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香根草系统在铁路边坡防护上的应用
作者:衡水力能新材料工程有限公司 来源:www.trytandame.com 发表时间: 浏览: 次  百度一下

从1997年中国香根草网络在福州召开了国际香根草学术研讨会以来,香根草系统在我国公路上的应用发展很快。福建省公路局首先采纳了这一新技术,并发文要求在全省公路部门推广。此后,香根草系统在江西、浙江、云南等省公路部门逐步推广开来。为了推动香根草系统在铁路边坡固定上的应用,中国科学院南京土壤研究所(中国香根草网络)与新长铁路有限责任公司合作,于2001年春首次在铁路边坡上进行了试验,并取得成功。同年10月召开了“香根草应用于铁路边坡防护试验成果鉴定会”。近40名专家出席了该会,他们分别来自铁道部各大设计院和工程技术部门,以及有关铁路局和铁路公司。会上中国香根草网络介绍了香根草系统的由来与作用。与会代表参观了应用香根草保护铁路边坡的示范现场,充分肯定了香根草系统在铁路边坡防护上的作用。此后,铁路部门于2002年和2003年在江苏、福建等地进行了更为广泛的应用,并将向我国南方地区普遍推开。
一、试验地点

  试验地点位于江苏省太兴市黄桥镇新建的新长铁路,北纬32o21',东经120o30',地处中纬度三角洲平原,属亚热带季风气候,又临近长江入海口,属海洋性气候,四季分明,气候湿润,雨量充沛,无霜期长。年平均气温15℃,平均年降雨量1,042mm,其中55.8%集中在7~9月份,年平均霜期143天,年主导风向为东南风,平均风速为3.4m/s,极端最高气温38℃,极端最低气温-12.5℃。
  该段属冲积平原区,地势平坦,地下水位较高。土壤中细砂、粉砂含量较高,而粘粒含量较少。路基设计时一般当填土高度超过5.5m时,需进行地基加固处理。本段属高填方(5m左右)路基,边坡坡度1:1.5,填料为取自两侧农田或附近集中取土坑的海冲积物(砂性土),土质松散,不稳定,雨后边坡水坑、水槽较多,易发生坍塌和滑坡。
  该段铁路边坡填方高,土质松散,具备砂性土填料铁路的典型性,种植条件较为恶劣,试验路段边坡不仅需稳定表层土壤,还要固定一定厚度的土层,使表面渗水不会导致下面土层的滑动。如试验获成功,将给铁路、公路等边坡的香根草种植积累经验。

二、土壤测试分析

   为了确定香根草的具体种植方案,如行距、株距、施肥、浇水等初期养护管理等,通过采集路基两侧农田,以及路基地面上的不同深度的土壤,对土壤的组成、温度、养分、pH值、颗粒大小级配进行了测试分析。具体数据见下表1-3。 


表5-1 试验区空气和土壤温度(℃)
深度(cm)一二三四五六七八九十十一十二平均02.94.910.117.223.328.131.932.025.819.311.75.117.753.24.79.015.521.125.729.829.224.618.511.65.516.6103.65.09.015.020.425.029.129.424.518.612.06.016.5154.05.18.914.820.124.628.629.124.618.812.56.416.5空气1.93.88.014.919.223.927.727.522.516.810.64.415.0
表5-2 土壤机械组成(土壤取自路边农田)
深度(cm)颗粒大小(mm,%)>0.050.01-0.05<0.01<0.0010-122943281512-493145241349-713147221371-10026452917
表5-3 土壤养分分析 (土壤取自路边农田)

三、香根草栽种和管理

1、栽种情况

  2001年4月20日12万株香根草苗从大别山运抵黄桥点,分南、北坡等高法种植,种植面积4079m2。每穴种植草苗5株左右。栽种时将香根草丛均匀的由大到小逐步分开,将根部蘸上泥水,垂直栽种并压实,种后浇定根水。4月22日种植结束。

  2001年5月25日,调查发现第一次种下去的草苗完全成活的仅为40%,因此5月30日,又从苏州运了3万株苗,次日进行了第二次栽植,天气多云,种完后马上浇水。

  第三次种植于2001年6月26~27日实施,主要是因为第二次种植的草苗产自粘土水稻田,在分兜时用刀切断大量根系,导致香根草受到一定程度的破坏,为了保证香根草能正常生长,再次进行了补栽,种苗来自大别山。

  栽植和补种后共浇灌3次,另外在天旱时浇灌2次。7月26日进行了一次除草,7月27~28日施了一次猪粪,8月17日追施了一次尿素,9月23日进行了第二次除草,9月25日进行了一次刈割,9月26日又施了一次尿素。

