周 曄,吳玉鋒

(1.甘肅省交通規(guī)劃勘察設計院股份有限公司,甘肅 蘭州 730020;2.甘肅省水土保持科學研究所,甘肅 蘭州 730020)

棄渣場內(nèi)集中堆放的棄渣在重力、水力作用下易發(fā)生滑塌,不僅會造成嚴重的水土流失問題,還會堵塞溝道,毀壞農(nóng)田和房屋,威脅人民群眾的生命財產(chǎn)安全,因此棄渣場水土保持工作十分重要。棄渣場水土保持工作主要包括棄渣場選址和水土流失防治措施設計,若選址或防治措施設計不合理,則會造成水土流失加劇,并對主體工程和下游建筑物帶來新的威脅[1-2]。受當?shù)氐匦螚l件限制,隴南土石山區(qū)高速公路工程施工過程中土石方開挖量和棄渣量大,棄渣場數(shù)量多且規(guī)模較小,堆渣高,渣體邊坡陡,棄渣場選址及水土流失防治措施設計需要充分考慮當?shù)氐匦魏蜌夂驐l件,水土保持工作難度較高。本研究以位于隴南土石山區(qū)的十堰至天水高速公路甘肅段為例,總結(jié)現(xiàn)有的36處棄渣場的位置、棄渣量、占地面積、堆渣高度、水土流失防治措施等基本情況,評價其水土流失防治效果,分析存在的主要問題,并針對性提出棄渣場水土流失防治對策和建議,以期推動隴南土石山區(qū)棄渣場水土保持工作再上新臺階。

1 研究區(qū)概況

隴南土石山區(qū)位于秦巴山區(qū)、青藏高原、黃土高原三大地形的交會處,西秦嶺和岷山兩大山系自東、西兩個方向進入?yún)^(qū)域,形成了崇山峻嶺和峽谷盆地相間的復雜地形,區(qū)域內(nèi)密布長江水系嘉陵江各級支流。隴南土石山區(qū)年均降水量499～850 mm,年均氣溫11.3～14.8 ℃,極端最高氣溫38.3 ℃,極端最低氣溫-20.1 ℃;以山地棕壤和山地褐土為主,土壤肥沃,有機質(zhì)含量高,但坡陡土薄,土壤侵蝕后果嚴重;以落葉闊葉林和針闊混交林為主,森林覆蓋率約為39.95%;土壤侵蝕以水力侵蝕為主,土壤侵蝕模數(shù)背景值2 500～5 000 t/(km2·a),屬嘉陵江上游國家級水土流失重點預防區(qū)。

十堰至天水高速公路是國家高速公路網(wǎng)福州至銀川國家高速公路的橫向聯(lián)絡線的重要組成路段。本研究選取的十堰至天水高速公路甘肅段起點位于甘肅省徽縣大河鄉(xiāng)王家河村大河店修路碑(陜甘界),與十堰至天水高速公路陜西段相接,依次經(jīng)過隴南市徽縣、成縣、西和縣、禮縣和天水市秦州區(qū),終點位于天水市秦州區(qū)皂郊鎮(zhèn)。主線長188.70 km,連接線長30.10 km,橋隧長82.46 km,主線為雙向四車道。工程占地面積1 700.60 hm2,其中永久占地面積1 494.05 hm2,臨時占地面積206.55 hm2;土石方開挖量1 568.06萬m3,填方927.91萬m3,借方445.63萬m3,棄方1 065.64萬m3(不包含清除表土20.14萬m3),共布設棄渣場36個。工程于2011年9月開工,2015年10月通車,總工期49個月。

2 研究方法

2.1 棄渣場基本情況

通過對36個棄渣場進行實地調(diào)查和資料分析,總結(jié)了棄渣場位置、棄渣類型、棄渣量、占地面積、占地類型、堆渣高度、渣場類型、水土流失防治措施等基本情況,見表1。36個棄渣場總占地面積102.94 hm2,占地類型以荒地和耕地為主,其中:棄渣量超過50萬m3的棄渣場7個,堆渣高度大于20 m的棄渣場19個。依據(jù)棄渣堆放處的地形條件及其與河溝的相對位置等,棄渣場可分為平地型、溝道型、坡地型、臨河型共4個類型,其中:臨河型棄渣場4個,堆渣高度為12～25 m;平地型棄渣場9個,堆渣高度為4～8 m;溝道型棄渣場16個,堆渣高度為15～60 m;坡地型棄渣場7個,堆渣高度為6～40 m。

表1 十堰至天水高速公路甘肅段棄渣場基本情況

2.2 棄渣場水土流失防治效果評價

通過對棄渣場進行實地調(diào)查分析,依據(jù)《生產(chǎn)建設項目水土保持技術(shù)標準》(GB 50433—2018),評價36處棄渣場的水土流失防治效果,并將棄渣場水土流失防治效果分為好、較好、差共3個等級。其中:①防治效果好指棄渣場防護措施體系完善、措施設計標準高、措施布設合理到位、工程質(zhì)量合格,渣體未出現(xiàn)滑塌、渣面未發(fā)生面蝕和溝蝕現(xiàn)象,攔擋工程、排水工程未發(fā)生損壞情況,渣場外觀形象好;②防治效果較好指防護措施體系較完善、工程質(zhì)量合格,渣體未出現(xiàn)滑塌、渣面有輕微溝蝕,攔擋工程、排水工程未發(fā)生明顯損壞情況,渣場外觀形象較好;③防治效果差指防護措施體系不完善、工程質(zhì)量差,工程存在較嚴重損壞情況,植被覆蓋率低,渣體個別部位存在滑塌及明顯的溝蝕,渣場外觀形象差。

