香根草-铰链式混凝土块护岸系统机理分析
Analyses of mechanism of Vetiveria zizanioides-hinge jointed concrete bank protection system
程龙飞，孙树林，裴洪军
(河海大学 地质及岩土工程系，江苏 南京 210098)
摘 要：铰链式混凝土块护面系统因为对小规模变形具有高度的适应性，本身强度、密实度大，具有很强的抗冲击能力而被护岸工程广泛运用。香根草具有纵深发达的根系系统，具有较高的锚固力和抗剪力。通过在开孔的铰链式混凝土块铺面系统中种植香根草,其根系在基土中盘根错节,使基础土体成为土与草根的复合材料，草根可视为三维加筋材料，使土体强度提高；更有利于护岸防冲系统的稳定。基于条分法的基本原理，对根系加固堤岸机理进行了较为详尽的分析。
关键词：香根草；铰链式混凝土块；防冲护岸系统
中图分类号：TV 431 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2005)05–
作者简介：程龙飞(1977– ),男，河海大学博士研究生，主要从事岩土工程和地质工程方面的科研工作。
CHENG Long-fei, SUN Shu-lin, PEI Hong-jun
(Department of Geological and Geotechnical Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China)
Abstract: Hinge jointed concrete facing system is extensively used in bank protection engineering because of its good applicability to small-scale deformation and its high strength, intense compactness and strong shock resistance. Vetiveria zizanioides with strong deep roots have better anchoring force and shear resistance. Vetiveria zizanioides grow in ringent hinge jointed concrete extending system, and its roots are interlaced and make foundation soil into compound materials of soil and roots, but grass roots are considered as three-dimensional reinforced materials which increase soil strength and the stability of bank protection. Based on the theory of slice method, the mechanism of reinforcement with roots is analyzed.
Key words: Vetiveria zizanioides; hinged joined concrete; bank protection system
0 引 言
目前在堤防工程中刚性护坡铺面主要有现浇混凝土、沥青混凝土、浆砌块石、乱石堆、泥灰土等做成的防侵蚀护面，它们都存在下面一些致命的缺陷：总体成本高；不易种草、绿化；耐久性差，对渠道小规模变形的适应性差，遇到不好的土质、沉陷、膨胀土、堤防塌陷、结冰隆起或水的扬压力时容易发生局部破坏或结构不稳定性；刚性衬砌面一旦发生局部破坏，容易发生大面积的破坏，易导致下面的土壤侵蚀，因为宽大的破碎板块在水流作用下很容易移走；刚性衬砌的修补比较贵并且施工不方便。传统的柔性护面系统如网状织物或防护垫一般成本低，渗透性好，为当地动植物提供更好的生长环境，但是它还是存在下列缺点：大多数网状织物或防护垫只为植被提供加固作用，所以施工最终覆盖面层时安全性不宜保证，植被本身全面生根后才对基土提供防冲蚀保护；网状织物或防护垫抗水流应力的能力有限，为减少衬砌面上水流的牵引力必须增加过水道的几何尺寸或者减少边坡坡度[1~3]。这样由于防护措施不当而加大的工程投资；这种主要依靠植被来保护土壤的衬砌措施不适合长期淹没或持续流态下工作。铰链式混凝土块是由一组尺寸、形状和重量一致的预制混凝土块，用一系列经过每个块体内部的预制孔内的横向绳索相互连接，而形成的连锁型柔性矩阵。压实整平的土基上面铺好符合土质要求的反滤土工布后便可摊铺铰链式混凝土块。铰链式混凝土块结合了传统柔性护坡系统的优点，如：渗水、柔性、能植草并改善生态环境，和传统刚性护坡系统的防冲刷、稳定、抗高切应力等优点。铰链式混凝土块施工方便快捷，所以可以节省总工程投资。更具体讲，与其它护坡措施相比采用铰链式混凝土块护坡系统长期经济效较好。因为它耐用持久，大大节省后期维修费用。通过在开孔的铰链式混凝土块铺面系统中种植香根草,其根系在土中盘根错节,使基础土体成为土与草根的复合材料，草根可视为三维加筋材料，使土体强度提高；香根草还可以通过吸收和蒸腾坡体内水份，降低土体的孔隙水压力，提高土体的抗剪强度，有利于坡岸的稳定；它还能拦截高速下落的雨滴，减少能量及土粒的飞溅，控制土体流失[4]。
