护坡技术综述.docx

生态护坡技术综述一、 生态护坡的概念与意义 生态护坡所涉及的范围很广，但形成一门学科还是近几年的事情，一般将生态护坡定义为“用活的植物，单独用植物或植物与土木工程和非生命材料相结合，以减轻坡面的不稳定性和侵蚀”，概括地说，边坡生态防护就是用活的植物或植物与非生命材料相结合的方式，代替纯工程防护方式，通过种植植物，靠植物的根茎与土壤间的附着力及根茎相互间的缠绕达到加固边坡。提高边坡表面抗冲刷能力，起到稳定坡面和防止侵蚀的作用，同时又能恢复破坏的自然生态环境，是一种有效的护坡、固坡手段。生态护坡技术在高速公路建设中占有重要的地位。高速公路建设不可避免地会产生边坡, 这类边坡地表裸露, 地质不稳定, 立地条件差, 尤其是一些石质边坡, 生态系统难于自然恢复, 成为水土流失的隐患, 影响道路交通安全和路域生态环境。目前对这类边坡的防护已作为高速公路建设的重要内容, 防护方式亦从传统的工程措施转向生态防护措施。生态护坡技术, 一般在结合工程技术稳定边坡的基础上, 恢复重建坡面植被, 最终达到防治水土流失、美化路域景观环境、保障道路交通安全的目的。由于我国对生态护坡技术的研究相对滞后于工程应用, 护坡工程带有很大的随意性, 尚未形成规范的、标准化技术体系, 限制了生态护坡技术的推广应用。据统计, 随着我国高速公路建设的发展, 每年形成的边坡面积达23 亿 , 其中石质边坡面积约1 0001 500 万 , 而且大部分分布在我国南方各省。二、边坡植物防护作用机理边坡受到的主要破坏就是降雨,也就是三个主要过程,首先雨滴落下激溅开,在土壤表面形成片状的水流,在水流集中的地方出现细沟侵烛,然后形成较大的冲沟,对边坡的破坏力加大,最后引发边坡坡面的滑塌。植物对边坡的防护作用,主要体现在以下三个方面:一是能及时缓和降雨对坡面的激溅。植物的基叶能有效减少雨滴对坡面的激溅,在一定程度上起到消能作用;二是增加了雨水的渗入量。植物在空间上形成一定程度的覆盖度,从而导致雨水渗入土壤的量增加,这是因为植物的枯枝落叶包括草坪在土壤表面形成松散覆盖层,这些植物的根系在土壤中也形成了交错的孔道,植物的残体增加了土壤的有机质含量,其团粒结构增加,大大增加了雨水在土壤表面的渗入量,避免了坡面形成径流,降低了降雨形成的侵烛作用;三是支撑作用。植物由于根系的发展,形成了巨大的网络,在所接触到的土壤表层形成了网状结构,并对网状结构之间的土壤紧紧包裹。据调查,一般的灌木对坡面20cm左右深度内的土壤结构具有束缚作用。在边坡坡面建立植被对于边坡具有很好的保护作用,边坡绿化工艺必须以边坡植物防护作用。三、 边坡分类常见的边坡分类所依据的标准有:边坡的成因、边坡的结构、边坡的岩性、边坡变形破坏形式等等。按变形破坏形式的分类则更为杂乱,有的根据变形特征进行分类;有的根据变形速度进行分类;有的根据变形发育阶段进行分类。按边坡与工程关系把边坡统分为自然边坡和人工边坡;按人工边坡的形成方式把边坡分为填方路堤边坡和挖方路堑边坡;按边坡变形情况把边坡分为变形边坡和未变形边坡;按边坡岩性把未变形边坡统分为岩质边坡、土质边坡和土石边坡。根据岩(土)体性质及其结构,对岩质边坡和土质边坡进行细部分类,还按边坡的高度、坡度等对边坡做出一般性分类。