán)境，不能種植植物和花草，難以綠化，最終很大程度破壞原有和諧的生態(tài)環(huán)境。

故探究基于低碳理念的生態(tài)護(hù)坡方法勢在必行，生態(tài)護(hù)坡也就是在這種呼聲中誕生。

1 生態(tài)護(hù)坡的內(nèi)涵

生態(tài)護(hù)坡是利用優(yōu)良植物的自然生長將邊坡巖土進(jìn)行固結(jié)和團(tuán)集于植物根系周圍，以達(dá)到鋼砼護(hù)坡相同和相應(yīng)的護(hù)坡效果。其目的既要達(dá)到土木工程邊坡穩(wěn)定、穩(wěn)固功能，又要達(dá)到恢復(fù)工程所在地域的系統(tǒng)生態(tài)平衡。

生態(tài)護(hù)坡方法較多，但從大類來分無外乎兩種：植物護(hù)坡和植物工程措施復(fù)合護(hù)坡技術(shù)。植物護(hù)坡主要通過植被根系的力學(xué)效應(yīng)和水文效應(yīng)來固土、防止水土流失，在滿足生態(tài)環(huán)境需要時，還可造景。植物工程措施復(fù)合護(hù)坡技術(shù)則是通過在鐵絲網(wǎng)網(wǎng)間、碎石間、混凝土連鎖塊等間隔土中種植植物（這些植物一般要求根系發(fā)達(dá)、便于生存與繁殖），通過植物的生長和工程措施共同作用將邊坡土層固定，并前期（植物沒有長成之前）通過工程措施達(dá)到固土作用，后期（植物長成后）主要通過植物的根系生長固土作用將工程邊坡土層牢牢箍住，并通過植物的生長將這些鐵絲網(wǎng)、碎石、混凝土連鎖塊等工程物件進(jìn)一步加固、穩(wěn)住，使之與邊坡土層混為一體，達(dá)到良好的護(hù)坡效果。

生態(tài)護(hù)坡到底采取何種，應(yīng)有一定的原則，就是應(yīng)該因地制宜，根據(jù)實(shí)際情況，綜合考慮：工程要求、經(jīng)費(fèi)預(yù)算、成本效率、地質(zhì)條件、生態(tài)環(huán)境等等因素后最終選定。

2 發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

因認(rèn)識到傳統(tǒng)鋼筋水泥混凝土工程護(hù)坡的弊端，20世紀(jì)30年代，植被護(hù)坡始于中歐，并迅速在歐洲得到發(fā)展，并在60年代，開始推向世界許多國家，目前，美國在該方面的成就很大，植被廣泛用于陸地景觀提岸和交通線路土坡的穩(wěn)定。在亞洲，日本是走在前面的，20世紀(jì)50年代就開發(fā)采用外來草種的植生盤用于道路坡面，60年代開始鋪草皮、栽樹苗來治理荒坡，70年代開發(fā)了纖維土綠化方法并沿用到今日。近年來，綠化網(wǎng)防護(hù)、厚層基料噴射、植被型混凝土等已經(jīng)廣泛應(yīng)用于邊坡防護(hù)。

國外學(xué)者對根系固坡作用的力學(xué)機(jī)理研究及其數(shù)學(xué)模型的建立非常重視，他們分別采用室內(nèi)外直接剪切根系與室外拉拔根系等方法研究植物根系對巖土體抗沖刷、抗侵蝕性能以及加固邊坡的力學(xué)機(jī)理。Turnanina[1]研究表明，根強(qiáng)度與根直接成反比，須根較粗根更有利于土壤加固和抗剪，為在邊坡上種植草本植物提供了理論基礎(chǔ)；Tsuruta[2]研究指出植物垂直根系能增強(qiáng)土體抗剪強(qiáng)度；Gray[3]研究認(rèn)為植物根系通過提供土體的內(nèi)聚力來增強(qiáng)土體的抗剪強(qiáng)度，而對土體的內(nèi)摩擦角影響不明顯。Cazzuffi[4]等先后建立了土壤—根相互作用的力學(xué)平衡模型，得到土體抗剪強(qiáng)度的增加量與植物根面積比正比。Kazutoki Abe[5]通過觀察植物根的變形與土體剪切區(qū)的變化發(fā)展，得到根系對邊坡抗剪強(qiáng)度影響公式。

