西藏公路工程棄渣布置及渣場防護(hù)設(shè)計(jì)探析

鄭珉姣 高寶林 徐昕

摘要：西藏地區(qū)特殊的環(huán)境條件，使得公路等線型工程在棄渣布置及渣場防護(hù)等方面存在差異性及特殊性。分析了某西藏公路改擴(kuò)建工程的棄渣，并進(jìn)行了水土保持措施設(shè)計(jì)，從棄渣的來源、去向、棄渣的綜合利用、棄渣場位置的選擇與棄渣場水土保持防護(hù)等方面，根據(jù)所經(jīng)區(qū)域不同氣候、地形、植被、環(huán)境影響等存在的差異性，采取分段集中棄渣，因地制宜進(jìn)行棄渣場布置及水土保持措施優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)果表明：在充分滿足公路建設(shè)要求的同時(shí)，加強(qiáng)棄渣布置與渣場防護(hù)，是生產(chǎn)建設(shè)活動水土保持工作重點(diǎn)，可治理因生產(chǎn)建設(shè)活動導(dǎo)致的水土流失，達(dá)到保護(hù)和合理利用水土資源，改善生態(tài)環(huán)境的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：棄渣場布置及防護(hù);水土資源;水土保持措施設(shè)計(jì);西藏

中圖法分類號：U415.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.09.005

文章編號：1006 - 0081（2021）09 - 0032 - 05

0 引 言

十九大報(bào)告明確指出，要建設(shè)人與自然和諧共生的現(xiàn)代化，既要創(chuàng)造更多物質(zhì)財(cái)富和精神財(cái)富以滿足人民日益增長的美好生活需要，也要提供更多優(yōu)質(zhì)生態(tài)產(chǎn)品以滿足人民日益增長的優(yōu)美生態(tài)環(huán)境需要。水土保持是國土整治、江河治理的根本，是國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的基礎(chǔ)，也是必須長期堅(jiān)持的一項(xiàng)基本國策，可為保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境、加快生態(tài)文明建設(shè)、推動經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)健康發(fā)展提供重要支撐[1]。

西藏自治區(qū)位于青藏高原西南部，海拔高，氣候變化大，植被差異顯著，環(huán)境承載力低、生態(tài)環(huán)境脆弱，其特殊的地理位置及氣候條件，使大部分地區(qū)受水力侵蝕、風(fēng)力侵蝕、凍融侵蝕、重力侵蝕幾種土壤侵蝕類型中的兩種或兩種以上侵蝕類型共同作用，水土流失嚴(yán)重。近年來，西藏的社會經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，存在一些不規(guī)范的生產(chǎn)建設(shè)活動，不注重生態(tài)環(huán)境保護(hù)，特別是一些生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目對原生地表和植被的破壞，工程建設(shè)過程中棄渣隨意堆放或傾倒、不采取防護(hù)措施等，存在安全隱患，也給自然生態(tài)造成了不利影響[2]。因此，加強(qiáng)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土流失防治，做好棄渣防護(hù)工作，是保護(hù)西藏生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)西藏經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的基本要求[3]。

