蘭展鵬

高速公路工程水土流失預(yù)測(cè)與分析實(shí)踐

蘭展鵬

（廣西路建工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001）

伴隨著我國(guó)交通運(yùn)輸建設(shè)進(jìn)程的加快，高速公路遍布我國(guó)各個(gè)地區(qū)。然而，在開展高速公路施工過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到水土流失問(wèn)題。想要在開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目中有效進(jìn)行水土保持，保障高速公路施工安全，確保施工有序進(jìn)行，那么首先必須以科學(xué)、準(zhǔn)確的水土流失預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)，同時(shí)水土流失預(yù)測(cè)還是優(yōu)化主體設(shè)計(jì)的重要依據(jù)?；诖?，文章將詳細(xì)探討高速公路工程水土流失預(yù)測(cè)與分析實(shí)踐的相關(guān)問(wèn)題，以此為我國(guó)高速公路工程水土流失預(yù)測(cè)和分析工作質(zhì)量提升提供借鑒和參考。

高速公路；水土流失；防治措施

引言

我國(guó)西南某地區(qū)存在非常嚴(yán)重的水土流失情況，并且經(jīng)常發(fā)生崩塌、泥石流、滑坡等自然災(zāi)害，嚴(yán)重影響了公路正常運(yùn)行和安全。下面將結(jié)合某高速公路建設(shè)實(shí)例，分析預(yù)測(cè)高速公路工程水土流失的相關(guān)內(nèi)容，并且以預(yù)測(cè)結(jié)果為依據(jù)探討水土流失的危害和制定防治水土流失的方案。

1　研究背景

在制定水土保持方案的過(guò)程中水土流失預(yù)測(cè)屬于難點(diǎn)和重點(diǎn)內(nèi)容，能夠在防治與監(jiān)測(cè)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失方面發(fā)揮重要作用[1]。在水土流失預(yù)測(cè)過(guò)程中，類比法是目前應(yīng)用最廣泛的方法，能夠發(fā)揮出簡(jiǎn)單易行、直觀快速等優(yōu)勢(shì)，但其缺陷也非常明顯，主要分為以下方面：首先，由于生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目分布在不同地域?qū)儆诓煌念愋停瑢?dǎo)致很多項(xiàng)目水土流失預(yù)測(cè)類比資料的獲取情況并不理想；其次，由于現(xiàn)階段水土流失監(jiān)測(cè)工作并不成熟，導(dǎo)致檢測(cè)資料很難有效滿足代表性和連續(xù)性的要求，進(jìn)而導(dǎo)致類比法存在較大的修正系數(shù)彈性和取值空間；最后，水土流失預(yù)測(cè)需要以工程建設(shè)造成地表擾動(dòng)為前提，并且不能采取任何防治措施，在這個(gè)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定程度的水土流失和其他危害，而在進(jìn)行實(shí)際施工時(shí)，設(shè)置的水土保持措施會(huì)對(duì)水土流失監(jiān)測(cè)資料產(chǎn)生一定影響，會(huì)在一定程度上限制類比資料的適用性。

水利部門在2018年出臺(tái)了《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤流失量測(cè)算導(dǎo)則》，這一導(dǎo)則能夠有效計(jì)算風(fēng)力和水力環(huán)境下生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目土壤流失量，能夠?yàn)轫樌_展生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目提供有效保障[2]。經(jīng)過(guò)近年來(lái)的不斷實(shí)踐，證明其具有較為準(zhǔn)確的測(cè)算效果和較為廣泛的適用性，但仍需進(jìn)行進(jìn)一步研究。

高速公路工程具有擾動(dòng)類型多、占地廣、土石方工程量大以及線路長(zhǎng)等特征，在工程建設(shè)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)地表的劇烈擾動(dòng)，在很大程度上破壞景觀生態(tài)、土壤結(jié)構(gòu)以及地形地貌，會(huì)導(dǎo)致大量的水土流失，嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益以及生態(tài)效益。

2　某高速公路工程水土流失概況

2.1　某高速公路工程概況

某工程為四車道雙向設(shè)計(jì)，擁有25.5 m的路基寬度，80 km/h的設(shè)計(jì)最高時(shí)速。在工程設(shè)施中擁有5座隧道、65座橋梁，共擁有約43 km的橋隧，在整個(gè)工程中占據(jù)58%的比重。該工程一共需要總占地面積735.95 hm2，其中247.50 hm2為臨時(shí)征地，488.45 hm2為永久占地，全線擁有434.05萬(wàn)m3填方總量，1408.12萬(wàn)m3挖方總量，挖方量能夠滿足自身工程建設(shè)需求，建設(shè)后其棄方高達(dá)974.07萬(wàn)m3。

