三维植被网技术的护坡机理及应用

摘要:三维植被网护坡技术综合土工网和植被护坡的优点,可有效地解决岩质边坡、高陡边坡防护问题。应用实例表明,三维植被网护坡对边坡的稳定极为有利,防护效果非常好。

近年来出现的三维植被网护坡技术,应用土工合成材料,有效地解决了岩质边坡、高陡边坡防护问题,这一技术不仅显著提高了边坡的整体和局部稳定性,而且还有利于边坡植被的生长,同时工程造价也较低,符合边 坡工程的发展方向,在我国水土保持中有很大的应用价值。

1 三维植被网护坡的基本原理

1.1 三维植被网护坡的概念

三维植被网护坡是指利用活性植物并结合土工合成材料等工程材料,在坡面构建一个具有自身生长能力的防护系统,通过植物的生长对边坡进行加固的一门新技术,根据边坡地形地貌、土质和区域气候的特点,在边坡表面覆盖一层土工合成材料并按一定的组合与间距种植多种植物,通过植物的生长活动达到根系加筋、茎叶防冲蚀的目的,经过生态护坡技术处理,可在坡面形成茂密的植被覆盖,在表土层形成盘根错节的根系,有效抑制暴雨径流对边坡的侵蚀,增加土体的抗剪强度,减小孔隙水压力和土体自重力,从而大幅度提高边坡的稳定性和抗冲刷能力。

1.2 三维植被网的护坡机埋

植被的抗侵蚀作用是通过它的三个主要构成部分来实现的:一是植物的生长层(包括花被、叶鞘、叶片、茎),通过自身致密的覆盖防止边坡表层土壤直接遭受雨水的冲蚀,降低暴雨径流的冲刷能量和地表径流速度,从而减少土壤的流失;二是腐质层(包括落叶层与根茎交界面),为边坡表层土壤提供了一个保护层;三是根系层,这一部分对坡面的地表土壤加筋锚固,提供机械稳定作用。一般情况下,在植物生长初期,由于单株植物形成的根系只是松散地纠结在一起,没有长卧的根系,易与土层分离,起不到保护作用。而三维网的应用正是从增强以上三方面的作用效果来实现更彻底的浅层保护的。一是在一定的厚度范围内,增加其保护性能和机械稳定性能;二是由于三维网的存在,植物的庞大根系与三维网的网筋连接在一起,形成一个板块结构(相当于边坡表层土壤加筋),从而增加防护层的抗张强度和抗剪强度,限制在冲蚀情况下引起的“逐渐破坏”(侵蚀作用会对单株植物直接造成破坏,随时间推移,受损面积加大)现象的扩展,最终限制边坡浅表层滑动和隆起的发生。

1.3 三维植被网护坡的作用

三维植被网护坡技术综合了土工网和植物护坡的优点,起到了复合护坡的作用。边坡的植被覆盖率达到30%以上时,能承受小雨的冲刷,覆盖率达80%以上时能承受暴雨的冲刷。待植物生长茂盛时,能抵抗冲刷的径流流速达6m/s,为一般草皮的2倍多。土工网的存在,对减少边坡土壤的水分蒸发,增加入渗量有良好的作用。同时,由于土工网材料为黑色的聚乙烯,具有吸热保温的作用,可促进种子发芽,有利于植物生长。

1.4 快速防护措施

(1)当工期与植被培植期发生矛盾,在工程刚竣工即进入暴雨季节时,需采取“加筋草皮”对工程进行快速防护,以便竣工后即可得到全面覆盖的防冲刷植被。“加筋草皮”采用三维植被网在草坪种植场或工地附近的空地上预先培植好草皮,成坪后即可整卷或分块卷

起,然后铺设至需防护的边坡上。

(2)在难以治理的干旱地区,可使用土壤凝结剂,把选择好的适合的草籽,经过特殊处理后,与土壤凝结剂拌和喷洒(也可以先播草籽,而后再施用土壤凝结剂)。经土壤凝结剂处理后的坡面,草籽和土壤不会因风吹雨淋而流失,同时凝结剂又降低了土壤中水分的

蒸发,在一定程度上保证了草籽的水分供应,大大提高草籽的成活率。

2 三维植被网护坡实例

2.1. 黄河游览区黄土边坡植被护坡

在黄河游览区选择了两段边坡进行护坡试验,两段边坡均为自然堆积的黄土边坡,坡比为1:2左右,土壤贫瘠,缺乏水肥,并具有湿陷性。为便于比较,进行了同一草种、同一坡段的有网和无网两种工况的对比试验,所选的草种为狗牙根、苇状羊茅、无芒雀麦、紫花

苜蓿等4种,肥料为复合肥。两段护坡于1998年4月初完工,6月中旬草苗即覆盖了整个坡面。经过1998年夏季的大水考验,没有出现滑坡、塌坑、冲沟等现象。

通过观察发现,有三维植被网护坡的坡面,草的生长速度和覆盖率均明显高于无网的坡面,在无网的坡面发现有宽度为10~20mm的裂缝发生。这一现象说明三维植被网护坡对坡面表层土壤有加筋和阻止表层土壤滑移的作用,对边坡的稳定极为有利。

2.2 长江三峡某全风化岩边坡治理

边坡高30m、长83m,分上、中、下3个台阶。坡面先覆盖0.2m厚的营养土,然后覆盖耐特龙土工网,用长45cm、间距0.9m的土钉锚固,坡面土体的抗滑安全系数为1.5,可满足稳定性要求。草种选用高羊茅、黑麦草等耐寒型草种,播种3个月后植被覆盖率达100%,8个月后高羊茅茎高平均达34 cm,最大根深达50 cm;黑麦草平均茎高48 cm,最大根深达46 cm。由于在雨季到来之前植物根系己充分发育,并与土工网完整结合在一起,在半年后的多次大暴雨袭击下,边坡完好无损,防护效果非常好。