高速公路项目水土流失现状及防治措施探讨

王玮娟

（广东省水利电力勘测设计研究院有限公司,广东 广州 510000）

根据《广东省公路网规划（2004-2030）》中的精神,到2030 年,广东省将形成以“九纵五横两环”为主体框架,以密集线和连接线为补充,以珠江三角洲为核心,以沿海为界,以沿海港口为龙头,辐射到山区和内陆的高速公路布局。在建设过程中,为了防治水土流失,保护生态环境,减少对周边环境影响,根据《中华人民共和国水土保持法》以及相关法律、政策的要求,在项目建设过程中,水土流失防治措施与主体工程同步涉及、进行,采取有效的水土流失保持措施,加强水土保持工作,降低施工过程中自然环境破坏,不仅对类似地质条件和施工状况的工程提供借鉴和参考,同时对指导项目水土流失保持工作具有重要意义。

1 项目概况

汕湛高速公路（汕头至湛江）揭西大溪至博罗石坝段,处于广东省低山丘地带,其向东连接汕湛高速公路普宁至揭西段,并设置交通转运枢纽站,与广东省规划第四条横线揭阳至惠东段相连接；西部西依次接揭西县河婆镇,五华县梅林、华阳、紫金县紫城镇、瓦溪、九和、义容、古竹,在惠州市博罗县石坝处为公路终点,并且在终点处于广源高速公路相连接。本项目汕湛高速公路全场160.399 km,属于新建公路性质,规划双向六车道、车速120 km/h。

2 水土流失现状

根据批复的水土保持方案,经计算,项目区界定水土流失范围在预测时段内的水土流失总量为129.01 万t,其中施工期为126.85 万t、自然恢复期为2.16 万t；可能造成的新增水土流失量为127.50 万t,其中施工期为126.01 万t、自然恢复期为1.49 万t。施工期新增的水土流失量占新增水土流失总量的99.0%,水土流失主要发生在施工期,因此施工期间需做好水土保持措施,减少土壤流失量。根据年广东省土壤侵蚀遥感调查结果分析统计,汕头至湛江高速公路揭西至博罗段沿线各县（市）侵蚀类型及面积统计见表1。

表1 沿线各县（市）土壤侵蚀类型及面积统计表单位：km2

本项目位于广东省揭阳市揭西县、梅州市五华县、河源市紫金县、惠州市博罗县。通过查询《土壤侵蚀分类分级标准》可以发现,本项目区域内土壤侵蚀类型属于南方红壤丘陵区,个人模具广东省土壤侵蚀标准及划分区域,项目区域内的珠江三角洲区域,由于广东省雨季及降雨量影响,土壤流失主要是由于水力面蚀、沟蚀造成的,自然条件下水土流失现象较轻。通过广东省土壤流失重点区域划分及治理成果分布图可知,河源市紫金县、惠州市博罗县属于国家级水土流失重点预防区,梅州市五华县属于国家级水土流失重点治理区,揭阳市揭西县属于广东省水土流失重点治理区。执行一级防治标准,土壤侵蚀模数容许值为500t/（km2·a）。广东省水土流失重点防治区划分见图1。

图1 广东省水土流失重点防治区划分图

3 水土流失危害

3.1 水土流失敏感区的水土流失危害

（1）沿线经过的地表水系东部榕江河,中部琴江,西面东江三大水系的源头部位及其主次支流河网；水利工程有横江水库、上径水库等蓄水工程；施工过程中如不采取临时拦、截、排措施,流失的泥沙进入河道,淤积堵塞,影响行洪安全；自然保护区河源市恐龙系列化石自然保护区等,施工过程中如不采取拦挡等防护措施,影响自然保护区景观,生态环境恶化。

（2）项目沿线主要有国道G205、省道S335、S238、S120、S340、S242 等公路分布,京九铁路及规划汕尾至龙川铁路是本项目区域内的两条主要铁路,道路建设对上述公路及铁路均有一定程度的影响。项目施工时,切实做好防护措施,防止流失的泥沙影响周边环境,堵塞已建成的排水设施。