1.按岩质边坡的岩性不同分类1)侵入岩边坡:如花岗岩。岩性较单一,强度较高,一般呈块状结构,常形成陡坡并发育卸荷裂隙。2)喷出岩边坡:如玄武岩凝灰岩、流纹岩、凝灰角砾岩等。强度差别大,裂隙发育。有时具有层状或似层状结构,孔隙性大,边坡形态受形状控制。3)碎屑沉积岩边坡:如砂岩、砾岩、页岩等。强度差别较大,具有层状结构,边坡形态受岩层产状控制,页岩透水性微弱。4)碳酸岩类边坡:如石灰岩、白云岩等,强度一般较高,多呈层状结构。边坡形态受岩层产状控制,常形成悬崖,有时岩溶发育。5)夹有软弱夹层的沉积岩边坡:如夹有泥化夹层或坡碎夹泥层的砂岩、页岩、石灰岩等,具层状结构。6)软弱岩层边坡:如白垩第三纪红色粘土岩、泥岩、泥灰岩、页岩等,以及半成岩,河湖相砂页岩。强度甚低,为风化、崩解。7)特殊岩类边坡:含石膏、岩盐等的易容岩层,强度甚低,易容于水。8)变质岩类边坡:如片岩、千枚岩、片麻岩、石英岩等。强度差别大,多呈片状或层状结构,岩体完整性差。2按岩质边坡的岩体结构分类1)块状结构岩石边坡:块状结构岩石边坡是指一般由块状岩浆岩或巨厚层沉积岩组成的边坡。此类边坡的特征是,就局部地段而言,没有层状节理分布,不具备各类层状岩石边坡的特征,就其物质组成而言,岩石可视为相对均质体。2)碎裂结构岩石边坡:碎裂结构岩石边坡是指具有强烈发育的不规则节理裂隙的各种岩石边坡,在岩浆岩、沉积岩或变质岩地区都可能出现,特别在断层交汇部位和严重的构造挤压部位较为常见。由于边坡上节理裂隙密集、方向零乱,难以划分出岩体的层状结构,边坡岩体多呈相互镶嵌的碎块,从宏观上看,可视此类边坡为散体,边坡形态主要决定于节理裂隙的切割程度和组合形态。3)层状同向缓倾岩石边坡:层状同向缓倾岩石边坡是指由坚硬层状岩石组成的边坡,岩层的倾向与边坡的倾向一致,但倾角小于边坡坡角,坡面切断了岩层层面。由于坡面切断了岩层层面,坡脚以上岩层有路面方向活动的空间,因此当层面间抗剪强度较低时,可以沿层面产生滑动。影响边坡稳定的主要因素是岩层的倾角大小、层面的抗剪强度及边坡岩体被节理裂隙切割状况。层状同向缓倾边坡较为常见,由于施工开挖人为改变边坡坡角使边坡由缓边陡,使层面被切断,当边坡岩层被坡面切断后,最常见的变形是顺层滑动,特别是沿软弱夹层产生滑动。当节理裂隙的切割有利于割离坡体,下伏有软弱夹层时,雨后更易滑动17。4)层状同向陡倾岩石边坡:层状同向陡倾岩石边坡是指岩层走向与边坡走向基本一致,但岩层倾角大于边坡坡角的岩石边坡,由于坡面未将岩层层面切断,因此,没有沿岩层层面向下滑动的余地,一般情况下边坡是稳定的。5)层状反向结构岩石边坡:层状反向结构岩石边坡是指岩层走向与边坡走向接近一致,而倾向与坡面倾向相反的边坡,又称为逆向边坡。此类边坡由于沿层面没有滑动变形空间,因此不论岩层倾角大小,一般情况下是稳定的。6)层状斜向结构岩石边坡:层状斜向结构岩石边坡是指由岩层与坡面走向呈一定夹角的层状岩石组成的边坡,也称为切向边坡,是高速公路工程边坡中较为常见的一种边坡类型。3. 土质边坡分类1)黄土边坡。黄土一般呈棕黄色或淡黄色,具多孔性,孔隙比一般40%50%,成分以粉粒为主,质地均一,无层理、柱状节理和垂直节理发育,天然状态下含水甚少,干燥时甚坚固。