2.2　工程區(qū)水土流失概況

工程區(qū)存在多種土壤侵蝕類型，但是絕大部分為水力侵蝕，其存在兩種主要的表現(xiàn)形式，分別為溝蝕和面蝕，其中溝蝕主要集中在河流兩側(cè)、未被植被覆蓋的山坡以及陡坡耕地，面蝕主要集中在緩坡耕地、荒山以及樹木較少或較小的林地。與相關(guān)的調(diào)查結(jié)果相結(jié)合，該工程沿線擁有較為完善的植被，主要存在坡地自然水蝕、河谷沖刷等導(dǎo)致的水土流失，究其原因主要是由于人為因素和地面植被被破壞。工程區(qū)內(nèi)的降雨時(shí)段較為集中，在暴雨天氣中可能存在較大的強(qiáng)度，能夠在很大程度上侵蝕土壤，進(jìn)而導(dǎo)致當(dāng)?shù)爻霈F(xiàn)水土流失的情況[3]。

根據(jù)國(guó)家相關(guān)土壤侵蝕分類分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研判，該工程區(qū)的調(diào)查結(jié)果證明其侵蝕程度屬于較輕水平。

2.3　工程區(qū)水土流失特點(diǎn)

（1）本次工程土石方作業(yè)規(guī)模較大，本工程預(yù)估存在1408.12萬(wàn)m3挖方總量，而土石方工程極易導(dǎo)致基建面和地表出現(xiàn)大面積土壤裸露，在這時(shí)如果出現(xiàn)降雨，會(huì)在很大程度上提升邊坡發(fā)生水土流失情況的幾率，將會(huì)導(dǎo)致整體水土流失問(wèn)題變得更加嚴(yán)重[4]。

（2）有一定的擾動(dòng)破壞存在，在開挖隧道、路基時(shí)，因?yàn)槿藶樵虻挠绊憰?huì)打破原有地層應(yīng)力平衡，會(huì)在一定程度上改變地層結(jié)構(gòu)，如增加溝壑、裂縫發(fā)育等，會(huì)在一定程度上提升水土流失的程度[4]。

（3）擁有明顯的水力侵蝕現(xiàn)象。該工程處于我國(guó)西南地區(qū)，土壤大多屬于潮土類，具有透氣性好、表層質(zhì)地疏松等特點(diǎn)，在降雨的情況下出現(xiàn)水土流失現(xiàn)象的幾率很大，所以該工程存在明顯的水力侵蝕現(xiàn)象。

3　工程水土流失預(yù)測(cè)

該高速公路建設(shè)工程由于線路較長(zhǎng)，所以存在多種不同的地貌區(qū)，分別為斷陷盆地地貌、構(gòu)造溶蝕侵蝕低中山地貌以及峰林谷地地貌，沿線擁有較多的橋梁隧道，溝壑縱橫，山嶺起伏，并且需要較大的填挖方量，會(huì)導(dǎo)致沿線的植被和地貌被嚴(yán)重破壞，將會(huì)導(dǎo)致原有的水土保持設(shè)施受到不同程度的破壞，剝奪其正常的水土保持功能，從而導(dǎo)致水土流失現(xiàn)象加劇。

3.1　選取預(yù)測(cè)方法和修正土壤侵蝕模數(shù)

與水土流失預(yù)測(cè)實(shí)際情況相結(jié)合，相關(guān)人員主要使用類比法、試驗(yàn)法以及實(shí)測(cè)法等預(yù)測(cè)水土流失。由于本次工程存在情況高度一致的工程，并且相關(guān)工程擁有較為完整且準(zhǔn)確的水土流失資料，所以在本次預(yù)測(cè)水土流失的過(guò)程中選擇類比的方法。

借助分析比對(duì)可知，兩工程在氣候條件、土壤條件以及防護(hù)設(shè)計(jì)方案等方面高度一致。所以，直接采用類似工程的水土保持監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為本工程各預(yù)測(cè)單元侵蝕模數(shù)，確定1為土壤侵蝕模數(shù)修正系數(shù)。

