公路建設(shè)項(xiàng)目棄渣場(chǎng)截排水設(shè)計(jì)探討

徐 紅

（山西省交通環(huán)境保護(hù)中心站（有限公司），山西 太原 030032）

公路項(xiàng)目作為區(qū)域間政治、經(jīng)濟(jì)、文化發(fā)展的重要聯(lián)系紐帶，發(fā)揮著非常重要的作用。但與此同時(shí)，公路建設(shè)對(duì)于生態(tài)環(huán)境的破壞也不容忽視，特別是施工過程中產(chǎn)生的大量棄渣堆置問題，棄渣場(chǎng)不屬于公路主體工程，也不作為附屬工程[1]，其水土保持防治措施設(shè)計(jì)及施工容易重視不夠。從安全角度來說，由于截排水設(shè)施設(shè)計(jì)不合理可能導(dǎo)致上游匯水沖刷棄渣場(chǎng)渣坡及渣面，進(jìn)而影響棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性。本文以某公路工程為例，針對(duì)渣場(chǎng)進(jìn)行了相應(yīng)的截排水措施設(shè)計(jì)，保證了棄渣場(chǎng)排水安全的同時(shí)達(dá)到防治水土流失的效果。

1 項(xiàng)目概況

該公路工程含一條主線和一條連接線，主線位于呂梁市方山縣、離石區(qū)、中陽縣境內(nèi)，采用四車道一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度80 km/h，路基寬度25.5 m，全長(zhǎng)58.326 km；連接線位于呂梁市方山縣及臨縣境內(nèi)，采用雙車道二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度60 km/h，路基寬度12.0 m，

全長(zhǎng)16.617 km。該項(xiàng)目挖填方總量為4 481.91萬m3，共產(chǎn)生棄方1 513.87萬m3，共設(shè)置48個(gè)棄渣場(chǎng)。本文按匯水面積進(jìn)行分類，最終選取3個(gè)棄渣場(chǎng)進(jìn)行典型設(shè)計(jì)，棄渣場(chǎng)基本情況詳見表1。

表1 典型棄渣場(chǎng)基本情況一覽表

2 項(xiàng)目區(qū)概況

項(xiàng)目區(qū)地勢(shì)總體呈北部高、南部低，地形復(fù)雜，黃土塬、基巖山地、丘陵、河谷等共存，地形切割劇烈，經(jīng)實(shí)地勘察，沿線地貌類型主要為黃土丘陵溝壑區(qū)。項(xiàng)目區(qū)所處地帶均屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，年平均氣溫8.7℃，全年降水主要集中在7—9月份，年平均降水量在461～519 mm之間，大于等于10℃有效積溫為2 650℃～3 589℃，最大風(fēng)速3.1～24 m/s，風(fēng)向以WN居多；霜凍期從9月下旬至次年4月中旬，無霜期143～175 d；區(qū)內(nèi)最大動(dòng)土深度為92～111 cm。項(xiàng)目區(qū)主要土類有灰褐土、棕壤和草甸土，植被類型為暖溫帶落葉闊葉林區(qū)域，植被主要有針葉林、灌草叢和栽培植被，植被覆蓋率為42.53%。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)主要河流為北川河、峪口河、大東川河和小東川河，均屬黃河流域，旱季流量小，雨季流量大。

根據(jù)《全國水土保持規(guī)劃國家級(jí)水土流失重點(diǎn)預(yù)防區(qū)和重點(diǎn)治理區(qū)復(fù)核劃分成果》（水利部，辦水保〔2013〕188號(hào)），項(xiàng)目區(qū)屬水力侵蝕一級(jí)類型區(qū)中的西北黃土高原區(qū)（一級(jí)區(qū)）的晉陜蒙丘陵溝壑區(qū)（二級(jí)區(qū)）的晉西北黃土丘陵溝壑?jǐn)r沙保土區(qū)（三級(jí)區(qū)），區(qū)域內(nèi)容許土壤流失量為1 000 t/km2·a。擬建公路經(jīng)過的方山縣、離石區(qū)、中陽縣和臨縣均屬于黃河多沙粗沙國家級(jí)水土流失重點(diǎn)治理區(qū)，水土流失防治標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行西北黃土高原區(qū)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

3 棄渣場(chǎng)截排水設(shè)計(jì)