2、成活率及其原因分析

  第一次种植的成活率不高(2001年5月25日调查),仅40%,可能由以下原因引起:①初种施肥时没有按要求在化肥上覆土,肥料接触到了苗的根部;②栽植人员为了省工,栽得不紧,根土不紧密,部分草苗茎、叶留得太长,蒸发量过大,造成枯死;③部分苗子太长,种得过深,有一些草苗约20cm长的茎被埋土中,影响了成活率;④每丛分株过细也是影响成活率的一个方面。⑤草苗本身质量存在问题。

  第二次5月31日种下去的苗到6月21日(20天后)成活了40%,但是到了6月26日(仅仅5天后)成活率提高到70%,7月2日成活了85%。出现这种成活过程较缓慢的主要原因是栽植时大多数苗根在分丛时被剪断或损坏,只有极少数根须留下来,新根萌发缓慢且空气干燥,致使蒸腾量大于根系的吸收能力。6月下旬后,正值梅雨季节以及路基两侧大面积的水稻田正值灌溉期,土壤和空气湿度都很大,叶片蒸腾与根系的吸收达到相对平衡,使香根草的成活率提高。

3、生长情况 

   香根草栽种后,每个月内常观察,分别对株高、每丛的茎蘖数、根深及长势进行了观察和测量。

  5月23日进行了第一次观察,株高平均27cm (苗径留长20cm),最大株高34cm,最大分蘖数5个,最大根深26cm,75%以上植株萌根,70%以上植株返青、增高。

  7月24日观察时发现根系发达,一丛香根草根数达60根,根粗约2.7mm,根最深达75cm,平均株高约130cm, 最高株达175cm,基本形成绿篱。

  8月30日第三次观察,最大株高达到195cm,茎粗而硬,形成的绿篱能够拦住从铁路边坡上部滚下的石子。

  9月22日第四次观察,株高平均155cm, 最大株高220cm,行间杂草密布,根最深达125cm。根系发达,稠密,植株下布满粗细不等的根,株与株间的根连成一体,有的根粗约3.0mm,挖至表土下80cm处还可见到根系生长,表土下60cm以内根系发达形成网状。平均分蘖数15~22个,最大分蘖数42个。

  此外,9月14日对三处香根草作了刈割试验,分别留茎长30、40、50cm,9月21日测得新枝平均长高10cm,最高的长了20cm,留50cm的那一处中最高的已经长到了70cm。 

四、边坡防护效果

   DK377+887~DK378+187段路基2000年开工填筑,2001年初全部成形,该段高填方路基在填筑过程中,遭受暴雨冲刷,坡面形成坑槽、冲沟,甚至滑动、塌方,严重威胁着路基本身及行车的安全。雨水夹着泥土冲入两侧农田,不仅造成土方严重流失,而且污染了农作物,尤其是部分路基段施工中掺了石灰,雨后冲下的碱性洪水,破坏了路基两侧的生态系统。铁路部门为了防止边坡侵蚀,不得不用大量塑料薄膜将整个路基覆盖。

  4月22日在坡上种植了香根草后,稳定了表土层。6月中下旬当地梅雨季节,连续降雨,空气异常湿润;7~9月份为每年的高温期、暴雨集中期。然而五个月以来,种植的香根草经受住了持续阴雨、持续高温以及暴风雨和温差骤变的考验,根须发育、茎叶长势良好。路基边坡在香根草的固持下,稳定性好,未发现水槽、水坑和沉降现象,安全度过了雨季。当然,由于局部土壤的差异(表4、5),香根草生长也不一样,在粒径0.2~0.02 mm 含量高达84.8% 的地方发生了微域坍方,对这类土壤应该注意地表排水,并可提前种植,以便香根草在雨季到来之前即可发挥固坡作用。


表5-4 土壤机械组成 (土壤取自路基边坡不同部位)序号取土位置及香根草生长情况颗粒直径(mm,%)质地2-0.20.2-0.020.02-0.002<0.0021南坡,生长很好0.874.816.08.4砂质壤土2南坡,首次种未成活0.584.09.85.7砂质壤土3北坡,生长较好处0.569.520.59.5砂质壤土4北坡,微坍处0.584.89.55.2砂土,砂质壤土表5-5 土壤养分分析 (土壤取自路基边坡不同部位)序号取土位置及香根草生长情况有机质(g/kg)全氮(g/kg)全磷(P2O5) (g/kg)全钾 (g/kg)速效氮(mg/kg)速效磷(P2O5) (mg/kg)速效钾(mg/kg)pH(水)1南坡,生长很好5.90.331.7019.878.163.7348.702南坡,首次种未成活处4.70.291.7220.863.9539.3908.513北坡,生长较好5.50.321.2221.871.052.4328.864北坡,微坍处7.10.371.8719.693.794.1378.79




