益湛鐵路全風化花崗巖根土直剪試驗

馬華福，周 乾

（1.南廣鐵路有限責任公司，高級工程師，廣西 南寧530003；2.桂林理工大學 高等職業技術學院，講師，廣西 桂林541001）

許多學者對植物加固機理的研究，更多地側重于探討根的強度、根-土相相互作用以及植被與邊坡侵蝕、淺層穩定性的關系，能方便應用于工程實際中的卻很少。本文通過采集益湛鐵路DK393+420～+630（夏郢圩-梧州北站）植被防護前坡面淺層的風化花崗巖土樣試驗段數據，較系統地研究根數、根的方向、根的死亡對土的抗剪強度的影響。為在全風化的花崗巖中，如何正確選擇種植具有耐旱、耐貧瘠、少維護、低成本的植物種類及正確的種植，從而達到防護鐵路線路邊坡和建設綠色環保鐵路的目的。

1 抗剪強度試驗方案設計

試驗工點（益湛鐵路DK393+420～+630）位于廣西區西北部，丘陵地貌，相對高差20～30 m，坡面橫坡20°～30°，植被較發育，為稀疏生長的雜樹，溝槽地段地表多已辟為水田或旱地。線路以中心填方高0～17 m的路堤通過2條寬緩溝槽地段，以挖方0～20 m經過兩斜坡地段后跨入桂江特大橋。采樣巖性為花崗閃長巖（γδ52），灰、灰綠色，風化后呈棕紅、棕黃色，全風化層厚度大于20 m，巖性為中密狀的砂土狀及較堅硬的土柱狀，母巖結構尚清晰，質軟，手捏即散碎，屬Ⅲ級硬土。

1.1 土樣選取 因益湛鐵路梧州段全風化花崗巖主要為粗粒狀，為消除顆粒不均對試驗結果產生的誤差，實驗土樣采用砂質粘土。取砂質粘土，在含水量較小時，將土過2 mm孔篩子，將細粒土放入盆中，并加水進行重塑，放置到合適含水量時進行直剪試驗。

1.2 植物根選取 針對全風化花崗巖養分貧瘠、保水性差，以及鐵路點多線廣，很難對邊坡植物進行維護的特點，選擇耐旱、耐貧瘠、少維護，甚至于護坡后不維護、成本低的草木、灌木品種，而狗牙根草本植物具有以上特性。因此，選用生長6個月且根直徑為0.6～1.0 mm的狗牙根的粗根進行試驗。

1.3 實驗組數 為了使試驗數據有代表性及滿足研究分析數據的要求，根據根數、根的方向、根的死亡對土的抗剪強度的影響，共進行了20組直剪實驗。實驗土樣的含水量為25.1%～26.7%，平均為25.8%，土樣的平均密度為1.80 g/cm3。

1.4 實驗方法 根據土工試驗規程，用環刀取樣，分以下2種情況制作試樣：

1）接用環刀取樣，用電子稱將每個試樣中土凈重控制在確定的值；

2）環刀取樣，并用縫衣針將根穿在土樣上，根據需要，要做斜根（與剪切面成45°）和直根（與剪切面垂直）2種土樣，然后用電子秤來將每個試樣中土凈重控制在確定的值。在某一個含水量時，以上每個試樣的凈重均一樣。根的數量以每隔10條為一個梯度進行變化。

2 實驗結果及分析

2.1 試驗結果 20組土樣的試驗結果（見表1）表明，植物的根數、根的方向、根的死亡對土的抗剪強度都有影響。根數增加，土的粘聚力和內摩擦角均增大，但粘聚力的增幅要大于內摩擦角的增幅；根數相同時，垂直向根比斜向根能使粘聚力提高得更多些，但根的方向對內摩擦角的影響不明顯；根死亡腐爛后將降低土的粘聚力。

表1 20組土樣的抗剪強度指標

2.2 試驗分析

2.2.1 根數對抗剪強度指標的影響 土樣的粘聚力C值隨含根量的增加而增大，含根數增加到40根時，土樣的C值由不含根的11.53 k Pa增加到17.68 k Pa，增加了6.15 k Pa，增幅達53%；土樣的含根量增加，內摩擦角也增大，但增幅較小，含根量增加到40根時，土樣的Ψ值由不含根的24.5°增加到30.86°，增幅為26%。

2.2.2 根的方向對抗剪強度指標的影響 根數相等時，垂直向的根比斜向根更能提高土樣的粘聚力。根數為20時，垂直向根比45°的斜根能使C值多提高0.79 k Pa；根數為30時，垂直向根比45°的斜根能使C值提高1.20 k Pa；根的方向對內摩擦角的影響不明顯，內摩擦角的差值分別僅為0.42°和0.78°。

2.2.3 根的死亡對抗剪強度指標的影響 根死亡后根莖逐漸腐爛，在土體中留下許多根孔，因此可用穿孔的方法模擬根死亡后的土體方法。土樣的粘聚力C值隨孔數的增加而減小，孔數增加到20時，土樣的C值由不含根的11.53 k Pa減小到8.58 k Pa，減小了2.95 k Pa，減幅達26%；土樣中孔數增加，內摩擦角變化不明顯，最大差值僅為0.93°

3 結束語

根據室內試驗參數結果，2006年8月，選擇具有耐旱、耐貧瘠、少維護、成本低特性的狗牙根、百喜草、糖蜜草及銀合歡灌木作為益湛鐵路DK 393+420～+630（夏郢圩-梧州北站）路基邊坡綠化的主要植物。采用“灌草結合”的設計理念，種植狗牙根、百喜草、糖蜜草，間隔種植灌木銀合歡。直到2011年這些植物雖經過5年多的日曬雨淋，但其根系生長良好，生長速度較快且茂盛，植物根系淺層對土壤的穩定起到很大作用，沒有發現大面積的垮塌和大面積被雨水沖刷的痕跡，沒有發現土壤流失，邊坡防護牢固，邊坡綠色防護工程非常成功。

本次試驗表明，在全風化的花崗巖中，正確選擇植物種類及正確的種植，可以達到防護邊坡的作用，改變以往在風化花崗巖中，采用漿砌片石的傳統邊坡防護方式的同時，達到建設綠色環保鐵路的目的。實際應用結果表明該原理值得在邊坡防護工程中推廣應用。