高速公路水土流失試驗分析及保持技術(shù)

唐艷玲

（ 海南 海口570206）

1 高速公路水土流失試驗分析

1.1 選擇試驗地點

本次試驗共選擇2 處場地，場地一位于高速公路某收費站附近的匝道處，場地二在k11+443-k11+525 段右側(cè)的棄土場。

1.2 布設(shè)試驗場地

場地一的試驗目的是測量在沒有采取任何防護措施的情況下，高速公路邊坡水土流失情況。該場地為8.5×17.0 的矩形，坡面角度為83.1°。在坡腳開挖一處長度為10m，寬度為0.8m，深度為0.5m 的截水溝。確保試驗區(qū)的坡面徑流可以全部匯集到截水溝內(nèi)。在截水溝的底部預留三角堰，其作用是計算留出截水溝的水流量。三角堰如圖1 所示。

圖1 截水溝三角堰

場地二的為棄土場的斜坡，坡度為1：1.6。在坡面上從上往下依次規(guī)劃出3 個試驗小區(qū)，標記為1、2、3 號小區(qū)。3 個小區(qū)所占坡面的總長度為21.0m，相鄰小區(qū)之間間隔1m。在棄土場的上方、兩側(cè)均開挖截水溝，采用混凝土砌筑，其作用是攔截棄土場頂部徑流；在棄土場的下方開挖排水溝，其作用是排出上坡面的徑流。在1 號小區(qū)的頂部、3 號小區(qū)的底部，各設(shè)置一處三角堰，其作用是計算坡面來水匯入截水溝后流出的量。各試驗小區(qū)基本情況見表1。

表1 3 個試驗小區(qū)基本情況

1.3 現(xiàn)場試驗內(nèi)容

在兩處試驗場地隨機放置若干臺自記式雨量計，獲取降雨量；另外使用雨滴取樣器，可以獲取雨滴直徑和雨滴數(shù)量，如圖2 所示。為了保證計算精度，選擇濾紙色斑測定法，雨滴落在濾紙上產(chǎn)生的色斑直徑，與雨滴直徑的換算公式為：

圖2 雨滴取樣器圖

上式中，d 為雨滴直徑，單位為mm；D 為雨滴直徑，單位為mm。從截水溝流出的水量，可以借助于三角堰直接測出。結(jié)合圖1，三角堰中有一根“L”型的軟管，軟管上有刻度。試驗人員能夠直接讀出流過三角堰的水位。然后利用公式（2）求得流過三角堰的水量。

上式中，C0為三角堰的流量系數(shù)，可以通過式（3）求得。

上式中，H 為三角堰頂部水頭的高度，單位為m；P1 為上游堰高，單位為m；B 為三角堰上游引水渠的寬度，單位為m。

1.4 試驗結(jié)果分析

在試驗期間，共記錄到13 次降雨，其中有5 次因為降雨量較少，未形成坡面徑流，因此無統(tǒng)計數(shù)據(jù)。分析另外8 次降雨，按照“流失量÷流失面積”可以計算出單位面積水土流失量（見表2）。

表2 各試驗區(qū)單位面積水土流失量

結(jié)合表2 可以發(fā)現(xiàn)，在第3-8 場降雨中，棄土場的水土流失量達到了2726.86t/km2，開挖邊坡的水土流失量更是達到了4768.81t/km2，原地貌的水土流失量僅為825.34t/km2。對比這三項數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，公路建設(shè)導致原來的植被遭到了破壞，因此在同等降雨條件下，水土流失情況更為嚴重。一方面，棄土場由于土壤堆積比較松散，加上表面植被稀疏，因此在受到雨水沖刷后，水土流失情況也比較嚴重。另一方面，棄土場的坡度更大，接近垂直（83.1°），這就為坡面徑流提供了有利條件，也是導致水土流失量較為嚴重的主要因素。