1 香根草篱护坡的优点
香根草又名岩兰草，是一种多年生的禾本科植物，也是迄今为止所发现的最理想的水土保持绿篱植物之一。香根草具有纵深发达的根系系统，栽植1～2 a就能产生2～3 m，甚至深达5 m的根系，堪称是“世界上具有最长根系的草本植物”。而且该植物的根力强大，是软钢的1/6，能牢固的固着土壤。香根草的地上部分又簇生成丛，且分蘖迅速。因此等高密植，则很快就能形成牢固而致密的绿篱带，从而产生相当理想的水土保持效果[5,6]。
1.1 抗逆性强，适应性广
香根草能耐－100C严寒及500C高温酷暑，能抗严重干旱及水淹，既能种植于干旱的山坡，也可生长于河岸边富水土壤，因此，在治理各种边坡病害时基本都能适用。
1.2 生长分蘖迅速
分蘖后形成草篱如果种植得法，半年后香根草就可高达80～100 cm，并由原来每蔸2~3分蘖，当年就可以形成30～40分蘖的大丛。如果按15～20 cm丛距带状种植，年内即可形成繁茂草篱，有效地截阻坡面径流，缓解冲刷，减少水土流失。据资料，繁茂草篱可减少径流73％，降低土壤流失达98％。
1.3 根系发达，固土能力强
香根草以根系发达，且根扎土壤的优点而被广泛应用。一般香根草草根深2～3 m，最深的达4～5 m，这是普通草本植物难以达到的。根据测试结果，香根草根的直径在0.2～0.22 mm范围内时，其抗拉强度平均为18～40 MPa，其中草的直径为0.7～0.8 mm时，其抗拉强度为75 MPa。
1.4 技术简单，经济合理
种植香根草不同于工程治理，经过简单的技术培训后一般工人容易学会操作。香根草绿篱护坡成本低，同铺草皮相当，但种植后管理费用少，一旦形成篱笆后，几年内不需要维护，而且，由于香根草适口性不佳，不会被家畜采食。香根草对病虫害强大的抵抗力，其根内所含挥发性芳香油可驱赶鼠类及其它有害动物[4]。
1.5 净化环境
香根草较强的抗污能力，对较高浓度污水有较好的净化效果。根系的吸收作用外和根系的吸附；对污染土体中N，P，Cl和重金属等污物有较强的吸收效果[7,8]。
2 香根草-铰链式混凝土块复合生态护岸系统的形成过程
2.1 铺设铰链式护坡块
土基表面必须压实平整；平整好的表面不能走人或仪器，以免影响其平整度。在基土表面铺设符合当地土质要求的反滤土工布，最好用编织土工布。为提高施工精度和速度，一般在生产厂或就地把铰链式混凝土块用绳索连接成适合本工程大小的混凝土垫子，并利用起重机和专用展延栅一次性安装到已准备好的土基上。边坡上铺的铰链式混凝土垫子在顶部必须把一部分混凝土块埋入土内并其系索锚固在土内，底部则可以挖壕沟把一部分混凝土块埋进土内或者一定长度的混凝土垫子摊铺在河底表面上。在正常水位线以下的部分，铺好混凝土块后，在其空隙和开孔内填满级配碎石。
2.2 定植种苗
种苗质量直接影响香根草的成活与长势，因此，要选用优质种苗。选择茎拨节坚硬，基部茎节有多蘖芽且根系发达较粗的0.5～1 a的壮苗。定植前做好分苗工作，分苗应注意将每丛从易撕开的地方分开，直至每蔸2～3蘖，以提高种苗的利用率，然后用种植土、稀粪水搅拌成泥浆根。在正常水面以上，铰链式护坡块表面可以摊铺一层天然土。计算好间距，在开孔连锁型护坡块的每个孔中（根据实际情况也可种植在块体间隙中）种植2～3蔸。一般以种植3～4 cm深的最好，不易种植太深[4,9]。
2.3 前期养护与管理
虽然香根草耐瘠、抗旱、生命力强，为保证香根草草篱能尽快地形成，种植前期仍然需要浇水，根据苗情适当追肥，春季施复合肥，秋末施尿素，施用量15 g/m2，以提高御寒能力，安全过冬。当多数茎蘖进入孕穗旺长期，宜刈割留高20～30 cm，促进生长，加速分蘖[9]。










4 结 语
香根草-铰链式混凝土块不是挡土墙，它只是一种防冲护面系统，最好在自然稳定的土坡上用。考虑到防冲护面系统对增加边坡稳定方面的能力，最大边坡坡度宜为1:1。香根草适应性广、抗逆性强、易种植、易成活、易管理、极少滋生或传播病虫害，这些优点是一般水土保持植物所不及的；由于香根草具有较高的锚固力和抗剪力，香根草-铰链式混凝土块复合生态护岸系统抗漂浮能力、抗掀起能力和抗顺坡下滑能力都大幅度加强。作为功能性草种，其在护岸防冲系统的适用性无容置疑。香根草-铰链式混凝土块复合生态护岸系统随着时间的推移，香根草的根系将会进一步发展，更加牢固的吸护着土壤，使挡墙的稳定性进一步提高；在铰链式护坡块的表面形成牢固而致密的绿篱带；使之成为绿色大堤、生态大堤。
参考文献：
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