随着国家西部大开发政策的深入, 交通事业蓬勃发展, 我市大兴修建公路, 公路的修建一方面极大地促进了国民经济的发展, 另一方面因为公路是带状建筑物, 涉及面广, 公路的修建不仅占用大量的田、土、森林、荒山, 而且在公路施工中还存在大填、大挖, 破坏了原有地形地貌, 改变了原有土体的平衡结构, 特别是我市地处山区, 地势起伏大, 横坡陡, 公路施工中大填大挖的现象更为普遍。
公路建设对生态环境的破坏具有工程规模大、影响不可逆转、持续时间长、影响范围大等特点。为防止或减少修建公路对环境的破坏, 降低水土流失, 公路边坡防护主要采用传统的浆砌片石护坡的方案进行加固和保护, 或直接采取放缓坡的方式来修建公路边坡, 而大量采用的浆砌片石护坡等防护方式封闭了植物生长的环境, 无护坡的边坡抵御自然灾害的能力较弱, 缺少植物覆盖的边坡, 不利于水土保持, 大量雨水直接冲刷, 加大了对公路边坡的水土流失和破坏, 加大了对道路周边地区的冲刷和破坏, 给农田及周边居民带来不利影响。
采用生物工程边坡防护技术既可以起到加固边坡的作用, 又可以美化公路沿线环境。因此, 探索适宜于秀山气候、土壤、公路边坡特点的生物边坡防治技术, 特别对采用香根草为主的公路边坡综合防护加固技术进行全面系统的研究具有重要的经济、环境价值和现实意义。
目前, 许多公路只能沿用以前传统的防护技术或借鉴铁路部门的经验来实施局部防护, 欠缺综合考虑, 从而为工程埋下隐患, 造成了巨大的经济损失和不良的社会影响, 例如:沈大高速公路鲅鱼圈以南180km长的路段, 后期的工程防治费用占整个工程防治费的80%, 京石高速公路在1997年遇到洪水冲击后, 很多路段出现路基垮塌, 路面悬空的现象, 再如众所周知的昆禄路滑坡等。据交通部统计, 仅1991年因水毁冲毁路基1577km, 冲毁路面43733km, 冲毁桥梁3606座、涵洞40343道、塌方4171万立方, 直接经济损失16.86亿元, 贵阳市列养县乡公路近年来水毁公路损失均在400~500万元。
国内在公路生物防护方面, 西北水保所对此进行了大量的研究, 并在引用美国通用土壤流失方式基础上取得了一系列成果。北京市公路管理处作了一系列公路绿化设计研究, 河南省交通厅与天津大学联合完成了“土工合成材料在郑洛高速公路护坡工程中的应用及绿化研究”, 交通部科技信息所环保部门分别在昆 (明) —曲 (靖) 路, 楚 (雄) —大 (理) 路实施了“生物防护与景观再造工程”等等, 取得了较好的防护效果, 但水对边坡侵蚀冲刷的量化研究仍鲜为报道, 理论上缺乏必要的支持。同时由于不同工程项目的地理气候差异性, 以及公路植物防护与园林专业的交叉相容, 导致了防护物种和设计方案的千差万别, 所以将水对土质边坡的侵蚀冲刷研究定量化, 确定护坡方法的选择原则, 划分不同地区用于公路防护的植物类型及特性, 从而确定最佳综合防护设计方案已势在必行。
欧美等发达国家非常重视生态环境保护, 将环境保护与恢复措施早已纳入公路建设中, 浆砌片石和喷射水泥砂浆护面等破坏自然环境的工艺尽量不采用, 在边坡防护中取而代之的是各种柔性防护和绿化措施。我国过去对公路环境设计不够重视, 特别是低等级公路由于投资不大, 交通量小, 基本未作环境设计, 交通部与水利部就公路环境设计下文要求将环境设计作为公路设计重要组成部分, 采用生物工程边坡防护既可以起到加固的作用, 又可以绿化环境。
因此, 为降低工程造价, 减少或防止道路病害, 保持生态环境的相对平衡, 确保道路的安全与稳定, 急需对公路的边坡综合防护加固技术进行全面系统的研究。
(1) 对影响植物生长的路基边坡坡度、土质及酸碱度、气候、降雨等主要因素进行研究;
(2) 根据公路边坡防护的需要对植物类型的气候适宜性、土壤适应性、抗病性、抗侵蚀冲刷进行评价, 选择适宜的边坡植种类型和组合;
经多年的探索发现, 目前, 在南方最有希望的绿篱植物之一要数香根草。因此, 我们选择了研究种植香根草为边坡防护的植物, 本项目就是通过在水土流失严重的地域栽种香根草, 并配种其他草本, 以达到治理公路的水土流失、加固边坡、绿化公路、维护生态环境的目的。
香根草具有耐高温干旱和耐涝性, 能抵御极度干旱和长时间的水涝, 可在年降雨量200~6000毫米的地区生长。它耐酸碱和贫瘠, 适应土壤PH4~11的大范围, 不管土壤类型与肥力如何, 几乎都能生长。它不仅能在-13℃的低温和50℃的高温下存活下来外, 还能忍耐一定程度的铝毒、重金属、有机化合物、工业污水和生活污水等逆境条件。总之, 香根草具有很强的抗性。
