甘肅省風沙區公路工程水土保持設計

周曄　楊靖文

［關鍵詞］ 水土保持;措施設計；公路工程；風沙區；甘肅省

［摘 要］ 甘肅省風沙區自然環境惡劣，植被稀少，風蝕劇烈，沿線公路水土流失防治已然成為公路建設中的關鍵點和難點。以G312線七墩—瓜州段公路改造工程為例，分析了甘肅省風沙區公路工程在水土保持設計時存在風力侵蝕嚴重、土壤結皮與植被恢復困難、特殊性巖土較多等難點，并結合風沙區水土流失特點，針對性提出風沙區公路工程水土保持專項措施、重點區域水土流失防治措施、臨時措施等設計方案。

［中圖分類號］ S157.2［文獻標識碼］ B［文章編號］ 1000－0941（2023）07－0019－03

公路具有聚集經濟要素和促進產業融合的作用，對加快區域社會經濟發展及促進社會協調發展具有十分重要的意義。然而公路工程作為典型的線性工程，具有施工路線長、施工周期久、地表擾動強度大、破壞范圍廣的特點，其建設活動往往會對沿線地形地貌、土壤植被等自然要素造成破壞或重塑，產生一定的水土流失。近年來，眾多學者就公路建設項目的水土保持設計展開了研究，主要集中在水土保持措施探討、效益評價及技術應用研究等方面。如：張宇等[1]根據貴州公路水土流失特點，提出了優化專項設計與重點區域水土流失防治是關鍵；王保定等[2]分析了在公路工程建設中水土保持措施的應用及成效；馮佳琳等[3]基于熵值法評價了高速公路施工過程對水土流失的影響；葉里扎提·吾林巴斯等[4]基于公路水土保持對新疆植被可恢復性進行了分區，進而為公路建設水土保持植物措施布設提供了依據；劉健等[5]介紹并分析了西南土石山區線性工程棄渣場整治措施。

“十四五”以來，甘肅公路交通事業穩步發展，公路建設規模不斷擴大。受風沙區惡劣自然因素的限制，甘肅省風沙區生態環境十分脆弱，區域內降水稀少，蒸發量大，風力侵蝕嚴重，大大制約了區域內社會經濟發展。在風沙區，一方面公路建設活動會擾動地表，形成揚塵，污染空氣，威脅人類的生存環境；另一方面風沙會掩埋已建公路，阻礙交通，影響行車安全，威脅行車人生命安全。因此，開展風沙區公路建設項目水土保持措施合理配置研究的意義十分重大。本研究以G312線七墩—瓜州段公路改造工程為例，分析甘肅省風沙區公路工程水土保持設計難點，并結合風沙區水土流失特點，針對性地進行了水土保持設計。

1 項目區概況

1.1 自然概況

G312線七墩—瓜州段公路沿線地貌類型主要為戈壁平原，地勢較開闊，地形略有起伏，地層以砂石、礫石為主。屬大陸性中溫帶干旱氣候區，夏季干熱而較短促，冬季寒冷而較漫長。年均氣溫9.2 ℃，極端最高氣溫39.6 ℃，極端最低氣溫-29.0 ℃；年均降水量49.2 mm，年均水面蒸發量2 487.5 mm，是甘肅省降水量最小和蒸發量最大的地區；年均風速2.7 m/s，風力侵蝕極嚴重。公路沿線土壤類型以棕漠土、灰棕漠土、風沙土為主，最大凍土深146 cm。植被類型以荒漠植被為主，主要喬木有新疆楊、二白楊、胡楊、檉柳、沙棗、梭梭等；主要灌木有紅砂、泡泡刺、膜果麻黃、駱駝刺、黑果枸杞、沙拐棗等；主要草本有甘草、合頭草、芨芨草、賴草、羽茅、艾草等。

