西南巖溶石山區公路項目水土保持生態恢復設計探討

周土金 胡封兵 肖克飚 溫存

摘要：文章通過對西南巖溶石山區天峨（黔桂界）至北海公路（天峨經鳳山至巴馬段）設計資料的查閱和現場勘察，分析該公路建設人為水土流失的原因主要為建設初期的場地平整及開挖路基棄土棄渣等人為活動，造成的土壤流失具有流失強度大、發生歷時短、治理要求標準高的特點，并結合工程特點，提出了工程、生物、臨時措施相結合的綜合防治措施體系。

關鍵詞：線性項目;高速路建設項目;水土流失分析;治理途徑

0 引言

由于施工對地形的破壞，造成局部區域發生地形改變，地面徑流流向和流量變化，施工造成的裸露土壤容易受雨水沖刷，加劇水土流失。

天峨（黔桂界）至北海公路（天峨經鳳山至巴馬段）位于廣西喀斯特石漠化地區，建設區域土層厚度薄，結構松散，受雨水沖刷土壤難留存，土層的缺失給施工造成極大的難度，后期覆土綠化的表土難以填補。

本方案設計采取排水工程、邊坡防護工程和植被防護工程以減少水土流失，并積極利用棄渣場進行造地，創造經濟效益，同時采取針對性的穴植工藝進行生態防護及生態恢復，結合人工造林和小流域治理工程恢復生態環境，種植經濟作物促進當地經濟發展，增強植物覆蓋率。

1 項目背景概況

1.1 項目概況

天峨（黔桂界）至北海公路（天峨經鳳山至巴馬段）屬建設類新建工程，位于廣西壯族自治區河池市天峨縣、東蘭縣、鳳山縣和巴馬瑤族自治縣。工程由主線和天峨、岜暮、金谷、砦牙、鳳山、坡月六連接線組成。路線全長136.360 km，其中主線長107.751 km，連接線長28.609 km。

項目組成包括：主體工程和臨時工程。工程計劃于2019年12月開工，計劃于2023年12月完工，總工期為48個月。

1.2 項目水土流失背景

項目位于河池市天峨縣、東蘭縣、鳳山縣和巴馬瑤族自治縣，屬中低山區地貌，海拔200～1 300 m。當降水時，降雨匯集順坡面產生徑流，產生裸露面水力侵蝕。項目區內土地利用類型為以林地為主（45.88%），其次為園地（14.88%），根據河池市各地類土壤侵蝕模數，分析計算后得到土壤侵蝕模數背景模數為523 t/（km2·a）。項目區屬于南方紅壤區，以水力侵蝕為主，多年統計的平均侵蝕深度達0.37 mm，查SL190-2007標準，該地段土壤侵蝕允許流失量為500 t/（km2·a）。

2 項目施工的水土流失情況

項目所經區域位于廣西北部，多年統計平均降雨強度為1 149～1 563 mm，20年一遇1 h設計暴雨量為75.5～101.4 mm，水力侵蝕得到了有力提升。

根據建設區域上游的不定時和強度較大的降雨，對土層較薄和凝聚力較弱的土壤造成破壞，疏松的表土層隨沖蝕溝流失至低洼處或落水洞，加劇了水土流失和石漠化危害。由于土層流失，留下的石灰巖造成植物難以存活，或存活植被根系不牢，在上游雨水沖刷下隨匯水沖走，日積月累地區石漠化程度逐漸增大。由于在施工過程中機械對地表的剝離和碾壓，基礎土方的開挖、回填等原因，擾動和破壞了原有的地表及植被，改變了周邊地貌單元。

由于棄土棄渣松散易流失，受雨水沖刷時侵蝕嚴重，上層棄土流失量大，若防護措施布設不及時，可能會導致較嚴重水土流失的發生。堆土體受雨水沖刷形成泥水流入低洼處的落水洞或附近水系中。由于河池市土壤資源寶貴，棄渣場堆放的土壤流失后會加劇地區石漠化面積。

2.1 擾動面積及植被面積

本項目沿線地勢較陡峭，沿線地勢高程處于200～1 300 m范圍內，設計高程為210～1 205 m;道路主線最大縱坡為4.50%，連接線最大縱坡為7.00%，挖方路段長度占69%，其中>8 m的挖方路基長度占總長度的8.09%，施工后形成的大面積裸露邊坡受侵蝕嚴重，且最終形成邊坡最大高度達65 m，塌方風險較大。其中，棄渣場和臨時堆土場前期破壞植被后，后期恢復植被時應根據周邊徑流情況，合理設計排水設施和攔砂截水工程，保護土壤資源，減少周邊石漠化趨勢。

