河道生態(tài)護坡技術綜述

趙航 方佳敏 付旭輝 田鵬 劉志慶 龔敖

摘 要：目前，河流生態(tài)環(huán)境保護越來越受到我國社會重視。本文分析了不同技術的特點與它的適用性和局限性，總結了不同生態(tài)護坡技術的適用環(huán)境：人工植草護坡適用于流量較小的河道且不能處于長期淹沒的環(huán)境;土工格室制草護坡對于基礎墊層等都可以應用;石籠生態(tài)護坡只能應用于較小變形的岸坡;漿砌片石骨架植草護坡適用于坡度較緩的各種土質、強風化巖石邊坡;特拉錨墊修復技術可適用于土質、堆積體和基巖岸坡。

關鍵詞：生態(tài)護坡;岸坡侵蝕;植物

中圖分類號：U617.8? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）11-0113-04

近年來，越來越多的工程建設，造成了巖土邊坡的生態(tài)破壞，且較難恢復，如圖1所示。傳統(tǒng)的邊坡工程加固措施，大多采用砌石擋墻及噴混泥土等護坡結構，僅僅只起到了一個保護水土流失的作用，談不上對生態(tài)環(huán)境有保護作用，相反的只會破壞生態(tài)環(huán)境的和諧。隨著人們環(huán)境意識的增強，生態(tài)護坡技術逐漸應用到工程建設中。

生態(tài)退化的主因是岸坡侵蝕，由于岸坡侵蝕引發(fā)的水土流失、河道淤積、岸坡坍塌和生態(tài)系統(tǒng)的破壞等一系列問題。岸坡的生態(tài)修復與重建的主要研究方向是采用將工程措施和生態(tài)措施相結合來進行重建生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)護坡。目前對于生態(tài)護坡的相關研究有許多，例如土工格室護坡、石籠填石型護坡、編柳拋石型護坡、生態(tài)袋型護坡、生物活性無土植被毯護坡、鉸鏈式護坡、聯(lián)鎖式水工砌塊護坡、噴混植生式護坡等方法，這些方法采用的工程方式與結構不同，其針對性與修復效果也不一。

1生態(tài)護坡發(fā)展現狀

1.1國內外生態(tài)護坡研究現狀

四十年代開始，美國等西方發(fā)達國家對道路兩岸的邊坡采取了一系列的措施，進行植被修復工作（程洪， 2006）[1]，如頒布相關法律要求公路兩岸必須進行綠化、對公路兩岸進行草皮種植試驗、采用機械化撒播方式等（程積民，2006）[2];在中世紀，法國、瑞士采用栽植柳樹對運河邊坡的防護（Barthes，2000; Bischetti，2005 ）[3]，并且這種植物防護措施被引進到歐洲，主要有德國、奧地利等國家，至此植物防護在歐洲得到了廣泛的應用;歐洲國家主要是以防止坡地受到雨水侵蝕為目的進行研究的（Aerts R， 2006; Czarnes S，2000）[4]。日本植物護坡的起源于17世紀初，日本德川五代將軍綱吉就通過種植草和樹苗的方法來對荒山進行生態(tài)治理;至20世紀中期，川端勇作開始采用種植外來草種的方法對道路邊坡進行防護，自此對于邊坡的綠化和防護上開始引進新型的外來草種[5]。

1993年，我國三維植被網、土工網、土工格柵等技術得到了快速的發(fā)展，并且結合了植草技術應用于工程。楊方社等（2017）[6]主要研究了柔性植物攔沙機理。閻潔等（2004）[7]研究了柔性植物阻水固沙機理。

對于植草護坡的理論研究，國外學者根據不同的學科研究的側重點有所不同，其中巖土工程學者主要致力于研究植物的根系對土壤的加固作用[8]，劉彥東（2014）[9]主要致力于研究植物根系與土壤含水率之間的關系。

