植生混凝土的護(hù)坡機(jī)理

【摘 要】植生型多孔混凝土作為一種新型護(hù)坡建筑材料，其兼顧了邊坡保護(hù)和生態(tài)防護(hù)的功能，但是目前植生型多孔混凝土的護(hù)坡原理還鮮為人知。介紹了植生混凝土的護(hù)坡原理，為了使更多人認(rèn)識(shí)植生混凝土減少自然災(zāi)害、維護(hù)生態(tài)的生物多樣性、凈化環(huán)境、建筑資源節(jié)約型的功能。

【關(guān)鍵詞】植物； 混凝土； 生態(tài)； 植生混凝土

【中圖分類(lèi)號(hào)】U417.1+1【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

0 引言

植生混凝土顧名思義就是指能讓植株成長(zhǎng)于其上的混凝土材料。要能讓植株自然成長(zhǎng)在其上或其中，需要這種建筑物應(yīng)該具有像米花糖那樣帶有一定的不連續(xù)狀態(tài)，并且存在有大量的單獨(dú)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(zhǎng)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(zhì)骨料）或細(xì)骨材結(jié)合，然后再與膠凝材料、水泥或一些帶有特定作用的化學(xué)添加物，按照特定的配制比例攪拌并自然養(yǎng)護(hù)而成。植生混凝土結(jié)構(gòu)因其優(yōu)異的特點(diǎn)（構(gòu)造的多孔性和較好的透水透氣性），可以使植被自然生長(zhǎng)于其上或其中，進(jìn)而達(dá)到工程與大自然和諧配合，在達(dá)到工程力學(xué)目的的同時(shí)還可以凈化環(huán)境、提升自然景觀和完整生態(tài)等。也正是由于這樣，在提倡和平發(fā)展、綠色革命、綠水青山便是金山銀山的今天，植生混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)為骨骼，將適生建筑材料填入多孔砂漿的空隙內(nèi)，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(guò)一段時(shí)間的培養(yǎng)之后，植株萌芽成長(zhǎng)，植株根部就在植生混凝土縫隙中伸展成長(zhǎng)，植株和混凝土相互融合，產(chǎn)生有一定硬度和植物覆蓋率的自然環(huán)境友好型護(hù)坡建筑材料。而植生混凝土又名無(wú)砂混凝土，是由粗砂漿、混凝土結(jié)構(gòu)和砂漿攪拌而成的，粗砂漿成為基本骨架，而膠結(jié)類(lèi)料則覆蓋在料表層，并彼此連接形成了一個(gè)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(zhǎng)發(fā)育，需要適當(dāng)加入某些植株正常生長(zhǎng)發(fā)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(zhì)就叫適生物質(zhì)。而適生物質(zhì)中最關(guān)鍵的是給植株正常供應(yīng)生長(zhǎng)發(fā)育所需要的營(yíng)養(yǎng)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(jù)需求加入適量復(fù)合肥、有機(jī)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(yīng)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(hù)坡機(jī)理

2.1 植生型多孔混凝土護(hù)坡機(jī)理

近年來(lái)，我國(guó)的建筑活動(dòng)日益增大，對(duì)大自然的損害也日趨嚴(yán)重，水土流失與土壤荒漠化已成為不容忽略的問(wèn)題，然而植生型混凝土的使用恰好能彌補(bǔ)和緩解人工建造過(guò)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(duì)維護(hù)自然環(huán)境和維護(hù)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(hù)坡結(jié)構(gòu)中，不但護(hù)坡效果好，還可改變附近的自然景觀和大氣環(huán)境，具有一舉多得的生態(tài)效應(yīng)（圖1）。植生混凝土生態(tài)護(hù)坡系統(tǒng)是混凝土構(gòu)件和植被共同作用的護(hù)坡系統(tǒng)，深入研究其工作原理，就可為完善生態(tài)護(hù)坡技術(shù)提供依據(jù)。

與傳統(tǒng)方式相比，植生混凝土既保護(hù)邊坡穩(wěn)定又保護(hù)生態(tài)環(huán)境，優(yōu)勢(shì)：防護(hù)性、景觀性、透水性、凈化性、環(huán)保性［2］。

由于邊坡表層土質(zhì)在外部壓力影響下，其結(jié)構(gòu)極易被打破，造成結(jié)構(gòu)疏松，同時(shí)在受到暴雨侵襲和沖擊影響后，會(huì)導(dǎo)致土壤流失，嚴(yán)重時(shí)引起泥巖流等天然災(zāi)難。植生混凝土是一類(lèi)邊坡保護(hù)建筑材料，現(xiàn)已得到應(yīng)用（圖2）。

（1）當(dāng)外部負(fù)荷直接作用于多孔水泥邊坡上時(shí)，負(fù)荷沿多孔水泥集料間的膠結(jié)點(diǎn)分散傳播，而當(dāng)植生混凝土空隙內(nèi)填入了植生基質(zhì)后，部分負(fù)荷即通過(guò)集料間傳導(dǎo)給植生基質(zhì)，又作用在邊坡土層上，從而減少集中荷載對(duì)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(hù)作用。