2.2 土石方平衡

由于喀斯特地貌土石比例中石方比例較大，石灰巖分布較廣，大部分石質表層不適合路基填筑，表土層分布在石質低洼處，難以收集保護，除部分收集集中堆放保護，其余表層土隨石方堆放至棄土棄渣場。

經分析計算，施工時土石方利用率為73.57%，其余均為無法利用作為路基填筑的石方和土方。為保護和合理利用表土資源，施工前需將81.42萬m3表土剝離后集中堆放，后期生態恢復時可用于綠化和復耕綜合整治（見表1）。

2.3 項目施工水土流失預測

項目所在地河池市石山區和半石山區比較廣，受水力侵蝕影響較大，生態環境脆弱，生產建設活動造成原生植被破壞，水土流失加大，生態環境難以恢復。

經分析統計，無防護措施時新增水土流失量為210 154 t（詳見表2和下頁圖1）。

另外，在工程建成后的植被恢復期間，新增土壤流失量為9 310 t。所以，由于工程施工產生的水土流失總量為238 039 t。

3 防治分區水土保持措施

根據“預防為主，保護優先，全面規劃，綜合治理，因地制宜，突出重點，科學管理，注重效益”的方針，依據“誰開發，誰保護，誰造成水土流失誰治理”的原則對工程、植物和臨時措施進行生態恢復，根據實際情況針對性地設計相應的措施。水土保持生態恢復包含施工前、施工中和施工后三個階段。

3.1 水土保持生態恢復設計

3.1.1 主體工程區

主體工程施工由于永久性改變了地形地貌，因此水土保持生態恢復需要根據設計情況和改變后的地形地貌進行設計，包含表土集中堆放保護和排水沉降、綠化工藝等。根據主體排水工程設計情況，在出口處設計順接工程和多級沉沙池，配合邊坡設計，保證邊坡下游排水順利通過順接工程沉降泥水。在部分邊坡上游匯水較大的徑流區域，修建淤地壩截水工程和消能沉沙池，對匯水進行消能和留存土壤，形成可利用的梯地。

對于高陡邊坡，上游匯水直接導流至下游邊坡排水設施。除部分采取漿砌石防護外，主要采取綠化網等輔助工程綠化，恢復植物生態環境。

3.1.2 臨時工程區

臨時工程區主要包含表土和棄渣堆放區域、臨時施工區域、施工便道等。水土保持生態設計包含前期表土保護、排水設計、邊坡擋護，預防水土流失程度加大及保護表土資源。施工中裸露邊坡的覆蓋和臨時植物措施防護，主要為減少土壤土層流失，防止產生水土流失危害。后期施工破壞區域恢復原地貌生態設計，包含平臺和邊坡兩塊區域，其中邊坡主要采取本土植物綠化，同時盡量進行梯改坡，減少邊坡受水力侵蝕強度，盡量在每層梯地修建沉沙池，減少水流沖擊力及留存流失土壤。

3.2 水土保持措施

3.2.1 工程措施

（1）表土防護及土地整治

由于該地區土壤資源稀少，表土資源珍貴，必須加大表土剝離及防護，減少表土資源流失，為后期工程綠化覆土提供便利，加快生態環境恢復。

工程施工前采用機械設備剝離表層耕植土，剝離厚度為10～20 cm左右，運至臨時堆場集中堆放，后期回填平整后復耕或恢復植被所用。

土地整治可結合人工造林和小流域治理項目恢復周邊生態環境，減少因工程施工造成的生態破壞。

根據工程特點，在施工期間修建水池用水，可設計為施工結束后的灌溉用水池，便于營地土地整治植被存活或復耕土地利用。同時，盡量利用有限土壤覆蓋地表，減少雨水沖擊和水力侵蝕。

部分采石基坑進行修整后可作為水塘使用，導流周邊雨水，最大限度利用水資源。

施工期間修建的沉沙池修建為永久性建筑，在施工結束后可直接利用作為集水池進行灌溉，最大限度留存水資源。

（2）護坡工程

由于喀斯特地貌受水力侵蝕嚴重，難以涵水，造成山體侵蝕溝遍布，巖石松散，容易產生崩塌滑坡。溶巖石山區植被稀疏，土層被破壞后難以恢復原地貌。邊坡應盡量修整為臺階式梯地，大幅度創造可利用土地資源，加強生態恢復。

