西南岩溶石山区公路项目水土保持生态恢复设计探讨

周土金 胡封兵 肖克飚 温存

摘要：文章通过对西南岩溶石山区天峨（黔桂界）至北海公路（天峨经凤山至巴马段）设计资料的查阅和现场勘察，分析该公路建设人为水土流失的原因主要为建设初期的场地平整及开挖路基弃土弃渣等人为活动，造成的土壤流失具有流失强度大、发生历时短、治理要求标准高的特点，并结合工程特点，提出了工程、生物、临时措施相结合的综合防治措施体系。

关键词：线性项目;高速路建设项目;水土流失分析;治理途径

0 引言

由于施工對地形的破坏，造成局部区域发生地形改变，地面径流流向和流量变化，施工造成的裸露土壤容易受雨水冲刷，加剧水土流失。

天峨（黔桂界）至北海公路（天峨经凤山至巴马段）位于广西喀斯特石漠化地区，建设区域土层厚度薄，结构松散，受雨水冲刷土壤难留存，土层的缺失给施工造成极大的难度，后期覆土绿化的表土难以填补。

本方案设计采取排水工程、边坡防护工程和植被防护工程以减少水土流失，并积极利用弃渣场进行造地，创造经济效益，同时采取针对性的穴植工艺进行生态防护及生态恢复，结合人工造林和小流域治理工程恢复生态环境，种植经济作物促进当地经济发展，增强植物覆盖率。

1 项目背景概况

1.1 项目概况

天峨（黔桂界）至北海公路（天峨经凤山至巴马段）属建设类新建工程，位于广西壮族自治区河池市天峨县、东兰县、凤山县和巴马瑶族自治县。工程由主线和天峨、岜暮、金谷、砦牙、凤山、坡月六连接线组成。路线全长136.360 km，其中主线长107.751 km，连接线长28.609 km。

项目组成包括：主体工程和临时工程。工程计划于2019年12月开工，计划于2023年12月完工，总工期为48个月。

1.2 项目水土流失背景

项目位于河池市天峨县、东兰县、凤山县和巴马瑶族自治县，属中低山区地貌，海拔200～1 300 m。当降水时，降雨汇集顺坡面产生径流，产生裸露面水力侵蚀。项目区内土地利用类型为以林地为主（45.88%），其次为园地（14.88%），根据河池市各地类土壤侵蚀模数，分析计算后得到土壤侵蚀模数背景模数为523 t/（km2·a）。项目区属于南方红壤区，以水力侵蚀为主，多年统计的平均侵蚀深度达0.37 mm，查SL190-2007标准，该地段土壤侵蚀允许流失量为500 t/（km2·a）。

2 项目施工的水土流失情况

项目所经区域位于广西北部，多年统计平均降雨强度为1 149～1 563 mm，20年一遇1 h设计暴雨量为75.5～101.4 mm，水力侵蚀得到了有力提升。

根据建设区域上游的不定时和强度较大的降雨，对土层较薄和凝聚力较弱的土壤造成破坏，疏松的表土层随冲蚀沟流失至低洼处或落水洞，加剧了水土流失和石漠化危害。由于土层流失，留下的石灰岩造成植物难以存活，或存活植被根系不牢，在上游雨水冲刷下随汇水冲走，日积月累地区石漠化程度逐渐增大。由于在施工过程中机械对地表的剥离和碾压，基础土方的开挖、回填等原因，扰动和破坏了原有的地表及植被，改变了周边地貌单元。

由于弃土弃渣松散易流失，受雨水冲刷时侵蚀严重，上层弃土流失量大，若防护措施布设不及时，可能会导致较严重水土流失的发生。堆土体受雨水冲刷形成泥水流入低洼处的落水洞或附近水系中。由于河池市土壤资源宝贵，弃渣场堆放的土壤流失后会加剧地区石漠化面积。

2.1 扰动面积及植被面积

本项目沿线地势较陡峭，沿线地势高程处于200～1 300 m范围内，设计高程为210～1 205 m;道路主线最大纵坡为4.50%，连接线最大纵坡为7.00%，挖方路段长度占69%，其中>8 m的挖方路基长度占总长度的8.09%，施工后形成的大面积裸露边坡受侵蚀严重，且最终形成边坡最大高度达65 m，塌方风险较大。其中，弃渣场和临时堆土场前期破坏植被后，后期恢复植被时应根据周边径流情况，合理设计排水设施和拦砂截水工程，保护土壤资源，减少周边石漠化趋势。

