云南省山區(qū)高速公路棄土場選址及施工過程存在的潛在失穩(wěn)因素淺談

資新 劉敏

摘 要：在國家“十二五”及“十三五”期間，云南省高速公路建設(shè)處于高峰時(shí)期。但我省屬高原山區(qū)省份，各類地貌之間條件差異很大，類型多樣復(fù)雜，造成高速公路建設(shè)中土石方調(diào)配困難，且隧道長度占線路長度的比例大，產(chǎn)生大量的棄土（石），從而出現(xiàn)了大量的棄土場。結(jié)合云南待功高速公路、沾會高速公路、昭會高速公路沿線棄土場的現(xiàn)場調(diào)研及棄土場工程安全性評估工作，對我省山區(qū)高速公路棄土場選址及施工中存在影響棄土場穩(wěn)定性的因素進(jìn)行分析，為今后類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：棄土場；選址；施工；因素

中圖分類號：S157 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）15-0098-03

1 棄土場選址

目前公路行業(yè)內(nèi)，除了在公路路基設(shè)計(jì)、施工相關(guān)的規(guī)范里面零星地有對棄土場選址有原則性的要求外，尚未對棄土場選址有明確、詳細(xì)的指導(dǎo)，因此，棄土場類型呈現(xiàn)多樣化。

合理的選址對棄土場的安全性起著舉足輕重的作用。得當(dāng)?shù)倪x址不僅直接提高了棄土場自身的安全性，還可以減少支擋及加固工程數(shù)量而達(dá)到減少工程經(jīng)濟(jì)投入。

通過對云南省內(nèi)山區(qū)高速公路建設(shè)中棄土場的現(xiàn)場調(diào)研，根據(jù)棄土場處的地形情況，大致可以將棄土場分為5種類型：洼地型、鎖口型、溝谷型、坡面型、山堆型。

1.1 洼地型棄土場

洼地型棄土場是在選擇自然凹坑、谷地底部進(jìn)行棄土。該種類型的棄土場棄土本身不具有臨空面，利用四周優(yōu)勢地形將棄土緊緊包圍起來，可以不用或少用加固防護(hù)措施，但需做好防排水及綠化防護(hù)措施。從棄土場穩(wěn)定性角度考慮，洼地型棄土場是比較理想的，但受地形地貌影響，該類型的棄土場非常少。如圖1所示。

1.2 鎖口棄土場

鎖口型棄土場主要是在山間溝道內(nèi)，周圍分水嶺明顯，肚大口小的的地形處進(jìn)行棄土。該種類型棄土場與洼地型棄土場類似，最主要的特點(diǎn)是比洼地型棄土場多了一個(gè)臨空面，但可充分利用用周邊地形作為防護(hù)結(jié)構(gòu)，并能在鎖口處設(shè)置弧形防護(hù)支擋結(jié)構(gòu)，具有拱橋拱圏受力的特點(diǎn)，穩(wěn)定性好。如圖2所示。

1.3 溝谷型棄土場

溝谷型棄土場主要是干溝、溪溝內(nèi)進(jìn)行棄土。該種類型棄土場與鎖口型棄土場相比，不具有鎖口型棄土場“口小”的特點(diǎn)，而且上游存在一定的匯水，下游需修建支擋結(jié)構(gòu)，并設(shè)置必要排水措施。溝谷型棄土場在云南省高速公路建設(shè)中是一種數(shù)量比較多的棄土場類型。在云南省山區(qū)高速公路建設(shè)中形成很多數(shù)量的溝谷型棄土場，主要是受地形、施工運(yùn)輸難度、運(yùn)距等條件限制，導(dǎo)致施工單位直接將棄土直接堆放在溝道內(nèi)。如圖3所示。

1.4 坡面型棄土場

山區(qū)高速公路修建過程中，特別是隧道出入口兩端周圍短距離內(nèi)很難找到好的場地堆放施工產(chǎn)生的棄土，于是施工單位將棄土直接傾倒于陡坡（或緩坡）坡體上形成坡面型棄土場。該種類型的棄土場與坡面接觸的基底往往是軟弱結(jié)構(gòu)形成滑動(dòng)帶，整個(gè)棄土場會有向下滑動(dòng)的趨勢，在地表水、地下水或雨水作用下很容易形成滑坡、泥石流。坡面型棄土場存在巨大安全隱患，整個(gè)棄土場穩(wěn)定性差。如圖4所示。

1.5 山堆型棄土場

山堆型棄土場主要是在地勢較平整的地方進(jìn)行棄土，棄土后棄土頂部高于周圍地勢。該種類型棄土場周圍表面均為臨空面，棄土堆上的防排水工程非常重要，若雨水、冰雪下滲到棄土內(nèi)部，極易發(fā)生滑坡、泥石流等災(zāi)害。如圖5所示。

