曼大公路NK-SG4標(biāo)段路基工程生態(tài)修復(fù)與保護(hù)技術(shù)實踐

王波, 李虎, 葉建軍*, 王冠海, 朱兆華

(1.湖北工業(yè)大學(xué) 土木建筑與環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430068; 2.中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司; 3.深圳市萬信達(dá)生態(tài)環(huán)境股份有限公司)

隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的推進(jìn)，青藏高原地區(qū)高速公路建設(shè)逐年增長，這也帶來一系列生態(tài)環(huán)境問題。如公路路基工程中，取土場開挖、棄土場的堆積及路基填筑等施工活動造成地表植被破壞、水土流失；公路路堤的堆積分隔了沿線野生動物棲息地，嚴(yán)重威脅野生動物的穿行，對其生存與繁衍造成有害影響。需要采取相應(yīng)措施，盡最大可能減輕影響。

已有一些相關(guān)報道涉及路基工程生態(tài)修復(fù)與保護(hù)。黃湛軍以廣梧高速公路為研究對象，探討了山區(qū)高速公路綠色公路設(shè)計中路基工程的生態(tài)環(huán)保問題；周勇以潮(州)-惠(州)高速公路 A3合同段為例，介紹了兼顧景觀的石質(zhì)邊坡生態(tài)恢復(fù)設(shè)計；付海燕等依托安徽黃祁高速公路，對取土場及棄土場運(yùn)用截排水溝水保工程措施及掛網(wǎng)噴播等生態(tài)修復(fù)措施恢復(fù)生態(tài)環(huán)境；王棟等針對京昆高速公路秦嶺段沿線邊坡裸露、棄渣場水土流失等生態(tài)環(huán)境破壞問題，采用覆土植草、框格梁植生袋等生態(tài)修復(fù)措施；包衛(wèi)星等依托新疆果子溝高速公路分別從路堤路塹邊坡、橋梁、取土場及施工營地等方面進(jìn)行客土噴播、三維網(wǎng)植草等技術(shù)，實現(xiàn)公路建設(shè)在施工期和運(yùn)營期的生態(tài)環(huán)境修復(fù)與保護(hù)；李虎基于青藏高原仙米自然保護(hù)區(qū)取土場的立地條件，采用了削坡、設(shè)置截水溝，客土綠化法及濕式客土噴播技術(shù)等一系列關(guān)鍵技術(shù)措施對取土場進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，取得良好的恢復(fù)效果。

上述研究中，除了李虎的研究涉及青藏高原地區(qū)取土場生態(tài)修復(fù)，其余研究對象均在青藏高原之外。青藏高原地區(qū)屬于高寒氣候，具有生態(tài)脆弱、破壞了難以修復(fù)的特征。在該區(qū)開展工程建設(shè)，迫切需要加強(qiáng)生態(tài)環(huán)保相關(guān)研究。該文以穿越青海海北州門源縣仙米自然保護(hù)區(qū)曼(德拉)大(通)公路NK-SG4標(biāo)段路基工程為例，介紹路基工程施工創(chuàng)面生態(tài)修復(fù)的具體做法，以便為同類地區(qū)公路路基工程生態(tài)修復(fù)與保護(hù)提供參考。

1 項目概況

1.1 工程概況

國道569曼德拉至大通公路寧纏埡口至克圖段公路(K57+690～K67+000)位于青海省海北州門源縣境內(nèi)，沿大通河而下，穿越大坂山(仙米鄉(xiāng)境)，順討拉溝而上，路線全長9.375 km，該標(biāo)段線路平面布置如圖1所示。全線按雙向四車道一級公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，設(shè)計行車速度80 km/h，整體式路基寬度24.5 m，分離式路基寬度12.25 m。

圖1 線路平面布置圖

1.2 氣候特點

項目所在地為青海省海北自治州門源縣，該地區(qū)為祁連山系東端，隸屬于青藏高原區(qū)域，屬高原大陸性氣候，光照充足，日照強(qiáng)烈，冬寒夏涼，暖季短暫，冷季漫長，春季多大風(fēng)和沙暴，雨量偏少，干濕季分明。氣溫日溫差11.6～17.5 ℃，年平均氣溫為0.8 ℃，無絕對無霜期，年平均降雨量300～500 mm，主要集中在6—8月，占全年降雨量的70%，無絕對霜降期。降雪期一般為10月至次年4月，凍土深度183 cm。全年日照時間2 440～3 140 h，具有明顯的雨熱同季特點。

