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一、生态护坡的定义
生态护坡是将工程力学、土壤学、生态学、植物学等基础知识融合在一起,对斜坡或边坡进行支护,形成植物或工程与植物组成的综合护坡体系的护坡技术。
开挖边坡形成后,种植植物,利用植物与岩土的相互作用(根系锚固)对坡面进行保护和加固,既能满足坡面稳定的要求,又能恢复受损的自然生态环境,是边坡防护和边坡稳定的有效手段。
2.生态护坡功能
1.护坡功能:植被具有深根锚固和浅根加固功能;
2.防止水土流失:可降低边坡孔隙水压力,拦截降雨,减弱溅蚀,控制土壤颗粒流失;
3.改善环境功能:植被可以恢复被破坏的生态环境,促进有机污染物的降解,净化空气体,调节小气候。
三.生态护坡的形式
常用的生态护坡形式有植物护坡、岩土复合种植基护坡、生态石笼护坡、植被生态混凝土护坡、生态袋护坡、多孔结构护坡、自嵌式挡土墙护坡等。
1.植物护坡
通过种植植被(树木、灌木、草皮等。)在岸坡上,利用植物发达根系的力学效应(深根锚固和浅根加固)和水文效应(降低孔隙压力、减少溅蚀和控制径流)来保护边坡和土壤,防止水土流失,满足生态环境和景观设计的需要。
主要用于水流条件平缓的中小河流湖泊,或城市亲水景观。固土植物一般应耐酸碱、耐高温、耐旱,具有根系发达、生长快、绿期长、成活率高、价格经济、管理粗放、抗病虫害、与杂草竞争力强的特点。
缺点:
抵抗水流和风浪的能力有限,对水流条件要求高。前期容易被雨水冲刷形成深沟,影响护坡效果。
2.土工材料复合种植基护坡
护坡有三种类型。
A.土工织物垫植基护坡:主要由网垫、植土和草籽组成。常用的土工布采用热塑性树脂为原料,其底部强度足够高,可以防止植被网变形,并能有效降低雨滴的冲击能量,增强土壤表面的抗冲刷能力,有效控制面源污染。
优点:
1.固土效果好;
2.抗冲刷能力强;
3.经济环保。网垫由可降解材料制成,无污染;与混凝土护岸相比,这种护岸更经济。
缺点:
1.抗暴雨能力还是比较弱的,靠植物的生长;
2.这项技术不适用于水线附近或以下。
B.岩土单元固土种植基护坡:岩土单元种植基是由聚丙烯等片状材料通过热熔粘合制成的蜂窝网,在蜂窝单元内填充土壤和植草,从而起到固土护坡的作用。
优点:
1.材质轻、耐磨、耐老化、化学性能稳定、适用温度范围广、韧性好、抗冲击性强、不易变形、运输方便;
2.施工连接简单,施工方法方便,可大大提高施工效率,可多次使用。
缺点:
适用的河道坡度不宜太陡,水流不宜太快,水位变化不宜过大,否则会增加上厢压力,岸坡上的土容易被水流冲走。
C.土工格栅固土种植基护坡:土工格栅是由聚丙烯、聚氯乙烯等高分子聚合物通过热塑性塑料或模压成型的具有一定高度的二维格栅或三维格栅网,土木工程中称为土工格栅。土工格栅分为四类:塑料土工格栅、钢塑土工格栅、玻璃土工格栅和玻璃纤维聚酯土工格栅。
优点:
1.抗冲刷能力强,能有效防止河岸崩塌;
2.成本低,运输方便,施工简单,工期短;
3.土工格栅耐老化,耐高低温。
缺点:
当土工格栅外露时,其使用寿命会因日晒而缩短;一些聚丙烯制成的土工格栅在火灾时会燃烧。
3.生态石笼护坡
石笼网是由高耐蚀、高强度、有一定延展性的低碳钢丝制成的箱形结构,用PVC材料包裹后机械编织而成。河道护坡一般采用耐腐蚀、喷塑的铁丝网笼。在石笼网中填充不同尺寸的石块后,以一定的方式组合固定在河岸上,成为网状石笼结构护坡。按材料形状可分为格宾护坡、雷诺护坡、合金网袋等。
优点:
1.具有较强的整体性、透水性、抗侵蚀性和生态适宜性;
2.应用广泛,柔性结构能够适应地基的变化,比刚性结构具有更好的安全性和稳定性,在维护岸坡稳定和维护河道生态功能方面起到了很好的作用;
3.网箱结构的透水性对地下水的自然作用和过滤有很强的耐受性,使水中的悬浮物和泥沙能够沉积在石头的缝隙中,有利于天然植物的生长,改善岸坡环境;
4.成本低,运输经济方便。
缺点:
1.护坡主体以填石为主,需要大量石料,因此在平原地区适用性不强;
2.局部护岸损坏后,需及时修复,以免内部石块渗漏,影响岸坡稳定。
4.植被生态混凝土护坡
