高速公路已有棄渣場水土保持優(yōu)化設(shè)計

劉軍軍

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院，山西 太原 030006)

高速公路已有棄渣場水土保持優(yōu)化設(shè)計

劉軍軍

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院，山西 太原 030006)

結(jié)合臨縣至離石高速公路某一棄渣場為工程實例，在工程調(diào)研的基礎(chǔ)上對該棄渣場進(jìn)行了評級分類，結(jié)果為4級溝道型棄渣場，需要進(jìn)行穩(wěn)定計算和水土保持設(shè)計。穩(wěn)定分析結(jié)果顯示均滿足要求。從防護(hù)和排水兩方面進(jìn)行了設(shè)計分析，驗算顯示能夠滿足棄渣場的水土保持要求。本工程經(jīng)驗可為類似棄渣場的水土保持設(shè)計提供參考。

高速公路；棄渣場；水土保持；穩(wěn)定分析；設(shè)計優(yōu)化

1 依托工程概述

臨縣至離石高速公路是山西省高速公路路網(wǎng)規(guī)劃中3縱11橫11環(huán)的重要環(huán)節(jié)，是西縱高速主要組成部分。于2015年5月通車，由于項目區(qū)地形條件復(fù)雜，溝壑縱橫，全線隧道及挖方棄渣量尤其大，施工過程中，棄渣多就路線附近溝渠內(nèi)集中堆放，棄渣場邊坡坡率過陡，壓實度不足，防排水措施缺失，綠化程度不夠，在溝渠季節(jié)性匯水的沖刷下，邊坡坍塌，掏空現(xiàn)象較為嚴(yán)重，為了避免水土的過度流失，從保護(hù)水土資源的角度出發(fā)，對該類型棄渣場進(jìn)行改良和合理利用，顯得尤其重要。

2 棄渣場場地級別評定

進(jìn)行棄渣場的水土保持設(shè)計，需要對其場地特征進(jìn)行完全掌握，才能針對性地使用水土保持方法。根據(jù)我國《水土保持工程設(shè)計規(guī)范》(GB51018-2014)棄渣場的評定分級需要根據(jù)堆渣量、最大堆渣高度、棄渣場失事對周邊土體工程和環(huán)境的影響程度等指標(biāo)，按照表1評判方法進(jìn)行確定。

表1 棄渣場的評定分級方法

根據(jù)《水土保持工程設(shè)計規(guī)范》(GB51018-2014)規(guī)定，棄渣場按地形條件、與河溝相對位置、洪水處理方式等，可分為庫區(qū)型、坡地型、溝道型、平地型、臨河型五種類型，各種類型的場地特征見表2。

表2 棄渣場的場地特征分類

通過對本棄渣場的調(diào)研分析，該棄渣場的場地特征為4級溝道型棄渣場，根據(jù)上述場地特征，需要進(jìn)行穩(wěn)定性計算和水土保持設(shè)計。

3 棄渣場穩(wěn)定性分析

3.1 渣體整體沿原地面穩(wěn)定性計算

本項目將棄渣視為整體，計算其沿原地面線滑動的穩(wěn)定性。參數(shù)選取方面，C、Φ值的選取結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗及現(xiàn)場物理力學(xué)實驗最終確定：天然狀態(tài)下棄渣天然狀態(tài)下：重度取20 kN/m3，C=9.7 kPa，φ=25°；飽和狀態(tài)下飽和重度取21.5 kN/m3，C=7.4 kPa，φ=22°。

根據(jù)規(guī)范計算方法，經(jīng)計算：剩余下滑力為零，安全系數(shù)為1.5。該棄渣場整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 渣體邊坡穩(wěn)定性計算

本棄渣場的棄渣主要為黏土、粉質(zhì)黏土。通過對現(xiàn)場的調(diào)查分析，棄渣場的邊坡坡度在1∶0.9，比較陡峭，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，而且棄渣結(jié)構(gòu)容易松散，發(fā)生滑坡和坍塌的可能性較大，需進(jìn)行削坡設(shè)計。

對于粘性土，其滑動面為圓弧形，采用圓弧滑動法分析其穩(wěn)定性。安全系數(shù)采用如下公式

式中：φ為渣體內(nèi)摩擦角；β為渣體坡角；c為渣體粘結(jié)強(qiáng)度。參考臨離高速公路相關(guān)地質(zhì)參數(shù)及相關(guān)規(guī)范，對于粘性土天然狀態(tài)下：重度取19 kN/m3，C=30 kPa，φ=22°；飽和狀態(tài)下飽和重度取20 kN/m3，C=22 kPa，φ=20°，抗滑穩(wěn)定系數(shù)計算如表3所示。