2 棄土場施工潛在失穩(wěn)因素

除了棄土場選址因素影響自身穩(wěn)定性外，棄土場施工的合理性是影響其穩(wěn)定性的一個(gè)非常重要因素。棄土場施工中經(jīng)常出現(xiàn)以下幾種潛在失穩(wěn)因素：地質(zhì)勘察缺失、基底處理不合理、超方量棄土、堆土施工順序錯(cuò)亂、棄土堆砌方案不合理、堆土過程隨意性、防排水措施不到位、綠化防護(hù)措施不及時(shí)等等。

2.1 地質(zhì)勘查缺失

目前，公路行業(yè)尚未有對棄土場進(jìn)行地質(zhì)勘查的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，因此，棄土場在選址前后均為進(jìn)行地質(zhì)勘察。未進(jìn)行地質(zhì)勘察可能會造成選址位于褶皺、錯(cuò)動(dòng)、斷裂等巖層破碎帶、地下水水位高的地方。

在原地表進(jìn)行棄土后，棄土場下方及周圍一定范圍內(nèi)的地應(yīng)力將受棄土重力的影響而發(fā)生應(yīng)力重分布，極易造成破碎帶發(fā)生破壞引發(fā)棄土場失穩(wěn)。當(dāng)棄土場基巖中夾有軟弱巖層、巖層風(fēng)化嚴(yán)重、巖層軟弱等因素容易造成棄土場失穩(wěn)。當(dāng)巖層傾向與棄土傾向一致形成順層時(shí)，容易發(fā)生順層滑坡。

地下水是造成巖層喪失穩(wěn)定性的重要原因之一。地下水使巖質(zhì)軟化，強(qiáng)度降低，形成坡體軟弱層面，而軟弱層面是導(dǎo)致坡體失穩(wěn)的因素之一。

2.2 基底處理不合理

基底處理是清理、清除殘?jiān)?、去除表土、去除和處理?guī)定范圍內(nèi)的所有草木和石礫，使棄土與原地表土緊密結(jié)合，不致產(chǎn)生沿基底的滑動(dòng)和過大變形。若原地面坡面較陡時(shí)，需將原地面挖成臺階狀，臺階向內(nèi)設(shè)置一定坡度的倒坡。山區(qū)高速公路建設(shè)中，棄土前幾乎沒有進(jìn)行基底處理工作，容易造成棄土場失穩(wěn)。

2.3 超方量棄土

山區(qū)高速公路建設(shè)中，由于設(shè)計(jì)的棄土方量與實(shí)際棄方量存在偏差，土石未按設(shè)計(jì)時(shí)的方案進(jìn)行調(diào)配等因素造成一些棄土場棄方量超大。

棄方量的增加造成棄土場超過原棄土場設(shè)計(jì)方量棄土，改變了棄土形狀、棄土高度等，導(dǎo)致棄土場實(shí)際棄方情況與原設(shè)計(jì)不符。

2.4 施工順序錯(cuò)亂

合理的棄土場施工順序：基底處理→地下水疏導(dǎo)、周邊截水工程→支擋工程→棄土→地表水排水工程→表層綠化。

棄土場周邊截水設(shè)施能有效地?cái)r截棄土場上方的流向棄土場的地表徑流，棄土場棄土前應(yīng)先設(shè)置截水設(shè)施。但在實(shí)際工程中，截水設(shè)施往往在棄土場完成后才進(jìn)行設(shè)置。水流入棄土場不僅增大了土體重度，還還降低基巖強(qiáng)度，增大了棄土場失穩(wěn)的可能性。

先支擋后棄土，不僅能使支擋結(jié)構(gòu)在棄土場棄土過程中就發(fā)揮支擋防護(hù)作用，還能提高支擋結(jié)構(gòu)后方土體密實(shí)度，從而提高支擋結(jié)構(gòu)的防護(hù)效果。在實(shí)際工程中，存在先棄土后支擋的現(xiàn)象，導(dǎo)致支擋結(jié)構(gòu)防護(hù)作用降低甚至喪失。

2.5 棄土堆砌方案不合理

科學(xué)合理的棄土應(yīng)將土體進(jìn)行分類、分層碾壓，將大粒徑、透水性好的棄土（石）填筑在底部。土體分類、分層碾壓能提高土體密實(shí)度，提高棄土場穩(wěn)定性。

棄土場施工工程中由于棄土調(diào)運(yùn)順序不合理、土石級配不良、場地限制、棄土土質(zhì)多樣性等原因造成棄土分類分層困難。

棄土場堆砌方法主要有水平分層棄土、豎向棄土、混合棄土。如圖6所示。

水平棄土方法易于達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度，易于保證棄土穩(wěn)定性，但由于施工便道修筑困難，施工成本等因素造成棄土施工中很少采用該種方法。