以某西藏改擴(kuò)建公路工程為例，線路全長1 600 km，跨越3個(gè)市，12個(gè)縣，根據(jù)不同路段道路改擴(kuò)建要求，采用了二、三、四級公路標(biāo)準(zhǔn)，沿線設(shè)置橋梁380余座，涵洞近3 900道，養(yǎng)護(hù)工區(qū)13處，分段進(jìn)行施工，工期為4 a。整條線路涉及高原溫帶半干旱季風(fēng)氣候和高原溫帶半濕潤季風(fēng)氣候2個(gè)氣候區(qū)，高原寬谷丘陵、高原湖盆平原、高山峽谷3種地貌類型，線路所經(jīng)區(qū)域海拔高程在2 797～5 503 m，所經(jīng)地區(qū)多年平均氣溫在-0.6℃～11.0℃，多年平均降水量在280.0～475.0 mm，多年平均風(fēng)速在2.3～3.0 m/s。公路沿線分布三大生態(tài)系統(tǒng)：①濕潤山地森林生態(tài)系統(tǒng);②喜馬拉雅北翼高原半干旱灌叢、草原生態(tài)系統(tǒng);③高山草甸生態(tài)系統(tǒng)，項(xiàng)目區(qū)植被覆蓋率約為20%～40%。依據(jù)線型工程的特點(diǎn)，在不同自然環(huán)境、地形因素等條件下，針對棄渣堆放位置、堆置方案、渣場匯水面積以及下游敏感點(diǎn)等方面存在的差異性，研究棄渣場水土保持防護(hù)措施設(shè)計(jì)，減少棄渣場水土流失量，改善因工程建設(shè)而發(fā)生變化的生態(tài)環(huán)境。

1 棄渣來源及去向

《中華人民共和國水土保持法》第二十八條規(guī)定：依法應(yīng)當(dāng)編制水土保持方案的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目，其生產(chǎn)建設(shè)活動中排棄的砂、石、土、矸石、尾礦、廢渣等應(yīng)當(dāng)綜合利用;不能綜合利用，確需廢棄的，應(yīng)當(dāng)堆放在水土保持方案確定的專門存放地，并采取措施保證不產(chǎn)生新的危害。

1.1 棄渣來源

工程為改擴(kuò)建公路，棄渣主要來源于路基基礎(chǔ)開挖用余方、路面拆除方、不良地質(zhì)處理、橋梁基礎(chǔ)開挖及圍堰拆除、石料場及砂礫料場廢棄料以及臨時(shí)工程清除的硬化層。設(shè)計(jì)過程中充分考慮填、挖方平衡問題，采取橫向、縱向調(diào)運(yùn)方式，移挖作填，盡可能地減少工程棄方。

1.2 棄渣回填料場

根據(jù)地貌特點(diǎn)，高原湖盆平原以及部分高原寬谷丘陵地貌區(qū)的棄渣主要為路基不良地質(zhì)及橋梁等基礎(chǔ)開挖棄渣，無法利用，且分布較為分散。結(jié)合沿線設(shè)置的土料場，可將這部分棄渣回填于沿線開挖的土料場。此公路改擴(kuò)建工程將棄渣回填了沿線26個(gè)土料場，可減少主體臨時(shí)征占地面積，也可減少工程擾動面積，降低水土流失量。因土料場回填棄渣施工時(shí)序限制，需先將路基、橋梁等棄渣堆放于道路沿線設(shè)置的臨時(shí)堆土場。土料場開挖完成后，根據(jù)棄渣來源及方量，明確各樁號段棄渣堆放料場，先將路基不良地質(zhì)、橋梁基礎(chǔ)開挖及拆除、施工生產(chǎn)生活區(qū)硬化層清除方運(yùn)至土料場回填。平地料場開挖后為土坑的可直接回填;緩坡料場回填棄渣時(shí)，堆渣邊坡應(yīng)控制堆放坡度。棄渣回填后，再將土料場剝離的表土回填料場表面，平整后進(jìn)行植被恢復(fù)。