由于土壤稀少，填方大部分為石方，填筑成型后難以綠化，受上游匯水滲透影響，穩定性降低，可采取框格客土綠化，同時在框格上設計排水槽，導流上游匯水，同時將減少框格內土壤的水力侵蝕。

在部分水流較少的區域，覆蓋綠化后種植藤類植物，對邊坡進行攀爬覆蓋。同時，在清理沉沙池時可在邊坡平臺覆土強化植被土壤厚度，增強植被存活基礎。

（3）攔擋工程

由于棄土棄渣中含有部分表土，在棄土棄渣堆砌時應先堆放石方，再堆放土方，堆放完畢后可以形成可利用地，種植經濟樹木、果樹、耐旱農作物，對周邊生態治理產生良好的影響，所以棄土棄渣場的攔擋防護尤為重要。

棄渣場漿砌石擋土墻設于棄土渣場坡腳，主要作用是攔截廢渣，防止因棄渣而引起的水土流失。為保證漿砌石攔渣墻具有足夠的穩定性，對棄土渣場漿砌石攔渣墻進行力學穩定性計算，參照《水土保持工程設計規范》進行穩定性分析驗證。

在坡面制造臺階坡地時，需要注意擋墻設計，最大限度保留圍擋土壤，在坡頂留出溢流口流往下一級臺階坡地，擋墻盡量不滲水，減少因雨水下滲掏空土壤造成空洞。

（4）排水工程

在主體工程路段路基兩側設邊溝，邊溝蓋板采用混凝土預制梳型板。土質挖方路段路基兩側采用設三角形斷面邊溝，溝頂采用三維網植草，下設滲溝。在坡頂匯水面積較大且有可能影響挖方邊坡處設矩形截水溝。石質填方路段可結合框格護坡布設，在邊坡邊緣匯集坡面匯水后，于出口處修建順接排水工程，連接多座串聯的漿砌石沉沙池沉降泥水，留存流失土壤，同時對匯水進行消能，降低對下游土壤的水力侵蝕。

為引走棄土渣場匯水，避免山坡地表徑流灌入堆渣體內，棄渣之前環繞棄土渣場邊緣修筑漿砌石排水溝，以攔截和引導地表水徑流。在匯水流經坡度較陡的區域設急流槽，水流經沉沙池沉沙后，順接至棄土渣場支溝下游的現狀溝道排放。棄渣結束后應沿平臺修建平臺截水溝，排放坡面匯水。排水溝按20年一遇1 h設計暴雨量。急流槽斷面為矩形，安全超高為10～20 cm，急流槽底部設消力沉沙池。在排水溝出口前段水流平緩處設多個沉沙池，沉降泥沙后留存，匯水最終排入天然溝渠或農用渠道中。

3.2.2 植物措施

（1）植物護坡

林草植被不僅具有減少雨水沖蝕的效果，還具有延緩地表徑流的功能。護坡生態措施選擇的草種繁多，不僅能起到邊坡防護效果，還有生態壞境效益。綠化邊坡與未綠化的邊坡匯水產生的徑流量一致，但由于流速的降低，使土壤流失量大大降低。由于徑流沿坡面向下流動時受到林草植被的攔擋、分流作用，水力沖蝕地面效果降低明顯。因此，高速公路邊坡進行生態護坡建設后，水力侵蝕大為降低，減緩了上游匯水對下游路基的沖刷，起到了消能效果，達到減輕降雨和上游匯水對坡面土壤侵蝕的目的。

根據地形地貌，項目區植被稀疏，石漠化嚴重，因此主體工程采取了滿鋪植草護坡、三維網植草護坡和骨架植草護坡防護坡面，路面中央分隔帶采取綜合綠化措施防護，減少地面裸露，降低水土流失。綠化工程實施后，還需要進行無紡布覆蓋，防止樹種、草種被沖刷，造成地面無法被綠化。