1.3 地質(zhì)與植被特點

曼大公路穿越青海門源仙米自然保護(hù)區(qū)，其海拔高度為3 200～3 500 m，土壤主要為高原草甸土，質(zhì)地為粉砂質(zhì)黏壤。曼大公路建設(shè)造成了不同的施工創(chuàng)面，其中施工創(chuàng)面按立地條件可以分為如下幾類：取土場、棄渣場、路堤邊坡、長期占壓面、短期占壓面、河道邊坡(表1)。路基工程所涉及到的取土場、路堤邊坡等施工創(chuàng)面坡面植被被徹底破壞，表層土被完全剝離，在自然條件下，植被很難在坡面上生長。對公路沿線不同里程土壤營養(yǎng)成分進(jìn)行測定，結(jié)果表明表層土壤含有豐富的氮、鉀和有機(jī)質(zhì)，但缺磷較嚴(yán)重(也缺鐵和鈣)，稍偏堿性(表2)。對該標(biāo)段沿線的植被進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)植物主要以禾本科牧草和莎草科牧草為主，如冷地早熟禾、披堿草、針茅、星星草、蒿草、黑褐苔草等主要物種。其次分布有少量的灌木，如沙柳、杜鵑、波斯菊、金露梅等。

表1 高速公路施工創(chuàng)面分類

表2 公路沿線土壤理化性質(zhì)分析結(jié)果

綜合考慮該標(biāo)段所在地區(qū)降雨主要集中在夏季，表現(xiàn)出明顯的雨熱同季特點，無大暴雨出現(xiàn)，土壤可侵蝕性因子小，這些因素都有利于施工創(chuàng)面的生態(tài)修復(fù)。但冷季漫長，植物生長周期短，原有植被與土壤被破壞，易發(fā)生嚴(yán)重的水土流失，自然恢復(fù)緩慢，表層土關(guān)鍵營養(yǎng)元素缺乏，這些因素制約了施工創(chuàng)面的生態(tài)修復(fù)。在生態(tài)修復(fù)工法選擇時應(yīng)同時兼顧水保工程及生態(tài)修復(fù)措施。

2 施工創(chuàng)面生態(tài)修復(fù)

施工創(chuàng)面的植被恢復(fù)是整個生態(tài)修復(fù)技術(shù)中的關(guān)鍵。合理的植物種類及配比對受損區(qū)域生態(tài)修復(fù)中生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及周圍景觀一致性等具有重要影響。在該標(biāo)段路基工程生態(tài)修復(fù)中應(yīng)先篩選出合理的護(hù)坡植物，然后選擇合適生態(tài)修復(fù)及水保工程的措施。

2.1 植物選擇與配置原則

根據(jù)曼大公路NK-SG4標(biāo)段所在地區(qū)的氣候特點，植物配置應(yīng)該滿足適應(yīng)性強(qiáng)，多品種植物搭配及植物景觀性好等條件，通常遵循生態(tài)適應(yīng)性原理、生物多樣性原理和生態(tài)位原理等恢復(fù)生態(tài)學(xué)理論，采用鄉(xiāng)土植物及地帶性植物。植物配置原則如下：① 根據(jù)生態(tài)適應(yīng)性原理選擇耐貧瘠、耐干旱、耐寒耐堿性及根系發(fā)達(dá)，同時蒸騰作用小的物種；② 根據(jù)生態(tài)位原理和生物多樣性原理選擇生態(tài)位不同的多種物種，在合理利用資源的同時增加修復(fù)坡面的層次感和景觀效應(yīng)；③ 根據(jù)群落演替理論選擇前期生長較快的草本植物作為先鋒植物，在較短時間內(nèi)起到護(hù)坡固土的效果，為其他物種繁殖生長創(chuàng)造條件，使植物群落演替順利進(jìn)行；④ 鑒于所在區(qū)域畜牧業(yè)發(fā)達(dá)，故優(yōu)先選擇品種優(yōu)良的當(dāng)?shù)啬敛菪臀锓N。