國內近幾年來的研究主要是關于植物的根系抗拉抗剪作用及根系對于土體的影響研究。王可鈞等（2003）[10]研究了林木的根系對土壤固結的能力，分析了土壤的抗沖刷指數與根系長度、根系的生物量之間的相關關系;吳淑安等（1999）[11]通過研究指出，含有植被根系的已讓可以有效降低土壤的崩解速率，且土中含根系數量與土壤的崩解速率成反比，根系的存在還可以有效增強土壤的抗侵蝕性。盧立霞等（2006）[12]選取三峽水庫附近的植物，對植物的直根與小直徑的須根與土壤抗沖刷能力的影響做了試驗，試驗結果表明，土壤中有許多小直徑須根比有直根的土壤復合物對土壤的抗沖刷性提高作用更加明顯，并根據不同種類植物的根系特性，提出了幾種能夠適宜在三峽庫區(qū)周圍環(huán)境和土壤，同時又能起到土體免被沖刷的植被。

1.2現有生態(tài)護坡技術的優(yōu)點及存在的問題

目前，關于生態(tài)護坡技術已經有很多，但許多技術還不成熟與完善，在生態(tài)性與護坡效果無法很好的平衡，推廣應用范圍不夠廣泛?，F有生態(tài)護坡技術如下：

1.2.1人工種草護坡

人工植草護坡如圖2所示，不受土壤條件差、氣象環(huán)境惡劣等影響，但是護坡易被雨沖刷形成雨霖溝，護坡效果差。長期浸泡在水下、行洪流速超過 3m/s 的土堤迎水坡面和防洪重點地段（如河流彎道）不適宜植草護坡。

1.2.2土工格室制草護坡

土工格室植草護坡如圖3所示，土工格室柔性結構層作為承重結構應用比較多，如無鋪砌的道路路面，公路路面基層，形式各樣的場地基層，鐵路基床、道床，船的下水坡，基礎墊層等都可以應用[13]。

1.2.3蜂巢式網格植草護坡

蜂巢式網格植草護坡如圖4所示，它的受力結構合理，能防止坡面沖刷，保護草皮生長，但其造價較高，整體的固土效果方面效果不是很好。

1.2.4石籠護坡

石籠護坡如圖5所示，付燕燕（2018）[14]研究了石籠護坡的特性。它的優(yōu)點為具有較好的柔韌性、透水性以及防浪能力等。

1.2.5漿砌片石骨架植草護坡

漿砌片石骨架植草護坡如圖6所示，它能減輕坡面沖刷，保護草皮生長，但具有一定的局限性，僅適用坡度較緩的各種土質、強風化巖石邊坡。

現目前，大多數生態(tài)護坡技術采用的工程方式與結構不同，其針對性與修復效果也不一，存在的主要問題有適用范圍較小，對邊坡坡度和邊坡穩(wěn)定性要求嚴格，施工工藝復雜。一部分技術造價較高且護坡效果有限。

1.2.6特拉錨墊生態(tài)修復技術

相較于以上生態(tài)護坡，特拉錨墊修復技術的優(yōu)點較為突出。特拉錨墊修復技術采用墊子將土壤固定住減少水流沖刷把土壤帶走，為植被提供生長基質，并給其上生長的植被進行保護，增強岸坡的抗沖刷性能。特拉錨墊修復技術如圖7所示，是由三個結構組成：①反濾層，是由復合土工膜組成，具有長期透水不淤堵的性能，可有效降低沖刷98%以上。②草皮增強墊，可有效保護墊在植被恢復前保護植物根莖，增強河道和岸坡的抗沖刷能力和減少植物的抗沖蝕疲勞。③特拉錨系統(tǒng)可有效固定土體表面材料，緊固地表附屬設施。

其優(yōu)點在于：其一，一種環(huán)境友好型生態(tài)修復技術，特拉錨墊會提供植物生長的基質并保護其生長，植物根莖可以穿透其間，增強植被抗沖刷性能，有助于消落帶的生態(tài)修復與重建。特拉錨墊技術所采用的原料都是符合國家級環(huán)保標準，不會對生態(tài)環(huán)境造成傷害，可以在不破壞生態(tài)群落的條件下恢復植被;其二，特拉錨墊技術適用范圍廣泛，根據不同的地質條件進行可選擇具有不同的結構形式和尺寸，特拉錨可提供3-10KN范圍的抗拉拔力，可適用于土質、堆積體和基巖岸坡?？捎行Ч潭ㄍ馏w表面材料，緊固地表附屬設施。

