南方崩岗区铁路工程弃渣场水土保持防治措施研究

高二鹏

（中铁工程设计咨询集团有限公司 环境工程设计研究院，北京 100055）

1 概述

崩岗是指在水力和重力的综合作用下，山坡土石体受破坏而崩塌和受冲刷的侵蚀现象[1]。崩岗侵蚀较严重地区涉及长江流域、珠江流域和东南沿海诸流域，主要发生在南岭山脉粤、赣、湘、桂的丘陵地貌和福建省武夷山脉、戴云山丘陵地貌[2]，主要分布在广东、广西、海南、福建、江西、安徽、湖南、湖北8 省(自治区)，216 个县(市、区)26 万处，面积约60万km2[3]。崩岗侵蚀的危害仅次于滑坡和泥石流灾害，是造成区域生态环境恶化的重要原因[4]。崩岗侵蚀的发生要具备3个基本条件[5-6]：疏松深厚的基岩风化物、水力和重力的综合作用及地表植被的破坏。

崩岗的发生不同于黄土崩塌，主要在于发育的基础不同，崩岗的发生依赖于花岗岩的风化[7]。以福建省为例，崩岗主要发生在花岗岩发育的山坡上，崩岗切割山体，崩岗分布较集中的区域侵蚀模数可高达15 000～30 000 t/(km2·a)，大量的泥沙被迅速带到下游，埋压农田，淤浅河床，加剧区域生态环境恶化和旱涝灾害的发生[8]。根据《龙岩市水土保持规划(2016—2030 年)》，龙岩市崩岗面积共计141.93 hm2，其中上杭县、武平县崩岗面积达93.67 hm2，占全市总面积的66%。有研究人员已对崩岗侵蚀提出有效的治理措施，史德明[9]提出在崩岗沟道中修建谷坊拦截崩岗泥沙，增高崩岗基面，稳定坡脚，保蓄水分，改良土壤。在崩岗以上部位用排水沟引出上部径流，防止下切和扩展；或者利用乔灌草等高带状密植作防护带，截阻径流，削弱冲刷力量。在崩岗内种植乔灌木，对巩固谷坊、调整侵蚀基准面有良好效果。目前崩岗综合治理措施布局可以概括为“上截、中削、下堵、内外绿化”[10]。曾国华等[11]按照以上治理原则分别对广东省五华县不同类型、不同发育阶段的崩岗采取防治措施，总结出通过采取分层配置植物种、沟内栽植竹类、速生灌木，生物活篱笆、生物防冲带、生物坝等一系列植物工程综合治理措施，可以较大程度削减崩岗侵蚀模数，减少自然灾害。

山区铁路工程作为大型线性建设类项目，主要受地质条件、城乡规划、生态环境和站址布设等因素影响，具有城镇经济据点稀疏，地形困难、地质复杂、生态敏感性高等特点[12]，人为扰动频率相对较弱。目前，关于南方崩岗区铁路项目弃渣场水土保持防治措施的研究相对较少，而弃渣场作为铁路建设重要的侵蚀单元之一，也是铁路建设项目水土流失防治的重点之一[13]。本文针对铁路项目的工程特点，结合龙岩至武平铁路工程实际对崩岗区铁路弃渣场水土保持防治措施进行分析，为该地区铁路弃渣场防护措施提供参考。

龙岩至武平铁路位于福建省龙岩市，项目区属闽西南山地丘陵区，南亚热带湿润季风气候，年均气温19.6～20.2℃，降水量大且集中，年降水量达1 706～1 825 mm，多集中在5～9 月；主要土壤类型为红壤和黄壤，属亚热带常绿阔叶林区，森林覆盖率77.91%。项目区属以水力侵蚀为主的南方红壤区，侵蚀强度以中、轻度为主。线路全长64.40 km，途径龙岩市上杭县和武平县，新阳明山隧道位于线路起点附近、全长4 299 m，该隧道斜井弃渣场海拔高度约680～740 m，临时占地4.87 hm2，容渣量27 万m3(实方)，弃渣量22.39 万m3(实方)，最大堆渣高度48 m，汇水面积1.24 km2，沟道比降6%，下游不涉及公共和基础设施、工业企业和居民点等重要保护对象。

