甘肃省风沙区公路工程水土保持设计

周晔　杨靖文

［关键词］ 水土保持;措施设计；公路工程；风沙区；甘肃省

［摘 要］ 甘肃省风沙区自然环境恶劣，植被稀少，风蚀剧烈，沿线公路水土流失防治已然成为公路建设中的关键点和难点。以G312线七墩—瓜州段公路改造工程为例，分析了甘肃省风沙区公路工程在水土保持设计时存在风力侵蚀严重、土壤结皮与植被恢复困难、特殊性岩土较多等难点，并结合风沙区水土流失特点，针对性提出风沙区公路工程水土保持专项措施、重点区域水土流失防治措施、临时措施等设计方案。

［中图分类号］ S157.2［文献标识码］ B［文章编号］ 1000－0941（2023）07－0019－03

公路具有聚集经济要素和促进产业融合的作用，对加快区域社会经济发展及促进社会协调发展具有十分重要的意义。然而公路工程作为典型的线性工程，具有施工路线长、施工周期久、地表扰动强度大、破坏范围广的特点，其建设活动往往会对沿线地形地貌、土壤植被等自然要素造成破坏或重塑，产生一定的水土流失。近年来，众多学者就公路建设项目的水土保持设计展开了研究，主要集中在水土保持措施探讨、效益评价及技术应用研究等方面。如：张宇等[1]根据贵州公路水土流失特点，提出了优化专项设计与重点区域水土流失防治是关键；王保定等[2]分析了在公路工程建设中水土保持措施的应用及成效；冯佳琳等[3]基于熵值法评价了高速公路施工过程对水土流失的影响；叶里扎提·吾林巴斯等[4]基于公路水土保持对新疆植被可恢复性进行了分区，进而为公路建设水土保持植物措施布设提供了依据；刘健等[5]介绍并分析了西南土石山区线性工程弃渣场整治措施。

“十四五”以来，甘肃公路交通事业稳步发展，公路建设规模不断扩大。受风沙区恶劣自然因素的限制，甘肃省风沙区生态环境十分脆弱，区域内降水稀少，蒸发量大，风力侵蚀严重，大大制约了区域内社会经济发展。在风沙区，一方面公路建设活动会扰动地表，形成扬尘，污染空气，威胁人类的生存环境；另一方面风沙会掩埋已建公路，阻碍交通，影响行车安全，威胁行车人生命安全。因此，开展风沙区公路建设项目水土保持措施合理配置研究的意义十分重大。本研究以G312线七墩—瓜州段公路改造工程为例，分析甘肃省风沙区公路工程水土保持设计难点，并结合风沙区水土流失特点，针对性地进行了水土保持设计。

1 项目区概况

1.1 自然概况

G312线七墩—瓜州段公路沿线地貌类型主要为戈壁平原，地势较开阔，地形略有起伏，地层以砂石、砾石为主。属大陆性中温带干旱气候区，夏季干热而较短促，冬季寒冷而较漫长。年均气温9.2 ℃，极端最高气温39.6 ℃，极端最低气温-29.0 ℃；年均降水量49.2 mm，年均水面蒸发量2 487.5 mm，是甘肃省降水量最小和蒸发量最大的地区；年均风速2.7 m/s，风力侵蚀极严重。公路沿线土壤类型以棕漠土、灰棕漠土、风沙土为主，最大冻土深146 cm。植被类型以荒漠植被为主，主要乔木有新疆杨、二白杨、胡杨、柽柳、沙枣、梭梭等；主要灌木有红砂、泡泡刺、膜果麻黄、骆驼刺、黑果枸杞、沙拐枣等；主要草本有甘草、合头草、芨芨草、赖草、羽茅、艾草等。

