公路建設項目可能產生的水土流失及防治技術探討——以綏北公路北安段為例

荊 銳,王旭丹

(1.黑龍江省水土保持科學研究所;2.黑龍江省哈同高等級公路管理處)

1 項目及自然環境概況

綏北公路北安段為二級公路標準,水泥混凝土路面,路長 67.82km,路寬12m。地理位置在東經126°26′～126°58′,北緯 47°25′～48°21′,是由小興安嶺山地向松嫩平原的過渡地帶,屬松嫩平原的一部分。路線走向由南向北,起點為北安市通肯河大橋,終點為北安市出口(鶴嫩公路北五段K1+ 000)處。

線路經過地區屬于中溫帶大陸性季風氣候,四季分明,氣溫變化大,年平均氣溫 -2℃。年均降水量在 460～610mm,降水多集中在 7～9月份,約占全年降水量的 70%左右。年平均徑流深約 97mm。主要土壤有黑土、暗棕壤和草甸沼澤土。植被主要以農作物為主,有少部分次生林,樹種有山楊、白樺、椴樹、水曲柳、黃菠蘿、胡枝子、平榛、忍冬、旱柳、刺五加等;草本植物有小葉樟、野豌豆、野玫瑰等。

2 公路建設水土流失預測

公路建設在改善當地交通條件,促進經濟發展的同時,也帶來水土流失等環境問題。水土流失主要發生在基本建設期,工程施工的線路長,擾動面積大,開挖路基工程、取土、棄土等,破壞了原地貌和地表植被,使土壤的結構遭到破壞,抗侵蝕能力降低。裸露面在水力、風力的作用下,極易產生水土流失。水土流失的來源主要有主體工程區、取土場、棄土場、臨時施工區和臨時道路。生產運行期由于各項水土保持措施逐步發揮作用,控制了新增的水土流失,故對基本建設期的各治理區的水土流失作為重點分析預測。

綏北公路北安段工程在施工過程中,擾動原地貌、破壞地表植被面積很大,經實地勘測及有關資料統計,工程總占地為331.40hm2。其中:旱田263.12hm2,水田17.08hm2,林地5.91hm2,荒草地45.29hm2。

2.1 主體工程

主體工程施工過程中清基、削坡等破壞了原地貌和地表植被,土層擾動后,土壤結構遭到破壞,土壤粘結力降低,土層出現松動,易產生坍塌和滑坡等重力侵蝕。該區擾動地表面積295.74hm2,水土流失量17903.60t。

2.2 取土場

公路建設需要大量的填方,路基填土除少部分挖方可縱向調運外,其他均為大型取土場集中取土,取土時擾動和破壞地表 24.01hm2。料場在開采過程中,由于表土層結構的變化和沒有植物根系的固土作用,裸露的地表在降雨時,產生的水土流失量為 5282.20t。表土的存放以及開挖中形成的高陡邊坡,也均存在著面蝕和重力侵蝕的可能。

2.3 棄土場

工程施工中產生的棄土、棄渣主要來源是公路清基、取料場的清覆蓋和附屬建筑的開挖等。經實地勘察,棄土場擾動地表面積 2.85hm2,土料場清覆蓋時剝離的無用層為7.20萬m3,屬臨時棄土;主體工程施工產生的永久棄土23.66萬m3。這些棄土在風力、水力的作用下,將產生水土流失。

2.4 臨時施工區

臨時施工區包括臨時生產區和臨時生活區,占地面積5.30hm2。施工期間臨時設施占用的地表將被清理、整平,植被覆蓋度降低,抗蝕能力下降。施工結束,建筑物拆除后形成的裸露地表,易產生水土流失,預測流失量 993.75t。

2.5 臨時道路

臨時道路長5.80km,占地面積3.50hm2。在施工過程中臨時道路路面因機械碾壓表層疏松,在侵蝕外應力的作用下可產生的水土流失量 577.50t。

3 防治技術的規劃設計原則

(1)規劃設計的水土保持措施應與主體工程的防護工程設計緊密結合,形成完整的水土流失防治體系,因地制宜合理布設水土保持防治措施,避免重復設計。

(2)水土保持措施應緊密結合公路建設的施工特點,根據項目區產生水土流失的輕重程度,提出切實可行的設計方案,作到“因地制宜,因害設防”,重點治理和一般防護相結合,工程措施與植物措施相互配置的原則。

