陇南土石山区高速公路工程弃渣场水土流失防治

周 晔,吴玉锋

(1.甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司,甘肃 兰州 730020;2.甘肃省水土保持科学研究所,甘肃 兰州 730020)

弃渣场内集中堆放的弃渣在重力、水力作用下易发生滑塌,不仅会造成严重的水土流失问题,还会堵塞沟道,毁坏农田和房屋,威胁人民群众的生命财产安全,因此弃渣场水土保持工作十分重要。弃渣场水土保持工作主要包括弃渣场选址和水土流失防治措施设计,若选址或防治措施设计不合理,则会造成水土流失加剧,并对主体工程和下游建筑物带来新的威胁[1-2]。受当地地形条件限制,陇南土石山区高速公路工程施工过程中土石方开挖量和弃渣量大,弃渣场数量多且规模较小,堆渣高,渣体边坡陡,弃渣场选址及水土流失防治措施设计需要充分考虑当地地形和气候条件,水土保持工作难度较高。本研究以位于陇南土石山区的十堰至天水高速公路甘肃段为例,总结现有的36处弃渣场的位置、弃渣量、占地面积、堆渣高度、水土流失防治措施等基本情况,评价其水土流失防治效果,分析存在的主要问题,并针对性提出弃渣场水土流失防治对策和建议,以期推动陇南土石山区弃渣场水土保持工作再上新台阶。

1 研究区概况

陇南土石山区位于秦巴山区、青藏高原、黄土高原三大地形的交会处,西秦岭和岷山两大山系自东、西两个方向进入区域,形成了崇山峻岭和峡谷盆地相间的复杂地形,区域内密布长江水系嘉陵江各级支流。陇南土石山区年均降水量499～850 mm,年均气温11.3～14.8 ℃,极端最高气温38.3 ℃,极端最低气温-20.1 ℃;以山地棕壤和山地褐土为主,土壤肥沃,有机质含量高,但坡陡土薄,土壤侵蚀后果严重;以落叶阔叶林和针阔混交林为主,森林覆盖率约为39.95%;土壤侵蚀以水力侵蚀为主,土壤侵蚀模数背景值2 500～5 000 t/(km2·a),属嘉陵江上游国家级水土流失重点预防区。

十堰至天水高速公路是国家高速公路网福州至银川国家高速公路的横向联络线的重要组成路段。本研究选取的十堰至天水高速公路甘肃段起点位于甘肃省徽县大河乡王家河村大河店修路碑(陕甘界),与十堰至天水高速公路陕西段相接,依次经过陇南市徽县、成县、西和县、礼县和天水市秦州区,终点位于天水市秦州区皂郊镇。主线长188.70 km,连接线长30.10 km,桥隧长82.46 km,主线为双向四车道。工程占地面积1 700.60 hm2,其中永久占地面积1 494.05 hm2,临时占地面积206.55 hm2;土石方开挖量1 568.06万m3,填方927.91万m3,借方445.63万m3,弃方1 065.64万m3(不包含清除表土20.14万m3),共布设弃渣场36个。工程于2011年9月开工,2015年10月通车,总工期49个月。

2 研究方法

2.1 弃渣场基本情况

通过对36个弃渣场进行实地调查和资料分析,总结了弃渣场位置、弃渣类型、弃渣量、占地面积、占地类型、堆渣高度、渣场类型、水土流失防治措施等基本情况,见表1。36个弃渣场总占地面积102.94 hm2,占地类型以荒地和耕地为主,其中:弃渣量超过50万m3的弃渣场7个,堆渣高度大于20 m的弃渣场19个。依据弃渣堆放处的地形条件及其与河沟的相对位置等,弃渣场可分为平地型、沟道型、坡地型、临河型共4个类型,其中:临河型弃渣场4个,堆渣高度为12～25 m;平地型弃渣场9个,堆渣高度为4～8 m;沟道型弃渣场16个,堆渣高度为15～60 m;坡地型弃渣场7个,堆渣高度为6～40 m。

表1 十堰至天水高速公路甘肃段弃渣场基本情况

2.2 弃渣场水土流失防治效果评价

通过对弃渣场进行实地调查分析,依据《生产建设项目水土保持技术标准》(GB 50433—2018),评价36处弃渣场的水土流失防治效果,并将弃渣场水土流失防治效果分为好、较好、差共3个等级。其中:①防治效果好指弃渣场防护措施体系完善、措施设计标准高、措施布设合理到位、工程质量合格,渣体未出现滑塌、渣面未发生面蚀和沟蚀现象,拦挡工程、排水工程未发生损坏情况,渣场外观形象好;②防治效果较好指防护措施体系较完善、工程质量合格,渣体未出现滑塌、渣面有轻微沟蚀,拦挡工程、排水工程未发生明显损坏情况,渣场外观形象较好;③防治效果差指防护措施体系不完善、工程质量差,工程存在较严重损坏情况,植被覆盖率低,渣体个别部位存在滑塌及明显的沟蚀,渣场外观形象差。

