张祁公路甘肃段水土保持限制性因素分析与评价

2018-02-01张丽萍

中国水土保持 2018年9期

张丽萍

(甘肃省水土保持科学研究所，甘肃兰州 730030)

甘肃省张掖市甘州区至青海省祁连县公路工程(甘肃段)(以下简称张祁公路甘肃段)从位于张掖市甘州区境内的S213线(张掖—肃南)K23+100处接入，工程基本依黑河逆流而上，利用既有水电站修筑的施工便道，开挖量及填筑量相对较小，新开线路工程地质状况复杂，路径唯一。沿途利用15.20 km的张莺公路，对部分S形弯道路段裁弯取直，之后沿龙首黑河大桥跨越黑河进入黑河峡谷区，沿线利用电站施工时修建的施工道路、施工隧道进行改扩建，之后进入高原草甸区，最后至甘肃段线路终点(K143+660)。全线长143.66 km，共设置隧道3道、弃渣场12处。

工程沿线生态环境脆弱，又紧邻黑河干流，在工程的建设过程中造成水土流失的因素较多，不利于水土保持工作的开展，水土保持措施的设计与实施存在着一定的困难。在水土保持措施的设计过程中，发现并识别主要的水土保持限制性因素尤为重要，因此计划开展水土保持限制性因素的分析与评价工作，以期为后续工程措施专项设计工作提供技术支撑和设计基础，使水土保持措施发挥最大的生态效益。

1 项目区地形地貌

项目区位于河西走廊中段的祁连山山麓，沿线主要有祁连山山前冲积平原、黑河峡谷、中高山三大地貌单元。K0+000—K18+800段为祁连山山前冲积平原地貌，是由黑河将其所携带的碎屑物质长期沉积于山前盆地所形成的，地形平坦，无较大起伏。K18+800—K109+100段为黑河峡谷地貌，沿线两侧地势陡峻，山峰海拔均在3 000 m以上，山顶距谷底相对高差大，由岩石所组成的两侧山体坡度大多超过60°，具有典型的峡谷地貌特征，峡谷区内除岩石山体组成的陡峻山坡外，大量分布有厚度及范围不等，由松散块石组成的岩堆地貌，此段长度达90 km，是本次主要研究的地貌单元。K109+100至终点段为祁连山南坡侵蚀构造中高山地貌，地势相对开阔，虽然地面起伏相对较小，但是路线要跨越沟谷，高差较大，地面坡度多在8°～10°，属高山草甸区。

2 水土保持限制性因素分析

项目区属温带大陆性气候区，年均降水量130.4～267.1 mm、蒸发量1 733.0 mm、风速2.2 m/s，降水少多风沙，主要气象灾害有大风、沙尘暴、暴雨、冰雹等。土壤以高山寒漠土、山地栗钙土、山地灰钙土、风沙土为主，土壤内含少量砾石，特别是30 cm土层以下，以卵砾石为主，有机质较少，肥力低，结构松散，抗蚀性能差。沿线植被属温带山地森林草原，受山地气候、地形影响，植被分布具有明显的垂直地带性特征，阳坡海拔3 400～3 900 m，阴坡3 300～3 800 m，由常绿革叶杜鹃灌丛、落叶阔叶高山柳灌丛和金、银露梅矮灌丛等植被类型所组成，沿线植被覆盖度5%～35%。

2.1 工程选线方案限制性因素分析

(1)该工程为改建工程，路线大多数沿既有道路建设，主要是路基加宽、裁弯取直、提高公路等级，对旧路利用率较高，因而最大限度地减少了工程新增占地。

(2)设计针对路线穿越的大部分冲沟较陡，岩体松散，遇强降雨可能有泥石流现象发生，全线共设置封沟屏914 m，按照主体设计计算可以有效防止沟道上游松散物在强降雨下形成泥石流掩埋、冲毁路基。

(3)尽量选用荒地和既有的水电站弃渣、取料场地，该部分土地地表植被较稀疏，属于低产能土地。

(4)在岩石节理发育较严重时，对岩缝进行喷浆防护，以防坡面岩石进一步风化并造成新的崩落。设计此类形式防护长4.17 km，可有效防止重力侵蚀给沿途道路及人员、车辆造成危害。

(5)设计利用钢丝绳网为主的各类柔性网覆盖包裹在所需防护斜坡或岩石上，以限制坡面岩石土体的风化剥落或破坏，以及岩体崩塌(加固作用)，或将落石控制于一定范围内运动(围护作用)，减少了重力侵蚀，保障行车及行人安全。