2.2 土石方平衡

由于喀斯特地貌土石比例中石方比例较大，石灰岩分布较广，大部分石质表层不适合路基填筑，表土层分布在石质低洼处，难以收集保护，除部分收集集中堆放保护，其余表层土随石方堆放至弃土弃渣场。

经分析计算，施工时土石方利用率为73.57%，其余均为无法利用作为路基填筑的石方和土方。为保护和合理利用表土资源，施工前需将81.42万m3表土剥离后集中堆放，后期生态恢复时可用于绿化和复耕综合整治（见表1）。

2.3 项目施工水土流失预测

项目所在地河池市石山区和半石山区比较广，受水力侵蚀影响较大，生态环境脆弱，生产建设活动造成原生植被破坏，水土流失加大，生态环境难以恢复。

经分析统计，无防护措施时新增水土流失量为210 154 t（详见表2和下页图1）。

另外，在工程建成后的植被恢复期间，新增土壤流失量为9 310 t。所以，由于工程施工产生的水土流失总量为238 039 t。

3 防治分区水土保持措施

根据“预防为主，保护优先，全面规划，综合治理，因地制宜，突出重点，科学管理，注重效益”的方针，依据“谁开发，谁保护，谁造成水土流失谁治理”的原则对工程、植物和临时措施进行生态恢复，根据实际情况针对性地设计相应的措施。水土保持生态恢复包含施工前、施工中和施工后三个阶段。

3.1 水土保持生态恢复设计

3.1.1 主体工程区

主体工程施工由于永久性改变了地形地貌，因此水土保持生态恢复需要根据设计情况和改变后的地形地貌进行设计，包含表土集中堆放保护和排水沉降、绿化工艺等。根据主体排水工程设计情况，在出口处设计顺接工程和多级沉沙池，配合边坡设计，保证边坡下游排水顺利通过顺接工程沉降泥水。在部分边坡上游汇水较大的径流区域，修建淤地坝截水工程和消能沉沙池，对汇水进行消能和留存土壤，形成可利用的梯地。

对于高陡边坡，上游汇水直接导流至下游边坡排水设施。除部分采取浆砌石防护外，主要采取绿化网等辅助工程绿化，恢复植物生态环境。

3.1.2 临时工程区

临时工程区主要包含表土和弃渣堆放区域、临时施工区域、施工便道等。水土保持生态设计包含前期表土保护、排水设计、边坡挡护，预防水土流失程度加大及保护表土资源。施工中裸露边坡的覆盖和临时植物措施防护，主要为减少土壤土层流失，防止产生水土流失危害。后期施工破坏区域恢复原地貌生态设计，包含平台和边坡两块区域，其中边坡主要采取本土植物绿化，同时尽量进行梯改坡，减少边坡受水力侵蚀强度，尽量在每层梯地修建沉沙池，减少水流冲击力及留存流失土壤。

3.2 水土保持措施

3.2.1 工程措施

（1）表土防护及土地整治

由于该地区土壤资源稀少，表土资源珍贵，必须加大表土剥离及防护，减少表土资源流失，为后期工程绿化覆土提供便利，加快生态环境恢复。

工程施工前采用机械设备剥离表层耕植土，剥离厚度为10～20 cm左右，运至临时堆场集中堆放，后期回填平整后复耕或恢复植被所用。

土地整治可结合人工造林和小流域治理项目恢复周边生态环境，减少因工程施工造成的生态破坏。

根据工程特点，在施工期间修建水池用水，可设计为施工结束后的灌溉用水池，便于营地土地整治植被存活或复耕土地利用。同时，尽量利用有限土壤覆盖地表，减少雨水冲击和水力侵蚀。