2 弃渣场地质条件及堆置方案

2.1 地层岩性

该区覆盖层主要为第四系全新统(Q4ml) 素填土、第四系全新统(Q4al+pl)淤泥质粉质黏土、第四系全新统(Q4al+pl)粉质黏土、燕山期(γ)花岗岩；下覆基岩为淤泥质粉质黏土(Q4al+pl)、粉质黏土(Q4al+pl)和花岗岩(γ)。

2.2 水文地质特征

地表水以溪流为主，流速约1 m/s，宽0.5～1 m。地下水埋深约6 m，主要为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水，浅层地下水主要受地表径流补给及大气降水补给。

2.3 地震动参数

该区地震动峰值加速度0.05 g，地震动反应谱特征周期0.40 s，地震烈度为6级。

2.4 弃渣场堆置方案

按照“先挡后弃，石渣在下，土渣在上，分层弃渣”的原则堆置弃渣，堆渣厚度不应大于1 m，碾压密实，弃渣高度每8 m设平台，平台宽度不应小于2 m，边坡分台阶按1:5堆置，渣体上游按照4%放坡，便于渣面排水，渣体紧靠挡渣墙并逐渐向沟道上游堆放。

3 崩岗区弃渣场水土保持防治措施

崩岗区地质条件一般，主要发育于花岗岩、砂砾岩、砂页岩和泥质页岩的出露区，地表多分布花岗岩风化层。随着土壤含水率达到饱和，加之地表径流冲刷、雨滴溅蚀淋溶和重力的综合作用，渣体和基岩最终发生裂隙和崩解。弃渣场防治以提高土体团聚力、阻止雨水下渗、拦截坡面径流、稳定坡脚为目的，按照“上截、中削、下堵、内外绿化”的防治体系，采取工程和植物相结合，达到固结土体、防治水土流失的目的，防治措施如表1所示。

3.1 设计依据

3.1.1 截排水沟断面选择

排水沟道设计应依据水文资料，结合地形地质条件，选择合理的布置形式、形状、尺寸、纵坡、建筑材料，保证在设计洪水情况下排水沟道不冲不淤。根据《水土保持工程设计规范》，截排水设计流量计算采用3～5年一遇5～10 min短历时设计暴雨。

式中：Qb为最大洪峰流量，m3/s；φ为径流系数；q为设计重现期和降雨历时内平均降雨强度，mm/min；F为坡面汇水面积，km2。

排水沟断面设计一般按照明渠均匀流公式进行计算，计算公式为

式中：Q为设计降水的坡面最大径流量，m3/s；A为排沟断面面积，m2；C为谢才系数；R为水力半径，m；i为排水沟比降。

以此确定截(排) 水沟断面尺寸，以保证渣场截(排)水沟断面满足过水需求，即Q＞Qb。

表1 崩岗区弃渣场水土流失防治措施

3.1.2 挡渣墙型式及断面尺寸选择

按照挡渣墙断面形状及其受力特点，挡渣墙型式有重力式、半重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式(支墩式)、空箱式(孔格式)及板桩式等，水土保持工程中常用重力式、半重力式、衡重式等。重力式挡渣墙常用干砌石、浆砌石、格栅石笼等建筑材料；半重力式、衡重式挡渣墙建筑材料多采用混凝土；悬臂式、扶壁式(支墩式)、空箱式(孔格式)及板桩式挡渣墙常用钢筋混凝土。

挡渣墙断面一般根据经验初步确定主要尺寸，经验算满足抗滑、抗倾和地基承载力，并且经济合理的墙体断面即为设计断面。一般情况下，挡渣墙的基础宽度与墙高之比为0.3～0.8 之间(墙基为软基时例外)，当墙背填土面为水平时，取小值；当墙背填土(渣)坡角接近或等于土的内摩擦角时，取大值。

3.2 工程措施

3.2.1 径流排导工程

（1）沟头及沟身截排水沟。为利于沟谷上游来水顺利排出，在沟头崩岗区外侧3 m 外设浆砌片石截水沟，坡比不陡于1:1～1:1.25，纵坡坡率变化较大处设置1道变形缝，变形缝填充沥青麻丝并加设遇水膨胀止水条，沟头截水沟外延至渣体周边，堵截外排沟道来水。