（3）本项目沿线经过有村、镇的居民及学校等,如AK38+000～39+000、AK71+300～AK72+000、AK63+200～AK63+800段。工程施工后扰动地表,形成大量的裸露松散土壤,在暴雨及大风条件下易产生水土流失、引起扬尘,形成的泥浆水冲入居民生活区,同时扬尘飞散,对周边居民及人为活动较频繁区产生较大影响。

（4）项目所经地区为花岗岩风化的红壤土,含沙量多,酸性大,若不采取有效的水土流失防治措施,则会使土壤性质恶化,不能保水、保土、保肥,作物难生,自然灾害日益严重。

3.2 项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,尤其是沿线部分路段的高填、深挖会破坏原有的地形地貌和植被,遇暴雨会引起剧烈的水土流失。

（2）公路工程是一条带状工程,施工时间长,工程施工需要大量开挖山体,项目所涉及的土坑、弃土堆等若设置不当,将会占压植被和耕地,防护不当将引起水土流失强度大幅度增加,造成土地资源的损失和项目竣工后的恢复难度。

（3）公路施工期间临时占用的部分土地,主要包括施工营地、施工便道等,将占用农田、林地,破坏原有地表植被或农作物,造成不同程度的农业生态损害和土地资源的损失。

（4）公路用地为永久性占用,会使当地土地资源进一步紧张,导致该区域土地利用情况发生变化,使一些农田、果园、林地、鱼塘等面积减少甚至消失,相应的山地以及林地遭到非法占有和开垦,对当地的渔业、林业、农业以及畜牧业产生不可估量的影响[1]。

4 水土流失防治措施

4.1 截排水设计

水土保持方案施工期临时排水采用20 年一遇的洪水标准设计,由于本区域内无实测水文资料,洪水计算采用暴雨资料间接推求,根据相关水力设计规范进行计算。对于集水区面积不同时,洪峰流量计算采取不一样的公式,当集水区面积大于10 hm2时,按照《广东省暴雨径流查算图表》中公式推算,当集水区面积小于10 hm2时,采用水利部提供的经验公式进行推算。

水利部推理公式：

式中：Qm为洪峰流量,m3/s；K为洪峰径流系数；I为1 小时最大暴雨量,mm；F为集水面积,km2；0.278 为单位换算系数。

广东省经验公式：

式中：Qm为洪峰流量,m3/s；H24为24 小时最大暴雨量,mm；F为集水面积,km2；C为系数。

设计过水断面根据地形选择坡降,根据经验选取断面尺寸,采用明渠均匀流公式进行校核,明渠均匀流公式：

式中：A为沟道过水断面面积,m2；Q为设计坡面汇流洪峰流量,m3/s；C为谢才系数；R为水力半径,m；i为沟底比降。其中C=（1/n）×R1/6,n为沟槽糙率,土质截水沟n取0.025 左右。

矩形断面：

梯形断面：

式中：b为沟槽底宽；h为沟槽过水深；m为沟槽内边坡系数。一般断面形式设计公式：

式中：a为常数,a=0.58～0.94,一般采用0.76；i取1/30,1/50≤i≤1/10。

以上为项目区取土、弃渣、施工营造区等排水系统设计方法,另外水土保持方案根据主体可研资料及图纸,进行项目区汇水分析,初步对项目区截排水沟进行校核分析统计,提出下一设计阶段需进行修整的排水设施。根据主体设计资料,本项目填方边坡区与挖方边坡区的坡脚排水沟设计断面尺寸不小于60 cm×80 cm,截水沟设计断面尺寸采用50 cm×50 cm 矩形沟,方案对其项目区中高边坡（高度大于30 m 的）进行校核,情况见表2。