綜合運(yùn)用上述原則，選擇了適合該標(biāo)段施工創(chuàng)面生態(tài)修復(fù)的植物物種見表3。

表3 施工創(chuàng)面生態(tài)修復(fù)措施與植物配置類型

2.2 施工創(chuàng)面生態(tài)修復(fù)措施

取土場表土被完全破壞，生態(tài)修復(fù)時應(yīng)首先在坡面覆蓋種植土，對于緩坡且坡頂有道路的情況，通常采用 “客土綠化法”進(jìn)行邊坡的生態(tài)修復(fù)，客土采用改良后的公路沿線表土(簡稱“改良土”)，客土綠化法及表土改良措施見相關(guān)文獻(xiàn)。對于坡率為1∶0.5，高20 m的3#和4#取土場，應(yīng)先進(jìn)行削坡處理，然后開設(shè)截排水溝、急流槽及邊溝等排水措施，再運(yùn)用客土噴播生態(tài)修復(fù)技術(shù)。對于坡腳附近的平緩處，直接覆蓋厚度為18 cm的改良土，人工整平壓實，然后在表層土上均勻撒下草種，最后將2 cm厚的改良土覆蓋于種子上，適當(dāng)壓實后覆蓋綠色防塵網(wǎng)及無紡布。

棄渣場表層土壤被破壞，當(dāng)遇到降雨時，極易造成水土流失，對附近河道造成堵塞。因此在棄渣場生態(tài)修復(fù)前，應(yīng)在棄渣場上游設(shè)置截水溝，中間平臺及棄渣場周圍設(shè)置排水溝，并在低洼處布設(shè)沉砂池，坡面匯水經(jīng)過截水溝、排水溝及沉砂池后再排放到附近河道中。棄渣場下方邊界處修筑擋墻，保證棄渣不流失到棄渣場范圍外。選用改良土對其覆蓋，覆蓋厚度為18 cm，然后整平坡面，將草本和灌木種子均勻地撒在棄渣場表面后，再覆蓋2 cm厚的改良土，適當(dāng)壓實后覆蓋綠色防塵網(wǎng)及無紡布。棄渣場生態(tài)修復(fù)示意圖見圖2。

圖2 棄渣場生態(tài)修復(fù)示意圖

路堤邊坡上游匯水面積較大，易對路堤邊坡產(chǎn)生沖刷，為減少邊坡水土流失，應(yīng)在邊坡上設(shè)置急流槽，急流槽下方連接排水邊溝。然后清理路堤邊坡上的浮石和污染物，鋪設(shè)三維網(wǎng)，接著將改良土均勻地覆蓋在三維網(wǎng)上，在表層土上均勻地撒上植物種子，覆2 cm厚表土并適當(dāng)壓實，最后在路堤邊坡表面覆蓋植被纖維毯。三維網(wǎng)及植被毯護(hù)坡示意圖見圖3。

圖3 三維網(wǎng)及植被毯生態(tài)護(hù)坡示意圖

由于工程還未完工，施工營地及拌和站等長期占壓面還在使用中。計劃修復(fù)措施為：采用施工機(jī)械對其進(jìn)行深翻復(fù)墾，然后表面覆蓋10 cm厚的改良土，進(jìn)行整平，并依照“中間高、四周低”的原則設(shè)置2%的排水坡，四周開挖土質(zhì)排水溝。同時土質(zhì)排水溝內(nèi)側(cè)鋪設(shè)寬度1 m的草皮，草皮來源于施工初期公路沿線剝離的天然草皮。植物配置為草本植物為主，十字花科和豆科植物為輔，盡量選擇優(yōu)質(zhì)牧草種子(表3)。

短期占壓面立地土壤保存完好，具有一定的水土保持能力，簡單地對其進(jìn)行整平，施加600～800 g/m2的過磷酸鈣肥料及50 g/m2的硫酸亞鐵，改善表土的肥力。路邊兩排移栽沙柳，株距1 m?；旌喜莘N采用人工撒播方式，植物選擇見表3。