尽管香根草是一种较典型的热带、亚热带植物, 但对气候适应性较强, 具有很强的抗逆性。它被认为是一种顶级演替植物, 数个世纪以来它从多种自然环境中幸存下来, 因此形成了其独特的生理生态机制。香根草具有的耐性:
1) 耐低PH和锰毒在PH值为3.3, 土壤中锰含量578mg/kg, 植株中Mn的含量达890mg/kg时香根草生长也不受影响。
2) 耐铝毒在PH值为3.8, 土壤Al饱和度68%时, 适当施P、N肥香根草仍然能很好生长。
3) 耐盐性香根草具有较高的耐盐性, 当土壤盐渍度ECSC=20ms/cm时, 香根草生长量仅减少50%。夏汉平等研究也表明香根草可抗御ECSC=16ms/cm的高盐渍害。部分原因是深根避开土壤表层的高浓度盐分, 另一原因是根系中含有根油使其可拒盐。
4) 耐碱化土壤在土壤Esp (交换性Na百分比) 为33的强碱土, 施用N、P可大大提高香根草生长量。
5) 耐重金属一些实验结果表明香根草耐重金属性极强。
香根草根系发达, 一般根深2~3m, 最深的达5m左右, 这是普通草本植物难以达到的。另有报道, 香根草根系抗拉强度40~120Mpa (平均75Mpa) , 约相当于一般钢材极限抗拉强度的1/6。同时, 香根草根系数量多成网状而深扎, 与土壤接触面积大, 其固土能力强。通过抗张力、摩擦力和粘附作用等对土壤发挥像钢筋似的增强作用。
马来西亚、泰国、澳大利亚、南非等国已大量将香根草应用于堤坝的护坡和公路、铁路边坡的稳定, 我国在广东、广西、福建、云南、湖南等地已推广种植。
本试验地设在贵州省贵阳市白云区沙子哨至云雾山道路阴家山滑坡比较严重的上、下边坡, 上边坡试验面积6229m2, 坡度30—45度, 土壤为黄壤土, 下边坡试验面积808m2, 坡度为30—45度, 土壤为黄壤土 (夹杂建筑垃圾) , 土质松散, 不稳定。雨后边坡水坑、水槽较多, 易发生坍塌和滑坡。种植香根草前, 每年雨季后边坡坍塌, 道路受阻, 经管养部门设置挡土墙、浆砌护坡, 但依然见效不大, 支挡结构被冲塌。考虑香根草的生物特性拟在该边坡种植香根草对边坡进行防治。达到治理水土流失问题, 是行之有效的一种方法:
(1) 它长势挺立、茎根粗壮、紧硬、且木质化 (像竹子) , 沿斜坡等高线种植香根草, 半年左右就能形成永久性的稠密篱笆, 能减慢雨水径流, 使之分配均匀, 将侵蚀泥沙隔在篱笆之前, 充当防止土壤侵蚀公路边坡的骨架。
(2) 它有强壮的纤维根系, 一年之间一般可深入地下2~3米, 最深可扎入土中达5米, 极系强度很大, 根据有关资料香根草草根直径0.7~0.8mm时的抗拉强度为75MP, 该抗拉强度相当于一般钢材极限抗拉强度的1/6。大量的根系, 增强了土壤的抗剪切能力, 是常规挡墙无法防治的膨胀土公路滑塌方。
(3) 它强大的根系浓密度大的叶子可以通过蒸腾作用减少土壤中的水份 (即土壤抽吸作用) , 有助于增强公路边坡的稳定性。
传统的浆砌工程与固体喷浆工程成本较高, 功效时间短, 属于硬性护坡, 明显缺乏经济效益和生态效益;而以香根草为主体的“生态治理工程”能较好地达到护坡效果。本次阴家山实验地如按传统浆砌工程护坡4915m2, 浆砌护坡单价约60元/平方米, 需要工程费29.49万元, 而香根草治理边坡每平方米约21元, 只需10.32万元, 节约投资约60%。
阴家山上边坡和下边坡运用香根草治理滑坡, 据我们观察, 2个月后香根草开始成绿篱带, 4个月后茂密的绿篱带已建立起来, 高达1.5~1.6m, 根深达1.5m。使水土流失得到有效控制, 在草带上方泥砂淤积平均高度6~8cm, 而没有绿篱带的对照边坡表层2~3cm的土层均被冲走。治理之后原来的红土坡变成茂密草丛, 对稳定边坡和道路绿化起到很好作用。
摘要：针对公路边坡地质灾害情况, 提出采用有别于物理工程的生态技术治理公路边坡。利用绿色植物香根草为代表生物工程治理边坡, 香根草以其生长快、根系发达的特点, 防治边坡水土流失和滑坡, 达到投资少见效快、绿化与治理双赢的效果, 符合绿色环保及可持续发展的理念。
关键词：生物工程,生态技术,水土流失,边坡治理
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