3 结果与分析

经过实地调查分析,十堰至天水高速公路甘肃段弃渣场水土流失防治措施主要包括放缓边坡、覆土绿化、覆土还田、修筑挡渣墙和截排水沟等,36个弃渣场水土流失防治效果评价结果见表2,其中防治效果好的弃渣场25个,防治效果较好的弃渣场9个,防治效果差的弃渣场2个。布设有拦挡设施和截排水设施、实施植被恢复措施的弃渣场的水土流失防治效果明显好于水土流失防治措施不完善的弃渣场。弃渣场水土流失防治主要存在以下问题:一是没有做到“先拦后弃”。部分弃渣场没有在弃渣前布设完善的拦挡设施,而是在弃渣过程中或弃渣结束后才实施拦挡措施,导致弃渣流失严重,拦挡措施没有发挥效果。二是截排水体系不完善,施工质量不高。部分弃渣场的截排水设施布设在渣体上,出现了截排水设施断裂、破损严重等问题,严重影响了防护效果。三是覆土厚度不足,不能满足弃渣场后期复耕或绿化的要求。陇南土石山区石多土少,土壤资源稀缺,渣面覆土整治时覆土厚度不足给弃渣场土地复耕和绿化增加了难度。

表2 弃渣场水土流失防治效果评价结果

4 弃渣场水土流失防治建议

4.1 弃渣场选址

陇南土石山区高速公路工程的弃渣来源主要为隧道修建,弃渣特点为量大且石多土少,受地形条件限制,弃渣场选址比较困难。弃渣场选址是保证弃渣安全堆放的先决条件,选址应充分考虑弃渣量、占地类型、占地面积、弃渣运距、弃渣道路修建、弃渣组成与排放方式、弃渣场后期利用类型等实际情况,基于《生产建设项目水土保持技术标准》(GB 50433—2018)和水土保持相关法律法规要求,经综合分析后确定,弃渣前必须保证完成水土保持相关手续,不得出现乱堆乱弃、未拦先弃等情况。

4.2 弃渣场水土流失防治措施布设

陇南土石山区弃渣场以沟道型弃渣场为主。通过对36个弃渣场的调查分析,总结出不同类型的弃渣场水土流失防治重点及应采取的水土流失防治措施,见表3。①甘肃陇南土石山区弃渣石多土少,土是区域内弃渣场恢复利用的主要限制因子,因此堆渣前必须剥离弃渣场范围内的表土,集中堆放并采取装土袋拦挡、苫盖等临时防护措施,为弃渣场的复耕和绿化提供必要条件。②弃渣场水土流失防治措施体系主要包括渣脚拦挡、斜坡防护、渣顶整治和截排水工程,应根据弃渣场类型、堆渣高度、渣体性质、弃渣场的综合利用方向等合理确定具体的防治措施。弃渣必须分层碾压,每层填筑厚度不超过50 cm,最大粒径小于25 cm,压实后孔隙率不大于24%,尽可能将大粒径弃渣堆放在下层。③必须贯彻“先拦后弃”的原则,弃渣前需先修筑拦挡工程,拦挡工程主要有挡渣墙、拦渣坝等,挡渣墙墙体基础应嵌入下层岩石中,并每间隔2 m设置1个排水孔。④造成陇南土石山区弃渣场损毁的主要原因是排水问题,因此要高度重视弃渣场的截排水工程。截排水工程基础应建在自然山坡上,避免弃渣不均匀沉陷对截排水工程的破坏,同时为了防止外围洪水对渣体的冲刷,弃渣前必须首先完善外围的截排水工程。⑤渣顶整治包括覆土、网格状拦水埂、复垦或种植植被,渣体斜坡坡度应小于1∶1.5,同时要采取灌草护坡进行斜坡防护。

5 结束语

陇南土石山区高速公路工程弃渣量大且弃渣石多土少,受地形条件限制,弃渣场选址比较困难,若选址不合理或水土流失防治措施设计不合理,则会导致严重的水土流失问题。通过总结十堰至天水高速公路甘肃段36处弃渣场的位置、弃渣量、占地面积、堆渣高度、水土流失防治措施等基本情况,评价其水土流失防治效果,结果表明:防治效果好的弃渣场有25个,防治效果较好的弃渣场有9个,防治效果差的弃渣场有2个,通过布设拦挡设施和截排水设施、实施植被恢复措施,大部分弃渣场做到了有效防护水土流失;陇南土石山区弃渣场可分为平地型、沟道型、坡地型和临河型4种,其中以沟道型为主;弃渣场水土流失防治措施体系主要包括渣脚拦挡、斜坡防护、渣顶整治和截排水工程,应根据弃渣场类型、堆渣高度、渣体性质、弃渣场的综合利用方向等合理确定具体的防治措施,其中拦挡工程、截排水工程是弃渣场水土流失防治的重点,此外要做好表土剥离与保护工作。