我國先人很早就利用植被對邊坡和河岸進(jìn)行加固和保護(hù)，但理論闡述欠缺，生態(tài)護(hù)坡理論與技術(shù)研究起步較晚。20世紀(jì)90年代伴隨交通等基礎(chǔ)建設(shè)的發(fā)展和環(huán)保意識的提高，生態(tài)護(hù)坡才逐漸得到推廣，理論和應(yīng)用研究才開始起步。

張俊云等[6]借鑒日本客土噴播防護(hù)技術(shù)，進(jìn)行了以土壤為主要材料、硅酸鹽水泥為粘結(jié)材料的噴混植生試驗(yàn)，并取得一定的效果；許文年[7]所開發(fā)的植被混凝土邊坡綠化技術(shù)以及張季如[8-10]所開發(fā)的ZZLS綠色生態(tài)防護(hù)材料技術(shù)與噴混植生技術(shù)較為相似，從草種選擇、種子處理、播種、護(hù)坡、草種發(fā)芽和幼苗生長前期養(yǎng)護(hù)等方面，介紹了這種技術(shù)的特點(diǎn)，并提出利用該技術(shù)進(jìn)行邊坡侵蝕防護(hù)、綠化的設(shè)計(jì)和施工方法，且對生態(tài)護(hù)坡材料的本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行了研究。宋云[11]認(rèn)為植被護(hù)坡作用機(jī)理是根系的存在提高土體的黏聚強(qiáng)度、根系與土體間的摩擦，從而提高了土體的抗剪強(qiáng)度，并提出了植物根系固土的理論，有淺根加筋理論和深根錨固理論。

隨著時代的發(fā)展，生態(tài)護(hù)坡的涵義得到了擴(kuò)充，實(shí)施過程中可能不是將植物種植于原生土壤上，而是將植物種植于適當(dāng)?shù)娜斯せ模ㄓ盟?、土、腐殖質(zhì)和水混合而成）可以提高對邊坡防護(hù)的功效，為此，周中[12]經(jīng)正交試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，基材組分中的膠凝材料—水泥較為關(guān)鍵，取很大的作用。

生態(tài)護(hù)坡工程的實(shí)施中，關(guān)鍵在于植物的選擇和配置，在邊坡土壤上自然生長的植物中去優(yōu)選優(yōu)質(zhì)植物是一個有效的研究方法，即植物邊坡生態(tài)恢復(fù)適應(yīng)性則是優(yōu)選考慮的關(guān)鍵因素。孫喬寶[13]本著這個原則，通過植物生長試驗(yàn)，在云南安楚高速公路巖石邊坡生態(tài)防護(hù)工程中的植物選擇取得成功。

湯毅[14]認(rèn)為生態(tài)護(hù)坡能充分改善生態(tài)環(huán)境，減弱巖土體風(fēng)化作用、凍融作用、熱效應(yīng)及沖刷效應(yīng)，從根本上改善邊坡環(huán)境，其優(yōu)勢在于：植物枝葉可以降低雨水對坡面的沖擊、沖刷，植物根系可以固土，提高坡面的抗沖能力；植物根系可以固土護(hù)坡，提高邊坡的穩(wěn)定性；有利恢復(fù)自然、保護(hù)環(huán)境、維持生態(tài)平衡，防止水土流失、凈化空氣，改善景觀。