直立边坡,但遇水容易剥落或遭受侵蚀。2)砂性土边坡。砂性土边坡是指主要由砂或砂性土组成的边坡,以结构较疏粘聚力低为特点,作为工程边坡,一般透水性较大,饱和含水的均质砂土边坡,在振动力作用下,易于液化产生液化边坡。3)粘性土边坡。粘土以颗粒细密为其主要特征,但由于生成环境的不同,各类粘土的组织结构、物理力学特性等差别较大,对边坡稳定性的影响也不一样。但一般都具有干时坚硬开裂,遇水膨胀分解呈软塑性状的特点。4)软土边坡。软土边坡是指由淤化、泥变、淤泥实土以及其它抗剪强度极低的土组成的边坡。粘土由于其抗剪强度极低,流变性征显著,对于边坡稳定性不利。5)胀缩土边坡。胀缩土具有特殊的物理力学特性,因土中富含蒙脱石等易膨胀矿物,干湿效应特别明显。4. 土石边坡由土和坚硬岩石混合组成的边坡统称为土石边坡,可分为碎石土边坡和岩土混合边坡二类。碎石土边坡是指由坚硬岩石碎块和砂土碎屑细颗粒物质,混合组成的边坡。按其形成条件,可分为堆积型(包括沉积、堆积)和残积型。前者土石碎屑经搬运位移土石混杂,如坡积体及变形边坡残留体等,后者则为基岩原位风化而成,岩土未经搬运位移,如残积层。按结构形态又可分为土石混合结构和土石叠置结构,前者整个坡体皆由土石混合物组成,边坡的特性决定于土石混合体自身的特性,后者土石混合体的下部有基岩分布,边坡的特性决定于土石体本身外,尚与土石体与基岩接触面的特性有关。此种结构边坡,亦称岩土混合边坡,呈叠置结构的岩土混合边坡还有上部为全风化玄武岩,下部为砂砾岩,或上部为玄武岩,中部为全风化页岩,下部为坚硬岩石,上岩中土下岩的边坡。4按边坡高度不同分类按边坡高度不同分类见表1。表1按边坡高度不同分类表m高度边坡类型100超高边坡50100高边坡2050中边坡20低边坡3.5按边坡坡度不同分类按边坡坡度不同分类见表2。表2按边坡坡度不同分类表坡度边坡类型15平缓边坡1535陡坡边坡3555急坡边坡5590悬坡3.6变形边坡分类1)滑动变形边坡。滑动变形边坡,系指边坡的一部分岩体,沿一定的滑面,相对于另一部分岩体产生过剪切位移的边坡。我们称大量岩土体在重力作用下沿一定的面作整体下滑的现象为滑坡。滑坡是滑动变形边坡较常见形式。2)蠕动变形边坡。蠕动变形边坡系指由于种种原因,岩体发生长期缓慢变形的边坡,所谓蠕动,系从广泛意义上而言,它包括2种情况:一种情况是作为脆性材料的岩块,沿已有滑面或绕一定的转点产生长期的缓慢的滑动或转动,即产生剪切变位或角变位,但岩块本身的形态不发生显著的变化,岩块与岩块之间由于蠕动而发生各岩块间相对位置的变化或出现岩块间的折裂,从而使岩块出现松动架空现象。岩块的这种蠕动可以是连续进行的,也可以是间歇性的、跳跃式地进行。3)张裂变形边坡。张裂变形边坡系指边坡岩体因种种原因发生张裂、岩体出现微量角变位,但尚未发生剪切位移或滚动崩落的岩石边坡。这种边坡一般为坡度较陡的裸露的块状结构岩石或厚层状坚硬岩石。4)崩塌变形边坡。崩塌变形系指在岩、土边坡的陡坡地段,边坡上部的岩土体(块)在重力作用下,突然以高速脱离母岩而翻滚坠落的急剧变形破坏现象,以此类变形形式为主的边坡,称谓崩塌变形边坡,崩塌变形的坡脚常堆积以岩(土)块堆积体。5)坍滑变形边坡。