植香根草在委內(nèi)瑞拉鐵路路基邊坡防護(hù)的應(yīng)用

肖發(fā)明

(中國中鐵國際集團(tuán)有限責(zé)任公司委內(nèi)瑞拉分公司, 北京 100039)

植香根草在委內(nèi)瑞拉鐵路路基邊坡防護(hù)的應(yīng)用

肖發(fā)明

(中國中鐵國際集團(tuán)有限責(zé)任公司委內(nèi)瑞拉分公司, 北京 100039)

介紹了植香根草護(hù)坡在委內(nèi)瑞拉北部平原鐵路路基邊坡防護(hù)中的應(yīng)用，說明香根草具有的根系強度高、生長快、適應(yīng)性強等特點，適應(yīng)委內(nèi)瑞拉當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境及土質(zhì)條件，并取得了較好的加固防護(hù)效果，同時也取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

委內(nèi)瑞拉; 鐵路； 香根草； 邊坡； 防護(hù)

鐵路路基邊坡防護(hù)直接影響列車運行安全。土質(zhì)路基邊坡如不防護(hù)，在雨季很容易產(chǎn)生坍塌和沖刷。為此，在路基邊坡防護(hù)中通常采用片石、混凝土預(yù)制塊進(jìn)行護(hù)砌或做成骨架并在中間種植綠色植物進(jìn)行防護(hù)?？赡艿那闆r下也直接鋪設(shè)草皮、栽種小灌木、掛塑料網(wǎng)格噴播植草等進(jìn)行防護(hù)。前者叫硬防護(hù)，后者屬于綠色防護(hù)，成本低，也可美化環(huán)境。

香根草是禾本科香根草屬密叢狀多年生草本植物。其抗逆性強、適應(yīng)性廣、速生快長、生物量大、分蘗多、成籬速度快，根系(網(wǎng)狀)發(fā)達(dá)深扎，具優(yōu)良的力學(xué)特性,防沖固土力強。一經(jīng)種植成籬，既保持水土，還猶如“鉚釘”固結(jié)土壤保護(hù)斜坡。成為舉世聞名的水土保持、固土護(hù)坡的“神奇之草”，被國際評估委員會評為全球71項可持續(xù)發(fā)展技術(shù)最優(yōu)秀者[1]。能適應(yīng)各種土壤環(huán)境，強酸強堿、重金屬和干旱、漬水、貧瘠等條件下都能生長，香根草沒有根莖或匐伏莖，故不會成為農(nóng)田雜草。

1 香根草工程特性

1.1 生物特性

香根草系禾本科植物，壽命達(dá)50年以上，具有極強的生態(tài)適應(yīng)性及抵抗能力，香根草地上部分密集叢生，莖干堅硬直立，成熟時株高1.5～2 m，地下部分具有縱深發(fā)達(dá)的根系，一般可達(dá)2～3 m，個別達(dá)5 m，其穿透力強，可穿透5 cm的瀝青混凝土，也可穿透13 cm的硬磐，深度可達(dá)74 cm，對風(fēng)化巖石、卵石均能扎根生長。

(1)適應(yīng)性強。

香根草可耐55℃高溫，也可抗-15℃的低溫。香根草在8℃時開始萌芽生長，在日均20℃～30℃時生長最快。國內(nèi)種植經(jīng)驗表明，在贛龍鐵路花崗巖風(fēng)化碎屑砂土上的香根草，夏天在地表溫度50℃以上，仍生長良好[2]。

在年降雨量300～6 000 mm 的地域都能生長，在較潮濕的土壤生長最好，在完全水淹情況6 個月也不會淹死。另一方面它也耐旱。

香根草對土壤要求不高，只要有少量黏粒都能生長。香根草耐酸堿，在pH值3～10.5 范圍都能生長。耐鹽漬性，當(dāng)土壤鹽漬度為20 ms/cm時，生長量僅減少50%，耐重金屬污染物，去污凈化能力強。

(2)不易燃燒。

(3)抵抗力強。

香根草含揮發(fā)性芳香油,對病蟲害有較強抵抗力，可驅(qū)趕鼠類等有害動物，對牲口適口性不佳。

(4)不會漫長成害。

香根草種子不發(fā)育,不會就地蔓延，其根系有固氧作用。

1.2 工程特性

一般植物的根系可通過張力、摩擦力和膠結(jié)作用等來固結(jié)土體。而香根草的根系特別發(fā)達(dá)、密度大，穿透力強，可扎入深層土壤，而其抗張強度又大大高于其它植物的根系。土壤由于根系的介入，提高了土壤的抗剪強度。根系越多，抗張強度越大。