3.2　損壞水土保持設(shè)施、擾動(dòng)地表預(yù)測(cè)

與工程項(xiàng)目的主體設(shè)計(jì)相結(jié)合，已經(jīng)完成土地利用類型和永久占地面積的計(jì)算，與勘察人員勘察結(jié)果相結(jié)合，最終確定在該工程中將會(huì)導(dǎo)致大面積的水土保持設(shè)施被破壞，面積總量高達(dá)585.31 hm2，擾動(dòng)735.95 hm2的植被面積、土地以及原地貌，具體情況如表1所示。

表1　損壞水土保持設(shè)施、擾動(dòng)地表明細(xì)

3.3　棄渣量預(yù)測(cè)

與工程主體設(shè)計(jì)文件相結(jié)合，本工程擁有434.05萬(wàn)m3填方總量，1408.12萬(wàn)m3挖方總量，挖方量能夠滿足自身工程建設(shè)需求，建設(shè)后擁有974.07萬(wàn)m3棄方總量。

3.4　確定預(yù)測(cè)范圍與預(yù)測(cè)時(shí)段

公路預(yù)測(cè)和擾動(dòng)地表?yè)碛邢嗤姆秶鶠?35.95 hm2，在充分考慮工程水土流失特點(diǎn)的基礎(chǔ)上劃分預(yù)測(cè)單元11個(gè)，主要集中在臨時(shí)堆土場(chǎng)、沿線設(shè)施、棄渣場(chǎng)、橋隧以及路基等。

該工程的主要內(nèi)容是建設(shè)新的高速公路，可以通過(guò)施工期和自然恢復(fù)期兩個(gè)方面完成水土流失預(yù)測(cè)，在設(shè)計(jì)規(guī)劃階段規(guī)定了該工程需在3.5年內(nèi)建設(shè)完成，在完成施工后就屬于自然恢復(fù)期[5]。自然恢復(fù)期就是在完成所有施工后，以不建設(shè)新的水土保持設(shè)施為前提，土壤侵蝕強(qiáng)度需要多久的時(shí)間才能夠達(dá)到工程前的水平，該工程的自然恢復(fù)期為1年。與各工程單元的施工進(jìn)度安排相結(jié)合，對(duì)各預(yù)測(cè)單元的預(yù)測(cè)時(shí)段進(jìn)行合理確定，詳細(xì)情況如表2所示。

表2　預(yù)測(cè)范圍、時(shí)段以及土壤侵蝕模數(shù)明細(xì)

3.5　水土流失預(yù)測(cè)結(jié)果

在充分考慮各個(gè)單元土壤侵蝕模數(shù)、預(yù)測(cè)時(shí)段、水土流失面積的基礎(chǔ)上，借助類比法完成水土流失量的計(jì)算工作。與預(yù)測(cè)水土流失的結(jié)果相結(jié)合，在建設(shè)該高速公路的過(guò)程中擁有28.334萬(wàn)t土壤侵蝕總量，26.310萬(wàn)t新增土壤侵蝕量，證明在該工程建設(shè)過(guò)程中顯著提升了工程區(qū)及附近的水土流失量，相比于工程前的水土流失量，最終出現(xiàn)了13倍左右的新增水土流失量，增長(zhǎng)情況非常明顯。其中施工便道區(qū)、路基區(qū)、互通區(qū)、表土堆放場(chǎng)，橋梁區(qū)以及棄渣場(chǎng)區(qū)等重點(diǎn)水土流失部位，占據(jù)98.31%比重，如圖3所示。

圖3水土流失預(yù)測(cè)結(jié)果

預(yù)測(cè)單元橋梁路基互通隧道改移工程沿線設(shè)施區(qū)施工生產(chǎn)生活區(qū)棄渣場(chǎng)表土堆放場(chǎng)施工便道總計(jì) 原地貌水土流失量（萬(wàn)t）0.1730.5640.3100.0440.0010.0420.0970.4120.0830.2882.024 新增水土流失量（萬(wàn)t）0.6095.4560.7750.1290.0060.0630.08814.9353.3540.89526.310 新增侵蝕倍數(shù)3.5209.6742.5002.9326.0001.5000.90736.25040.4103.10812.999