1.2 工程概況

G312線七墩—瓜州段公路位于酒泉市瓜州縣境內，全長66.27 km。路線起點位于瓜州縣七墩鄉，接G312線清泉—七墩段；路線終點位于G312線與G30高速公路瓜州出口平交處，順接G312線瓜州—柳園段。工程等級為大型，汽車荷載等級為公路Ⅰ級，路基寬25 m，設計行車速度80 km/h。本項目水土流失防治責任范圍為557.14 hm2，其中項目永久占地352.14 hm2、臨時占地205.00 hm2。共修建大橋1座158.00 m，為原有橋梁加寬利用；中橋2座，共90.08 m；小橋23座，共434.92 m；涵洞147道；服務區1處、停車區1處、養護工區及治超站1處。項目挖填方總量約450.74萬m3，其中挖方總量約23.92萬m3，填方總量約426.82萬m3；借方402.90萬m3；無棄方。

2 項目水土保持設計難點

在項目設計階段，根據項目區水土流失現狀與特點，結合野外調查，分析總結了水土保持設計難點，具體如下：

1）風力侵蝕極為嚴重，中度以上侵蝕占比大。嚴重的風力侵蝕導致區域內生態環境較為脆弱，無法形成有效的地表保護層。按照《甘肅省人民政府關于劃定省級水土流失重點預防區和重點治理區的公告》，項目區所在瓜州縣屬內陸河流域省級水土流失重點治理區，以風力侵蝕為主，防治責任范圍內原地表年均土壤侵蝕模數為3 995 t/（km2·a）。此外，根據《2021年甘肅省水土保持公報》，瓜州縣水土流失面積為14 289.84 km2，占全縣總面積的61.73%，其中中度以上侵蝕面積占全縣水土流失面積的71.47%。項目實施過程中，路基開挖、路塹填筑、取土開采等施工工藝均會破壞原有地表附著物，加劇土壤侵蝕。

2）自然條件惡劣，土壤結皮與植被自然恢復困難。七墩—瓜州段公路沿線主要為戈壁與基巖殘丘區，地層以砂石、礫石為主，基巖裸露，植被不發育。雖然地表生長有麻黃、白刺、駱駝刺等水土保持植物，但區域內自然條件惡劣，生態系統結構簡單，植被一旦遭受擾動，極易被破壞，且很難恢復。此外，荒漠土壤結皮能增加土壤的穩定性，減少風力侵蝕，然而風沙區地表土壤結皮的自然形成十分困難，一般需3～5 a。

3）特殊性巖土較多，存在安全風險與水土流失隱患。公路沿線特殊性巖土以鹽漬土、季節性凍土、素填土為主。鹽漬土不僅會引起地表膨脹、路面變形，而且會降低植被對水分的利用效率，造成土壤板結，阻礙植被扎根。季節性凍土會產生凍脹和融陷，過大的凍融變形，會使路基發生翻漿和冒泥現象，對公路造成很大的破壞。此外，沿線多為素填土路段，路基多填筑砂礫土，松散堆積或壓實度不均一，容易引起不均勻沉降，存在一定的安全隱患。

3 水土保持設計

3.1 水土保持專項措施

1）不良地質路段水土保持措施。大部分公路路段經過區地形較為平緩，多為第四系堆積物構成，不良地質不發育，特殊性巖土以鹽漬土、季節性凍土、素填土為主。對鹽漬土路段，采取提高路基高度、換填路基、設置隔斷層、加設護坡道等措施，路基填料采用礫類土，并做好截排水等綜合措施，同時對鹽漬土路段的構筑物采取相應的防腐措施。對季節性凍土路段，采取提高路基高度、換填路基、設置隔斷層等措施。對素填土路段，采用換填、清表、翻夯、碾壓等措施。

2）攔水沙壩。公路沿線雖降雨較少，但因植被稀少，降雨時極易形成匯流，沖刷路基，造成嚴重的水土流失。若大量設置護坡、擋土墻等會大幅增加工程造價，因此，在項目設計中設置攔水沙壩代替護坡、擋土墻等，既防護路基、降低工程造價，又減輕水土流失危害。當路線通過山前洪積扇或戈壁時，為攔截流向路基坡腳的漫水，根據地形在路基迎水側設置頂寬2.5 m、高1.5～2.0 m的攔水沙壩，沙壩坡腳到路基坡腳距離按照不小于10.0 m控制。攔水沙壩應設置護坡道，或開挖寬而淺的排導溝，使匯集水或自然蒸發，或疏導至橋涵處，排至路基范圍以外。