2 香根草防護(hù)路基邊坡機(jī)理分析

香根草成為防治土壤侵蝕、提高斜坡穩(wěn)定性的世界公認(rèn)首選理想植物，在于：

(1)香根草長勢挺立、莖桿堅硬、生長旺盛,3～4個月可基本長成籬笆,從而發(fā)揮減緩侵蝕、阻檔泥沙的作用；

(2)根系發(fā)達(dá)、網(wǎng)狀交錯深扎土體，一年間一般可深入地下2m～3m，隨著生長年限伸延，根系越長越深，最深可超5m；

(3)濃密長大的葉子，光合蒸騰作用大。在民用建筑中坡地坡度大，香根草籬垂直行距與農(nóng)田相比更近，多為1 m以下，因而水分散失更大。一旦草籬形成，其強大的蒸騰作用對斜坡的穩(wěn)定更有利；

(4)根系抗張力強，據(jù)測定其抗張強度為40～180 MPa，平均75 MPa，相當(dāng)于同等軟鋼材抗張強度的1/6[3]。

由此，香根草護(hù)坡原理是：香根草發(fā)達(dá)深扎的根系在土層內(nèi)形成一排排抗滑的“生物樁”，猶如活的“鉚釘”，大大加強土體抗剪強度，從而固結(jié)土壤，防止淺層滑坡；同時發(fā)達(dá)的根系交錯連接，形成高密度的地下網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對土體發(fā)揮像鋼筋似的增強作用而阻擋塌方；在地表上香根草籬濃密、堅硬的莖葉形成“籬笆墻”而攔截地表徑流；蒸騰加快了土壤的固結(jié)和硬化；莖葉的覆蓋有效地緩沖雨滴的擊濺力、減緩地表雨水的沖刷力，防止表土流失。從而達(dá)到保持水土、抗滑、固土護(hù)坡的目的。

3 工程概況

委內(nèi)瑞拉位于南美洲大陸北部，國土面積91.67×104km2。除山區(qū)外，基本上屬熱帶氣候。奧里諾科平原位于委內(nèi)瑞拉北部，全年氣候炎熱，具有明顯的旱季和雨季，年降水量1000～1400 mm，暴雨主要集中在6～11月，具有強度大、持續(xù)時間長的特點，雨季降雨量占全年降雨量的80%以上。

委內(nèi)瑞拉北部鐵路(TINACO～ANACO)，全長468 km，區(qū)間路基長420 km左右，屬于典型的平原鐵路，基本為淺丘平原區(qū)，地形較為開闊平坦，局部地段微有起伏，地表上覆厚層黏土(多具弱～中膨脹性)、粉土；下伏黏土巖、砂巖夾頁巖，(也多具弱膨脹性)。平原區(qū)中偶有局部地方出露厚薄不均的透鏡狀砂卵石層。根據(jù)上述地質(zhì)、地貌條件及通過與噴播植草護(hù)坡防護(hù)的性價比, 擬定在委內(nèi)瑞拉北部鐵路采用香根草防護(hù)系統(tǒng)對路基邊坡進(jìn)行防護(hù)。

4 路基邊坡防護(hù)設(shè)計方案

(1)設(shè)計原則。為了進(jìn)一步與自然環(huán)境相協(xié)調(diào),需加大植草面積, 減少圬工體積,同時提升經(jīng)濟(jì)效益。路基防護(hù)形式的選定除了考慮工程自身需要外,還要排水工程、綠化工程有機(jī)結(jié)合, 形成統(tǒng)一的整體。

(2)設(shè)計方案。路塹邊坡高度H≤6.0 m的一般路段, 采用植香根草防護(hù)。路塹邊坡高度6.0 m

5 現(xiàn)場實際應(yīng)用情況

(1)k164+100段路基為挖方段，挖方設(shè)計深度約為5 m，邊坡坡率為1∶1.75，挖方右側(cè)邊坡上覆蓋約1 m厚粉質(zhì)黏土及鵝卵石層，具有滲水性，下覆頁巖，地層巖性為第三系黏土巖，中～強膨脹性。設(shè)計邊坡防護(hù)形式為植香根草護(hù)坡，采用等高線種植法，每50～80 cm行距，設(shè)一處30～50 cm 寬的平臺，挖穴，穴深10 cm，穴與穴的間距為20 cm×20 cm,呈品字型布置。經(jīng)過至少1 a時間，且經(jīng)過一個完整的旱季和雨季的檢驗，邊坡穩(wěn)定性良好，說明邊坡得到有效加固(圖1)。

