山區(qū)高速公路棄土場(chǎng)排水與防護(hù)設(shè)計(jì)

程建，唐文廣

（四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都610017）

1 引言

西部山區(qū)地形地質(zhì)條件復(fù)雜、地質(zhì)災(zāi)害突出，棄土場(chǎng)已不再單純作為高速公路的附屬工程簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，在新形勢(shì)下，儼然已成為外業(yè)調(diào)查以及內(nèi)業(yè)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。不管是已建的雅西高速、映汶高速；還是在建的峨漢高速、久馬高速；以及即將開(kāi)工的宜攀高速、西昭高速，都具有相同的特點(diǎn)：沿線(xiàn)地形起伏大、地質(zhì)條件差、河谷切割深、橋隧占比高、大挖方段落多、土石棄方量大等，受地形地質(zhì)條件限制，難以尋找條件較好的棄土場(chǎng)位置，通常需要沿溝谷設(shè)置，棄土場(chǎng)的防護(hù)與排水設(shè)計(jì)就顯得尤為重要[1]。

2 棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)原則

2.1 安全第一原則

工程設(shè)計(jì)與建設(shè)中安全始終是第一位。過(guò)去棄土場(chǎng)作為高速公路附屬工程，設(shè)計(jì)重視力度不夠，棄土場(chǎng)還未堆載至設(shè)計(jì)高程，往往就已產(chǎn)生滑移病害，對(duì)棄土場(chǎng)下游的構(gòu)筑物或居民構(gòu)成嚴(yán)重的安全隱患。目前，已建山區(qū)高速公路就存在棄土場(chǎng)堆載后產(chǎn)生滑坡病害的案例，通常需要采取設(shè)計(jì)變更增加抗滑移措施，如抗滑擋土墻、抗滑樁等，不得不加大投資，且處治過(guò)程中，施工存在安全風(fēng)險(xiǎn)。綜合比較前期棄土場(chǎng)精細(xì)化設(shè)計(jì)與棄土堆載病害發(fā)生后的加固設(shè)計(jì)，前期的精細(xì)化設(shè)計(jì)往往會(huì)大幅度節(jié)省工程造價(jià)，且安全有保證，也不至于造成后期的不良社會(huì)影響。因此，棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)安全是第一原則，應(yīng)避免人為因素造成的工程地質(zhì)災(zāi)害[2]。

2.2 環(huán)保并重原則

在當(dāng)前新形勢(shì)新政策下，環(huán)境保護(hù)顯得尤為重要。GB 50433—2008《開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》[3]中相關(guān)條文就對(duì)棄土處理進(jìn)行了明確規(guī)定，棄土場(chǎng)地必須設(shè)置必要的防護(hù)、排水設(shè)施，不能利用的棄渣應(yīng)集中堆放于專(zhuān)門(mén)場(chǎng)地，且需按照“先攔后棄”的原則采取主動(dòng)防護(hù)，棄渣不得污染水源，積極采取水土保持措施，避免造成水土流失。因此，棄土場(chǎng)的設(shè)置需要綜合考慮場(chǎng)地區(qū)域氣候、地形地貌等自然地理和地質(zhì)條件，根據(jù)棄渣填筑形態(tài)做好水土保持設(shè)計(jì)。

2.3 經(jīng)濟(jì)節(jié)約原則

任何工程建設(shè)項(xiàng)目都要考慮其經(jīng)濟(jì)性，在保證安全的前提下，應(yīng)追求經(jīng)濟(jì)效益最大化。首先，棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性主要體現(xiàn)在棄方運(yùn)距的合理性，合理的運(yùn)距有助于節(jié)省運(yùn)輸費(fèi)用；其次，棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在防護(hù)結(jié)構(gòu)的合理性，一般擋土墻、抗滑樁板墻等防護(hù)功能相差較大的結(jié)構(gòu)措施應(yīng)合理選擇，不要片面追求安全而不考慮經(jīng)濟(jì)成本，造成社會(huì)資源浪費(fèi)；最后，棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在選址的合理性，場(chǎng)地選擇應(yīng)充分征求地方政府意見(jiàn)，避免與地方規(guī)劃等沖突，造成后期場(chǎng)地變更，增加工程造價(jià)。