3 結(jié)果與分析

經(jīng)過實地調(diào)查分析,十堰至天水高速公路甘肅段棄渣場水土流失防治措施主要包括放緩邊坡、覆土綠化、覆土還田、修筑擋渣墻和截排水溝等,36個棄渣場水土流失防治效果評價結(jié)果見表2,其中防治效果好的棄渣場25個,防治效果較好的棄渣場9個,防治效果差的棄渣場2個。布設有攔擋設施和截排水設施、實施植被恢復措施的棄渣場的水土流失防治效果明顯好于水土流失防治措施不完善的棄渣場。棄渣場水土流失防治主要存在以下問題:一是沒有做到“先攔后棄”。部分棄渣場沒有在棄渣前布設完善的攔擋設施,而是在棄渣過程中或棄渣結(jié)束后才實施攔擋措施,導致棄渣流失嚴重,攔擋措施沒有發(fā)揮效果。二是截排水體系不完善,施工質(zhì)量不高。部分棄渣場的截排水設施布設在渣體上,出現(xiàn)了截排水設施斷裂、破損嚴重等問題,嚴重影響了防護效果。三是覆土厚度不足,不能滿足棄渣場后期復耕或綠化的要求。隴南土石山區(qū)石多土少,土壤資源稀缺,渣面覆土整治時覆土厚度不足給棄渣場土地復耕和綠化增加了難度。

表2 棄渣場水土流失防治效果評價結(jié)果

4 棄渣場水土流失防治建議

4.1 棄渣場選址

隴南土石山區(qū)高速公路工程的棄渣來源主要為隧道修建,棄渣特點為量大且石多土少,受地形條件限制,棄渣場選址比較困難。棄渣場選址是保證棄渣安全堆放的先決條件,選址應充分考慮棄渣量、占地類型、占地面積、棄渣運距、棄渣道路修建、棄渣組成與排放方式、棄渣場后期利用類型等實際情況,基于《生產(chǎn)建設項目水土保持技術(shù)標準》(GB 50433—2018)和水土保持相關(guān)法律法規(guī)要求,經(jīng)綜合分析后確定,棄渣前必須保證完成水土保持相關(guān)手續(xù),不得出現(xiàn)亂堆亂棄、未攔先棄等情況。

4.2 棄渣場水土流失防治措施布設

隴南土石山區(qū)棄渣場以溝道型棄渣場為主。通過對36個棄渣場的調(diào)查分析,總結(jié)出不同類型的棄渣場水土流失防治重點及應采取的水土流失防治措施,見表3。①甘肅隴南土石山區(qū)棄渣石多土少,土是區(qū)域內(nèi)棄渣場恢復利用的主要限制因子,因此堆渣前必須剝離棄渣場范圍內(nèi)的表土,集中堆放并采取裝土袋攔擋、苫蓋等臨時防護措施,為棄渣場的復耕和綠化提供必要條件。②棄渣場水土流失防治措施體系主要包括渣腳攔擋、斜坡防護、渣頂整治和截排水工程,應根據(jù)棄渣場類型、堆渣高度、渣體性質(zhì)、棄渣場的綜合利用方向等合理確定具體的防治措施。棄渣必須分層碾壓,每層填筑厚度不超過50 cm,最大粒徑小于25 cm,壓實后孔隙率不大于24%,盡可能將大粒徑棄渣堆放在下層。③必須貫徹“先攔后棄”的原則,棄渣前需先修筑攔擋工程,攔擋工程主要有擋渣墻、攔渣壩等,擋渣墻墻體基礎應嵌入下層巖石中,并每間隔2 m設置1個排水孔。④造成隴南土石山區(qū)棄渣場損毀的主要原因是排水問題,因此要高度重視棄渣場的截排水工程。截排水工程基礎應建在自然山坡上,避免棄渣不均勻沉陷對截排水工程的破壞,同時為了防止外圍洪水對渣體的沖刷,棄渣前必須首先完善外圍的截排水工程。⑤渣頂整治包括覆土、網(wǎng)格狀攔水埂、復墾或種植植被,渣體斜坡坡度應小于1∶1.5,同時要采取灌草護坡進行斜坡防護。

5 結(jié)束語

隴南土石山區(qū)高速公路工程棄渣量大且棄渣石多土少,受地形條件限制,棄渣場選址比較困難,若選址不合理或水土流失防治措施設計不合理,則會導致嚴重的水土流失問題。通過總結(jié)十堰至天水高速公路甘肅段36處棄渣場的位置、棄渣量、占地面積、堆渣高度、水土流失防治措施等基本情況,評價其水土流失防治效果,結(jié)果表明:防治效果好的棄渣場有25個,防治效果較好的棄渣場有9個,防治效果差的棄渣場有2個,通過布設攔擋設施和截排水設施、實施植被恢復措施,大部分棄渣場做到了有效防護水土流失;隴南土石山區(qū)棄渣場可分為平地型、溝道型、坡地型和臨河型4種,其中以溝道型為主;棄渣場水土流失防治措施體系主要包括渣腳攔擋、斜坡防護、渣頂整治和截排水工程,應根據(jù)棄渣場類型、堆渣高度、渣體性質(zhì)、棄渣場的綜合利用方向等合理確定具體的防治措施,其中攔擋工程、截排水工程是棄渣場水土流失防治的重點,此外要做好表土剝離與保護工作。