隴南土石山區(qū)高速公路工程棄渣場(chǎng)水土流失防治

周 曄,吳玉鋒

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

棄渣場(chǎng)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(huì)造成嚴(yán)重的水土流失問(wèn)題,還會(huì)堵塞溝道,毀壞農(nóng)田和房屋,威脅人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全,因此棄渣場(chǎng)水土保持工作十分重要。棄渣場(chǎng)水土保持工作主要包括棄渣場(chǎng)選址和水土流失防治措施設(shè)計(jì),若選址或防治措施設(shè)計(jì)不合理,則會(huì)造成水土流失加劇,并對(duì)主體工程和下游建筑物帶來(lái)新的威脅[1-2]。受當(dāng)?shù)氐匦螚l件限制,隴南土石山區(qū)高速公路工程施工過(guò)程中土石方開(kāi)挖量和棄渣量大,棄渣場(chǎng)數(shù)量多且規(guī)模較小,堆渣高,渣體邊坡陡,棄渣場(chǎng)選址及水土流失防治措施設(shè)計(jì)需要充分考慮當(dāng)?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(chǎng)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(píng)價(jià)其水土流失防治效果,分析存在的主要問(wèn)題,并針對(duì)性提出棄渣場(chǎng)水土流失防治對(duì)策和建議,以期推動(dòng)隴南土石山區(qū)棄渣場(chǎng)水土保持工作再上新臺(tái)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(huì)處,西秦嶺和岷山兩大山系自東、西兩個(gè)方向進(jìn)入?yún)^(qū)域,形成了崇山峻嶺和峽谷盆地相間的復(fù)雜地形,區(qū)域內(nèi)密布長(zhǎng)江水系嘉陵江各級(jí)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(jī)質(zhì)含量高,但坡陡土薄,土壤侵蝕后果嚴(yán)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(guó)家級(jí)水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)。

十堰至天水高速公路是國(guó)家高速公路網(wǎng)福州至銀川國(guó)家高速公路的橫向聯(lián)絡(luò)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(diǎn)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(guò)隴南市徽縣、成縣、西和縣、禮縣和天水市秦州區(qū),終點(diǎn)位于天水市秦州區(qū)皂郊鎮(zhèn)。主線長(zhǎng)188.70 km,連接線長(zhǎng)30.10 km,橋隧長(zhǎng)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(shí)占地面積206.55 hm2;土石方開(kāi)挖量1 568.06萬(wàn)m3,填方927.91萬(wàn)m3,借方445.63萬(wàn)m3,棄方1 065.64萬(wàn)m3(不包含清除表土20.14萬(wàn)m3),共布設(shè)棄渣場(chǎng)36個(gè)。工程于2011年9月開(kāi)工,2015年10月通車,總工期49個(gè)月。

2 研究方法

2.1 棄渣場(chǎng)基本情況

通過(guò)對(duì)36個(gè)棄渣場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和資料分析,總結(jié)了棄渣場(chǎng)位置、棄渣類型、棄渣量、占地面積、占地類型、堆渣高度、渣場(chǎng)類型、水土流失防治措施等基本情況,見(jiàn)表1。36個(gè)棄渣場(chǎng)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(guò)50萬(wàn)m3的棄渣場(chǎng)7個(gè),堆渣高度大于20 m的棄渣場(chǎng)19個(gè)。依據(jù)棄渣堆放處的地形條件及其與河溝的相對(duì)位置等,棄渣場(chǎng)可分為平地型、溝道型、坡地型、臨河型共4個(gè)類型,其中:臨河型棄渣場(chǎng)4個(gè),堆渣高度為12～25 m;平地型棄渣場(chǎng)9個(gè),堆渣高度為4～8 m;溝道型棄渣場(chǎng)16個(gè),堆渣高度為15～60 m;坡地型棄渣場(chǎng)7個(gè),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(chǎng)基本情況

2.2 棄渣場(chǎng)水土流失防治效果評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)棄渣場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查分析,依據(jù)《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50433—2018),評(píng)價(jià)36處棄渣場(chǎng)的水土流失防治效果,并將棄渣場(chǎng)水土流失防治效果分為好、較好、差共3個(gè)等級(jí)。其中:①防治效果好指棄渣場(chǎng)防護(hù)措施體系完善、措施設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高、措施布設(shè)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(chǎng)外觀形象好;②防治效果較好指防護(hù)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(chǎng)外觀形象較好;③防治效果差指防護(hù)措施體系不完善、工程質(zhì)量差,工程存在較嚴(yán)重?fù)p壞情況,植被覆蓋率低,渣體個(gè)別部位存在滑塌及明顯的溝蝕,渣場(chǎng)外觀形象差。