在部分綠化難度大的路段，可采取坡面修建平臺進行客土綠化，采用藤類植物或根系發達的多葉樹種，必要時對坡面進行綠化網鋪設。

（2）其他植物措施

由于建設區域土地資源貧乏，土層易流失，根據當地土質情況，宜采取人工造林和小流域模式恢復生態。在結合棄渣場設置，集中土壤進行凹地填平后，可采取穴植方式進行經濟作物種植。同時采取方格分割保土留水，在防護水土流失的同時產生經濟效益，在工程邊坡也可采取客土穴植工藝，植株與邊坡成30°角，可保證存活概率和防護效果。

新增占地對邊坡采取土地整治后，撒播草籽種植喬灌木綠化。喬灌木采用臺灣相思、馬尾松、紫穗槐、毛杜鵑等。喬木規格要求自然高度達50 cm，灌木自然高度達30 cm。喬、灌木混交穴植，種植比例1∶1，株行距為2 m×2 m。草種采用百喜草和狗牙根，播種量為60 kg/hm2。平臺采取撒播草籽種植喬灌木綠化，植物措施同邊坡。

生態恢復的植被根據場地實際情況，植物選用臺灣相思、紫穗槐、馬尾松、毛杜鵑、百喜草、狗牙根等，其習性見表3。

結合當地造林工程和小流域治理，科學合理進行生態恢復。在進行整治時植物可選擇香樟、頂果木、柚木等鄉土樹種，這些樹種不僅可以增加腐植土層，對土壤進行改良，而且對改良生態環境，增強環境承載力具有較強的作用。

選擇地塊進行植被綠化時，應注意地塊周邊植物分布具體情況，盡量選擇鄉土樹種與周邊植被相符，使治理后的區域植被能夠自然演替，不影響周圍原生植被，減少對生態環境的影響。

3.2.3 臨時措施

（1）臨時攔擋工程

主體工程路基施工過程中，在較高的填方段頂部路肩設置臨時擋水土埂，匯集雨水至缺口處，連接坡面縱向排水溝排放。在填方路基（主要為>10 m的邊坡）施工時，坡腳布設臨時擋土墻（高1.0 m），對坡腳進行擋護，預防坍塌。

臨時工程的臨時擋土墻，主要作用是保護表土土堆，設置在堆土體坡腳進行攔擋防護，防護表土資源。

（2）臨時排水工程

工程施工時，應做到排水溝永臨結合，先開挖臨時排水溝，后期改成永久排水溝。在排水溝出口處修建臨時沉沙池，將坡面匯水經沉淀后排放。

臨時占地使用前，沿場地邊緣設置臨時排水溝，以引導地表徑流，經臨時沉沙池沉淀后，與天然溝道或農用渠道相連，規劃好地面徑流流向。

臨時排水工程表面進行砂漿抹面覆蓋，方便工程完工后建設為永久性的排水工程，合理利用水資源和土壤留存。

（3）臨時覆蓋工程

雨季期間，裸露坡面由于表土層的剝離容易受到雨水侵蝕，為避免各項工程及植護措施實施前邊坡發生嚴重的沖蝕危害，對裸露的填方路基邊坡進行密目網苫蓋，減少上游匯水對邊坡的沖刷。

同時，部分需要臨時綠化的區域，在進行撒播草籽綠化后，采用無紡布進行苫蓋，保護綠化區域不受侵蝕，待綠化完成覆蓋后恢復區域生態環境。

4 建議

本項目穿越巖溶石漠化地區，在施工過程中，要加強地質勘探，同時要綜合治理，依靠施工地區的群眾參與進來，將治理和經濟發展進行有機結合。同時嚴禁在有落水洞、溶洞、漏斗及地下河的區域棄渣。主體選線涉及的，應做好有效的排水措施，嚴禁堵塞過流型地下河，改變地下水文條件，避免造成內澇。

后期土地整治時，應盡量修整為梯地，增加可利用土地面積，同時修建截水攔砂工程，最大限度節流流失土壤，減少水土流失，加快恢復周邊受影響的生態環境。

5 結語

高速公路建設項目水土流失大，范圍廣，施工過程中流失量大，水土保持防護措施應及時布設，特別是在西南巖溶石漠化地區。為保護土地資源，應嚴格修建防護措施，合理布置防護設計，減少土壤流失。嚴格執行“三同時”制度和“誰開發、誰破壞，誰保護”的原則，施工和措施布設同時進行，最大限度減少水土流失，提升后期生態恢復效果。

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收稿日期：2020-06-10