环境工程
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我国边坡绿化技术的发展及应用现状

随着我国经济快速发展,城镇化进程不断加快,与之相伴的大量工程建设活动造成大规模的挖方、填方,形成大量裸露边坡[1]。坡面植被往往对边坡岩土体形成锚固效应、水文效应和生态效应[2],一定程度上提高了边坡浅表层稳定性,对消除坡面流滩、浅层滑动、崩塌落土等地质灾害具有重要意义。边坡绿化技术的发展源于草坪技术的发展和应用,其源于亚洲,兴起于欧洲,发展于美洲[3]。时至今日,边坡绿化已成为一个涵盖多学科(工学、农学、美学)的综合技术理论体系,并严格遵循着安全性原则、协调性原则、永久性原则和经济性原则。此外,边坡绿化理论与技术的发展更是顺应了当今中国可持续发展的道路,其未来仍具有巨大的发展潜力与生命力。因此,回顾我国边坡绿化技术研究的发展历程、总结典型边坡绿化技术、展望该技术未来发展趋势对进一步完善边坡绿化技术理论体系具有重要指导意义。

1 我国边坡绿化技术研究的发展历程

笔者将我国边坡绿化技术研究的发展历程分为3个阶段,即初步开拓阶段、缓慢探索阶段和高速发展阶段。

1.1 初步开拓阶段(20世纪80年代~90年代初期)

相较西方发达国家,我国对边坡绿化技术的研究较晚。同为亚洲国家的日本,早在20世纪30年代就开始了对边坡绿化技术的研究,并在20世纪80年代就已取得卓著的研究成果[4]。就我国而言,专门针对边坡绿化技术的研究始于20世纪80年代。该阶段边坡绿化的目的较为单纯,即通过种植草本植物实现边坡快速绿化。但并未深入探寻植被-边坡相互作用机理,主要依靠经验对边坡进行绿化设计和施工。因此,该阶段的边坡绿化技术暴露出大量缺点,如植被适应能力差、绿化效果不显著、环境融合度低等。

1.2 缓慢探索阶段(20世纪90年代初期~90年代末期)

由于先前的边坡绿化实践积累了大量经验教训,同时随着发达国家先进技术和相关理论的发展、传播,我国对边坡绿化的观念开始转变。该阶段边坡绿化所使用的植被不再局限于单一的草本植物,乔木、灌木和藤本植被也逐渐应用于边坡绿化工程中。此外,为解决某些植被适宜性不强的问题,当地的植被品种也越来越广泛地应用到工程实践中。

1.3 快速发展阶段(20世纪90年代末期至今)

缓慢探索阶段的一系列研究成果和工程实践为近10年边坡绿化技术的快速发展奠定了坚实的基础。同时,随着非饱和土力学等相关学科前沿理论和诸如SEM、XRD等先进技术设备在国内的兴起、运用,关于边坡绿化机理的研究变得更为深入,研究中所考虑的作用因素也更加多元化、具体化。如香港科技大学吴宏伟教授[5]对大气-植被-土体之间相互作用的机理进行了深入研究,并形成了完整的理论体系。该理论认为植被的蒸腾作用可以增强边坡表层土体的基质吸力,从而增强浅层土体基质吸力,以提高边坡稳定性。此外,微生物在边坡绿化过程中的作用机理也得以揭示,其认为某些微生物可显著提高植物根系的抗拉强度,从而强化其加筋作用[6]。

2 我国典型边坡绿化技术

基于我国地质、地理及工程特点,并经过30余年的发展,我国逐渐探索出铺草皮、三维植被网、液压喷播植草、挖沟植草、植被混凝土、骨架植被护坡一系列较为成熟的边坡绿化技术。

2.1 铺草皮边坡绿化技术

即将培育优良的整块草皮铲起,并在坡面按一定大小规格重新铺盖,以达到快速绿化边坡的目的[7]。该技术适用范围较广,广泛用于各类土质边坡和强风化岩质边坡。一般选择根系发达、叶茂耐旱的草种铺植,但在铺植完毕后仍应定期养护,保持水源充足。此外,草本植物根系发育程度有限,易受坡面径流冲蚀,往往只能对边坡表层土体起到加固作用,故要求边坡自身稳定性较好。

2.2 三维植被网边坡绿化技术

三维植被网以热塑性树脂为原料,经挤压、拉伸等工序形成相互缠绕,在接点上相互熔合,底部为高模量基础层的三维立体网垫[8]。该技术是在铺草皮边坡绿化技术的基础上发展来的,除具备铺草皮绿化技术的特点外,三维植被网技术还具有固土性能优良、消能作用显著、网络加筋突出和保温功能良好的优势[9]。

2.3 液压喷播植草边坡绿化技术

液压喷播植草指将草种、木纤维、肥料及所需的化学药剂的混合水溶液(悬浊液)用喷播机喷射到坡面上[10]。该技术本质上是对边坡绿化工序进行了改进,使播种、覆盖、施肥同时完成,且实现了所有工序的机械化和自动化。混合溶液(悬浊液)所含的粘着剂可使草种及养料粘附在坡面表层,而所含的染色剂可以标识已喷洒覆盖的区域,以免出现重复喷洒、漏喷,显著提升了绿化效率。