1.2 工程概况

G312线七墩—瓜州段公路位于酒泉市瓜州县境内，全长66.27 km。路线起点位于瓜州县七墩乡，接G312线清泉—七墩段；路线终点位于G312线与G30高速公路瓜州出口平交处，顺接G312线瓜州—柳园段。工程等级为大型，汽车荷载等级为公路Ⅰ级，路基宽25 m，设计行车速度80 km/h。本项目水土流失防治责任范围为557.14 hm2，其中项目永久占地352.14 hm2、临时占地205.00 hm2。共修建大桥1座158.00 m，为原有桥梁加宽利用；中桥2座，共90.08 m；小桥23座，共434.92 m；涵洞147道；服务区1处、停车区1处、养护工区及治超站1处。项目挖填方总量约450.74万m3，其中挖方总量约23.92万m3，填方总量约426.82万m3；借方402.90万m3；无弃方。

2 项目水土保持设计难点

在项目设计阶段，根据项目区水土流失现状与特点，结合野外调查，分析总结了水土保持设计难点，具体如下：

1）风力侵蚀极为严重，中度以上侵蚀占比大。严重的风力侵蚀导致区域内生态环境较为脆弱，无法形成有效的地表保护层。按照《甘肃省人民政府关于划定省级水土流失重点预防区和重点治理区的公告》，项目区所在瓜州县属内陆河流域省级水土流失重点治理区，以风力侵蚀为主，防治责任范围内原地表年均土壤侵蚀模数为3 995 t/（km2·a）。此外，根据《2021年甘肃省水土保持公报》，瓜州县水土流失面积为14 289.84 km2，占全县总面积的61.73%，其中中度以上侵蚀面积占全县水土流失面积的71.47%。项目实施过程中，路基开挖、路堑填筑、取土开采等施工工艺均会破坏原有地表附着物，加剧土壤侵蚀。

2）自然条件恶劣，土壤结皮与植被自然恢复困难。七墩—瓜州段公路沿线主要为戈壁与基岩残丘区，地层以砂石、砾石为主，基岩裸露，植被不发育。虽然地表生长有麻黄、白刺、骆驼刺等水土保持植物，但区域内自然条件恶劣，生态系统结构简单，植被一旦遭受扰动，极易被破坏，且很难恢复。此外，荒漠土壤结皮能增加土壤的稳定性，减少风力侵蚀，然而风沙区地表土壤结皮的自然形成十分困难，一般需3～5 a。

3）特殊性岩土较多，存在安全风险与水土流失隐患。公路沿线特殊性岩土以盐渍土、季节性冻土、素填土为主。盐渍土不仅会引起地表膨胀、路面变形，而且會降低植被对水分的利用效率，造成土壤板结，阻碍植被扎根。季节性冻土会产生冻胀和融陷，过大的冻融变形，会使路基发生翻浆和冒泥现象，对公路造成很大的破坏。此外，沿线多为素填土路段，路基多填筑砂砾土，松散堆积或压实度不均一，容易引起不均匀沉降，存在一定的安全隐患。

3 水土保持设计

3.1 水土保持专项措施

1）不良地质路段水土保持措施。大部分公路路段经过区地形较为平缓，多为第四系堆积物构成，不良地质不发育，特殊性岩土以盐渍土、季节性冻土、素填土为主。对盐渍土路段，采取提高路基高度、换填路基、设置隔断层、加设护坡道等措施，路基填料采用砾类土，并做好截排水等综合措施，同时对盐渍土路段的构筑物采取相应的防腐措施。对季节性冻土路段，采取提高路基高度、换填路基、设置隔断层等措施。对素填土路段，采用换填、清表、翻夯、碾压等措施。

2）拦水沙坝。公路沿线虽降雨较少，但因植被稀少，降雨时极易形成汇流，冲刷路基，造成严重的水土流失。若大量设置护坡、挡土墙等会大幅增加工程造价，因此，在项目设计中设置拦水沙坝代替护坡、挡土墙等，既防护路基、降低工程造价，又减轻水土流失危害。当路线通过山前洪积扇或戈壁时，为拦截流向路基坡脚的漫水，根据地形在路基迎水侧设置顶宽2.5 m、高1.5～2.0 m的拦水沙坝，沙坝坡脚到路基坡脚距离按照不小于10.0 m控制。拦水沙坝应设置护坡道，或开挖宽而浅的排导沟，使汇集水或自然蒸发，或疏导至桥涵处，排至路基范围以外。