表2 扰动后土壤侵蚀模数

表2 中高边坡截水沟校核情况表

4.2 防治分区防治措施典型设计

（1）路面工程区

本区域主要为路基修筑时形成的雏形路面,路面质地为土质,尚未进行任何铺筑操作,地表裸露,雨天降水冲刷后极易发生水土流失,可在路面边缘设置土质挡水坎,在路基修筑机械开挖或人工开挖时将道路边缘修成略高于路面的土坎,并夯实,防止暴雨冲刷损坏已形成的雏形坡面,造成局部滑坡。同时在填方坡面布设临时急流槽（具体见图2）,断面为“U”形,顶面直径50 cm,砂浆抹面,壁厚2 cm,每30 m 布设一处,长度以填方坡面长度为依据,本区填方平均高度为12 m,按1∶1.75（上部8.0 m 边坡采用1∶1.5,下部边坡采用1∶1.75）计算,临时急流槽每座长度约为24 m,经统计,本区填方边坡区域纵向长度共计37003 m,共需设置临时急流槽1231 座,急流槽共计29544 m[2]。

图2 临时急流槽剖面图、正视图（单位：mm）

（2）填方边坡区

本项目填方主要为路线跨越较低窄沟谷的路基填筑,路堤边坡高度均在6 m 以上。主体设计对大于6 m 的填方边坡防护进行了衬砌拱植草、浆砌片石（或混凝土预制块）防护措施的设计,由于该区域地势陡峭,水土保持方案建议采用人字形或拱形导水性能较好、稳定性较强的型式。坡面植被在植草的基础上,方案建议穴植小灌木,如金合欢、银合欢、木豆等,可以更好地提高土壤肥力,增强坡面稳固性,提高土壤抗冲刷能力。填方边坡坡脚2 m～3 m 处设置临时排水沟1型,坡面径流及临时急流槽汇集后排入1 型临时排水沟,最终流入附近溪流沟道,形成较完善的临时排水系统,同时每300 m 处布设一座沉沙池,并在临时排水沟汇入附近溪流沟道入口处布设一座沉沙池,均为临时沉沙池1 型（具体见图3）。

图3 临时排水沟1 型（单位：cm）

（3）桥涵工程区

本项目设特大桥6347 m/5 座、大桥23856 m /89 座、中桥4506 m/60 座、涵洞29006 m/480 座。对跨河流大桥桥桩基础施工产生的水砂混合体等,采取船运的方式运至河岸,固化后运至就近的弃渣场。高架桥施工建设产生的弃土量较少,主要是桩基础钻孔灌注桩或人工挖孔桩施工产生的淤泥。有跨河桥梁的,需在河岸坡面布设排水沟、临时沉沙池,主要对位于坡面的桥桩基础施工建设进行防护,避免坡面来水冲刷。对位于坡面的桥墩,桩基础产生的堆渣进行临时拦挡防护。具体见图4。

图4 桥梁工程临时排水、沉沙剖面示意图

5 水土保持措施落实情况

本项目主体工程与水土保持工程同时设计、同时施工。在项目建设过程中采取多种措施,以期减少项目区域内水土流失,采取的措施包括：盲（渗）沟、沉砂池、浆砌石排水沟、浆砌石护坡、浆砌石急流槽、干砌石护坡、骨架护坡,全面整地、栽植乔灌木、铺植草皮、撒播草籽、种植攀缘植物、喷播草灌护坡、三维植被网护坡、铺草皮护坡、喷混植生植草,临时排水沟、临时急流槽盖、编织土袋拦挡、临时沉砂池等,水保设施的实施有效防治项目区水土流失,减轻工程建设对当地生态环境的影响,实现防治目标[3]。

建设单位根据水土保持规划及目标,在项目区域内贯彻落实相关水土保持措施,建设而成的水土保持工程外观合格、质量过关、布局合理、效果明显。根据规划要求,水土保持工作按要求完成并顺利验收、各项指标均达到政府部门批准的防治参数要求,在项目实施过程中,严格按照规范要求和规章制度,在规定时间内保质保量的完成任务目标。

6 结语

公路工程建设是我国主要的工程建筑,在造福人民的同时不可避免地会对自然环境产生破坏,本项目设计充分考虑了部分具有水土保持功能的措施,如布设截排水沟、边坡防护绿化、中央隔离带及公路两侧绿化、互通区绿化等,以上措施均具有保水固土效益,可以有效控制施工场区内汇水,防止汇水携带泥沙冲出征占地范围,对周边环境及河流水库等造成不利影响,在水土流失时间、空间分布上分清侧重点进行针对性防护,有效控制水土流失的发生。