4 分區防治技術措施布局

公路建設工程水土流失防治責任范圍劃為項目建設區和直接影響區,根據工程建設對項目區的破壞情況和水土流失防治的重點,將劃分為主體工程防治區、取土場防治區、棄土場防治區、臨時施工區防治區、臨時道路防治區。

4.1 主體工程區防治措施

在主體工程設計中,考慮到水力、風力、重力對路基影響而產生的水土流失,所以在易產生水土流失的邊坡采取了減緩邊坡坡度、開挖漿砌石護坡和漿砌石擋土墻等防護措施,有效地控制路基施工區水土流失。

4.2 取土場防治措施

(1)攔渣工程

取土場在取土時首先剝離腐殖層,集中堆放在料場一側,為防止棄土在臨時堆放中產生的水土流失,堆放時應采取自下而上、從里向外的堆放方式,堆成邊坡為 1∶3,高為2m的土體,且對棄土坡面進行壓實。另在棄土的坡腳處用編織袋充裝廢棄土進行臨時攔擋,待施工結束經土地整治后,將棄土作為覆蓋進行利用。

(2)開挖坡面的防治措施

施工結束后料場的開采面將形成裸露的開挖面,采取的治理措施是對其進行直線削坡,坡比為 1∶3,削坡后進行穴狀整地,營造護坡林,護坡林采用深根性與淺根性相結合,且護坡效果最佳的喬灌混交方式,根據當地的立地條件,喬木選用落葉松,株行距 2m×2m,灌木選用胡枝子 46.2萬株,株行距為0.5m×0.5m。

(3)開挖后裸露地的防治措施

料場為崗地取土,根據料場有用層厚度及取土深度,取土后開挖底面將形成基本與周邊地持平的裸露面。根據當地的實際情況以及立地條件,選擇栽植落葉松總計 6萬株,將原保存的腐殖土平鋪到裸露地上,造林采用純林方式,株行距2m×2m。

(4)坡腳防治措施

為防止降雨沖刷而使坡腳產生水土流失,需在削坡后的坡腳處開挖排水溝。排水溝長 1.47km,斷面設計為梯形,通過計算確定排水溝的底寬0.5m,頂寬1.7m,深0.6m,內邊坡坡比為 1∶1。

4.3 棄土場防治措施

公路施工中布設永久棄土場 7處,棄土場均設置在公路附近的緩坡上,排放時采用分層排放層層壓實的方式。因工期較長,為防止水土流失,在棄土的坡腳采用棄土充裝的編制袋作臨時攔擋,待工程結束后拆除。棄土堆的頂部栽植喬灌混交林。栽植楊樹5125株,株行距2m×2m;胡枝子8.2萬株,株行距0.5m×0.5m。對棄土的側面進行修坡,坡比1∶3,坡面種植草種為早熟禾。距坡腳 1m處修排水溝3.5km,斷面為梯形,底寬0.5m,上口寬1.7m,深0.6m,內坡比 1∶1。

4.4 臨時施工區防治措施

臨時施工區包括臨時生產區和臨時生活區。該區水土流失防治的重點是施工結束后臨時建筑物拆除后形成的裸露地表,對施工期間破壞的區域進行整地后恢復原地類。該區占地5.30hm2,其中,對施工占壓區域經全面表土復原,增施有機肥和翻耙整地后,恢復耕地4.55hm2,種草0.75hm2,草種選擇適合當地生長的早熟禾。

4.5 臨時道路區防治措施

臨時道路共5.8km,施工期的治理措施為,路外側進行削坡壓實,為防止坡面徑流沖刷路面,路兩側挖排水溝,排水溝長11.60km,斷面為梯形,內邊坡比為1∶0.75、寬0.3m、深為 0.4m。施工結束后,路面經整地后,恢復原地類耕地3.5km2。

4.6 直接影響區

該區雖在施工建設中受到影響,但產生的水土流失輕微,采取的措施是在施工結束后,迅速恢復原地類,恢復耕地33.91hm2。

5 結 語

該項目 2002年開始施工,2005年 10月進行水土保持工程驗收,通過采用上述設計施工,減少了施工破壞地貌植被與水土流失產生,實現了設計上最大限度地保護,施工中最低程度地破壞和最大程度地恢復,使工程建設產生的水土流失得到了有效控制,擾動土地治理率達到 95%,水土流失治理程度達到 77.43%,攔渣率達到了 92.8%,保土量達24765t,控制率達 97.27%。恢復耕地41.96km2,恢復植被69.57km2,植被覆蓋率達到 7.56%,形成工程措施與植物措施相結合的綜合防護體系,達到了預期的工程設計控制水土流失的目標。