4　水土流失的危害分析

4.1　導(dǎo)致水土資源破壞

本次工程建設(shè)開挖土石方的規(guī)模較大，會(huì)在很大程度上造成土地?cái)_動(dòng)，水土流失程度加劇，破壞土壤結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)流失，降低土壤中有機(jī)物及無(wú)機(jī)鹽的含量[6]。同時(shí)，也會(huì)在很大程度上降低土壤中微生物及動(dòng)物的數(shù)量，從而對(duì)立地條件產(chǎn)生不良影響，降低土地的保水能力。水土流失還會(huì)帶走地表比較肥沃的土壤，對(duì)周圍農(nóng)田及村莊都會(huì)形成危害，導(dǎo)致自燃災(zāi)害發(fā)生率提高。

4.2　導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境破壞

高速公路建設(shè)中的填筑和開挖會(huì)導(dǎo)致原有的植被被損壞，使沿線景觀遭到破壞。在工程施工過(guò)程中如果存在管理上的缺失，大風(fēng)天氣還會(huì)吹起地表的塵土，導(dǎo)致空氣中的TSP含量增加，大雨天氣會(huì)泥水橫流。另外，水土流失還會(huì)造成泥沙淤積庫(kù)、河道及溝渠等問(wèn)題，影響河道，這都會(huì)給當(dāng)?shù)亻_展防洪及河道整治等工作帶來(lái)極大困難。

4.3　導(dǎo)致水質(zhì)被破壞

在本次工程中，高速公路需要通過(guò)建設(shè)橋梁來(lái)越過(guò)沿線水庫(kù)和河流，在建設(shè)橋梁時(shí)如果相關(guān)的防護(hù)措施不完善，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力和水力將塵土帶入水庫(kù)、河道中，會(huì)在很大程度上影響水庫(kù)的水質(zhì)和泥沙淤積情況。

4.4　對(duì)公路安全產(chǎn)生影響

由于高速公路建設(shè)是以坡地為路基，若是無(wú)法完善的開展防護(hù)工作，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失產(chǎn)生，對(duì)高速公路自身的安全性能產(chǎn)生影響。另外，如果不能采取合適的水土流失防治措施處理施工產(chǎn)生的棄渣，在外應(yīng)力的作用下，可能導(dǎo)致相應(yīng)的次生災(zāi)害產(chǎn)生，對(duì)公路安全產(chǎn)生影響。

5　防治水土流失的方案

5.1　主體工程水土流失防治方案

5.1.1路基路面

在實(shí)際工程建設(shè)過(guò)程中，施工單位可以通過(guò)泄水槽、排水溝等實(shí)現(xiàn)路基路面的水土流失防治，使雨水儲(chǔ)存減少，同時(shí)對(duì)于存水可以使用滲透排水手段完成疏導(dǎo)[7]。應(yīng)在路基兩側(cè)完成排水溝建設(shè)，在實(shí)際工程中相關(guān)人員可以對(duì)C25預(yù)制塊蝶型排水溝進(jìn)行合理利用，具體規(guī)范為0.6 m的溝深、0.8 m的底寬、1∶1.5的邊坡比。

5.1.2中央分隔帶

施工單位應(yīng)利用綠化帶來(lái)防治中央分隔帶水土流失，在綠化帶設(shè)計(jì)中以當(dāng)?shù)馗鞣N防眩植物為主，在這個(gè)過(guò)程中應(yīng)該以保證安全性為中心，合理利用各種各樣的植物來(lái)提升高速公路景觀的美觀性。另外，在綠化帶中也可以適當(dāng)點(diǎn)綴觀賞性植物。