改建河道兩側(cè)邊坡土壤結(jié)構(gòu)被完全破壞，容易在河水的沖刷下造成土壤流失，甚至垮塌，因此需要采取措施防止河水對兩側(cè)土壤的沖刷，具體做法為：在河道兩側(cè)碼放由卵石制作而成的石籠，石籠之間用扎絲連接，防止石籠移動。在河道上游及雨水匯流集中處設(shè)置簡易沉砂池及過濾池，防止雨水對河道造成污染及堵塞。整平河道兩岸緩坡面，然后在表面覆蓋10 cm改良土，采用直接撒種的方式進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。各施工創(chuàng)面的生態(tài)修復(fù)措施及植物配置類型見表3。

3 養(yǎng)護(hù)管理措施

在曼大公路NK-SG4標(biāo)段路基工程生態(tài)修復(fù)與保護(hù)技術(shù)實施的兩個月內(nèi)，主要實施以下養(yǎng)護(hù)管理措施：

(1)施工后每天早晨灑水一次，水量以濕透表土20 cm為準(zhǔn)。

(2)對于路堤邊坡，在路肩處設(shè)置土埂，將路面雨水徑流引導(dǎo)至坡面急流槽中，防止路面雨水徑流對坡面的沖刷。

(3)派專人巡查，防止當(dāng)?shù)啬撩穹拍?，避免牛羊吃掉新發(fā)芽的嫩草，防止牛羊?qū)κ┕?chuàng)面的踐踏破壞。

(4)施工后通過撒播的方式施肥兩次，每次使用15 g/m2復(fù)合肥，兩次施肥間隔1個月。

4 生態(tài)修復(fù)與保護(hù)效果

青海曼大公路NK-SG4標(biāo)段主體部分于2018年6月已基本完工，除少數(shù)區(qū)域因還在使用而未進(jìn)行生態(tài)修復(fù)外，絕大部分區(qū)域均已采取了生態(tài)修復(fù)與保護(hù)措施。對已進(jìn)行生態(tài)修復(fù)區(qū)域的恢復(fù)效果進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)在生態(tài)修復(fù)前期，該地區(qū)經(jīng)歷了若干場強(qiáng)度較大的中雨(其中最大日降雨量達(dá)到 46 mm，最大小時降雨量超過10 mm)，現(xiàn)場考察表明截水溝和急流槽等排水措施結(jié)構(gòu)保存完整，取土場、棄渣場及路堤邊坡等坡面基質(zhì)基本完好，沒有因雨水沖刷而造成沖溝和垮塌現(xiàn)象。短期占壓面等平坦區(qū)域僅有輕微的水土流失現(xiàn)象發(fā)生，各施工創(chuàng)面上的冷地早熟禾及披堿草等草本植物率先發(fā)芽，然后迅速覆蓋坡面，移栽的沙柳等灌木也基本存活。隨著植物的生長，水土流失現(xiàn)象逐漸減少，同時排入河道中匯水所含土壤量降低，河水逐漸恢復(fù)自然狀態(tài)。經(jīng)過一年的時間，取土場坡面覆蓋率達(dá)到80%以上，棄渣場坡面植被覆蓋率達(dá)到70%以上，路堤邊坡植被覆蓋率達(dá)到85%以上，其他地區(qū)植被覆蓋率達(dá)到75%以上，基本滿足施工創(chuàng)面的恢復(fù)要求，曼大公路路基工程的生態(tài)修復(fù)與保護(hù)技術(shù)實踐取得了良好的效果。

5 結(jié)語

隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)向青藏高原等地區(qū)推進(jìn)，在自然保護(hù)區(qū)修建高速公路和鐵路成為常態(tài)。如何將路基工程建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)結(jié)合起來，使其對生態(tài)環(huán)境的影響降到最低已成為公路和鐵路建設(shè)中的迫切需要。希望從路基工程的設(shè)計、施工及生態(tài)修復(fù)驗收標(biāo)準(zhǔn)等多方面進(jìn)行研究，早日形成一套完整的生態(tài)路基工程建設(shè)體系。