1.3 棄渣場選擇

在高山峽谷路段，路基挖方遠(yuǎn)大于填方，大部分挖方不能綜合利用。根據(jù)GB 50433-2018《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中3.1.2條第三條，不能利用的應(yīng)集中堆放在專門的存放地，需在項(xiàng)目沿線設(shè)置棄渣場進(jìn)行棄渣堆放。選擇棄渣場時(shí)，應(yīng)結(jié)合相關(guān)規(guī)范及現(xiàn)場調(diào)查，與主體設(shè)計(jì)單位、環(huán)境影響評價(jià)單位以及當(dāng)?shù)卣块T和居民多方協(xié)商后確定。棄渣場的確定應(yīng)符合GB 50433-2018中3.2.5條強(qiáng)制性條文的要求，嚴(yán)禁在對公共設(shè)施、基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)企業(yè)、居民點(diǎn)等重大影響的區(qū)域設(shè)置棄土（石、渣、灰、矸石、尾礦）場。同時(shí)，棄渣場的設(shè)置還應(yīng)符合下列規(guī)定：涉及河道的應(yīng)符合河流防洪規(guī)劃和治導(dǎo)線的規(guī)定，不得設(shè)置在河道、湖泊和建成水庫管理范圍內(nèi);在山丘區(qū)宜選擇荒溝、凹地、支毛溝，平原區(qū)宜選擇凹地、荒地，風(fēng)沙區(qū)宜避開風(fēng)口;應(yīng)充分利用取土（石、砂）場、廢棄采坑、沉陷區(qū)等場地;應(yīng)綜合考慮棄土（石、渣、灰、矸石、尾礦）結(jié)束后的土地利用（GB 50433-2018中3.2.6條）。此公路改擴(kuò)建工程主體設(shè)計(jì)在項(xiàng)目沿線設(shè)置了71處棄渣場，依據(jù)以上棄渣場選擇及設(shè)置要求，經(jīng)協(xié)商后取消了其中21處棄渣場，最終留用50處棄渣場進(jìn)行棄渣堆放，包括平地型棄渣場22個(gè)，坡地型棄渣場27個(gè)以及溝道型棄渣場1個(gè)。

對于留用的50處棄渣場開展的現(xiàn)場調(diào)查及資料收集工作。棄渣場現(xiàn)場調(diào)查的內(nèi)容應(yīng)包括棄土（石、渣）場的布設(shè)位置、地形條件、容量、棄土（石、渣）量、占地面積、匯水面積，以及下游重要設(shè)施、居民點(diǎn)等（GB 50433-2018中4.2.1條中第三條，第五小條）。棄渣場調(diào)查深度應(yīng)符合下列規(guī)定：棄土（石、渣、灰、矸石、尾礦）場應(yīng)收集地形圖和遙感影像資料，地形圖比例尺不小于1∶10 000;地形圖范圍應(yīng)滿足棄土（石、渣、灰、矸石、尾礦）場匯水計(jì)算要求，并能反映下游地形地物情況;10萬m3以上的棄土（石、渣、灰、矸石、尾礦）場應(yīng)收集相關(guān)工程地質(zhì)資料（GB 50433-2018中4.2.3條中第一條）。

現(xiàn)場調(diào)查及資料收集工作完成后，需對棄渣場的基本情況進(jìn)行詳盡地整理，以全面、準(zhǔn)確地反映每個(gè)棄渣場的基本情況，包括了棄渣場“兩圖一表”，即衛(wèi)星遙感圖、比例尺不低于1∶10 000的地形圖、棄渣場要素表。棄渣場要素表包括了棄渣場編號、位置、類型、占地面積、占地類型、渣場匯水面積、渣場最大容渣量（松方）、計(jì)劃堆渣量（松方）、最大堆渣高度、堆渣方案、下游敏感因素、渣場失事的危害等情況[3]。

2 工程防護(hù)等級及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB 51018-2014《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 575-2012《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》的要求，并參考GB 50201-2014《防洪標(biāo)準(zhǔn)》，確定棄渣場級別（表1）、攔擋工程建筑物級別（表2）、攔擋工程防洪標(biāo)準(zhǔn)（表3）等。

此公路改擴(kuò)建工程在原有公路基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)建長度約占線路總長度的70.7%，利用現(xiàn)有公路段占線路總長度的18.4%，新建段公路長度約占線路總長的10.9%，棄渣總量相對較大，但棄渣分布較為零散，每個(gè)棄渣場的堆渣量均小于50萬m3，最大堆渣高度小于20 m，且渣場周邊人煙稀少，渣場失事對主體工程或環(huán)境造成的危害程度基本無影響，因此確定棄渣場等別均為5級，攔渣工程建筑物級別為5級，高山峽谷區(qū)棄渣場防洪標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為20 a，高原寬谷丘陵區(qū)及高原湖盆平原區(qū)棄渣場為10 a。