2 生態(tài)護坡工程發(fā)展趨勢

目前，河流生態(tài)環(huán)境保護越來越受到我國社會重視。生態(tài)護坡技術是一個綜合性、復雜性的系統(tǒng)工程，它的發(fā)展將會越來越完善。它的發(fā)展趨勢：

（1）結合水利的實施，巖土工程信息數據庫，建立生態(tài)修復大數據中心。

（2）結合水文變化、岸坡的土壤等信息，建立生態(tài)修復種子庫，推動江河湖泊生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

（3）在不破壞生態(tài)群落的條件下恢復植被。

（4）生態(tài)修復技術能在不同氣象，不同土體條件，不同下墊面情況下保護植物生長。

（5）采用的原料符合環(huán)保標準。

3 結論

論文歸納了現有的生態(tài)護坡，對比了國內外在生態(tài)護坡方面的研究現狀，分析了其技術差異及存在的問題，總結了不同生態(tài)護坡的適用環(huán)境，得結論如下：

（1）人工植草護坡適用于流量較小的河道且不能處于長期淹沒的環(huán)境;

（2）土工格室制草護坡對于形式各樣的場地基層，鐵路基床、道床，基礎墊層等都可以應用;

（3）石籠生態(tài)護坡應用于較小的變形的岸坡;

（4）漿砌片石骨架植草護坡適用于坡度較緩的各種土質、強風化巖石邊坡;

（5）特拉錨墊可適用于土質、堆積體和基巖岸坡。

參考文獻：

[1]程洪， 謝濤， 唐春，等. 植物根系力學與固土作用機理研究綜述[J]. 水土保持通報， 2006（01）：101-106.

[2]陳云明， 梁一民， 程積民. THE ZONAL CHARACTER OF VEGETATION CONSTRUCTION ON LOESS PLATEAU%黃土高原林草植被建設的地帶性特征[J]. 植物生態(tài)學報， 2002， 026（003）：339-345.

[3]Mattia C ，? Bischetti G B ，? Gentile F . Biotechnical Characteristics of Root Systems of Typical Mediterranean Species[J]. Plant and Soil， 2005， 278（1-2）：23-32.

[4]Czarnes S ，? Dexter A R ，? Bartoli F . Wetting and drying cycles in the maize rhizosphere under controlled conditions. Mechanics of the root-adhering soil[J]. Plant & Soil， 2000， 221（2）：253-271.

[5]劉世奇. 植被護坡技術及綜合防護體系研究[D]. 中國科學院研究生院（武漢巖土力學研究所）， 2004.

[6]楊方社， 張鴻敏， 李懷恩，等. 沙棘柔性壩攔沙效應的試驗研究[J]. 泥沙研究， 2017， 042（003）：74-80.

[7]閻潔， 周著， 邱秀云， et al. 植物"柔性壩"阻水試驗及固沙機理分析[J]. 新疆農業(yè)大學學報， 2004（03）：42-47.

[8]駱仁祥，張春霞，王福升， 等.毛竹等3個竹種的根系分布特征及其林地土壤抗沖性比較研究[J].竹子研究匯刊，2009，28（4）：23-26. DOI：10.3969/j.issn.1000-6567.2009.04.005.

[9]劉彥東.植物對河道水流特性的影響研究[D].天津：天津大學，2014. DOI：10.7666/d.D654150.

[10]王可鈞， 李焯芬. 植物固坡的力學簡析[J]. 巖石力學與工程學報， 1998， 017（006）：687-691.

[11]吳淑安， 蔡強國. 土壤表土中植物根系影響其抗蝕性的模擬降雨試驗研究—以張家口試驗區(qū)為例[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境， 1999， 013（003）：35-43.

[12]盧立霞， 曾波， LU Lixia，等. 三峽庫區(qū)嘉陵江岸生優(yōu)勢須根系植物根系對土壤抗沖性的增強效應研究[J]. 西南師范大學學報（自然科學版）， 2006， 31（3）：157-161.

[13]史旦達，劉文白，水偉厚，等. 單、雙向塑料土工格柵與不同填料界面作用特性對比試驗研究[J].巖土力學， 2009， 30（8）： 32-39.

[14]付燕燕.格賓石籠護坡在中小河流治理中的應用及造價分析[J].廣東水利水電，2018，（3）：66-68.