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        植香根草在委內(nèi)瑞拉鐵路路基邊坡防護的應(yīng)用

        2015-06-28 17:12:16肖發(fā)明
        四川建筑 2015年2期
        關(guān)鍵詞:香根植草委內(nèi)瑞拉

        肖發(fā)明

        (中國中鐵國際集團有限責任公司委內(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的應(yīng)用

        肖發(fā)明

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

        介紹了植香根草護坡在委內(nèi)瑞拉北部平原鐵路路基邊坡防護中的應(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?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效果,同時也取得了較好的經(jīng)濟效益。

        委內(nèi)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(zhì)路基邊坡如不防護,在雨季很容易產(chǎn)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??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(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)達深扎,具優(yōu)良的力學特性,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(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(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(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、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(wěn)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(fā)揮減緩侵蝕、阻檔泥沙的作用;

        (2)根系發(fā)達、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(fā)達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。從而達到保持水土、抗滑、固土護坡的目的。

        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坡防護的性價比, 擬定在委內(nèi)瑞拉北部鐵路采用香根草防護系統(tǒng)對路基邊坡進行防護。

        4 路基邊坡防護設(shè)計方案

        (1)設(shè)計原則。為了進一步與自然環(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(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。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)計邊坡防護形式為植香根草護坡,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

        (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)計邊坡防護形式為拱形截水骨架內(nèi)植香根草護坡,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

        6 經(jīng)濟效益評價

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

        表1 各種防護形式經(jīng)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(nèi)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(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系統(tǒng)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(jīng)濟效益。

        7 結(jié)論與建議

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

        (2)路基邊坡經(jīng)植香根草加固防護護坡,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(jīng)濟有效的的邊坡防護措施,取得了較好的經(jīng)濟效益。

        [1] 徐禮煜.中國香根草網(wǎng)絡(luò)與香根草技術(shù)的進展[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中的機理和應(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技術(shù)暫行規(guī)定[S]

        肖發(fā)明(1963~),男,工學學士,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

        B

        [定稿日期]2015-01-21

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