豎向填筑法是棄土場棄土中采用最多的一種方法。很多棄土場位于溝谷、陡坡地形處，地面高差大，作業(yè)面狹窄，機(jī)械無法進(jìn)場，無法采用自下而上地進(jìn)行棄土，因此，豎向填筑法成為為首選方法。該種方法中由于未進(jìn)行嚴(yán)格的壓實(shí)，土體未分類分層，造成棄土具有多空隙的特點(diǎn)，嚴(yán)重影響棄土場的穩(wěn)定性。

混合棄土法具有水平棄土法和豎向棄土法的特點(diǎn)，實(shí)際棄土場工程中采用的不多。

2.6 堆土過程隨意性

棄土場棄土施工過程中，未制定具體的棄土實(shí)施方案，土體傾倒隨意性較大，且未及時(shí)進(jìn)行坡體修整，坡面不規(guī)則，雨水沖刷形成溝壑，造成坡高、坡率、坡間平臺甚至棄土場形狀與原設(shè)計(jì)不符。棄土場形狀、坡高及坡率等條件的變化，可能造成已經(jīng)設(shè)置的支擋防護(hù)工程不能有效的發(fā)揮支擋功能，甚至完全失去支擋作用。

棄土場坡面上每隔一定高度設(shè)置1～2m寬的平臺，減小坡體重量，一定程度上能提高棄土場穩(wěn)定性。棄土場實(shí)際過程中，部分坡面較高的棄土場未設(shè)置坡面平臺，對棄土場穩(wěn)定不利。

2.7 防排水措施不到位

棄土場失穩(wěn)的因素多種多樣，其內(nèi)因（棄渣的物理力學(xué)特性、堆砌方式、防護(hù)措施形式等）一般起著控制性作用，但外因（降雨、融雪等氣象因素和人工造成的應(yīng)力變化等因素）往往加劇棄土體的運(yùn)動(dòng)，有時(shí)甚至成為棄土場失穩(wěn)的主要直接原因。

地表水下滲到土體空隙和巖石裂隙后，一方面加大棄土場滑坡體的重量，使其下滑，另一方面導(dǎo)致土石抗剪強(qiáng)度降低。地下水不及時(shí)排出會使滑動(dòng)層的土體顆粒發(fā)生塑性破壞。因此，水是加劇棄土場失穩(wěn)的一個(gè)非常重要因素。

棄土場設(shè)計(jì)中設(shè)置了排出或降低地下水水位的盲溝，但施工時(shí)未嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)尺寸、材料要求進(jìn)行，導(dǎo)致盲溝不能有效的發(fā)揮降排水作用。

棄土場屬于人工填筑的土體，土體下沉將導(dǎo)致排水溝開裂，發(fā)生滲水現(xiàn)象。實(shí)際工程中，棄土場棄土完成后，部分棄土場設(shè)置了排除地表水的排水溝，但未對排水溝進(jìn)行檢查，導(dǎo)致雨水下滲到棄土場土體中。部分棄土場棄土完成后甚至沒有及時(shí)設(shè)置排水設(shè)置，增大了棄土場失穩(wěn)的可能性。棄土場工程中還存在一個(gè)常見問題，棄土場頂部平臺未設(shè)置具有一定坡度的排水平臺。雨水、冰雪融水從棄土場頂部平臺下滲至土體中，極易造成棄土場失穩(wěn)。

2.8 綠化防護(hù)措施不及時(shí)

棄土場施工會形成裸露的坡面，這種人工形成的裸露坡面上在各種自然因素作用下發(fā)生水土流失、泥石流、滑坡等環(huán)境問題。

植物根系能夠固土保水，防止坡面風(fēng)化，改變土壤的物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分等，增強(qiáng)棄土場自身穩(wěn)定性。但在實(shí)際棄土場工程中，未采取綠化防護(hù)措施的棄土場占了非常大的比例，知道公路建設(shè)項(xiàng)目竣工環(huán)保驗(yàn)收時(shí)才得到重視。

3 結(jié)語

（1）云南省高速公路建設(shè)中棄土場選址多種多樣，主要有洼地型、鎖口型、溝谷型、坡面型、山堆型五種類型，不同類型的棄土場對其穩(wěn)定性有著不同的影響。棄土場施工過程中地質(zhì)勘察缺失、基底處理不合理、超方量棄土、堆土施工順序錯(cuò)亂、棄土堆砌方案不合理、堆土過程隨意性、防排水措施不到位、綠化防護(hù)措施不及時(shí)等因素同時(shí)影響棄土場的穩(wěn)定性。

（2）云南省山區(qū)高速公路棄土場出現(xiàn)選址多樣性、施工過程不規(guī)范，出現(xiàn)“亂堆亂棄，棄而不管”現(xiàn)象的原因受自然條件、成本影響外，還有行業(yè)內(nèi)沒有統(tǒng)一的選址、施工、質(zhì)量檢驗(yàn)等標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范指導(dǎo)。

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