坍滑变形是一种复合变形类型,在岩质和土质边坡都可能发生其特征是边坡的岩(土)体解体向下坐塌,有时伴随以局部或整体岩土体的滑动,因岩土体解体、滑面多不平整,局部还可能伴之以崩塌,为滑动、崩塌、蠕变松动等综合型变形22。6)剥落变形边坡。剥落变形系指边坡表部土层或强风化岩层出现自然碎裂解体的现象,影响范围不深,一般数厘米或数十厘米,主要发生在高寒地区的粘土或砂质粘土边坡,常因冻融作用使边坡表部层层剥落。南方一些硬质粘土,因干湿效应,也可引起表层剥落。有些强风化的泥质岩层如湖南志留系贝岩,边坡表部也有剥落现象。经剥落后的边坡将表层剥落物质清除后,剥落又继续向深部逐层发展。四、主要的生态护坡工艺1.挂网喷播方法:用锚杆、钢筋及钢丝网进行坡面防护处理, 然后将种子、肥料、土壤稳定剂和水按一定比例混合成泥浆状喷射到边坡上。每1. 3 m2 设置1 根锚杆, 出露约10 cm, 并用水泥浆固定; 铁丝网网间搭接宽度不小于5 cm。二是喷敷土壤基质层。配制方法，有机肥( 鸡粪) 510( kg/ m 3 土)、水泥38( kg/ m3 土)、复合肥46( kg/ m3 土)、磷肥510( kg/ m 3 土)、木质纤维0. 51. 0( m2/ m3 土), 喷敷厚度89 cm, 为了增加基质的肥效, 加入适量磷肥, 并用水泥作为粘结剂。三是喷播草种。将草种与适量砂质土、复合肥、磷肥、有机肥( 鸡粪) 、木糠等混合, 喷植于坡面土壤基质层上, 厚度12 cm。喷后覆盖无纺布, 定期喷水养护。适用范围：适用范围广，石质边坡, 坡面较陡, 从缓坡到坡度达到60以上的陡坡都可应用。护坡效果：其植被生长情况较好, 覆盖度较高, 生长均匀、一致; 在保证边坡稳定, 防止水土流失方面效果好, 土壤侵蚀情况较轻, 是边坡生态防护的首选。2. 液压喷播方法：用专用液压喷播机, 将含种子的喷播材料喷洒在网格内, 喷播材料配比为，草种4050g/ m2 、纸浆100150g/ m2、粘合剂38g/ m2、保水剂38g/ m2、复合肥50100g/ m2、水适量，喷植后用无纺布覆盖, 定期喷水养护。一般根据边坡的立地条件试验确定。适用范围：路基边坡采用浆砌片石网格稳定边坡, 网格内植草采用液压喷播技术。特点:机械操作的程度较高,施工效率大大提高,每台机器每天可以满足近万平米的进度,有效的降低了成本;草坪制作速度较快。若能保持合适的条件,在较短的时间内可以制作大面积的草坪;由于是机械化操作,制作的草坪比较匀称,形成的草坪效果较好。这种技术应用较广,一般适应于具有土质路堤边坡。3. 三维植被网护坡方法：三维植被网的用于边坡处理主要是通过三维植被网实现的。三维植被网也可以叫做固上网垫,是以热塑性树脂做成的,通过不断地挤出和拉伸,使网相互缠绕,并且形成许多擦合的节点,做成的网呈现多层且凸凹不平的网袋状,以便在使用时能够固定土壤和种子。为了缩短草坪培植时间,先在草坪生产场或者是多余的空地进行预先培植,等形成一定的草坪效果时,再通过卷折,运输到需要进行草评铺设的地方进行作业,这样能快速解决绿化的要求。使用范围：三维植被网只适用于一定条件的护坡,一般都是土质护坡,在水资源缺乏的地区,还需要保证一定的水供应,防止草因缺水枯死。