棄渣場臨時(shí)性攔擋工程防洪標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期取3～5 a，永久性截排水溝措施的排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用3～5 a的5～10 min短歷時(shí)設(shè)計(jì)暴雨。

生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目植被恢復(fù)與建設(shè)工程級別，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目所處的自然及人文環(huán)境、氣候條件、立地條件、征地范圍、綠化要求綜合確定[4]。棄渣場屬臨時(shí)占地，區(qū)域內(nèi)應(yīng)執(zhí)行3級標(biāo)準(zhǔn)。3級植被建設(shè)工程應(yīng)根據(jù)生態(tài)保護(hù)和環(huán)境保護(hù)要求，按生態(tài)公益林綠化標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，降水量為250～400 mm的區(qū)域，應(yīng)以灌草為主，降水量在250 mm以下的區(qū)域，應(yīng)以封禁為主并輔以人工撫育。

3 水土保持工程設(shè)計(jì)

3.1 攔擋措施設(shè)計(jì)

此公路改擴(kuò)建工程棄渣場分為平地型、坡地型和溝道型3類棄渣場。

（1）平地型棄渣場22個(gè)，將棄渣堆放在寬緩平地、河（溝）道兩岸階（平）地上，堆渣體底部高程高于棄渣場設(shè)防洪水位，渣腳全部不受洪水影響。平地型棄渣場的特點(diǎn)為地形起伏不大，堆渣體最大堆渣高度及平均堆渣高度相對較低，充分利用渣料的自身穩(wěn)定性能來維持渣體穩(wěn)定，確定合理的堆渣坡度，棄渣以土石渣為主，可放緩堆渣邊坡坡度。擋渣墻根據(jù)地形條件、渣場面積等設(shè)置于棄渣場四周，擋渣墻頂設(shè)置馬道，以增加擋墻穩(wěn)定性。

（2）坡地型棄渣場27個(gè)，將棄渣堆放在緩坡地、河流或溝道兩側(cè)較高臺地上，堆渣體底部高程高于河（溝）中棄渣場防洪水位。由于棄渣堆放后容易發(fā)生滑塌，因此當(dāng)堆至在坡頂及斜坡面時(shí)，應(yīng)考慮降低擋渣墻高度，當(dāng)堆渣高度較陡時(shí)，應(yīng)進(jìn)行削坡處理。擋渣墻應(yīng)保持與水流方向一致，避免截?cái)鄿瞎群退?。同時(shí)，為降低擋墻后渣體內(nèi)水位及地下水位高度，應(yīng)在擋渣墻后設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)。

（3）溝道型棄渣場1個(gè)，棄渣堆放于溝道內(nèi)，堆渣體將溝道部分填埋。溝道型棄渣場溝口設(shè)置擋渣墻，堆渣高度相對較大，為保證渣體穩(wěn)定和安全，應(yīng)考慮削坡開級，對坡面進(jìn)行框格護(hù)坡并每隔一定高度設(shè)置馬道。

根據(jù)棄渣場所處位置的周邊環(huán)境、渣場地質(zhì)條件及堆渣體特點(diǎn)，棄渣場擋渣墻均采用重力式漿砌石擋渣墻，渣場級別為5級，攔擋建筑物級別為5級，按照GB 51018-2014《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 575-2012《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》的要求，擋渣墻的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)允許值為1.20，抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)允許值為1.40，利用公式計(jì)算出各渣場在滿足抗滑動和抗傾覆安全系數(shù)條件下的擋渣墻斷面。墻體設(shè)置外徑10 cm的PVC管排水孔，間距1.0 m，孔口設(shè)反濾料。棄渣場所在區(qū)域溫差大，擋渣墻易受凍脹影響，沿長度方向每10 m設(shè)伸縮縫，縫寬2 cm，并填塞杉木條。

