高速公路項目水土流失現(xiàn)狀及防治措施探討

王瑋娟

（廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院有限公司,廣東 廣州 510000）

根據(jù)《廣東省公路網(wǎng)規(guī)劃（2004-2030）》中的精神,到2030 年,廣東省將形成以“九縱五橫兩環(huán)”為主體框架,以密集線和連接線為補充,以珠江三角洲為核心,以沿海為界,以沿海港口為龍頭,輻射到山區(qū)和內(nèi)陸的高速公路布局。在建設(shè)過程中,為了防治水土流失,保護生態(tài)環(huán)境,減少對周邊環(huán)境影響,根據(jù)《中華人民共和國水土保持法》以及相關(guān)法律、政策的要求,在項目建設(shè)過程中,水土流失防治措施與主體工程同步涉及、進行,采取有效的水土流失保持措施,加強水土保持工作,降低施工過程中自然環(huán)境破壞,不僅對類似地質(zhì)條件和施工狀況的工程提供借鑒和參考,同時對指導項目水土流失保持工作具有重要意義。

1 項目概況

汕湛高速公路（汕頭至湛江）揭西大溪至博羅石壩段,處于廣東省低山丘地帶,其向東連接汕湛高速公路普寧至揭西段,并設(shè)置交通轉(zhuǎn)運樞紐站,與廣東省規(guī)劃第四條橫線揭陽至惠東段相連接；西部西依次接揭西縣河婆鎮(zhèn),五華縣梅林、華陽、紫金縣紫城鎮(zhèn)、瓦溪、九和、義容、古竹,在惠州市博羅縣石壩處為公路終點,并且在終點處于廣源高速公路相連接。本項目汕湛高速公路全場160.399 km,屬于新建公路性質(zhì),規(guī)劃雙向六車道、車速120 km/h。

2 水土流失現(xiàn)狀

根據(jù)批復的水土保持方案,經(jīng)計算,項目區(qū)界定水土流失范圍在預測時段內(nèi)的水土流失總量為129.01 萬t,其中施工期為126.85 萬t、自然恢復期為2.16 萬t；可能造成的新增水土流失量為127.50 萬t,其中施工期為126.01 萬t、自然恢復期為1.49 萬t。施工期新增的水土流失量占新增水土流失總量的99.0%,水土流失主要發(fā)生在施工期,因此施工期間需做好水土保持措施,減少土壤流失量。根據(jù)年廣東省土壤侵蝕遙感調(diào)查結(jié)果分析統(tǒng)計,汕頭至湛江高速公路揭西至博羅段沿線各縣（市）侵蝕類型及面積統(tǒng)計見表1。

表1 沿線各縣（市）土壤侵蝕類型及面積統(tǒng)計表單位：km2

本項目位于廣東省揭陽市揭西縣、梅州市五華縣、河源市紫金縣、惠州市博羅縣。通過查詢《土壤侵蝕分類分級標準》可以發(fā)現(xiàn),本項目區(qū)域內(nèi)土壤侵蝕類型屬于南方紅壤丘陵區(qū),個人模具廣東省土壤侵蝕標準及劃分區(qū)域,項目區(qū)域內(nèi)的珠江三角洲區(qū)域,由于廣東省雨季及降雨量影響,土壤流失主要是由于水力面蝕、溝蝕造成的,自然條件下水土流失現(xiàn)象較輕。通過廣東省土壤流失重點區(qū)域劃分及治理成果分布圖可知,河源市紫金縣、惠州市博羅縣屬于國家級水土流失重點預防區(qū),梅州市五華縣屬于國家級水土流失重點治理區(qū),揭陽市揭西縣屬于廣東省水土流失重點治理區(qū)。執(zhí)行一級防治標準,土壤侵蝕模數(shù)容許值為500t/（km2·a）。廣東省水土流失重點防治區(qū)劃分見圖1。

圖1 廣東省水土流失重點防治區(qū)劃分圖

3 水土流失危害

3.1 水土流失敏感區(qū)的水土流失危害

（1）沿線經(jīng)過的地表水系東部榕江河,中部琴江,西面東江三大水系的源頭部位及其主次支流河網(wǎng)；水利工程有橫江水庫、上徑水庫等蓄水工程；施工過程中如不采取臨時攔、截、排措施,流失的泥沙進入河道,淤積堵塞,影響行洪安全；自然保護區(qū)河源市恐龍系列化石自然保護區(qū)等,施工過程中如不采取攔擋等防護措施,影響自然保護區(qū)景觀,生態(tài)環(huán)境惡化。

（2）項目沿線主要有國道G205、省道S335、S238、S120、S340、S242 等公路分布,京九鐵路及規(guī)劃汕尾至龍川鐵路是本項目區(qū)域內(nèi)的兩條主要鐵路,道路建設(shè)對上述公路及鐵路均有一定程度的影響。項目施工時,切實做好防護措施,防止流失的泥沙影響周邊環(huán)境,堵塞已建成的排水設(shè)施。