（2）渣底盲沟。渣底纵向每20 m 铺设1 根φ100硬质透水盲管，引入渣底纵向盲管，通过挡墙将积水排出渣场。盲管底部衬砌M10浆砌片石盲沟，排水管与沟身间采用中粗砂砾石防护，若沟道地表水丰富，根据实际情况于挡墙墙背处设置竖向盲沟。

（3）沟口消力池和沉沙池。为使水流平顺流入沟道下游，沟口排水沟末端设消力池消能。消力池采用浆砌石砌筑，底板厚度0.3 m，下铺0.1 m 砂砾垫层，侧墙厚0.3 m。消力池末端接沉沙池后引入自然沟渠，纵向排水坡度不小于1%。沉沙池为矩形断面，采取M10浆砌片石衬砌，厚度20 cm。

3.2.2 坡面防护工程

边坡采取削坡开级方式，修筑成分级水平阶，台阶面宽0.8～1 m，高差0.8～1 m。随渣体坡度自上而下逐步放缓，台阶高差降低，台阶面增宽，有利于台阶部位开展耕种或绿化。台阶呈反坡状，内侧开挖梯形排水沟，沟底纵向坡度为4‰，末端顺接渣体外侧排水沟，与台阶面排水沟形成叶脉状坡面排水系统。

3.2.3 拦挡工程

坡脚处设重力式浆砌石挡渣墙，墙高6 m，挡墙基础埋深1.3 m。挡渣墙施工时做好地基处理，基底承载力不小于400 kPa，保持渣场稳定，墙趾前基础埋深2.2 m。为防止墙趾被水冲刷，墙趾外5 m内铺砌厚35 cm 的M10 浆砌片石。挡墙前2 m 范围铺砌M10浆砌片石，挡墙后设50 cm 厚的碎石反滤层和黏性土防渗层；墙身纵向每隔2 m设10～15 cm孔径梅花状布置的排水孔，横向每隔10 m设置1道2 cm伸缩缝，缝内填沥青麻筋；挡墙后平台范围内弃渣夯填密实。

3.3 植物措施

植物措施布设应以固结渣体、提高土壤团聚力、削减坡面径流冲刷和雨滴溅蚀为原则，植物种配置以当地适生乡土树种为主，分层搭配，尽量选择速生、根系发达、耐瘠薄和抗逆性强的乔灌木，同时配合叶片大的攀援植物，地表撒播萌蘖性强的草种，快速形成乔灌草多层次的水土保持林。龙岩市属南亚热带湿润季风气候，年降水量充沛，适合速生型和深根型植物生长，后期成活率高。

经实地踏勘及查阅当地林业志，乔木宜选择速生型和深根型的先锋树种，备选乔木有毛竹、油茶、香樟、红叶石楠、小叶冬青、银合欢、南酸枣。灌木宜选择萌蘖性强、抗逆性强树种，备选灌木有桃金娘、光叶菝葜、毛果算盘子、紫穗槐、紫叶小檗。攀援植物宜选择大叶型抗逆性强的植物，备选植物有爬山虎、凌霄、五叶地锦、木香、常春藤、白花油麻藤。草种宜选择萌蘖性强、可改良土壤且对土壤要求不高的植物，备选草种有芒萁、巨菌草、宽叶雀稗、金茅、百喜草、结缕草、香根草、糖蜜草。

4 结束语

崩岗侵蚀被称为“生态溃疡”，崩岗区铁路弃渣场防治如果落实不到位，将加剧区域土壤侵蚀程度，引发次生危害。借鉴既有崩岗侵蚀治理理念，通过工程建设和生态治理的有机结合，按照“上截、中削、下堵、内外绿化”的综合治理模式，提出南方崩岗区弃渣场综合防治措施体系。南方崩岗区耕地资源普遍稀缺，有条件的地区渣场经治理后可变废为宝，开发为茶园、果园和生态观光园，不仅能够控制水土流失，还能为农民脱贫增收创造条件。今后如何将弃渣场改造为高产田、经果林是建设生态铁路需要思考的方向。