毛伶俐[15]對生態(tài)護(hù)坡中植物根系進(jìn)行了力學(xué)分析認(rèn)為，植物根系的抗拉強(qiáng)度隨長度的增長而遞減，梯度較小而相關(guān)度較弱，且與根數(shù)量成正相關(guān)關(guān)系；植物根的存在提高土層的抗剪強(qiáng)度從而對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的影響；植物根系在不同情況下對土壤抗沖刷性能明顯提高。

各種生態(tài)護(hù)坡其功效如何，如何評價(jià)，這需要選擇適當(dāng)?shù)脑u價(jià)指標(biāo)及其體系、提出適當(dāng)?shù)脑u價(jià)方法和評價(jià)模型，沈守權(quán)[16]首先對生態(tài)護(hù)坡評價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行了分析研究，確定運(yùn)用模糊綜合評價(jià)方法對公路建設(shè)項(xiàng)目中的不同生態(tài)護(hù)坡方法的效果進(jìn)行評價(jià)，并確定了一個模糊量值來衡量各種方法的優(yōu)劣。

生態(tài)護(hù)坡的實(shí)現(xiàn)形式有多種，工藝各異，工程量不同、功效也不同，于冬梅[17]開展了高速公路邊坡生態(tài)防護(hù)效果研究，研究表明應(yīng)該多種工藝復(fù)合使用，針對有代表性的邊坡，最好是綠化種植前期掛網(wǎng)噴播、普通噴播、土工格柵、草棒技術(shù)、草包技術(shù)的生態(tài)防護(hù)及景觀效應(yīng)較好，后期松林穴植、草棒技術(shù)、普通噴播、藤本護(hù)坡的效果較好。

邊坡的坡角對生態(tài)護(hù)坡的效果影響很大，陳億軍[18]為研究分析生態(tài)巖土力學(xué)護(hù)坡及一定雨強(qiáng)條件下坡面的產(chǎn)流產(chǎn)沙的演化規(guī)律，試驗(yàn)研究表明，不同坡度的各種工況下，邊坡的侵蝕產(chǎn)沙變化趨勢基本一致。但其研究結(jié)果說當(dāng)坡度為35°左右時，產(chǎn)沙最多，這個結(jié)果值得再度深究。

3 結(jié)論與展望

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的加大、基礎(chǔ)建設(shè)的投入增大，社會的飛躍發(fā)展。水利土木市政工程的不斷擴(kuò)張，邊坡工程規(guī)模越來越大、越來越復(fù)雜化，科學(xué)發(fā)展觀的貫徹執(zhí)行、生態(tài)危機(jī)的覺醒、環(huán)保意識的增強(qiáng)，水利土木市政等工程中邊坡的護(hù)理，越來越采用生態(tài)護(hù)坡方法，而摒棄傳統(tǒng)的鋼筋混凝土護(hù)坡方法，這種基于低碳理念的生態(tài)環(huán)保綠色護(hù)坡工程的實(shí)施，不但大大地減低工程造價(jià)及成本，并延長工程使用壽命，提高工程效益和建筑物的功能，同時也增加工程建設(shè)過程中的安全度和美化工程環(huán)境景觀。并從長遠(yuǎn)利益來看，將進(jìn)一步改善工程所在的周圍環(huán)境的微氣候，修復(fù)和改良工程所在地域的生態(tài)環(huán)境。

