益湛鐵路全風(fēng)化花崗巖根土直剪試驗(yàn)

馬華福，周 乾

（1.南廣鐵路有限責(zé)任公司，高級工程師，廣西 南寧530003；2.桂林理工大學(xué) 高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，廣西 桂林541001）

許多學(xué)者對植物加固機(jī)理的研究，更多地側(cè)重于探討根的強(qiáng)度、根-土相相互作用以及植被與邊坡侵蝕、淺層穩(wěn)定性的關(guān)系，能方便應(yīng)用于工程實(shí)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(hù)前坡面淺層的風(fēng)化花崗巖土樣試驗(yàn)段數(shù)據(jù)，較系統(tǒng)地研究根數(shù)、根的方向、根的死亡對土的抗剪強(qiáng)度的影響。為在全風(fēng)化的花崗巖中，如何正確選擇種植具有耐旱、耐貧瘠、少維護(hù)、低成本的植物種類及正確的種植，從而達(dá)到防護(hù)鐵路線路邊坡和建設(shè)綠色環(huán)保鐵路的目的。

1 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方案設(shè)計

試驗(yàn)工點(diǎn)（益湛鐵路DK393+420～+630）位于廣西區(qū)西北部，丘陵地貌，相對高差20～30 m，坡面橫坡20°～30°，植被較發(fā)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(jīng)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(fēng)化后呈棕紅、棕黃色，全風(fēng)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(jié)構(gòu)尚清晰，質(zhì)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(fēng)化花崗巖主要為粗粒狀，為消除顆粒不均對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的誤差，實(shí)驗(yàn)土樣采用砂質(zhì)粘土。取砂質(zhì)粘土，在含水量較小時，將土過2 mm孔篩子，將細(xì)粒土放入盆中，并加水進(jìn)行重塑，放置到合適含水量時進(jìn)行直剪試驗(yàn)。

1.2 植物根選取 針對全風(fēng)化花崗巖養(yǎng)分貧瘠、保水性差，以及鐵路點(diǎn)多線廣，很難對邊坡植物進(jìn)行維護(hù)的特點(diǎn)，選擇耐旱、耐貧瘠、少維護(hù)，甚至于護(hù)坡后不維護(hù)、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(jìn)行試驗(yàn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)組數(shù) 為了使試驗(yàn)數(shù)據(jù)有代表性及滿足研究分析數(shù)據(jù)的要求，根據(jù)根數(shù)、根的方向、根的死亡對土的抗剪強(qiáng)度的影響，共進(jìn)行了20組直剪實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方法 根據(jù)土工試驗(yàn)規(guī)程，用環(huán)刀取樣，分以下2種情況制作試樣：

1）接用環(huán)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(huán)刀取樣，并用縫衣針將根穿在土樣上，根據(jù)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(shù)量以每隔10條為一個梯度進(jìn)行變化。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果 20組土樣的試驗(yàn)結(jié)果（見表1）表明，植物的根數(shù)、根的方向、根的死亡對土的抗剪強(qiáng)度都有影響。根數(shù)增加，土的粘聚力和內(nèi)摩擦角均增大，但粘聚力的增幅要大于內(nèi)摩擦角的增幅；根數(shù)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?qū)?nèi)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(qiáng)度指標(biāo)

2.2 試驗(yàn)分析

2.2.1 根數(shù)對抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的影響 土樣的粘聚力C值隨含根量的增加而增大，含根數(shù)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(dá)53%；土樣的含根量增加，內(nèi)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?qū)辜魪?qiáng)度指標(biāo)的影響 根數(shù)相等時，垂直向的根比斜向根更能提高土樣的粘聚力。根數(shù)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(shù)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?qū)?nèi)摩擦角的影響不明顯，內(nèi)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(qiáng)度指標(biāo)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(shù)的增加而減小，孔數(shù)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(dá)26%；土樣中孔數(shù)增加，內(nèi)摩擦角變化不明顯，最大差值僅為0.93°

3 結(jié)束語

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)參數(shù)結(jié)果，2006年8月，選擇具有耐旱、耐貧瘠、少維護(hù)、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(jié)合”的設(shè)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(jīng)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(wěn)定起到很大作用，沒有發(fā)現(xiàn)大面積的垮塌和大面積被雨水沖刷的痕跡，沒有發(fā)現(xiàn)土壤流失，邊坡防護(hù)牢固，邊坡綠色防護(hù)工程非常成功。

本次試驗(yàn)表明，在全風(fēng)化的花崗巖中，正確選擇植物種類及正確的種植，可以達(dá)到防護(hù)邊坡的作用，改變以往在風(fēng)化花崗巖中，采用漿砌片石的傳統(tǒng)邊坡防護(hù)方式的同時，達(dá)到建設(shè)綠色環(huán)保鐵路的目的。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明該原理值得在邊坡防護(hù)工程中推廣應(yīng)用。