圖1 k164+100段右側(cè)植香根草防護(hù)

(2)k166+300段路基為挖方段，挖方設(shè)計深度約為12 m，一級邊坡坡率為1∶1.75，從側(cè)溝平臺向上8 m處設(shè)有2 m寬平臺，平臺以上二級邊坡坡率為1∶1.75，該段路基右側(cè)邊坡上覆黏性土，多具有膨脹性，下覆頁巖，具有中等膨脹性。設(shè)計邊坡防護(hù)形式為拱形截水骨架內(nèi)植香根草護(hù)坡，采用等高線種植法，每50～80 cm行距，設(shè)一處30～50 cm 寬的平臺，挖穴，穴深10 cm，穴與穴的間距為20 cm×20 cm 呈品字型布置。經(jīng)過至少1 a時間，且經(jīng)過一個完整的旱季和雨季的檢驗，邊坡穩(wěn)定性良好，說明邊坡得到有效加固(圖2)。

圖2 k166+300段右側(cè)植香根草防護(hù)

6 經(jīng)濟(jì)效益評價

表1為委內(nèi)瑞拉當(dāng)?shù)馗鞣N邊坡防護(hù)措施實際單價對比分析。

表1 各種防護(hù)形式經(jīng)濟(jì)對比 玻利瓦爾,Bsf

從表1中可以看出，植香根草每1 m2價格為18 Bsf，噴播植草每1 m2價格為54 Bsf。委內(nèi)瑞拉北部鐵路全線植香根草護(hù)坡面積約460.6×104m2,相比噴播植草可節(jié)約工程成本約1.66×108Bsf。

現(xiàn)場實際情況表明，在委內(nèi)瑞拉北部鐵路采用香根草防護(hù)系統(tǒng)對路基邊坡進(jìn)行防護(hù)取得了較好的加固防護(hù)效果，而且成本較其它邊坡防護(hù)措施成本較低，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

7 結(jié)論與建議

(1)植香根草護(hù)坡在委內(nèi)瑞拉北部鐵路種植后，生長良好，適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境及土質(zhì)條件。

(2)路基邊坡經(jīng)植香根草加固防護(hù)護(hù)坡，經(jīng)過至少1 a時間，且經(jīng)過一個完整的旱季和雨季的檢驗，邊坡穩(wěn)定性良好，取得了較好的加固防護(hù)效果。

(3)通過植香根草護(hù)坡與其它邊坡防護(hù)措施比較得出，植香根草的成本較噴播植草低，是一種經(jīng)濟(jì)有效的的邊坡防護(hù)措施，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 徐禮煜.中國香根草網(wǎng)絡(luò)與香根草技術(shù)的進(jìn)展[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1998

[2] 陳子明.香根草在鐵路路基邊坡防護(hù)中的機(jī)理和應(yīng)用[J].安徽建筑，2009,(2)：122-125

[3] Diti Hengchaovanich.香根草在穩(wěn)定護(hù)坡與控制侵蝕上的作用[M].熊國炎,譯.曼谷：環(huán)太平洋地區(qū)香根草網(wǎng)絡(luò)技術(shù)叢書，1998

[4] 管天保.香根草在坡面防護(hù)工程上的應(yīng)用[J].上海鐵道科技,2002,(4)：42-43

[5] 劉志軍.委內(nèi)瑞拉北部高速鐵路工程地質(zhì)特征分析[J].路基工程，2011,(6)：33-36

[6] 陳永.中國與委內(nèi)瑞拉鐵路路基設(shè)計比較分析[J].高速鐵路技術(shù)，2011,(10)：40-43

[7] 建技[2003]7號 鐵路路基邊坡綠色防護(hù)技術(shù)暫行規(guī)定[S]

肖發(fā)明(1963～)，男，工學(xué)學(xué)士，高級工程師，長期從事鐵路、公路工程設(shè)計、施工和工程管理技術(shù)研究。

U213.1+3

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[定稿日期]2015-01-21