植香根草在委內瑞拉鐵路路基邊坡防護的應用

肖發明

(中國中鐵國際集團有限責任公司委內瑞拉分公司, 北京 100039)

植香根草在委內瑞拉鐵路路基邊坡防護的應用

肖發明

(中國中鐵國際集團有限責任公司委內瑞拉分公司, 北京 100039)

介紹了植香根草護坡在委內瑞拉北部平原鐵路路基邊坡防護中的應用，說明香根草具有的根系強度高、生長快、適應性強等特點，適應委內瑞拉當地的氣候環境及土質條件，并取得了較好的加固防護效果，同時也取得了較好的經濟效益。

委內瑞拉; 鐵路； 香根草； 邊坡； 防護

鐵路路基邊坡防護直接影響列車運行安全。土質路基邊坡如不防護，在雨季很容易產生坍塌和沖刷。為此，在路基邊坡防護中通常采用片石、混凝土預制塊進行護砌或做成骨架并在中間種植綠色植物進行防護。可能的情況下也直接鋪設草皮、栽種小灌木、掛塑料網格噴播植草等進行防護。前者叫硬防護，后者屬于綠色防護，成本低，也可美化環境。

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、適應性廣、速生快長、生物量大、分蘗多、成籬速度快，根系(網狀)發達深扎，具優良的力學特性,防沖固土力強。一經種植成籬，既保持水土，還猶如“鉚釘”固結土壤保護斜坡。成為舉世聞名的水土保持、固土護坡的“神奇之草”，被國際評估委員會評為全球71項可持續發展技術最優秀者[1]。能適應各種土壤環境，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50年以上，具有極強的生態適應性及抵抗能力，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達的根系，一般可達2～3 m，個別達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74 cm，對風化巖石、卵石均能扎根生長。

(1)適應性強。

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。國內種植經驗表明，在贛龍鐵路花崗巖風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。

香根草含揮發性芳香油,對病蟲害有較強抵抗力，可驅趕鼠類等有害動物，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、摩擦力和膠結作用等來固結土體。而香根草的根系特別發達、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 香根草防護路基邊坡機理分析

香根草成為防治土壤侵蝕、提高斜坡穩定性的世界公認首選理想植物，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,從而發揮減緩侵蝕、阻檔泥沙的作用；

(2)根系發達、網狀交錯深扎土體，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定更有利；

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

由此，香根草護坡原理是：香根草發達深扎的根系在土層內形成一排排抗滑的“生物樁”，猶如活的“鉚釘”，大大加強土體抗剪強度，從而固結土壤，防止淺層滑坡；同時發達的根系交錯連接，形成高密度的地下網狀結構，對土體發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。從而達到保持水土、抗滑、固土護坡的目的。

3 工程概況

委內瑞拉位于南美洲大陸北部，國土面積91.67×104km2。除山區外，基本上屬熱帶氣候。奧里諾科平原位于委內瑞拉北部，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、持續時間長的特點，雨季降雨量占全年降雨量的80%以上。

委內瑞拉北部鐵路(TINACO～ANACO)，全長468 km，區間路基長420 km左右，屬于典型的平原鐵路，基本為淺丘平原區，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)。平原區中偶有局部地方出露厚薄不均的透鏡狀砂卵石層。根據上述地質、地貌條件及通過與噴播植草護坡防護的性價比, 擬定在委內瑞拉北部鐵路采用香根草防護系統對路基邊坡進行防護。

4 路基邊坡防護設計方案

(1)設計原則。為了進一步與自然環境相協調,需加大植草面積, 減少圬工體積,同時提升經濟效益。路基防護形式的選定除了考慮工程自身需要外,還要排水工程、綠化工程有機結合, 形成統一的整體。

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

5 現場實際應用情況

(1)k164+100段路基為挖方段，挖方設計深度約為5 m，邊坡坡率為1∶1.75，挖方右側邊坡上覆蓋約1 m厚粉質黏土及鵝卵石層，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。設計邊坡防護形式為植香根草護坡，采用等高線種植法，每50～80 cm行距，設一處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。經過至少1 a時間，且經過一個完整的旱季和雨季的檢驗，邊坡穩定性良好，說明邊坡得到有效加固(圖1)。

圖1 k164+100段右側植香根草防護

(2)k166+300段路基為挖方段，挖方設計深度約為12 m，一級邊坡坡率為1∶1.75，從側溝平臺向上8 m處設有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。設計邊坡防護形式為拱形截水骨架內植香根草護坡，采用等高線種植法，每50～80 cm行距，設一處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。經過至少1 a時間，且經過一個完整的旱季和雨季的檢驗，邊坡穩定性良好，說明邊坡得到有效加固(圖2)。

圖2 k166+300段右側植香根草防護

6 經濟效益評價

表1為委內瑞拉當地各種邊坡防護措施實際單價對比分析。

表1 各種防護形式經濟對比 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。委內瑞拉北部鐵路全線植香根草護坡面積約460.6×104m2,相比噴播植草可節約工程成本約1.66×108Bsf。

現場實際情況表明，在委內瑞拉北部鐵路采用香根草防護系統對路基邊坡進行防護取得了較好的加固防護效果，而且成本較其它邊坡防護措施成本較低，取得了較好的經濟效益。

7 結論與建議

(1)植香根草護坡在委內瑞拉北部鐵路種植后，生長良好，適應當地的氣候環境及土質條件。

(2)路基邊坡經植香根草加固防護護坡，經過至少1 a時間，且經過一個完整的旱季和雨季的檢驗，邊坡穩定性良好，取得了較好的加固防護效果。

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

[1] 徐禮煜.中國香根草網絡與香根草技術的進展[M].北京：中國農業出版社，1998

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

[3] Diti Hengchaovanich.香根草在穩定護坡與控制侵蝕上的作用[M].熊國炎,譯.曼谷：環太平洋地區香根草網絡技術叢書，1998

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

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

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

[7] 建技[2003]7號 鐵路路基邊坡綠色防護技術暫行規定[S]

肖發明(1963～)，男，工學學士，高級工程師，長期從事鐵路、公路工程設計、施工和工程管理技術研究。

U213.1+3

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[定稿日期]2015-01-21