3.1 渣場(chǎng)級(jí)別

根據(jù)《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，本工程選取的典型棄渣場(chǎng)均為4級(jí)渣場(chǎng)。

3.2 截水溝

現(xiàn)行不同規(guī)范規(guī)定了不同的截排水工程計(jì)算公式，其適用范圍略有不同，但都是水土保持工程中截排水設(shè)計(jì)的基本依據(jù)?，F(xiàn)行規(guī)范截排水計(jì)算公式及其適用條件詳見表2。

表2 截排水設(shè)計(jì)計(jì)算公式及其適用條件

由于各地水文氣象條件不同，降雨匯流條件也不同，其計(jì)算結(jié)果也有所差異。本文為進(jìn)行更具安全性的斷面設(shè)計(jì)，采用兩種公式分別進(jìn)行計(jì)算，然后取其較大值作為設(shè)計(jì)流量[2]。

a）采用洪峰流量計(jì)算公式：Q洪=0.278kiF。式中：Q洪為最大洪峰流量，m3/s；k為徑流系數(shù)；i為平均1 h暴雨強(qiáng)度，mm/h；F為山坡集水面積，km2。其中i值計(jì)算公式：i=Kp·H0t。式中：Kp為頻率為P的模比系數(shù)；H0t為歷時(shí)1 h的暴雨量均值，mm/h。

根據(jù)典型渣場(chǎng)級(jí)別，確定其排洪工程為4級(jí)，防洪標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按30年一遇設(shè)計(jì)，50年一遇校核。通過查閱當(dāng)?shù)厮馁Y料[3]，暴雨強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 i值計(jì)算表

項(xiàng)目區(qū)位于起伏山地，徑流系數(shù)均取0.7，集水面積取棄渣場(chǎng)上游較大側(cè)匯水面積，洪峰流量計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 洪峰流量計(jì)算表

b）采用永久性截排水流量計(jì)算公式：

式中：Q為設(shè)計(jì)排水流量，m3/s；q為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期和降雨歷時(shí)內(nèi)的平均降雨強(qiáng)度，mm/min；φ為徑流系數(shù)；F為集水面積，km2。

其中:q=CpCtq5,10。Cp為重現(xiàn)期轉(zhuǎn)換系數(shù)；Ct為降雨歷時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)；q5,10為5年重現(xiàn)期10 min降雨歷時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)降雨強(qiáng)度，mm/min。

根據(jù)規(guī)范要求，本工程采用5年一遇10 min短歷時(shí)對(duì)棄渣場(chǎng)永久性截排水設(shè)施進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 設(shè)計(jì)排水流量計(jì)算表

綜合以上計(jì)算結(jié)果，典型棄渣場(chǎng)采用30年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行截排水工程流量確定。本工程棄渣場(chǎng)截水溝斷面采用矩形，比降為2%，其斷面面積計(jì)算公式為：

式中：Q為設(shè)計(jì)坡面洪峰流量，m3/s；A為截水溝斷面面積，m2；C為謝才系數(shù)；R為水力半徑，m；i為溝道比降。

設(shè)計(jì)斷面過水能力計(jì)算結(jié)果詳見表6。

表6 設(shè)計(jì)斷面過水能力計(jì)算表

為保證棄渣場(chǎng)安全，截水溝斷面設(shè)計(jì)增加0.2 m的安全超高，并用厚0.4 m的漿砌石進(jìn)行護(hù)面，本工程典型棄渣場(chǎng)截水溝斷面尺寸最終結(jié)果見表7。

表7 棄渣場(chǎng)截水溝斷面尺寸結(jié)果

4 結(jié)論

公路建設(shè)項(xiàng)目多存在高填深挖路段，容易產(chǎn)生大量的棄渣，其棄渣場(chǎng)水毀破壞成為了造成水土流失的重要方式，因此截排水措施成為治理水土流失的關(guān)鍵內(nèi)容。本文通過兩種方法進(jìn)行計(jì)算對(duì)比，確定了截排水工程的斷面尺寸，保證了其安全性，增強(qiáng)了水土流失防治效果。在開展棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營過程中應(yīng)引起足夠重視，加強(qiáng)截排水措施的管護(hù)，避免發(fā)生棄渣場(chǎng)的水毀損壞。