三维植被网对边坡的坡比有一定的要求,最好在1: 1.25以下,并且边坡不高于10米。4. 草皮护坡方法: 将人工培育的生长优良健壮的草坪，用平板铲或起草机铲起，运至待防护、绿化的路基坡面，按照一定的规格要求重新铺植，使路基边坡迅速形成草坪的护坡绿化技术。适用范围：有一定自然土壤,坡面较缓。5. 藤本护坡方法:坡面平整后, 按一定密度开挖栽植穴, 然后栽植藤本植物。适用范围：有一定自然土壤的边坡, 坡面较缓。护坡效果：仅适用于有自然土壤的坡面, 从栽植到满铺需要较长时间, 早期的防护效果较差, 养护时间长, 投入大, 若养护跟不上常常形成斑秃, 极大地影响了后期的景观效果和防护效果。早期水土流失较严重, 但随着植被的生长, 防护效果逐渐增强, 当植被达到满铺后, 防护效果较好。植被类型单一, 形成的群落不稳定, 生态效益较低。6. 草棒技术方法:把草棒按一定间距排列并固定在坡面上,然后在草棒上覆一定厚度的客土, 在客土上进行播种和种植。适用范围：石质或土石混合边坡, 坡面较缓。护坡效果：草棒技术使用的大多是有机植物材料, 便于施工, 可形成约20 cm 左右厚度的种植层, 且植物材料腐化后可成为有机肥料, 提供植物后期生长所需营养。但抗侵蚀能力差, 植被生长与分布不平衡, 究其原因最重要是, 由于草棒的存在造成土层中有大量的空隙, 抗降水侵蚀性大大降低, 植被在浅土层处生长不良。然而草棒技术成本较低, 如能改进施工技术与种植技术, 应用前景还是广阔的。7. 植生带技术方法:将带有种子的植生带铺于坡面, 进行固定,然后进行适当地养护。适用范围：有自然土壤, 坡面较缓。8. 生态毯技术方法：采用废棉、PP 和麻纤维为原料，采用为m( 棉) m( 麻) m( PP) = 235; 配比，棉、PP 和黄麻纤维分别单独成网，按黄麻在第一层，PP 纤维在中间，棉为基层叠加的三层结构，使生态毯表面与坡面紧密贴合，内在结构具有较好的透水、吸水、保温性能及高强低伸的力学性能，有利于植被稳定生根、生长，从而达到护坡作用。植被形成后，这种生态毯腐烂变成肥料，对环境不造成污染，环保效果好。9. 植生袋技术方法：在做边坡防护中,经常会遇到边坡岩面内四的情况,一般采用植生袋围堰,再通过填土和栽种一些灌木。植物的营养来自于植生袋内的混合料,混合料成分主要有耕植土、有机基质、保水剂、肥料。植生袋法应用的范围进一步扩展,有些可在边坡外侧直接用植生袋堆湖,形成植生袋层面,植生袋内本身的种子发芽生根后,对整个边坡起到绿化的作用。10轮胎固土方法:将轮胎固定在坡面上, 覆客土, 然后播种或栽植。适用范围：岩石边坡, 坡面较缓。五、护坡植物选择1.生物护坡工程物种选择的理论依据a.植物适应性即所选物种必须具有耐荫性，耐早性，深根性，青绿期长，再生能力强，生长迅速，抗病虫害能力强，抗外界干扰能力强。适应当地气候条件，土坡条件，符合高等级公路整体建设项目的要求.符合高等级公路行车安全条件的要求(如不宜种植果树和家畜喜食的草类，以免引诱人畜进人危险路段，造成不必要的损失)。b.生物多样性生物多样性是生态系统稳定的基础，许多学者对此作过详细的论述.即采用乔、灌、草、藤、花等植物进行合理配植。