表3 棄渣場抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

注：非常運用是指棄渣場在正常工況下遭遇Ⅶ度以上(含Ⅶ度)地震。連續(xù)降雨期邊坡的抗滑穩(wěn)定應(yīng)按非常運用工況考慮。

經(jīng)過計算驗證，圖紙邊坡在1∶1.5時，F(xiàn)s>0，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 棄渣場水土保持設(shè)計

4.1 棄渣場防護(hù)設(shè)計

(1)削坡及支擋設(shè)計

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查及邊坡穩(wěn)定性計算，棄渣場壓實度偏低，邊坡過陡，因此采取支擋+削坡措施，具體實施如下：①坡腳設(shè)4.5 m高重力式擋渣墻支擋。②該段邊坡高度24 m，每級邊坡高10 m，在10 m、20 m位置處設(shè)置平臺，平臺寬度2.0 m。第一級邊坡從擋渣墻墻頂起按1∶1.75的坡率進(jìn)行削坡，第二級及以上按1∶1.5的坡率進(jìn)行削坡，削坡后可達(dá)到穩(wěn)定。③削坡土方處理，部分用于擋渣墻墻背回填，其余土方攤鋪在棄渣場坡頂，壓實后綠化處理。

4.2 擋渣墻穩(wěn)定性計算

根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件和棄渣性質(zhì)，穩(wěn)定性計算的設(shè)計參數(shù)為：填土傾角26.6°，內(nèi)摩擦角32°，墻背與填土間內(nèi)摩擦角17.5°，填土容重19 kN/m2，墻體容重23 kN/m2，基底摩擦系數(shù)0.5，墻體沒有附加荷載，地基承載力為200 kPa。擋渣墻按最不利條件和擋渣墻尺寸代入穩(wěn)定性驗算公式，可計算出擋渣墻的抗滑移系數(shù)、抗傾覆系數(shù)、地基承載力和合力偏心距，其結(jié)果見表4，可知該擋渣墻的類型為一般擋渣墻。

表4 擋渣墻穩(wěn)定計算結(jié)果

依據(jù)《水土保持工程設(shè)計規(guī)范》GB51018-2014中5.7.5條規(guī)定棄渣場擋渣墻基底抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)和抗傾覆安全系數(shù)不應(yīng)小于表5規(guī)定的允許值。

表5 擋渣墻規(guī)范穩(wěn)定安全系數(shù)

由表5可知，該棄渣場基底抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)和抗傾覆安全系數(shù)均大于規(guī)范值，平均地基承載能力均小于200 kPa。

4.2 棄渣場排水工程設(shè)計

(1)在棄渣頂與原地形結(jié)合處，設(shè)置截水溝，減少雨水進(jìn)入棄渣場，對棄渣場形成沖刷浸泡。(2)坡面平臺處設(shè)平臺排水溝，排除坡面匯水。(3)沿棄渣場坡面設(shè)急流槽，引排坡頂截水溝及平臺排水溝匯水。

5 結(jié) 論

棄渣場水土保持設(shè)計應(yīng)以生態(tài)學(xué)理論為依據(jù)，尊重自然，正視自然，保護(hù)自然，恢復(fù)自然；將重點放在生態(tài)恢復(fù)上，將已被破壞的地段重新種植植物覆蓋，與周圍環(huán)境自然融合。通過采取工程措施、林草措施和臨時防護(hù)措施的互補(bǔ)型防護(hù)，形成系統(tǒng)化、層次化水土流失綜合防治體系。

[1] 賀偉琦, 李棟. 長沙至瀏陽高速公路棄渣場水土保持方案設(shè)計[J]. 人民珠江, 2007，(A02):46-49.

[2] 靳新紅. 北京市山區(qū)高速公路棄渣場水土保持設(shè)計[J].中國水利, 2016，(12):37-38.

[3] 張靖宇. 贛南山區(qū)高速公路棄渣場水土保持設(shè)計探討[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù), 2014, 34(12):245-246.

2017-03-28

劉軍軍(1981-)，男，山西柳林人，工程師，研究方向：路基、路面工程。

U412

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