3 典型棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)分析

3.1 棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)方案

四川山區(qū)某高速公路K63+000棄土場(chǎng)位于隧道斜井出口處，為一典型溝谷型棄土場(chǎng)。場(chǎng)地位于峨邊縣四坪村附近沖溝內(nèi)，自然坡降約15%～25%，該處為V形沖溝，兩側(cè)自然坡度約30°～45°，地形條件較差，植被發(fā)育較好。場(chǎng)地主要用于堆棄金口河隧道主線(xiàn)（1.0km）及斜井棄渣，占地約28 000m2，平均堆高20m，最大堆高約37m，設(shè)計(jì)容納棄渣方量為500 000m3。棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 K63+000棄土場(chǎng)平面布置圖

3.2 排水工程設(shè)計(jì)

該溝谷匯水量大，為了保證渣場(chǎng)上方坡面洪水及溝道洪水的排出，避免水流沖刷造成水土流失并危及渣場(chǎng)安全，棄渣前需在場(chǎng)地周邊布設(shè)截排水溝或排洪渠，排水溝溝底縱坡根據(jù)渣場(chǎng)地形確定（應(yīng)≥1%），以保證排水溝水流順暢。排水溝或排洪渠可承受的最大徑流量可以按式（1）計(jì)算：

式中，n為地面糙率系數(shù)；A為排水溝或排洪渠斷面面積，m2；i為排水溝或排洪渠底坡，按最不利情況考慮，取設(shè)計(jì)最小坡度0.01；R為排水溝或排洪渠水力半徑。

根據(jù)本棄土場(chǎng)坡面洪水流量計(jì)算及場(chǎng)地形地質(zhì)條件，改移溝渠截面尺寸設(shè)計(jì)如下：改渠Ⅰ（南側(cè)支溝）：底寬×凈深為3.4m×2.0m；改渠Ⅱ（北側(cè)主溝）：底寬×凈深為6.0m×3.0m，均采用梯形截面，兩側(cè)坡率1∶0.5，采用C20片石混凝土澆筑，厚度0.50m。

同時(shí)于棄渣填筑體底部溝心（縱向）及溝心北側(cè)平緩地段（橫向）設(shè)置地下片石排水溝；棄渣填筑體頂部設(shè)置矩形排水溝，呈樹(shù)枝狀布設(shè)。

3.3 防護(hù)工程設(shè)計(jì)

本棄土場(chǎng)堆渣量約500 000m3，最大堆渣高度約37m，根據(jù)SL 575—2012《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，本棄土場(chǎng)工程擋防及排水設(shè)施為次要建筑物，其工程等級(jí)按4級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。渣場(chǎng)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)正常工況（指施工完畢后渣料固結(jié)一段時(shí)間后的工況）≥1.15；非正常工況（暴雨或連續(xù)降雨工況）≥1.05。

根據(jù)工程地質(zhì)勘察結(jié)論，棄土場(chǎng)場(chǎng)地存在次生泥石流及古滑坡復(fù)活的風(fēng)險(xiǎn)，但受沿線(xiàn)地形條件限制，難于尋找綜合條件更好的棄土場(chǎng)地，故本次擬對(duì)該棄土場(chǎng)防護(hù)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。具體方案如下：（1）于場(chǎng)地前緣設(shè)置樁板式擋土墻防護(hù)，樁中心間距5.0m，樁身截面為圓形，樁徑2.2m，樁板式擋土墻兩側(cè)接仰斜式擋土墻；（2）樁板墻及擋墻墻頂后填筑邊坡坡率1∶1.75～1∶2.25，樁前采用隧道棄渣中大塊石進(jìn)行回填反壓。加固后棄土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1棄土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算結(jié)果

3.4 環(huán)保工程設(shè)計(jì)

本棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)過(guò)程中積極采取了水土保持措施，避免造成水土流失。棄土填筑坡面采用菱形網(wǎng)格固土，網(wǎng)格間綠化植草或種植灌木；為最大限度地除去溝內(nèi)上游匯水中的砂?；蚱渌戎剌^大的顆粒，在沖溝下游設(shè)置了五級(jí)沉砂池。

4 結(jié)語(yǔ)

受地形條件限制，山區(qū)高速公路棄土場(chǎng)多為溝谷型棄土場(chǎng)，溝谷通常匯水面積較大，處理不當(dāng)極易造成工程滑坡或泥石流。因此，在外業(yè)過(guò)程中要對(duì)棄土場(chǎng)場(chǎng)址選擇進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，設(shè)計(jì)過(guò)程中要遵循安全第一、環(huán)保并重、經(jīng)濟(jì)節(jié)約的原則。本文以四川在建的某高速公路典型棄土場(chǎng)為例，總結(jié)分析了棄土場(chǎng)排水、防護(hù)及環(huán)保等方面的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，可供后續(xù)類(lèi)似地形地質(zhì)條件下棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)參考。