（3）本項目沿線經(jīng)過有村、鎮(zhèn)的居民及學校等,如AK38+000～39+000、AK71+300～AK72+000、AK63+200～AK63+800段。工程施工后擾動地表,形成大量的裸露松散土壤,在暴雨及大風條件下易產(chǎn)生水土流失、引起揚塵,形成的泥漿水沖入居民生活區(qū),同時揚塵飛散,對周邊居民及人為活動較頻繁區(qū)產(chǎn)生較大影響。

（4）項目所經(jīng)地區(qū)為花崗巖風化的紅壤土,含沙量多,酸性大,若不采取有效的水土流失防治措施,則會使土壤性質(zhì)惡化,不能保水、保土、保肥,作物難生,自然災(zāi)害日益嚴重。

3.2 項目本身水土流失危害

（1）公路在施工期土石方填、挖工程造成路基裸露,尤其是沿線部分路段的高填、深挖會破壞原有的地形地貌和植被,遇暴雨會引起劇烈的水土流失。

（2）公路工程是一條帶狀工程,施工時間長,工程施工需要大量開挖山體,項目所涉及的土坑、棄土堆等若設(shè)置不當,將會占壓植被和耕地,防護不當將引起水土流失強度大幅度增加,造成土地資源的損失和項目竣工后的恢復難度。

（3）公路施工期間臨時占用的部分土地,主要包括施工營地、施工便道等,將占用農(nóng)田、林地,破壞原有地表植被或農(nóng)作物,造成不同程度的農(nóng)業(yè)生態(tài)損害和土地資源的損失。

（4）公路用地為永久性占用,會使當?shù)赝恋刭Y源進一步緊張,導致該區(qū)域土地利用情況發(fā)生變化,使一些農(nóng)田、果園、林地、魚塘等面積減少甚至消失,相應(yīng)的山地以及林地遭到非法占有和開墾,對當?shù)氐臐O業(yè)、林業(yè)、農(nóng)業(yè)以及畜牧業(yè)產(chǎn)生不可估量的影響[1]。

4 水土流失防治措施

4.1 截排水設(shè)計

水土保持方案施工期臨時排水采用20 年一遇的洪水標準設(shè)計,由于本區(qū)域內(nèi)無實測水文資料,洪水計算采用暴雨資料間接推求,根據(jù)相關(guān)水力設(shè)計規(guī)范進行計算。對于集水區(qū)面積不同時,洪峰流量計算采取不一樣的公式,當集水區(qū)面積大于10 hm2時,按照《廣東省暴雨徑流查算圖表》中公式推算,當集水區(qū)面積小于10 hm2時,采用水利部提供的經(jīng)驗公式進行推算。

水利部推理公式：

式中：Qm為洪峰流量,m3/s；K為洪峰徑流系數(shù)；I為1 小時最大暴雨量,mm；F為集水面積,km2；0.278 為單位換算系數(shù)。

廣東省經(jīng)驗公式：

式中：Qm為洪峰流量,m3/s；H24為24 小時最大暴雨量,mm；F為集水面積,km2；C為系數(shù)。

設(shè)計過水斷面根據(jù)地形選擇坡降,根據(jù)經(jīng)驗選取斷面尺寸,采用明渠均勻流公式進行校核,明渠均勻流公式：

式中：A為溝道過水斷面面積,m2；Q為設(shè)計坡面匯流洪峰流量,m3/s；C為謝才系數(shù)；R為水力半徑,m；i為溝底比降。其中C=（1/n）×R1/6,n為溝槽糙率,土質(zhì)截水溝n取0.025 左右。

矩形斷面：

梯形斷面：

式中：b為溝槽底寬；h為溝槽過水深；m為溝槽內(nèi)邊坡系數(shù)。一般斷面形式設(shè)計公式：

式中：a為常數(shù),a=0.58～0.94,一般采用0.76；i取1/30,1/50≤i≤1/10。

以上為項目區(qū)取土、棄渣、施工營造區(qū)等排水系統(tǒng)設(shè)計方法,另外水土保持方案根據(jù)主體可研資料及圖紙,進行項目區(qū)匯水分析,初步對項目區(qū)截排水溝進行校核分析統(tǒng)計,提出下一設(shè)計階段需進行修整的排水設(shè)施。根據(jù)主體設(shè)計資料,本項目填方邊坡區(qū)與挖方邊坡區(qū)的坡腳排水溝設(shè)計斷面尺寸不小于60 cm×80 cm,截水溝設(shè)計斷面尺寸采用50 cm×50 cm 矩形溝,方案對其項目區(qū)中高邊坡（高度大于30 m 的）進行校核,情況見表2。

表2 擾動后土壤侵蝕模數(shù)

表2 中高邊坡截水溝校核情況表

4.2 防治分區(qū)防治措施典型設(shè)計

（1）路面工程區(qū)