部分采石基坑进行修整后可作为水塘使用，导流周边雨水，最大限度利用水资源。

施工期间修建的沉沙池修建为永久性建筑，在施工结束后可直接利用作为集水池进行灌溉，最大限度留存水资源。

（2）护坡工程

由于喀斯特地貌受水力侵蚀严重，难以涵水，造成山体侵蚀沟遍布，岩石松散，容易产生崩塌滑坡。溶岩石山区植被稀疏，土层被破坏后难以恢复原地貌。边坡应尽量修整为台阶式梯地，大幅度创造可利用土地资源，加强生态恢复。

由于土壤稀少，填方大部分为石方，填筑成型后难以绿化，受上游汇水渗透影响，稳定性降低，可采取框格客土绿化，同时在框格上设计排水槽，导流上游汇水，同时将减少框格内土壤的水力侵蚀。

在部分水流较少的区域，覆盖绿化后种植藤类植物，对边坡进行攀爬覆盖。同时，在清理沉沙池时可在边坡平台覆土强化植被土壤厚度，增强植被存活基础。

（3）拦挡工程

由于弃土弃渣中含有部分表土，在弃土弃渣堆砌时应先堆放石方，再堆放土方，堆放完毕后可以形成可利用地，种植经济树木、果树、耐旱农作物，对周边生态治理产生良好的影响，所以弃土弃渣场的拦挡防护尤为重要。

弃渣场浆砌石挡土墙设于弃土渣场坡脚，主要作用是拦截废渣，防止因弃渣而引起的水土流失。为保证浆砌石拦渣墙具有足够的稳定性，对弃土渣场浆砌石拦渣墙进行力学稳定性计算，参照《水土保持工程设计规范》进行稳定性分析验证。

在坡面制造台阶坡地时，需要注意挡墙设计，最大限度保留围挡土壤，在坡顶留出溢流口流往下一级台阶坡地，挡墙尽量不渗水，减少因雨水下渗掏空土壤造成空洞。

（4）排水工程

在主体工程路段路基两侧设边沟，边沟盖板采用混凝土预制梳型板。土质挖方路段路基两侧采用设三角形断面边沟，沟顶采用三维网植草，下设渗沟。在坡顶汇水面积较大且有可能影响挖方边坡处设矩形截水沟。石质填方路段可结合框格护坡布设，在边坡边缘汇集坡面汇水后，于出口处修建顺接排水工程，连接多座串联的浆砌石沉沙池沉降泥水，留存流失土壤，同时对汇水进行消能，降低对下游土壤的水力侵蚀。

为引走弃土渣场汇水，避免山坡地表径流灌入堆渣体内，弃渣之前环绕弃土渣场边缘修筑浆砌石排水沟，以拦截和引导地表水径流。在汇水流经坡度较陡的区域设急流槽，水流经沉沙池沉沙后，顺接至弃土渣场支沟下游的现状沟道排放。弃渣结束后应沿平台修建平台截水沟，排放坡面汇水。排水沟按20年一遇1 h设计暴雨量。急流槽断面为矩形，安全超高为10～20 cm，急流槽底部设消力沉沙池。在排水沟出口前段水流平缓处设多个沉沙池，沉降泥沙后留存，汇水最终排入天然沟渠或农用渠道中。

3.2.2 植物措施

（1）植物护坡

林草植被不仅具有减少雨水冲蚀的效果，还具有延缓地表径流的功能。护坡生态措施选择的草种繁多，不仅能起到边坡防护效果，还有生态坏境效益。绿化边坡与未绿化的边坡汇水产生的径流量一致，但由于流速的降低，使土壤流失量大大降低。由于径流沿坡面向下流动时受到林草植被的拦挡、分流作用，水力冲蚀地面效果降低明显。因此，高速公路边坡进行生态护坡建设后，水力侵蚀大为降低，减缓了上游汇水对下游路基的冲刷，起到了消能效果，达到减轻降雨和上游汇水对坡面土壤侵蚀的目的。

根据地形地貌，项目区植被稀疏，石漠化严重，因此主体工程采取了满铺植草护坡、三维网植草护坡和骨架植草护坡防护坡面，路面中央分隔带采取综合绿化措施防护，减少地面裸露，降低水土流失。绿化工程实施后，还需要进行无纺布覆盖，防止树种、草种被冲刷，造成地面无法被绿化。