5.1.3路基邊坡

路基邊坡的建設(shè)質(zhì)量能夠在一定程度上決定水土流失防治方案的效果，若是在邊坡中無(wú)法有效預(yù)防水土流失，會(huì)導(dǎo)致空洞在路基中產(chǎn)生，進(jìn)而產(chǎn)生各種路面病害，如沉陷、裂縫等，將會(huì)在很大程度上降低高速公路的安全性能，縮短其實(shí)際使用壽命。在制定路基邊坡水土流失防治方案時(shí)可以分三層設(shè)計(jì)路基護(hù)坡結(jié)構(gòu)，從下至上依次為土工布層、砂礫石墊層以及護(hù)坡，其中最主要的就是設(shè)計(jì)護(hù)坡，具體方式如下：（1）設(shè)計(jì)護(hù)坡。當(dāng)邊坡?lián)碛? m以下的高度時(shí)，想要提升護(hù)坡的排水性能，可以合理開展坡面漫流、灌草種植等；當(dāng)坡面高度超過(guò)4 m時(shí)，在護(hù)坡時(shí)可以使用拱形骨架植草的方式，選用3.0 m內(nèi)徑的拱形骨架，C25預(yù)制混凝土制成的泄水槽、骨架以及攔水坎。另外，將黏性壤土鋪設(shè)在拱圈內(nèi)，保持大約25 cm的厚度，并將適合當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)的草籽撒播其上；護(hù)坡道進(jìn)行灌木種植。（2）設(shè)計(jì)砂礫石墊層。在選擇砂礫時(shí)可以選擇5%以下含泥量、50 mm以下粒度的粗砂或中砂?？梢悦繉犹钪?0 cm的厚度，需要先對(duì)填筑層灑水再碾壓，最好保持大約10%的砂石含水量。在夯實(shí)作業(yè)中的主要設(shè)備為蛙式打夯機(jī)，落距應(yīng)保持約450 mm。（3）土工布層設(shè)計(jì)?？梢岳脵M向鋪設(shè)的方式完成土工布拼接，保持50 cm寬度，需要注意的是不能拉扯過(guò)緊，富余應(yīng)在10 cm以上。

5.2　棄渣場(chǎng)水土流失防治方案

在設(shè)計(jì)棄渣場(chǎng)時(shí)應(yīng)遵循盡量少占土地的原則，然后選擇存在均勻地質(zhì)條件、地勢(shì)平坦且高的場(chǎng)地。在設(shè)計(jì)棄渣場(chǎng)時(shí)，應(yīng)填鋪20 cm粗顆粒砂卵石并簡(jiǎn)單碾壓。為了對(duì)河流沖刷進(jìn)行有效預(yù)防，需要在廢渣場(chǎng)周圍堆砌漿砌石，并根據(jù)當(dāng)?shù)刈罡吆樗煌瓿筛叨仍O(shè)計(jì)。在完成施工后，應(yīng)該對(duì)棄渣場(chǎng)進(jìn)行整平和綠化，鋪設(shè)30 cm以上的壤土厚度，保持1∶1.7以下的土堆邊坡斜率以及1∶1以下的巖石邊坡斜率。另外，對(duì)于土體不穩(wěn)固的地段可以使用分層壓實(shí)樁進(jìn)行處理。

6　結(jié)束語(yǔ)

高速公路的施工效率會(huì)受到水土流失的影響。本文結(jié)合西南地區(qū)某高速公路建設(shè)工程實(shí)例，使用類比法來(lái)預(yù)測(cè)該項(xiàng)目水土流失情況，以驗(yàn)證高速公路工程中導(dǎo)則的適用性，為進(jìn)一步完善導(dǎo)則提供數(shù)據(jù)資料，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)地形地貌以及地質(zhì)特點(diǎn)開展相應(yīng)的水土流失強(qiáng)化措施，做好水土流失防控，進(jìn)而為預(yù)測(cè)高速公路工程水土流失工作提供借鑒，以此最大程度縮小水土流失范圍及危害范圍，希望能夠幫助相關(guān)人員更好的保持工程區(qū)的水土，保證建設(shè)高速公路的工作順利完成。

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Prediction and Analysis Practice of Soil and Water Loss in Expressway Project

With the acceleration of China's transportation construction process, expressways are all over China. However, water and soil loss is often encountered in the process of expressway construction. In order to effectively carry out water and soil conservation in the development and construction projects, ensure the safety of expressway construction and ensure the orderly construction, scientific and accurate prediction of water and soil loss must be taken as the basis first. At the same time, prediction of water and soil loss is an important basis for optimizing the main design. Based on this, the paper will discuss in detail the problems related to the prediction and analysis of water and soil loss in expressway projects, so as to provide reference for the improvement of prediction and analysis of water and soil loss in expressway projects in China.

expressway; soil and water loss; prevention and control measures

U412

A

1008-1151(2022)10-0033-03

2022-06-27

蘭展鵬，男，廣西賓陽(yáng)人，廣西路建工程集團(tuán)有限公司工程師，從事交通工程建設(shè)與技術(shù)管理工作。