植物型生态护坡在河道治理中的应用.pdf
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1、 年 月水运工程 第 期 总第 期 植物型生态护坡在河道治理中的应用范昕然 王海琳(中交(天津)生态环保设计研究院有限公司 天津)摘要:针对河道治理工程 分析传统硬质护坡的缺陷及弊端 阐述植物型生态护坡的优势及特点 探讨了植物型生态护坡的作用机理 结合国内河道治理的工程经验 系统分析了国内常用的几种植物型生态护坡技术 提出每种技术的工艺特点及适用性 依托具体的河道治理工程实例 从工程造价、抗冲刷能力、整体性、地形适应性、适用特点等多角度 评价植物型生态护坡技术不同工艺的优缺点 结果表明:)植物型生态护坡是一套完整的生态系统 是由水土植物共同相互作用所形成的)其作用效应机理包括水文作用效应和力学
2、作用效应)目前国内河道治理工程中常用的植物型生态护坡技术 其适用范围及应用特点各不相同)松花江流域某二级支流的河道治理及生态修复工程采用空心六角块植物型生态护坡与格宾块石植物型生态护坡材质 具有较强的适用性及推广性关键词:河道治理 植物型生态护坡 作用机理 工程应用中图分类号:文献标志码:文章编号:().收稿日期:作者简介:范昕然()男 硕士 工程师 注册土木工程师(港口与航道工程)一级造价工程师 从事水运工程设计及咨询工作水 运 工 程 年 植物型生态护坡技术植物型生态护坡是指依靠植物根系良好的持土作用 使坡面上的土壤颗粒抗侵蚀能力增强从而保证河岸边坡的安全稳定 达到以生态措施治理河道的目的
3、 建设植物型生态护坡工程 首先必须保证河道的正常防洪、排涝及通航功能其次应尽量与周围的环境相协调 确保生态平衡传统的硬质护坡常常会出现以下弊端:修筑过程中消耗大量石矿、砂矿 项目成本较高 地表径流夹带污染物较多 水资源浪费严重 亲水性下降 隔断生物交流 水体自净能力下降 水质易发黑发臭等相较于传统硬质护坡 植物型生态护坡在提升河道景观、改善河道水流流态、防止边坡冲刷上更具有优势 随着技术的进步 河道治理工程正在向生态型、资源型、促进人与自然和谐的方向发展 植物型生态护坡作用机理.水文作用效应.降雨截留减少飞溅和侵蚀降雨落在植物型生态护坡后 一部分被植物截留 另一部分下落到坡面或重新蒸发到大气中
4、植物对雨滴的下落有一定的阻挡作用 可以减弱雨滴直接对坡面的侵蚀 减少土颗粒的飞溅 .减少土粒流失受坡面径流和降雨的影响 坡面往往会出现片蚀、沟蚀 甚至溶蚀 植物在土壤中生根 引起土壤自身结构发生变化 有效阻碍雨滴溅蚀 减缓了坡面径流 最终改善了坡面的土粒流失现象 植被覆盖率越高 土壤流失率越低 成指数负相关.植物蒸腾作用边坡是否稳定与坡体内孔隙水压力有关 根据土力学的有效应力原理 有效应力和土的抗剪强度计算公式为:()()式中:为有效应力()为总应力()为孔隙水压力()为土的抗剪强度()为土的有效黏聚力()为土的有效内摩擦角()植物的蒸腾作用引起边坡中孔隙水压力降低从而在总应力不变的情况下 有
5、效应力得以提高土体的抗剪强度增大 边坡土体更加稳定.力学作用效应.根茎的加筋作用土中植物根茎错综交织、延伸生长 植物根系相当于三维加筋材料 根据 准则根茎的加筋作用 在拉应变方向提供拉力 对边坡土体产生压力 形成一定的约束作用 限制了边坡土体的侧向变形 相当于对土体侧向施加了围压增量 使最小主应力 增至 最大主应力 亦相应增加 莫尔应力圆向右平移 见图 因此 有植被边坡土体的强度包线相较于无植被边坡土体的强度包线向上平移了一段距离 即根茎的加筋作用 增加了边坡土体的黏聚力 值 强度包线向上平移 抗剪强度提高、的大小与根系强度、分布特性、密度及土壤性状有关()()式中:为土的黏聚力增量()为最小
6、主应力增量()为土的内摩擦角()图 有无植被边坡土体的莫尔应力圆及强度包线.茎叶的防冲刷作用河道的平面冲淤变化规律可以概括为凹岸冲刷、凸岸淤积 随着多年的水流冲刷 河道凹岸侧曲率半径会逐渐增大 若不增加边坡的防护措 第 期范昕然 等:植物型生态护坡在河道治理中的应用施 水流会逐渐淘刷边坡土体颗粒 最终导致裁弯取直、河道向稳定流态方向发展 植物的茎叶在坡面上交错盘结生长 当河道水流经过 或者船行波传播发生破碎时 具有一定的摆动、壅水、抗冲刷和消耗波能效应 尤其是透空多孔型植物型生态护坡 效果更加显著.根系的锚固作用植物的根系穿过坡面表层土进入坡体较深土层 由于根系具有一定的刚度、与土体之间产生摩
7、擦阻力 经力学模型简化后 相当于预应力锚杆的作用 随着时间推移 根系生长越发茂密这种根系的锚固作用和侧阻效应亦越发明显 根系的抗拉强度 的计算公式为:()式中:为根系的直径()、为根系的经验参数 对于直径 的各类根系 其抗拉强度为 植物型生态护坡的应用.人工植被生态护坡人工植被生态护坡采用人工铺设草皮或撒播草籽的方法 实现快速成坪、边坡覆绿 从而保护河道的自然属性 见图 图 人工植被生态护坡结构形式施工顺序为:边坡修整松土除杂撒种覆盖施肥、养护草块移植铺设该工艺优势为:)适用于水流速度小于 的河段 且岸坡坡比小于 )人工草皮可平铺、斜铺 地形适应性强)施工工艺简单且不需要配备大型设备 季节气候
8、制约少 造价低廉该工艺不足之处为:)通常情况下 植物在种植初期抵抗冲刷能力较弱 初期管理工作量较大)抗冲刷保护能力较弱)播撒草籽施工时常会出现播撒不均、成活率低、易被雨水冲走等现象 伴随坡面冲沟、表土流失等边坡病害造成大量的边坡病害整治及修复工作 施工后期养护管理难度较高.土工材料植物型生态护坡土工材料植物型生态护坡由土工合成材料、种植土和植被 部分组成(图)利用土工合成材料固土护坡 并在其中复合种植植物 自然生长形成植物型生态护坡 常用土工合成材料包括土工袋、土工格室、土工网垫、土工格栅和水保植生毯等 施工顺序为:清理坡面施底肥钉设网垫回填种植土喷播草籽洒水养护图 土工材料植物型生态护坡结构
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