在坡度試驗中，3 個小區(qū)的基本情況（長度、寬度、下墊面等）一致，但是坡度差異明顯。1 號小區(qū)坡度為27.78°，2 號小區(qū)坡度為39.23°，3 號小區(qū)坡度為43.0°。在相同的降雨量下，2號小區(qū)的水土流失量最大，其次是3 號小區(qū)，1 號小區(qū)的水土流失量最少。其原因主要來自于兩方面：其一，坡度越大，則坡面徑流的速度越快，具有較強的侵蝕能力，因此坡度較大的2 號小區(qū)、3 號小區(qū)水土流失量較高。其二，坡度越大，受到雨水沖刷的面積越小，同等降雨量下，坡度大的坡面徑流較小，因此水土流失量反而小。因此坡度更大的3 號小區(qū)水土流失量低于坡面較小的2 號小區(qū)。

2 基于水土流失結(jié)果合理應(yīng)用水土保持的新技術(shù)

2.1 工程防護+植物防護的創(chuàng)新技術(shù)組合

2.1.1 土工布和臨時排水溝技術(shù)

在高速公路的建設(shè)中，由于施工需要可能會對邊坡植被造成不同程度的破壞，出現(xiàn)不同面積的地表裸露情況。同時，由于填方邊坡的土質(zhì)比較松散，因此在遇到降雨天氣后，水土流失情況比較嚴重。為了控制水土流失，可以在回填路段和兩側(cè)半坡上，分別設(shè)計排水溝。排水溝的底部和兩側(cè)均需要使用混凝土砌筑，既可以防止排水溝受到土體擠壓變形，保證結(jié)構(gòu)牢固，同時又可以減少水分滲透，保證排水效果。排水溝的橫斷面如圖3 所示。排水溝的入口處應(yīng)當設(shè)置沉沙凼，可以阻擋徑流中的一些部分泥沙，避免泥沙直接進入排水溝導致淤積和堵塞。另外，在沉沙凼的下游還要加裝濾網(wǎng)，可以避免漂浮的樹葉以及其他雜物進入到排水溝。在坡腳位置使用土工布擋沙，避免強降雨天氣下部分砂石進入高速公路，保證行車安全。

圖3 排水溝

2.1.2 表土臨時堆置技術(shù)

對于土質(zhì)較好、坡面植被覆蓋率較高的地區(qū)，可以在正式開展施工前，提前將表面良好的土壤挖出，并選擇施工場地就近的一處空地進行臨時堆放。施工期間應(yīng)做好保護，例如使用土工布進行遮蓋，或者是在周邊設(shè)置排水溝等。在工程結(jié)束后，可以將這些土壤重新回填邊坡或是用于表面覆蓋。既可以提高資源利用率，又能夠節(jié)約工程成本。

2.2 雷諾護坡技術(shù)

雷諾石籠護坡也是比較常見的邊坡水土保持技術(shù)。其結(jié)構(gòu)可以概括為“兩網(wǎng)夾一石”，即在坡面上先平鋪一層雙鉸合金屬網(wǎng)，然后將石料填充到金屬網(wǎng)上，最后在石料的上方再蓋上一層金屬網(wǎng)，如圖4 所示。在金屬網(wǎng)的節(jié)點部位，以及四周上，使用鋼絲進行綁扎，形成牢固的石籠。雷諾石籠的應(yīng)用優(yōu)勢在于：第一，強度大，防護效果好。填充了石塊的籠結(jié)構(gòu)，既可以保證雨水正常滲透，同時又能夠阻擋泥沙，達到了護坡效果。第二，施工方便，可以廣泛適用于各種護坡。根據(jù)護坡的寬度、長度等靈活設(shè)計金屬網(wǎng)的面積，節(jié)約材料。第三，金屬網(wǎng)可以預制，石料可以就地取材，降低施工成本。需要注意的是在施工前，要做好現(xiàn)場調(diào)研，評估是否滿足雷諾石籠的使用條件，并根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)提前準備金屬網(wǎng)。

圖4 雷諾石籠

3 結(jié)論

高速公路在施工建設(shè)和后期維護時，必須要考慮邊坡水土保持。本文通過試驗證明了采取不同的邊坡防護措施對徑流量和土壤侵蝕量有明顯的影響。其中，混凝土預制塊與紫穗槐組合，或者是旱地早熟禾與紫穗槐、丁香組合，都可以取得較為理想的防護效果。除此之外，采用“工程防護+植物防護”的新型模式，既可以降低防護成本，減少作業(yè)量，又能夠進一步提升水土保持效果，具有推廣應(yīng)用價值。