(6)鉴于本工程大部分路段临河布线的工程实际，为减少河水对道路基础的淘蚀，主体设计采用钢筋石笼防护，石笼内充填物可利用项目区丰富的块石资源。

(7)设计的浆砌石内、外挡墙、挡墙+锚杆框架结构对于减少沿路松散物对道路的威胁作用显著，同时具有水土保持功能。

(8)鉴于道路截断沟道实际，特别是一些较大沟道，设计了导流堤，可防止降雨形成的洪流对道路造成破坏。全线共设计导流堤10处，长2.06 km。

(9)对部分路段通过架桥方式以减少道路纵向坡降，一方面以桥代路减少了施工中的占地面积，另一方面减少了工程占地，符合水土保持原则，能减少水土保持设施损坏面积。

(10)工程利用了龙首电站、宝瓶河电站的施工隧道，仅对其作拓宽加固处理，有效减少了开挖土石方量。

(11)路线经过祁连山自然保护区试验区、梯级水电站，已通过水利、林业等相关部门的审查批复，并且线路绕过了水电站不适宜重型车辆通过的拦水枢纽，项目建设征得了各水电站的同意。

综上所述，在项目区实施本项目不存在水土保持制约性因素，满足《开发建设项目水土保持技术规范》(GB 50433—2008)限制性规定的要求。

2.2 筑路材料来源限制性因素分析

针对工程区土层较薄，且土层较厚地段上植被生长良好，取土对生态环境破坏较大之实际，道路基础所需土方尽量利用道路修筑挖方中的土方及碎石土，路基垫方不足部分全部外购，以减轻对自然保护区环境产生的影响。

工程实施所需块石、碎石、砾石从道路沿线具有合法经营手续的木龙八村砂石料场、小孤山水电站料场、大孤山水电站料场和宝瓶河电站砂石料场购买，水土流失防治责任由砂石料供应商承担，并在购买合同中予以明确。

筑路所需的材料来源满足《开发建设项目水土保持技术规范》(GB 50433—2008)中的限制性规定要求，不存在水土保持限制性因素。

2.3 弃渣场选址限制性因素分析

工程实施过程中对路基开挖回填后的土石方尽量调配利用，多余弃方设永久弃渣场，弃渣场布设在沿途水电站遗留的既有扰动地块或干沟、凹地，并设计排、截水设施，这些均满足《开发建设项目水土保持技术规范》(GB 50433—2008)中的限制性规定要求。

2.4 工程施工组织设计的限制性因素分析

在施工组织设计方面：①施工场地尽量占用荒地等非生产用地，并且尽可能利用既有路面布设混凝土拌合站等，最大限度地减少新增用地；②主体工程对土石方开挖填筑进行了调配，充分利用挖方，减少了弃方，有利于提高土石方利用率；③合理安排施工进度与时序，减小施工开挖、填筑、堆置等裸露面积，缩短裸露时间，有利于减轻工程建设过程中的水土流失；④加强对施工人员及车辆的管理，不得随意扩大施工扰动范围，严禁破坏祁连山自然保护区内的林草植被，防止弃渣进入电站水库。以上这些均满足《开发建设项目水土保持技术规范》(GB 50433—2008)中的限制性规定要求。

2.5 工程施工的限制性因素分析

工程施工严格按技术规范要求进行：①施工道路、施工场地等控制在规定范围内，尽量减小施工扰动范围，并在施工结束后进行迹地恢复；②对临时堆石及料场加工的成品料集中堆放，采取苫盖、拦挡等临时防护措施；③土(砂、石、渣)料在运输过程中采取苫盖等保护措施，防止沿途散溢，造成水土流失。所有这些满足《开发建设项目水土保持技术规范》(GB 50433—2008)中的限制性规定要求。

2.6 对工程管理的限制性规定

主体工程提出了工程管理的相关要求：①将水土保持工程纳入主体工程，将施工过程中防治水土流失的责任落实到施工单位；②工程检查验收文件中包括水土保持工程检查验收程序、标准和要求；③外购土(砂、石)料的，必须选择合法的土(砂、石)料场，并在供料合同中明确水土流失防治责任。

3 主体工程施工组织等分析评价

3.1 施工组织分析评价

(1)路基路面工程采用全机械化施工，全集中拌合，施工效率高，有利于缩短施工扰动的时间，减轻水土流失，因而施工设计基本合理，符合水土保持要求。

(2)该项目桥梁采用场地预制，减少了对地表的扰动面积，符合水土保持要求。根据桥梁跨距大小及基础位置、施工区域大小，在沟谷地带采用钻孔灌注桩，将基础开挖土石直接运走；在常流水河道桥墩基础施工时采用钢围堰。

(3)设计阶段通过分析土石方开挖填筑情况，确定弃渣场12处，对各弃渣场分别做具体设计。

(4)根据土石方平衡分析和沿线工程地质情况，优化施工工艺，减少了占地面积，将挖方段符合路基填筑条件的余土利用旧路调运至填方段；对拆除的旧路路面材料粉碎加工后与土料混合，用于路基填方，提高了废方利用率，减少了借方和弃方。施工过程中除按照工程设计和施工规范施工外，还要采取临时防护措施，要严格控制施工扰动范围，加强施工管理，防止施工车辆和人员任意扰动破坏原地貌及植被，加剧水土流失。

(5)设计阶段对高山草甸区公路路基边坡只提出了绿化要求，后续对重点绿化区域进行了植物措施补充设计，符合水土保持要求。建议在树草种选择上与自然保护区相一致，不能对自然保护区植物种群产生不良影响。