关于生物多样性，有些学者设计并建立模拟群落，控制物种多样性水平以评价生物多样性对生态系统的不同功能过程的效应，研究结果显示，较高水平的生物多样性有利于生态系统功能的发展和优化，按照上面的结论，生态系统中必然存在着生态系统功能过程的速率和强度依赖于种的多样性的规律，所以高的生物多样性至少在以下几方面增加了生态系统功能的稳定性:高的多样性生态系统内，营养的相互关系更加多样化，为能量流动提供了可选择的多种途径，各营养水平间的能量流动趋于稳定;高的多样性增强了生态系统被干扰后对来自系统外种类人侵的抵抗能力;高的多祥性增加了系统内某个种所有个体间的距离，降低了植物病原体的扩散;高的多样性各种群充分占据已分化的生态位，从而提高了生态系统对资源利用率。当然,持不同观点的学者对“生物多样性导致生态系统功能的优化”也提出疑议.他们主要强调群落的优势种(驱动者)这一类群的变化对群落的影响比其他一般种深刻得多。由此可见，物种的增加对生态系统稳定性的影响取决于生态系统对环境反应的生物学特性，对生态系统功能过程的作用相似，但对环境的反应各异的种的增加有利于生态系统的稳定，因为任何一个种的丰富度的减少都会由另一功能特点相似的种类来补偿，所以物种的多样性并不是简单的种类越多越有利于生态系统的稳定，而必须遵循上述原则进行物种多样性选择。因此，同一群落内功能相似类群的物种多样性越高，同这些种对环境反应各异，那么生态系统对环境变化的应变性越大，功能性越强。c.植物功能性高等级公路边坡的绿化与一般的小流域植被恢复和普通绿化具有一定区别，小流域植被恢复强调生物可持续利用和治理水土流失;普通绿化强调观赏性;而公路绿化强调治理水土流失、绿化、美化、改善行车条件、防止眩光、降低噪音等功能。2.不同气候条件下的植物选择a.寒温带: 东北半干旱、湿润地区特点：温度低, 降水量较大, 湿度较高植物：早熟禾黑麦草高羊茅羊草沙打旺草木犀b.温带:西北高原干旱、半干旱地区特点：降雨量少、风沙大、温度低、湿度低植物：冰草碱茅羊草紫羊茅沙打旺草木犀c.温带、寒温带:青藏高原半干旱地区特点：降雨量少、温度低植物：老芒麦、猩猩草、披硷草d.温带、暖温带:云贵高原、四川盆地湿润地区特点：降水量大、温度较高植物：早熟禾、黑麦草、小冠花、高羊茅、红豆草、狗牙根、紫花苜蓿、小冠花、结缕草e.温带、暖温带:京津、华北半干旱、半湿润地区特点：降雨量中、温度中、湿度较低植物：早熟禾、黑麦草、小冠花、高羊茅、狗牙根、紫花苜蓿、红豆草、结缕草f.暖温、亚热带:华中、华东半湿润、湿润地区特点：温度高、降雨量多、湿度高植物：假硷草、狗牙根、画眉草、白喜草、紫花苜蓿、结缕草、香根草、大米草g.热带:华南、港澳台湿润地区特点：温度高、降雨量多、湿度高植物：假硷草、狗牙根、画眉草、白喜草、结缕草、香根草3.不同坡度条件下的植物选择A植物：高羊茅、百喜草、结续草、野牛草、假俭草、早熟禾、白三叶、小冠花、小叶女贞球、小叶黄杨球、千头柏、海桐球、红叶小菜、丁香球、苏铁、菊花、月季、大丽花、牡丹。方法：人工撤播、液压喷播、铺置草皮、点植灌木、丛植花卉。植物搭配：按一定比例的豆科和禾本科进行混播，要求植物生长低矮，能形成质地比较均一的草地;然后在草地上点缀花卉丛或球形灌木。b.15一35植物：高羊茅、百喜草、结缕草、野牛草、假俭草、碱茅、无芒雀麦、冰草、白三