3）砾石压盖。公路沿线为风蚀区，地表被砾石覆盖，植被覆盖度低，施工扰动破坏后植被恢复困难。但研究表明，砾石压盖具有保水保墒、增加地温和保持地力的效果，是防沙治沙的重要手段之一。因此，在桥梁施工扰动区、施工生产生活区、施工便道、取土场等区域采用直径大于5 mm的砾石压盖，压盖厚度10 cm，会取得比较好的防治效果。

3.2 重点区域水土流失防治措施

通过对已建公路项目资料及相关文献的查阅，发现取土场区的开采会严重破坏地表原有地貌和植被，对水土流失影响较大，是公路建设项目水土流失防治的重点区域。根据本项目土石方平衡结果，项目需借方402.90万m3，布设取土场12处，临时占地共计190.20 hm2。由于项目所选择的取土场均位于戈壁平原区，周边环境特点类似，防护形式相同，故以取土量最大的取土场S7的水土保持措施设计为例。取土场S7临时占地19.90 hm2，满足可取土量要求，取土量79.60万m3，平均取土深4 m。取土后边坡坡比1∶1.5，采取土地整治、撒播草籽等恢复植被措施，并结合砾石压盖。土地整治面积为20.43 hm2，其中取土坡面面积1.85 hm2，取土坑底部面积18.58 hm2。土地整治后，对取土坑底部采用直径大于5 mm的砾石压盖，压盖厚度10 cm。在取土场外侧设置高1 m的铁丝网围栏；在取土场外来水侧设置拦水埂，拦水埂顶宽20 cm、底宽80 cm、高30 cm，边坡坡比1∶1。

3.3 临时措施

在风沙区，临时措施是十分有效的水土流失防治措施，具有易配置、起效快的特点。临时措施包括临时拦挡、临时排水、临时苫盖及临时洒水等。考虑到项目区生态环境脆弱与恶劣，施工过程中应加强临时措施的落实，严格按照水土保持方案执行。如在路基土建施工期，定期对未经硬化的扰动场地进行洒水、碾压，可使土壤结皮，增加地表稳固度，减少风蚀等。

4 结束语

G312线七墩—瓜州段公路改造工程地处甘肃省风沙区，是连接甘肃与新疆的一条重要通道。针对甘肃省风沙区公路建设项目水土流失特点，水土保持设计时应坚持“预防为主、保护优先，因害设防、因地制宜”的原则，分区施策，多措并举，有效控制区域内水土流失，以降低工程建设对风沙区脆弱生态系统的影响。另外，在项目实施过程中，应积极落实“三同时”制度，加强施工全过程管控及现场监督检查，确保水土保持方案落地。

[参考文献]

[1] 张宇，魏浪，孙荣，等.贵州喀斯特地区高速公路建设项目水土流失防治探讨[J].中国水土保持，2019（12）：43-45.

[2] 王保定，蔡勋星，雷明琴，等.某公路工程水土保持措施与效益分析[J].河南水利与南水北调，2021，50（9）：99-100.

[3] 冯佳琳，殷黎明，赵丽君，等.基于熵值法的高速公路施工过程对水土流失的影响评价[J].水土保持通报，2017，37（2）：153-157.

[4] 叶里扎提·吾林巴斯，李宏钧，刘涛，等.基于公路水土保持的新疆植被可恢复性区划[J].公路，2018，63（12）：278-283.

[5] 刘健，张腾，应丰.西南土石山区线性工程弃渣场水土保持措施设计：以卡拉·杨房沟水电站交通专用公路工程为例[J].四川水利，2021，42（5）：150-153.

收稿日期： 2023-02-15

第一作者： 周晔（1989—），男，甘肃武山人，工程师，硕士，主要从事公路工程水土保持设计、边坡防护等工作。

通信作者： 楊靖文（1969—），男，甘肃武山人，正高级工程师，学士，主要从事水土保持科学研究、水土保持工程设计、水土流失治理等工作。

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（责任编辑 张绪兰）