近年來，我國因貫徹黨中央的科學(xué)發(fā)展觀和生態(tài)環(huán)保意識的提高，生態(tài)護(hù)坡在工程上的應(yīng)用得到了較好的發(fā)展和推廣，研究成果也不少，工程應(yīng)用實(shí)例也越來越多。但在生態(tài)護(hù)坡領(lǐng)域的研究，其成果主要集中于水土保持和植物根系對土體固結(jié)力學(xué)作用方面的研究。而對于植物生長于邊坡土壤上，根系、土壤及土壤中所有的生命與非生命環(huán)境系統(tǒng)所發(fā)生的物理、生化特性所發(fā)生的變化，及其對邊坡的防護(hù)效果的影響特性和影響程度，以及生態(tài)護(hù)坡的影響因素及影響特征尚存在研究空白，需要深入開展研究，以探究清楚生態(tài)護(hù)坡的物理、生化機(jī)理，以便從理論上優(yōu)化篩選用于生態(tài)護(hù)坡的植物及植物護(hù)坡基材的配置和工程實(shí)施的具體方案和施工工藝。此外，對于各種生態(tài)護(hù)坡的功效評價(jià)指標(biāo)正確選擇和評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建，以及評價(jià)模型的合理構(gòu)建還值得深入研究。

［1］Turnanina.Nature and extent of macropores in forest soils and their influence on subsurface water movement[J].USDA Forest Service Research Paper NE-192.p33.

［2］Tsuruta.An evaluation of tree-root effect on slope stability by tree-root strength[J].Jpn.For.Soc.1969,69.

［3］TGray,Sotir.Biotechnical stabilization of steepened slopes[J].Transportation Research Record.N1474,1995:23-29.

［4］Cazzuffi,Daniele,Waldron,Enrico.Contribution of vegetation to slope stability:An overview of experimental studies carried out on different types of plants[J].Geotechnical Special Publication,n130-142,2005:1617-1628.

［5］Kazutoki Abe,Robert R,Ziemer.Effect of tree roots on a shear zone:modeling reinforced shear stress[J].CAN.J.FOR.RES.VOL.21,1991.

［6］張俊云,周德培,李紹才.巖土邊坡生態(tài)護(hù)坡研究簡介[J].水土保持學(xué)報(bào),2000,20(4):36-38.

［7］許文年,葉建軍,王鐵橋,等.南方巖質(zhì)坡地生態(tài)恢復(fù)探討[J].水土保持學(xué)報(bào),2003,10(4):238-241.

［8］張季如,朱瑞賡,夏銀飛,等.ZZLS綠色生態(tài)護(hù)坡材料的強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2003,22(9):1533-1537.

［9］張季如,朱瑞賡,祝文化.生態(tài)護(hù)坡材料在路塹邊坡侵蝕防護(hù)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].華東公路,2004(3):66-68.

［10］張季如,夏銀飛,龔友麗.生態(tài)護(hù)坡材料本構(gòu)關(guān)系的研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào),2003,2(8):36-38.

［11］宋云.談植物固土的邊坡穩(wěn)定機(jī)理[J].森林工程,2004,9(20):125-128.

［12］周中,巢萬里,劉寶璨,等.巖石邊坡生態(tài)種植基強(qiáng)度的正交試驗(yàn)[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2005,36(6):1112-1116.

［13］孫喬寶,甄小云,李文龍,等.云南安楚高速公路巖石邊坡生態(tài)恢復(fù)植物適應(yīng)性研究[J].公路交通科技,2005,22(8):34-36.

［14］湯毅.纖維網(wǎng)植被生態(tài)護(hù)坡技術(shù)研究[J].湖南交通科技,2006,32(1):60-62.

［15］毛伶俐.生態(tài)護(hù)坡中植被根系的力學(xué)分析[D].武漢理工大學(xué),2007.

［16］沈守權(quán).基于多級模糊綜合評價(jià)的公路建設(shè)項(xiàng)目生態(tài)護(hù)坡評價(jià)[J].中國水運(yùn),2008(9):209-210.

［17］于冬梅.寧常、寧杭高速公路邊坡生態(tài)防護(hù)及景觀研究[D].南京林業(yè)大學(xué),2009.

［18］陳億軍,孫可明,趙穎.生態(tài)護(hù)坡條件下坡角對邊坡產(chǎn)流產(chǎn)沙規(guī)律影響的試驗(yàn)研究[D].水資源與水工程學(xué)報(bào),2010,21(4):55-59.