(6)通过利用工程沿线的水电站遗留的既有扰动场地或利用旧路路面及两侧的空地布设施工场地，以减少扰动范围。根据同类型工程类比和现场调查，对不能满足工程建设的施工场地及施工便道进行补充设计，并尽量将其布置在植被较差的荒地上。

(7)为了提高高山草甸区路基占压其他草地(荒草地)的利用率，设计将表层土剥离在路基旁边并就近设临时堆土场进行堆放，后期将其用于路基边坡等部位的植被恢复，以提高防护效果。

3.2 工程建设中土石方平衡分析与评价

设计阶段结合地质勘查资料及设计方案，分析估算工程土石方挖方总量为255.66万m3，填方总量为232.80万m3，借方为27.35万m3，弃方为50.22万m3(弃于渣场)。

由于该工程大部分路段为在原有路基基础上的拓宽改造工程，因此尽量利用挖方，减少弃方。对路基及弃渣场占用的其他草地(荒草地)地块，先对表层土进行剥离，沿路设临时堆土场集中堆放，土建施工结束后将其用于路基及弃渣表面绿化覆土，从而最大限度地提高了废方利用率，减少了土石方堆放量。

3.3 临时堆土场及弃渣场布设的分析与评价

(1)临时堆土场布设合理性分析与评价。工程对于高山草甸区部分路基拓宽或弃渣场占压其他草地(荒草地)的表土剥离没有考虑。依据初设报告，对照1∶10 000地形图，结合现场调查研究，对路基占用其他草地(荒草地)路段根据占压面积剥离其表层土，剥离后的表土就近堆放在路基旁边，根据剥离长度和土方量，最终就近用于路基边坡和弃渣场植物绿化覆土。路基区剥离土方共设7处临时堆土场进行堆放，待路基土建施工结束后，就近用于路基边坡等部位的绿化覆土，在布设的弃渣场内共设计5处临时堆土场，根据剥离土方确定覆土量，既不为植物措施数量而剥离表土，又不为剥离土方而增减植物措施数量，剥多少用多少，也不进行远距离调运。因此，从水土保持角度分析，根据剥离土方及利用情况设置的临时堆土场位置和数量是合理的，有利于提高表层腐殖土的利用率和绿化效果。

(2)弃渣场布设合理性分析与评价。根据水土保持要求，弃渣场选择在无常流水的荒沟及沿途各水电站遗留的既有扰动地块设置，共设置弃土(渣)场12处，按先拦后弃的原则，先修筑挡墙、截排水设施，再进行渣体顶部土地整治，其位置、数量及防治措施合理，避开了县级以上地方人民政府公告的崩塌滑坡危险区和泥石流易发区，满足技术规范对弃土(石、渣)场选址的约束性要求。

3.4 水土保持工程防护措施分析与评价

水土保持专项工程与主体具有水土保持功能的工程措施相结合，保障工程安全和改善项目区环境，减少工程建设对项目区造成的水土流失。

(1)主体工程设计时，重视环境保护，充分考虑了地形、地质、水土流失、地物等因素对路线的影响，在保障安全、线形满足设计要求的前提下，尽量合理地利用现有路线，对路线经过的各梯级电站蓄水库、祁连山自然保护区试验区造成的影响较小；工程建设尽可能占用植被较差的土地，尽量少占耕地，使生态环境得到了较好的保护，符合水土保持对开发建设项目保护环境的要求。

(2)在满足安全的前提下，新建桥涵的设置尽量保持原有水文系统的延续性和完整性，大中桥桥孔布设除满足设计流量、水文要求外不压缩河床，跨越非人工沟渠的小桥涵按照地形、排水、汇水面积等因素设置。

(3)主体工程土方调配合理，在路基填筑过程中，尽可能使用挖方中的土石方，减少弃渣，弃渣集中堆放，但对弃渣场防护措施未做具体设计。水土保持专项结合主体设计报告与项目区实际情况，对弃渣场选址进行优化，并对弃渣场防治措施进行详细设计。

(4)主体工程中挖方边坡削坡开级、稳定坡面的工程措施，符合环境保护的要求；对高山草甸区填方路基边坡提出了绿化美化措施，但未做详细设计，水土保持专项根据设计深度要求，对此予以补充设计。

(5)主体工程对表土剥离位置、数量及临时堆土防护措施等未考虑。水土保持专项根据路基占压其他草地(荒草地)情况及剥离土利用方向对此进行补充设计。

(6)路基防护工程主要有护坡、挡土墙、土路肩加固等，这些工程措施主要是为主体工程服务，具有水土保持功能。

(7)主体工程结合实际地形，设置道路排水沟等路基排水系统，以“早接远送”为原则，将水引入远离工程的天然沟道，这些工程能有效地防止地表径流对路基的冲刷，满足排水防护要求，具有水土保持功能。

(8)填方路段的路面水以横向漫流形式向路堤坡面分散排放。挖方路段利用路面横坡将路面水散排至路基两侧边沟，后顺边沟、涵洞排出路基，满足排水防护要求，具有水土保持功能。