益湛铁路全风化花岗岩根土直剪试验

马华福，周 乾

（1.南广铁路有限责任公司，高级工程师，广西 南宁530003；2.桂林理工大学 高等职业技术学院，讲师，广西 桂林541001）

许多学者对植物加固机理的研究，更多地侧重于探讨根的强度、根-土相相互作用以及植被与边坡侵蚀、浅层稳定性的关系，能方便应用于工程实际中的却很少。本文通过采集益湛铁路DK393+420～+630（夏郢圩-梧州北站）植被防护前坡面浅层的风化花岗岩土样试验段数据，较系统地研究根数、根的方向、根的死亡对土的抗剪强度的影响。为在全风化的花岗岩中，如何正确选择种植具有耐旱、耐贫瘠、少维护、低成本的植物种类及正确的种植，从而达到防护铁路线路边坡和建设绿色环保铁路的目的。

1 抗剪强度试验方案设计

试验工点（益湛铁路DK393+420～+630）位于广西区西北部，丘陵地貌，相对高差20～30 m，坡面横坡20°～30°，植被较发育，为稀疏生长的杂树，沟槽地段地表多已辟为水田或旱地。线路以中心填方高0～17 m的路堤通过2条宽缓沟槽地段，以挖方0～20 m经过两斜坡地段后跨入桂江特大桥。采样岩性为花岗闪长岩（γδ52），灰、灰绿色，风化后呈棕红、棕黄色，全风化层厚度大于20 m，岩性为中密状的砂土状及较坚硬的土柱状，母岩结构尚清晰，质软，手捏即散碎，属Ⅲ级硬土。

1.1 土样选取 因益湛铁路梧州段全风化花岗岩主要为粗粒状，为消除颗粒不均对试验结果产生的误差，实验土样采用砂质粘土。取砂质粘土，在含水量较小时，将土过2 mm孔筛子，将细粒土放入盆中，并加水进行重塑，放置到合适含水量时进行直剪试验。

1.2 植物根选取 针对全风化花岗岩养分贫瘠、保水性差，以及铁路点多线广，很难对边坡植物进行维护的特点，选择耐旱、耐贫瘠、少维护，甚至于护坡后不维护、成本低的草木、灌木品种，而狗牙根草本植物具有以上特性。因此，选用生长6个月且根直径为0.6～1.0 mm的狗牙根的粗根进行试验。

1.3 实验组数 为了使试验数据有代表性及满足研究分析数据的要求，根据根数、根的方向、根的死亡对土的抗剪强度的影响，共进行了20组直剪实验。实验土样的含水量为25.1%～26.7%，平均为25.8%，土样的平均密度为1.80 g/cm3。

1.4 实验方法 根据土工试验规程，用环刀取样，分以下2种情况制作试样：

1）接用环刀取样，用电子称将每个试样中土净重控制在确定的值；

2）环刀取样，并用缝衣针将根穿在土样上，根据需要，要做斜根（与剪切面成45°）和直根（与剪切面垂直）2种土样，然后用电子秤来将每个试样中土净重控制在确定的值。在某一个含水量时，以上每个试样的净重均一样。根的数量以每隔10条为一个梯度进行变化。

2 实验结果及分析

2.1 试验结果 20组土样的试验结果（见表1）表明，植物的根数、根的方向、根的死亡对土的抗剪强度都有影响。根数增加，土的粘聚力和内摩擦角均增大，但粘聚力的增幅要大于内摩擦角的增幅；根数相同时，垂直向根比斜向根能使粘聚力提高得更多些，但根的方向对内摩擦角的影响不明显；根死亡腐烂后将降低土的粘聚力。

表1 20组土样的抗剪强度指标

2.2 试验分析

2.2.1 根数对抗剪强度指标的影响 土样的粘聚力C值随含根量的增加而增大，含根数增加到40根时，土样的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，增幅达53%；土样的含根量增加，内摩擦角也增大，但增幅较小，含根量增加到40根时，土样的Ψ值由不含根的24.5°增加到30.86°，增幅为26%。

2.2.2 根的方向对抗剪强度指标的影响 根数相等时，垂直向的根比斜向根更能提高土样的粘聚力。根数为20时，垂直向根比45°的斜根能使C值多提高0.79 k Pa；根数为30时，垂直向根比45°的斜根能使C值提高1.20 k Pa；根的方向对内摩擦角的影响不明显，内摩擦角的差值分别仅为0.42°和0.78°。

2.2.3 根的死亡对抗剪强度指标的影响 根死亡后根茎逐渐腐烂，在土体中留下许多根孔，因此可用穿孔的方法模拟根死亡后的土体方法。土样的粘聚力C值随孔数的增加而减小，孔数增加到20时，土样的C值由不含根的11.53 k Pa减小到8.58 k Pa，减小了2.95 k Pa，减幅达26%；土样中孔数增加，内摩擦角变化不明显，最大差值仅为0.93°

3 结束语

根据室内试验参数结果，2006年8月，选择具有耐旱、耐贫瘠、少维护、成本低特性的狗牙根、百喜草、糖蜜草及银合欢灌木作为益湛铁路DK 393+420～+630（夏郢圩-梧州北站）路基边坡绿化的主要植物。采用“灌草结合”的设计理念，种植狗牙根、百喜草、糖蜜草，间隔种植灌木银合欢。直到2011年这些植物虽经过5年多的日晒雨淋，但其根系生长良好，生长速度较快且茂盛，植物根系浅层对土壤的稳定起到很大作用，没有发现大面积的垮塌和大面积被雨水冲刷的痕迹，没有发现土壤流失，边坡防护牢固，边坡绿色防护工程非常成功。

本次试验表明，在全风化的花岗岩中，正确选择植物种类及正确的种植，可以达到防护边坡的作用，改变以往在风化花岗岩中，采用浆砌片石的传统边坡防护方式的同时，达到建设绿色环保铁路的目的。实际应用结果表明该原理值得在边坡防护工程中推广应用。