本區(qū)域主要為路基修筑時形成的雛形路面,路面質(zhì)地為土質(zhì),尚未進行任何鋪筑操作,地表裸露,雨天降水沖刷后極易發(fā)生水土流失,可在路面邊緣設(shè)置土質(zhì)擋水坎,在路基修筑機械開挖或人工開挖時將道路邊緣修成略高于路面的土坎,并夯實,防止暴雨沖刷損壞已形成的雛形坡面,造成局部滑坡。同時在填方坡面布設(shè)臨時急流槽（具體見圖2）,斷面為“U”形,頂面直徑50 cm,砂漿抹面,壁厚2 cm,每30 m 布設(shè)一處,長度以填方坡面長度為依據(jù),本區(qū)填方平均高度為12 m,按1∶1.75（上部8.0 m 邊坡采用1∶1.5,下部邊坡采用1∶1.75）計算,臨時急流槽每座長度約為24 m,經(jīng)統(tǒng)計,本區(qū)填方邊坡區(qū)域縱向長度共計37003 m,共需設(shè)置臨時急流槽1231 座,急流槽共計29544 m[2]。

圖2 臨時急流槽剖面圖、正視圖（單位：mm）

（2）填方邊坡區(qū)

本項目填方主要為路線跨越較低窄溝谷的路基填筑,路堤邊坡高度均在6 m 以上。主體設(shè)計對大于6 m 的填方邊坡防護進行了襯砌拱植草、漿砌片石（或混凝土預制塊）防護措施的設(shè)計,由于該區(qū)域地勢陡峭,水土保持方案建議采用人字形或拱形導水性能較好、穩(wěn)定性較強的型式。坡面植被在植草的基礎(chǔ)上,方案建議穴植小灌木,如金合歡、銀合歡、木豆等,可以更好地提高土壤肥力,增強坡面穩(wěn)固性,提高土壤抗沖刷能力。填方邊坡坡腳2 m～3 m 處設(shè)置臨時排水溝1型,坡面徑流及臨時急流槽匯集后排入1 型臨時排水溝,最終流入附近溪流溝道,形成較完善的臨時排水系統(tǒng),同時每300 m 處布設(shè)一座沉沙池,并在臨時排水溝匯入附近溪流溝道入口處布設(shè)一座沉沙池,均為臨時沉沙池1 型（具體見圖3）。

圖3 臨時排水溝1 型（單位：cm）

（3）橋涵工程區(qū)

本項目設(shè)特大橋6347 m/5 座、大橋23856 m /89 座、中橋4506 m/60 座、涵洞29006 m/480 座。對跨河流大橋橋樁基礎(chǔ)施工產(chǎn)生的水砂混合體等,采取船運的方式運至河岸,固化后運至就近的棄渣場。高架橋施工建設(shè)產(chǎn)生的棄土量較少,主要是樁基礎(chǔ)鉆孔灌注樁或人工挖孔樁施工產(chǎn)生的淤泥。有跨河橋梁的,需在河岸坡面布設(shè)排水溝、臨時沉沙池,主要對位于坡面的橋樁基礎(chǔ)施工建設(shè)進行防護,避免坡面來水沖刷。對位于坡面的橋墩,樁基礎(chǔ)產(chǎn)生的堆渣進行臨時攔擋防護。具體見圖4。

圖4 橋梁工程臨時排水、沉沙剖面示意圖

5 水土保持措施落實情況

本項目主體工程與水土保持工程同時設(shè)計、同時施工。在項目建設(shè)過程中采取多種措施,以期減少項目區(qū)域內(nèi)水土流失,采取的措施包括：盲（滲）溝、沉砂池、漿砌石排水溝、漿砌石護坡、漿砌石急流槽、干砌石護坡、骨架護坡,全面整地、栽植喬灌木、鋪植草皮、撒播草籽、種植攀緣植物、噴播草灌護坡、三維植被網(wǎng)護坡、鋪草皮護坡、噴混植生植草,臨時排水溝、臨時急流槽蓋、編織土袋攔擋、臨時沉砂池等,水保設(shè)施的實施有效防治項目區(qū)水土流失,減輕工程建設(shè)對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的影響,實現(xiàn)防治目標[3]。

建設(shè)單位根據(jù)水土保持規(guī)劃及目標,在項目區(qū)域內(nèi)貫徹落實相關(guān)水土保持措施,建設(shè)而成的水土保持工程外觀合格、質(zhì)量過關(guān)、布局合理、效果明顯。根據(jù)規(guī)劃要求,水土保持工作按要求完成并順利驗收、各項指標均達到政府部門批準的防治參數(shù)要求,在項目實施過程中,嚴格按照規(guī)范要求和規(guī)章制度,在規(guī)定時間內(nèi)保質(zhì)保量的完成任務(wù)目標。

6 結(jié)語

公路工程建設(shè)是我國主要的工程建筑,在造福人民的同時不可避免地會對自然環(huán)境產(chǎn)生破壞,本項目設(shè)計充分考慮了部分具有水土保持功能的措施,如布設(shè)截排水溝、邊坡防護綠化、中央隔離帶及公路兩側(cè)綠化、互通區(qū)綠化等,以上措施均具有保水固土效益,可以有效控制施工場區(qū)內(nèi)匯水,防止匯水攜帶泥沙沖出征占地范圍,對周邊環(huán)境及河流水庫等造成不利影響,在水土流失時間、空間分布上分清側(cè)重點進行針對性防護,有效控制水土流失的發(fā)生。