生态混凝土是一种介于普通混凝土和耕作土壤之间的新型材料,由多孔混凝土、保水材料、缓释肥料和表土组成。多孔混凝土是植被型生态混凝土的骨架,由粗骨料、水泥和适量的细掺合料组成。保水材料以有机保水剂为主,无机保水剂为辅,为植物提供必要的水分。表土铺设在多孔混凝土的表面,以减少土壤水分的蒸发,并为植物发育提供养分。植被型生态混凝土护坡具有良好的抗侵蚀性能,表面覆草具有缓冲作用,固土效果明显,抗洪能力强。护坡孔隙率高,保证了土、水、大气之间的连通,有效降低了孔隙水压力。它不仅能为植物根系生长提供空空间,还能成为动物和微生物的繁殖场所。
优点:
1.它能为植物生长提供基质;
2.抗侵蚀性能好;
3.护坡孔隙率高,为动物和微生物提供繁殖场所;
4.材料的高透气性在很大程度上保证了被保护土壤与空气体之间的湿热交换能力。
缺点:
1.应进行碱还原处理。如果碱还原问题处理不好,会影响植物的生长;
2.与其他护岸类型相比,这种类型的护岸价格较高,但低于混凝土护岸。
5.生态袋护坡
生态袋是利用特殊的机械设备,将肥料、草籽、保水剂按照特定的生产工艺,按一定的密度种植在可自然降解的无纺布或其他材料上,经机器碾压、针刺而成的产品。生态袋分为五层,最外层和最内层为尼龙纤维网,第二外层为加厚无纺布,中间层为植物种子、有机基质、保水剂和长效肥料的混合物,第二内层为短时间内自动分解的纤维布。
优点:
1.生态袋采用三角形内摩擦收缩结构,承受整体力,科学稳定;
2.它具有透水性和土壤不渗透性的过滤功能,既能防止填料(土壤和养分混合物)的流失,又能实现土壤中水的正常交换;
3.植物种子分布更加均匀,不受人为因素和水流侵蚀的干扰,节省种子播种时间,使植物的选择更加丰富多样,有利于生态系统的快速恢复;
4.施工简单快捷,不需要大型机械,不产生噪音和垃圾。
缺点:
1.生态袋护岸存在生态袋中植物种子容易老化和再生的问题;
2.如果生态袋的孔隙过大,在水流的冲刷下,袋很容易将袋带出,造成沉降,影响岸坡的稳定性。但过小的孔隙阻碍了植物根系的延伸,影响了柔性边坡的结构稳定性,降低了渗透性。
6.多孔结构护坡
多孔结构护坡是一种利用多孔砖种草的护坡。常见的多孔砖有八字砖和六边护坡格子砖。这种连续渗透的多孔结构为动植物提供了良好的生活空空间和栖息地,并能在陆地和水之间交换能量。是一种具有“呼吸功能”的护岸。同时,不同植物的根系与坡体交织在一起,对基础坡体形成锚固作用,还具有通风、透水、水土保持和边坡稳定的作用。
优点:
1.形式多样,可根据不同需求选择不同形状的多孔砖,款式更加丰富,满足各种需求;2.多孔砖的孔隙可以用来种草,水下部分也可以作为鱼虾的栖息地;3.它具有很强的水循环能力和抗冲刷能力。
缺点:
1.河岸坡度不宜过大,否则多孔砖容易滑落到河边;
2.河堤一定要坚固,土要夯实,压实。否则,容易因河水的不断冲刷而形成洼地带,造成薄的多孔砖松动而被冲走;
3.成本高,施工不难,但施工工作量大;
4.不适合砂土层,不适合河堤弯曲较多的河流。
7.自嵌式挡土墙护坡
自嵌式挡土墙的核心材料是自嵌式砌块。这种类型的护坡是重力式结构,主要依靠自嵌式块体的自重抵抗动、静荷载,稳定岸坡;同时,这种挡土墙不需要砂浆砌筑,主要依靠后缘自嵌式砌块的锁定作用和自身重量来防止滑动倾覆;此外,在墙高、地基土不良或活载的情况下,添加玻璃纤维土工格栅可以提高整个墙体的稳定性。这种护岸的孔隙之间可以人工种植一些植物,以增强其美感。
优点:
1.防洪能力强,自嵌式挡墙结构层层交错,无需砂浆砌筑,水流可快速进出,减少波浪对墙体的破坏;
2.有层次感,毛孔间的植物长大后可以覆盖墙面,比水泥墙增加了生态感。水面下的孔隙为鱼虾等动物提供了良好的栖息地;
3.节省材料,自重比传统混凝土挡土墙轻;
4.造型多样,以弯、直、景、植为主,满足不同河岸造型的需要;
5.对基础要求低,自嵌式结构灵活,适用于不均匀沉降的基础;
6.抗震性能好,干码竖向错位,与锚杆形成三位一体,水平网格块、滤层、回填土一体化,少数关键连接点为地震力提供附加传递应力路径;
7.施工简单,施工时无噪音,后期拆除方便。
缺点:
1.墙后的土容易被水流带走,造成墙后中间空,影响结构的稳定性,水流过快容易造成墙体坍塌;
2.这种护岸主要适用于直河流,曲率过大的河流不适合这种护岸;
3.弯道需要大量的石料,容易造成凸角,所以这里水流的冲击很大,使用这种护岸有一定的风险。
四.河道生态护坡的景观应用
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