在部分绿化难度大的路段，可采取坡面修建平台进行客土绿化，采用藤类植物或根系发达的多叶树种，必要时对坡面进行绿化网铺设。

（2）其他植物措施

由于建设区域土地资源贫乏，土层易流失，根据当地土质情况，宜采取人工造林和小流域模式恢复生态。在结合弃渣场设置，集中土壤进行凹地填平后，可采取穴植方式进行经济作物种植。同时采取方格分割保土留水，在防护水土流失的同时产生经济效益，在工程边坡也可采取客土穴植工艺，植株与边坡成30°角，可保证存活概率和防护效果。

新增占地对边坡采取土地整治后，撒播草籽种植乔灌木绿化。乔灌木采用台湾相思、马尾松、紫穗槐、毛杜鹃等。乔木规格要求自然高度达50 cm，灌木自然高度达30 cm。乔、灌木混交穴植，种植比例1∶1，株行距為2 m×2 m。草种采用百喜草和狗牙根，播种量为60 kg/hm2。平台采取撒播草籽种植乔灌木绿化，植物措施同边坡。

生态恢复的植被根据场地实际情况，植物选用台湾相思、紫穗槐、马尾松、毛杜鹃、百喜草、狗牙根等，其习性见表3。

结合当地造林工程和小流域治理，科学合理进行生态恢复。在进行整治时植物可选择香樟、顶果木、柚木等乡土树种，这些树种不仅可以增加腐植土层，对土壤进行改良，而且对改良生态环境，增强环境承载力具有较强的作用。

选择地块进行植被绿化時，应注意地块周边植物分布具体情况，尽量选择乡土树种与周边植被相符，使治理后的区域植被能够自然演替，不影响周围原生植被，减少对生态环境的影响。

3.2.3 临时措施

（1）临时拦挡工程

主体工程路基施工过程中，在较高的填方段顶部路肩设置临时挡水土埂，汇集雨水至缺口处，连接坡面纵向排水沟排放。在填方路基（主要为>10 m的边坡）施工时，坡脚布设临时挡土墙（高1.0 m），对坡脚进行挡护，预防坍塌。

临时工程的临时挡土墙，主要作用是保护表土土堆，设置在堆土体坡脚进行拦挡防护，防护表土资源。

（2）临时排水工程

工程施工时，应做到排水沟永临结合，先开挖临时排水沟，后期改成永久排水沟。在排水沟出口处修建临时沉沙池，将坡面汇水经沉淀后排放。

临时占地使用前，沿场地边缘设置临时排水沟，以引导地表径流，经临时沉沙池沉淀后，与天然沟道或农用渠道相连，规划好地面径流流向。

临时排水工程表面进行砂浆抹面覆盖，方便工程完工后建设为永久性的排水工程，合理利用水资源和土壤留存。

（3）临时覆盖工程

雨季期间，裸露坡面由于表土层的剥离容易受到雨水侵蚀，为避免各项工程及植护措施实施前边坡发生严重的冲蚀危害，对裸露的填方路基边坡进行密目网苫盖，减少上游汇水对边坡的冲刷。

同时，部分需要临时绿化的区域，在进行撒播草籽绿化后，采用无纺布进行苫盖，保护绿化区域不受侵蚀，待绿化完成覆盖后恢复区域生态环境。

4 建议

本项目穿越岩溶石漠化地区，在施工过程中，要加强地质勘探，同时要综合治理，依靠施工地区的群众参与进来，将治理和经济发展进行有机结合。同时严禁在有落水洞、溶洞、漏斗及地下河的区域弃渣。主体选线涉及的，应做好有效的排水措施，严禁堵塞过流型地下河，改变地下水文条件，避免造成内涝。

后期土地整治时，应尽量修整为梯地，增加可利用土地面积，同时修建截水拦砂工程，最大限度节流流失土壤，减少水土流失，加快恢复周边受影响的生态环境。

5 结语

高速公路建设项目水土流失大，范围广，施工过程中流失量大，水土保持防护措施应及时布设，特别是在西南岩溶石漠化地区。为保护土地资源，应严格修建防护措施，合理布置防护设计，减少土壤流失。严格执行“三同时”制度和“谁开发、谁破坏，谁保护”的原则，施工和措施布设同时进行，最大限度减少水土流失，提升后期生态恢复效果。

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收稿日期：2020-06-10