   通过试验分析,根据土力学原理,在填土边坡上层和下层之间存在一个滑动面,当表面雨水冲刷,不仅会带走表土,形成坑槽,还会因为渗水使上下层之间的摩擦力降低。当上层土自重在摩擦力反方向上的分力大于摩擦力时,造成上层土滑坡。由于香根草深根性的特点,能固结上下层土壤,增加横向剪切力,稳定滑动面。另一方面,和同样发达根系的乔木相比,香根草的重心更低,能在大风暴雨天气减少侧向力,对边坡的固结能力更强。
  另外,经过本试验,还可总结出香根草的一些特性和作用:
  1、 香根草具有生长适应性好、抗逆性强、立地条件低的优点。
   湿度适应范围广,具有耐干旱和其他不利的化学土壤条件、抗病害的特性。尽管铁路土质情况很差,但只要抓住季节,赶在气候转暖在20℃左右,春雨时栽种,香根草极易成活。在夏季和初秋种植时,按不同的土壤条件和环境,只要栽植技术和管理相适应,亦可正常生长。
  2、 稳定边坡的作用
   (1) 绿篱作用:香根草长势挺直、茎杆粗壮、坚硬,在斜坡沿等高线种植,4个月左右就可生长成茂密的活篱笆,可明显减缓坡面径流,有效缓解坡面径流侵蚀。成篱后无需特别管理,即可稳定边坡,固持土壤。同时,在裸露的边坡上,长上几排绿篱,促使边坡的快速绿化和美化。
   (2) 根系作用:香根草生长快,分蘖多,垂直深扎于土壤中,实验资料表明,其抗张强度为75Mpa。大量的根系增强了土壤的剪切力,因而提高了边坡土壤的稳定性。另外,由于香根草具有强大而深扎的网状根系,高大茂密的茎杆和叶子形成绿篱,增加了土壤的水分蒸发,从而有助于增强边坡的稳定性。
  3、 微生态环境作用 
   许多事实表明,在什么植物也不能生长的裸地上,一旦种上香根草后,微生态环境即发生改变,香根草促使狗芽根等许多天然草类生长,并使坡面得到快速覆盖。
五、效益综合对比分析

  应用香根草进行铁路边坡防护,有较高的经济效益、环境效益和社会效益。目前,道路边坡保护所采取的措施无外乎工程措施和生物措施,铁路上常用如下几种方法:

  1、“硬”性工程措施,一般用于填高大于4米的高路堤,如砌干片石、块石或砼预制块,通常做法有满铺边坡和做成拱形或网格形的排水骨架。 这种措施效果显著,甚至可以一劳永逸,日后管理很小。但投资巨大,施工困难,工期较长,有些地方如苏北地区,由于石材严重短缺,不能就地取材,还导致运费大大提高。
  据有关资料:工程护坡最低价约36元/m2,而香根草仅约15元/m2,为工程护坡费用的16%~36%。我们做试验的DK377+887~DK378+187段路基边坡若按其相邻坡段采用的“浆砌片石排水骨架护坡”进行计算,投资为31.6万元,而改种香根草只需5.3万元(不含试验费用),节省投资26.3万元(约占83%)。
  对于坡高且土质差的路堤,一旦种植香根草篱,其它天然草类随即快速生长,无须在其间再洒草籽。
  2、生物措施,一般用于4米以下的低路堤,如土工网垫内喷播植草;种狗芽根草籽加插紫穗槐、夹竹桃等灌木;种植乔木类等。
  这些措施造价也不高(与种香根草相当),绿化环境。但生长慢,成效晚,对季节性要求高,固持土层较浅,对高边坡或地基、土质条件差的路堤防护效果不明显,易发生整块、整体性质的坍滑。草籽出芽前后各半个月内,浇水、施肥、养护等管理工作量大且要求细致。另外,喷播对土壤酸碱度要求较高,pH值须控制在6.0~8.0之间,否则应对土壤加以改良。乔木类由于重心较高,在暴风雨下易折断,且根系平均抗张强度没有香根草高。这些措施适应性、抗病虫害能力比不上香根草。
  在环境和社会效益方面,香根草护坡减轻了铁路养护的工作量,节约了养护经费,保证了行车的安全畅通,改善了生态环境,绿化了铁路,美化了路容路貌。香根草是一种保护路基边坡的良好植物品种,香根草应用于铁路边坡防护是对国务院和铁道部关于“进一步推进全国绿色通道建设的通知”精神的积极响应和具体实施。结合铁路、公路建设和运营,应用香根草实施绿色通道工程,不仅能够改善铁路沿线的生态环境,完成国土绿化的战略要求,还可加强路基防护,控制水土流失,减轻生态灾害,保障运输安全,促进国民经济和社会持续发展,使祖国的大好山河更加秀美。



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