3）礫石壓蓋。公路沿線為風蝕區，地表被礫石覆蓋，植被覆蓋度低，施工擾動破壞后植被恢復困難。但研究表明，礫石壓蓋具有保水保墑、增加地溫和保持地力的效果，是防沙治沙的重要手段之一。因此，在橋梁施工擾動區、施工生產生活區、施工便道、取土場等區域采用直徑大于5 mm的礫石壓蓋，壓蓋厚度10 cm，會取得比較好的防治效果。

3.2 重點區域水土流失防治措施

通過對已建公路項目資料及相關文獻的查閱，發現取土場區的開采會嚴重破壞地表原有地貌和植被，對水土流失影響較大，是公路建設項目水土流失防治的重點區域。根據本項目土石方平衡結果，項目需借方402.90萬m3，布設取土場12處，臨時占地共計190.20 hm2。由于項目所選擇的取土場均位于戈壁平原區，周邊環境特點類似，防護形式相同，故以取土量最大的取土場S7的水土保持措施設計為例。取土場S7臨時占地19.90 hm2，滿足可取土量要求，取土量79.60萬m3，平均取土深4 m。取土后邊坡坡比1∶1.5，采取土地整治、撒播草籽等恢復植被措施，并結合礫石壓蓋。土地整治面積為20.43 hm2，其中取土坡面面積1.85 hm2，取土坑底部面積18.58 hm2。土地整治后，對取土坑底部采用直徑大于5 mm的礫石壓蓋，壓蓋厚度10 cm。在取土場外側設置高1 m的鐵絲網圍欄；在取土場外來水側設置攔水埂，攔水埂頂寬20 cm、底寬80 cm、高30 cm，邊坡坡比1∶1。

3.3 臨時措施

在風沙區，臨時措施是十分有效的水土流失防治措施，具有易配置、起效快的特點。臨時措施包括臨時攔擋、臨時排水、臨時苫蓋及臨時灑水等。考慮到項目區生態環境脆弱與惡劣，施工過程中應加強臨時措施的落實，嚴格按照水土保持方案執行。如在路基土建施工期，定期對未經硬化的擾動場地進行灑水、碾壓，可使土壤結皮，增加地表穩固度，減少風蝕等。

4 結束語

G312線七墩—瓜州段公路改造工程地處甘肅省風沙區，是連接甘肅與新疆的一條重要通道。針對甘肅省風沙區公路建設項目水土流失特點，水土保持設計時應堅持“預防為主、保護優先，因害設防、因地制宜”的原則，分區施策，多措并舉，有效控制區域內水土流失，以降低工程建設對風沙區脆弱生態系統的影響。另外，在項目實施過程中，應積極落實“三同時”制度，加強施工全過程管控及現場監督檢查，確保水土保持方案落地。

[參考文獻]

[1] 張宇，魏浪，孫榮，等.貴州喀斯特地區高速公路建設項目水土流失防治探討[J].中國水土保持，2019（12）：43-45.

[2] 王保定，蔡勛星，雷明琴，等.某公路工程水土保持措施與效益分析[J].河南水利與南水北調，2021，50（9）：99-100.

[3] 馮佳琳，殷黎明，趙麗君，等.基于熵值法的高速公路施工過程對水土流失的影響評價[J].水土保持通報，2017，37（2）：153-157.

[4] 葉里扎提·吾林巴斯，李宏鈞，劉濤，等.基于公路水土保持的新疆植被可恢復性區劃[J].公路，2018，63（12）：278-283.

[5] 劉健，張騰，應豐.西南土石山區線性工程棄渣場水土保持措施設計：以卡拉·楊房溝水電站交通專用公路工程為例[J].四川水利，2021，42（5）：150-153.

收稿日期： 2023-02-15

第一作者： 周曄（1989—），男，甘肅武山人，工程師，碩士，主要從事公路工程水土保持設計、邊坡防護等工作。

通信作者： 楊靖文（1969—），男，甘肅武山人，正高級工程師，學士，主要從事水土保持科學研究、水土保持工程設計、水土流失治理等工作。

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（責任編輯 張緒蘭）