植物根系固土護(hù)坡的機(jī)理分析

摘 要：生態(tài)護(hù)坡技術(shù)是利用植物自身的水文、生態(tài)及力學(xué)效應(yīng)對邊坡實(shí)現(xiàn)有效加固的方法，可以優(yōu)化傳統(tǒng)護(hù)坡技術(shù)的自身缺陷，并且在有效固土護(hù)坡的同時(shí)，起到恢復(fù)生態(tài)、美化環(huán)境的目的。植物的垂直根系可以直接穿過淺層土壤，錨固到較為穩(wěn)定的深層土壤中去，對土體起到很好的錨固作用;淺根則類似于三維加筋材料，可以對土體起到良好的加筋效果。植物根系還具有降低邊坡體的孔隙水壓力、降雨殘留和削弱濺蝕的作用，從而有效提高坡體的穩(wěn)定性。采用植物根系對土體進(jìn)行有效加固的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)不僅可以對土壤進(jìn)行有效長期的加固，對自然環(huán)境也不產(chǎn)生較大影響，而且對景觀和生態(tài)的恢復(fù)都能起到良好效果，是一種綠色的護(hù)坡方式。

關(guān)鍵詞：生態(tài)護(hù)坡;植物根系;加筋作用;錨固作用

1 引言

人類社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境和諧共生是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必要條件。近40年來，我國公路建設(shè)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，截止2019年年底，我國的公路總里程已達(dá)485萬公里，其中高速公路總里程達(dá)14.3萬公里，穩(wěn)居世界第一，公路建設(shè)的高速發(fā)展導(dǎo)致大量邊坡支護(hù)的工程措施出現(xiàn)，常見的傳統(tǒng)護(hù)坡技術(shù)包括噴混凝土、錨噴、錨噴網(wǎng)護(hù)坡及噴漿等，這些工程措施只考慮了邊坡的穩(wěn)定性，忽略了邊坡對生態(tài)和景觀的要求，造成土壤發(fā)生劇烈的工程擾動(dòng)，植物永久性的喪失生長能力，對生態(tài)環(huán)境造成巨大破壞[1]。而植物和土體具有良好的兼容性，生態(tài)護(hù)坡技術(shù)利用植物根系自身的抗拉特性對土體進(jìn)行加固，具有良好的發(fā)展前景。

2 根系的加筋及錨固作用

土體的抗剪強(qiáng)度有限，抗拉強(qiáng)度幾乎可以忽略，在惡劣條件下很容易發(fā)生松動(dòng)和滑移，因此需要對土體進(jìn)行加筋處理從而提高土體的強(qiáng)度，傳統(tǒng)的加筋法通常是利用條帶或網(wǎng)格片的抗拉性能，和土體相結(jié)合后會在兩者的界面上形成咬合力及摩擦阻力，實(shí)際效果相當(dāng)于給土體施加了一個(gè)側(cè)壓力增量，從而限制土體側(cè)向變形的趨勢，提高了土體的承載力及強(qiáng)度[2]。植物側(cè)根對土起到的加筋作用和加筋土極為相似，其側(cè)根的強(qiáng)度雖然不如主根，但其數(shù)量和規(guī)模非常龐大，呈網(wǎng)狀交錯(cuò)在一起，而且側(cè)根同樣具有良好的抗拉強(qiáng)度，可以視為一種抗拉材料，其加筋作用主要體現(xiàn)在對土體的包裹性和對粘聚力的提升這兩個(gè)方面，而且由于植物的側(cè)根和須根系在淺層土體中分布的極為密集和廣泛，因此其加筋作用對淺層土體表現(xiàn)的尤為突出，對淺層滑坡的防護(hù)可以起到非常關(guān)鍵的作用。

木本植物的主根具有一定剛度，可以扎入土層深處，主根較為發(fā)達(dá)的木本植物甚至可以直接穿過坡體淺層錨固到較穩(wěn)定的巖土層，其主根起到的錨固作用和傳統(tǒng)支護(hù)技術(shù)中的錨桿和抗滑樁類似，可以將淺層容易松動(dòng)的土體直接和深層較為穩(wěn)定的巖土層相連接，提供了一定的拉力，并分擔(dān)土體內(nèi)部剪應(yīng)力，克服了巖土體的自重及下滑力，阻止淺層土體出現(xiàn)松動(dòng)和滑移的現(xiàn)象[3]。同時(shí)，植物的主根還可以在土體內(nèi)部形成空間骨架并起到傳遞和擴(kuò)散土體內(nèi)部應(yīng)力的作用，對土體的抗剪強(qiáng)度可以起到良好的增強(qiáng)效果。

3 植物的水文及生態(tài)效應(yīng)

不同植被覆蓋率的邊坡，其水流對坡面的侵蝕程度以及坡面的徑流會出現(xiàn)明顯差異[4]，以下是關(guān)于植物的水文及生態(tài)效應(yīng)對改善坡面侵蝕程度的機(jī)理分析。