（2）暴雨時(shí)因?yàn)橹采炷烈呀?jīng)包裹在了邊緣土層上，此時(shí)暴雨的影響被植生混凝土所抵擋。

（3）在植生混凝土空隙內(nèi)填滿植生基質(zhì)時(shí)，可為植株生長(zhǎng)發(fā)育創(chuàng)造必要的空隙，綠化邊坡。

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

2.2 植生混凝土工作機(jī)理

植被是植生混凝土結(jié)構(gòu)的主要組成，在護(hù)坡工作過(guò)程中常采用生存能力較強(qiáng)，根系發(fā)育的雜草植株。植株在多孔建筑物中應(yīng)用后，不但可以美化環(huán)境，同時(shí)植株的根莖葉在固土護(hù)坡措施、減少降雨對(duì)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(pán)結(jié)在土層中，對(duì)增強(qiáng)土層的抗剪能力強(qiáng)度和抗沖性能都有很大的影響。當(dāng)土層受荷載作用后，土層中的各點(diǎn)會(huì)形成剪切應(yīng)力，因而邊坡的水穩(wěn)定性主要是由土層的抗剪能力強(qiáng)度決定的。當(dāng)邊坡土層中有大量植被生長(zhǎng)時(shí)，植被根部與邊坡土層中構(gòu)成了“根土復(fù)合體”，植被根部就相當(dāng)于補(bǔ)強(qiáng)筋的纖維，對(duì)土層產(chǎn)生著錨固效應(yīng)，進(jìn)而使土層中受到的剪切作用力轉(zhuǎn)變?yōu)椴糠謱?duì)植物根系的牽拉作用力，進(jìn)而增強(qiáng)了土層的抗剪能力強(qiáng)度［4］。同時(shí)植株的須根也可穿插生長(zhǎng)和纏度在土層中，使土層中的大粒級(jí)水穩(wěn)定性團(tuán)聚體積增大，進(jìn)而使土層中具有較高的水力穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)，提高了土層的抗沖性能［5］，從而減少了土層流失。這樣，當(dāng)植株在有大量多孔混凝土的坡度上成長(zhǎng)時(shí)，植株根部就可穿透過(guò)多孔構(gòu)件扎根于邊坡土層，并構(gòu)成由植被、多孔混凝土、土壤聯(lián)合的護(hù)坡系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)護(hù)坡系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)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(duì)土的沖刷、濺蝕以及控制徑流功能。在降水過(guò)程中因?yàn)橹参锴o葉的影響，降雨在到達(dá)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(fā)到大氣中，由于植物的攔截有效減少了降雨到達(dá)邊坡的有效雨量，也因此降低了降雨對(duì)多孔混凝土邊坡土壤的侵蝕作用。

在植物發(fā)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(dòng)能，植物莖葉又可將大量水滴打散成小水滴，降低水滴對(duì)土地濺蝕。植物的叢狀生長(zhǎng)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?jiǎng)恿?，所以叢狀生長(zhǎng)的植物可以改善雨水徑流類(lèi)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(jié)與展望

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)植生混凝土的研發(fā)和使用都加強(qiáng)了力度，尤其是植生混凝土作為城市河堤護(hù)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(yīng)了施工應(yīng)用中對(duì)強(qiáng)度的需求，還能減少地表徑流量、凈化水體、生態(tài)恢復(fù)和補(bǔ)給地下水。還能夠增加綠化面積，使人視覺(jué)上更為舒暢。但目前在植生混凝土的研發(fā)和使用過(guò)程中也出現(xiàn)了一些問(wèn)題：

（1）對(duì)植生混凝土孔隙的顯微構(gòu)造分析，作為植生混凝土植生生長(zhǎng)條件的重要依據(jù)?？紫堵逝c質(zhì)量是互相矛盾與聯(lián)系的兩個(gè)要素，通過(guò)改進(jìn)混凝土生產(chǎn)加工過(guò)程，才能達(dá)到植生混凝土的多孔性植生的條件。物質(zhì)成分、構(gòu)造與過(guò)程決定性質(zhì)，目前植生混凝土的研究，較多集中于生產(chǎn)過(guò)程的性質(zhì)計(jì)算和宏觀構(gòu)造分析方面，并未深入探討微觀構(gòu)造對(duì)多孔植生混凝土性質(zhì)的影響［5］。

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

（3）深入植生植物的適應(yīng)性調(diào)查，作為植生混凝土植生生長(zhǎng)條件的保證。要根據(jù)植被的生長(zhǎng)地形、氣候條件和自然環(huán)境等情況，在植生基材配置、植被種類(lèi)篩選、噴播植草混凝土配置比和施工技術(shù)等方面，研究植生植物耐堿能力、成活率、對(duì)生態(tài)的適應(yīng)性和耐退化能力性能。

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［作者簡(jiǎn)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(jí)工程師，從事項(xiàng)目管理和公司技術(shù)質(zhì)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(zhì)量管理工作。