3 結(jié)果與分析

經(jīng)過(guò)實(shí)地調(diào)查分析,十堰至天水高速公路甘肅段棄渣場(chǎng)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(gè)棄渣場(chǎng)水土流失防治效果評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表2,其中防治效果好的棄渣場(chǎng)25個(gè),防治效果較好的棄渣場(chǎng)9個(gè),防治效果差的棄渣場(chǎng)2個(gè)。布設(shè)有攔擋設(shè)施和截排水設(shè)施、實(shí)施植被恢復(fù)措施的棄渣場(chǎng)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(chǎng)。棄渣場(chǎng)水土流失防治主要存在以下問(wèn)題:一是沒(méi)有做到“先攔后棄”。部分棄渣場(chǎng)沒(méi)有在棄渣前布設(shè)完善的攔擋設(shè)施,而是在棄渣過(guò)程中或棄渣結(jié)束后才實(shí)施攔擋措施,導(dǎo)致棄渣流失嚴(yán)重,攔擋措施沒(méi)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(chǎng)的截排水設(shè)施布設(shè)在渣體上,出現(xiàn)了截排水設(shè)施斷裂、破損嚴(yán)重等問(wèn)題,嚴(yán)重影響了防護(hù)效果。三是覆土厚度不足,不能滿足棄渣場(chǎng)后期復(fù)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(shí)覆土厚度不足給棄渣場(chǎng)土地復(fù)耕和綠化增加了難度。

表2 棄渣場(chǎng)水土流失防治效果評(píng)價(jià)結(jié)果

4 棄渣場(chǎng)水土流失防治建議

4.1 棄渣場(chǎng)選址

隴南土石山區(qū)高速公路工程的棄渣來(lái)源主要為隧道修建,棄渣特點(diǎn)為量大且石多土少,受地形條件限制,棄渣場(chǎng)選址比較困難。棄渣場(chǎng)選址是保證棄渣安全堆放的先決條件,選址應(yīng)充分考慮棄渣量、占地類型、占地面積、棄渣運(yùn)距、棄渣道路修建、棄渣組成與排放方式、棄渣場(chǎng)后期利用類型等實(shí)際情況,基于《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(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(chǎng)水土流失防治措施布設(shè)

隴南土石山區(qū)棄渣場(chǎng)以溝道型棄渣場(chǎng)為主。通過(guò)對(duì)36個(gè)棄渣場(chǎng)的調(diào)查分析,總結(jié)出不同類型的棄渣場(chǎng)水土流失防治重點(diǎn)及應(yīng)采取的水土流失防治措施,見(jiàn)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(chǎng)恢復(fù)利用的主要限制因子,因此堆渣前必須剝離棄渣場(chǎng)范圍內(nèi)的表土,集中堆放并采取裝土袋攔擋、苫蓋等臨時(shí)防護(hù)措施,為棄渣場(chǎng)的復(fù)耕和綠化提供必要條件。②棄渣場(chǎng)水土流失防治措施體系主要包括渣腳攔擋、斜坡防護(hù)、渣頂整治和截排水工程,應(yīng)根據(jù)棄渣場(chǎng)類型、堆渣高度、渣體性質(zhì)、棄渣場(chǎng)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(guò)50 cm,最大粒徑小于25 cm,壓實(shí)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(chǔ)應(yīng)嵌入下層巖石中,并每間隔2 m設(shè)置1個(gè)排水孔。④造成隴南土石山區(qū)棄渣場(chǎng)損毀的主要原因是排水問(wèn)題,因此要高度重視棄渣場(chǎng)的截排水工程。截排水工程基礎(chǔ)應(yīng)建在自然山坡上,避免棄渣不均勻沉陷對(duì)截排水工程的破壞,同時(shí)為了防止外圍洪水對(duì)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(fù)墾或種植植被,渣體斜坡坡度應(yīng)小于1∶1.5,同時(shí)要采取灌草護(hù)坡進(jìn)行斜坡防護(hù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

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(chǎng)選址比較困難,若選址不合理或水土流失防治措施設(shè)計(jì)不合理,則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失問(wèn)題。通過(guò)總結(jié)十堰至天水高速公路甘肅段36處棄渣場(chǎng)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(píng)價(jià)其水土流失防治效果,結(jié)果表明:防治效果好的棄渣場(chǎng)有25個(gè),防治效果較好的棄渣場(chǎng)有9個(gè),防治效果差的棄渣場(chǎng)有2個(gè),通過(guò)布設(shè)攔擋設(shè)施和截排水設(shè)施、實(shí)施植被恢復(fù)措施,大部分棄渣場(chǎng)做到了有效防護(hù)水土流失;隴南土石山區(qū)棄渣場(chǎng)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(chǎng)水土流失防治措施體系主要包括渣腳攔擋、斜坡防護(hù)、渣頂整治和截排水工程,應(yīng)根據(jù)棄渣場(chǎng)類型、堆渣高度、渣體性質(zhì)、棄渣場(chǎng)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(chǎng)水土流失防治的重點(diǎn),此外要做好表土剝離與保護(hù)工作。