（1）削弱濺蝕。裸土邊坡在降雨條件下，表層土壤結(jié)構(gòu)很容易被雨滴擊濺的沖擊力所破壞，發(fā)生不同程度的破裂、解體現(xiàn)象，而有植被覆蓋的邊坡雨滴的濺蝕作用則會明顯減弱，原因是生長良好的植物莖葉以及一些散布在坡面上的枯枝爛葉都會對快速降落的雨滴起到良好的緩沖作用，并且可以有效隔離土體和水滴的直接接觸，從而大大削弱了雨滴的動(dòng)能，減少了雨滴對坡面土體的沖擊和接觸，在一些生長年限較長、植物覆蓋率較高的植被邊坡上，坡體表面土體可以完全不受雨滴濺蝕的影響。

（2）抑制坡面徑流。植物的莖葉可以對降雨起到良好的截流作用，在降雨量不是很大的情況下，雨滴到達(dá)地面之前一般都會先和植物莖葉發(fā)生接觸，植物莖葉可以充分吸附和吸收雨水，并且吸附的雨水會隨時(shí)間逐漸蒸發(fā)消散，從而減少大量雨水沖刷坡面。在降雨量較大的情況下，莖葉以及表層枯枝可以形成一個(gè)水床，導(dǎo)致降雨產(chǎn)生分流現(xiàn)象，從而使坡面降雨從直流變成繞流，增大了徑流路徑，使水力坡降和沖刷能量減小，從而抑制了徑流沖刷給坡面造成的危害。

（3）改善土壤含水率。隨著非飽和土中含水率的增大，孔隙水壓力增大的同時(shí)孔隙氣壓力減小，導(dǎo)致基質(zhì)吸力減小，而內(nèi)摩擦角也會隨之減小，最終導(dǎo)致土體的抗剪強(qiáng)度減小。在植物覆蓋率較高的邊坡上，植物為了讓自身較高部位獲得水分，會充分發(fā)揮自身的蒸騰作用，從土壤中不斷的汲取水分，從而導(dǎo)致孔隙水的張力增大，土壤含水率減少，導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度增大。

4 生態(tài)護(hù)坡技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于生態(tài)護(hù)坡技術(shù)對坡體穩(wěn)定性的提升是隨著根系生長而逐漸增強(qiáng)的，大多情況下，在植物生長的前期并不能快速有效的增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性，因此，對于一些急需加固的危險(xiǎn)邊坡，生態(tài)護(hù)坡與傳統(tǒng)的土木工程護(hù)坡技術(shù)往往結(jié)合在一起使用，這樣既可以快速有效的滿足邊坡的穩(wěn)定性要求，又能實(shí)現(xiàn)坡面植物的迅速恢復(fù)，對安全和生態(tài)環(huán)境都起到了良好作用，現(xiàn)有較為成熟的生態(tài)護(hù)坡技術(shù)包括三維植被網(wǎng)護(hù)坡、土工格室植草護(hù)坡、鋪草皮護(hù)坡、漿砌片石骨架植草護(hù)坡、植生帶護(hù)坡、液壓噴薄植草護(hù)坡、香根草籬護(hù)坡、藤蔓植物護(hù)坡等。

在生態(tài)邊坡工程中，固坡植物一般分為喬木、灌木及草本植物3種，為了對邊坡土體起到有效的加固效果，往往采用喬灌草相結(jié)合的方法進(jìn)行加固，草本植物生長迅速且須根系發(fā)達(dá)，可以采用移植草皮的方式迅速對極不穩(wěn)定的表層土進(jìn)行有效加固，適合在護(hù)坡工程初期進(jìn)行;喬木根系的生長速度比灌木快，主根系發(fā)達(dá)，可以對深層土體產(chǎn)生錨固作用，適合在護(hù)坡工程中期進(jìn)行栽種;灌木根系生長速度緩慢，但主根一般都比草本植物根系更加粗壯且長，適合對中層土體進(jìn)行加固，在護(hù)坡工程的最后階段進(jìn)行栽種。植物自身的錨固、加筋作用以及水文、生態(tài)效應(yīng)相互影響，并且不同的植物類型對土體的增強(qiáng)效果也各有不同，多種類型植物相結(jié)合，才能展現(xiàn)出最好的護(hù)坡效果，共同為邊坡的穩(wěn)定性起到增強(qiáng)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]Richard T.T. Forman， Lauren E. Alexander. Roads and their major ecological effects[J].Annual Review of Ecology and Systematics，1998，（0）：207-231.

[2]莫海鴻，楊小平.基礎(chǔ)工程[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003：241-242.

[3]N Bello， S W Rees， S A Salisu. Influence of tree type to suction development and the stability of slope[J].IOP Conference Series： Materials Science and Engineering，2019，527（1）：11-12.

[4]周德培，張俊云.植被護(hù)坡工程技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2003：32-33.

作者簡介：葛拓（1995.10.19），男，漢族，籍貫：河南省許昌市，學(xué)歷：碩士，專業(yè)：建筑與土木工程