3.2 排水措施設(shè)計(jì)

棄渣場的排水措施一般有溢洪道、放水建筑物、截水溝、排水溝、排水順接工程等[5]。根據(jù)此項(xiàng)目特殊的自然環(huán)境條件，區(qū)域內(nèi)降水量相對較少，且棄渣場所在區(qū)域地形起伏不大，棄渣場排水措施可采用截水溝、排水溝相結(jié)合的方式進(jìn)行布置。截水溝、排水溝在棄渣場排水措施中較為常見，是渣場排水系統(tǒng)的重要組成部分。急流槽上游連接截水溝，下游接入消力池或沉沙池，經(jīng)消力池或沉沙池沉淀后，再由順接排水溝接入附近溝渠或河道。同時(shí)，對于分級放坡的棄渣場，在渣場擋渣墻墻頂每隔5 m設(shè)置一級馬道，馬道內(nèi)布置排水溝，與渣場周邊排水溝相連接。渣頂面平整后，在渣面每隔30 m設(shè)置一排排水溝，與周邊截排水溝連接。

在每個(gè)渣場排水措施出口處設(shè)置沉沙池，排水溝坡降較陡的渣場沉沙池可兼作消力池，同時(shí)完善順接排水溝，將沉沙后的水流排至附近溝渠，防止再次引起沖刷，造成水土流失。

3.3 植物措施設(shè)計(jì)

公路改擴(kuò)建工程長度較長，涉及了高原溫帶半干旱季風(fēng)氣候和高原溫帶半濕潤季風(fēng)氣候2個(gè)氣候區(qū)，同時(shí)公路沿線分布著三大生態(tài)系統(tǒng)：濕潤山地森林生態(tài)系統(tǒng)，喜馬拉雅北翼高原半干旱灌叢、草原生態(tài)系統(tǒng)，高山草甸生態(tài)系統(tǒng)，項(xiàng)目區(qū)植被覆蓋率約為20%～40%。

公路工程完工后返還表土，根據(jù)原占地類型進(jìn)行植被恢復(fù)，高原溫帶半濕潤氣候區(qū)高山峽谷區(qū)的棄渣場原占地類型為耕地的進(jìn)行復(fù)耕，原占地類型為林地的，完工后渣頂種植喬木，坡面種植灌木，林下撒播草籽;高原溫帶半干旱氣候區(qū)高原寬谷丘陵區(qū)和高山峽谷區(qū)，原占地類型為林地的，棄渣場完工后種植灌木，林下撒播草籽;高原湖盆平原區(qū)不占用林地，完工后撒播草籽恢復(fù)植被;海拔在4 300 m以上的棄渣場受環(huán)境條件限制，植物措施成活率非常低，不再采取植被恢復(fù)措施。

3.4 臨時(shí)措施設(shè)計(jì)

在施工期，對于部分剝離了表土的棄渣場，利用棄渣場現(xiàn)有空地堆放表土，控制表土堆放高度，并采取表土臨時(shí)防護(hù)措施。剝離的表土周邊采取臨時(shí)袋裝土攔擋措施，表面苫蓋防護(hù)網(wǎng)。一方面可減少降雨對臨時(shí)堆放表土的沖刷;另一方面在部分風(fēng)速較大的區(qū)域，可減少風(fēng)蝕對松散表土的侵蝕作用。

4 結(jié) 語

西藏地區(qū)地廣人稀，海拔高，氣候寒冷干旱，自然條件較差，植被生長困難，公路工程為作為生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目線型工程的代表，線路經(jīng)過不同的氣候帶、地形地貌，海拔差異大，植被呈垂直分布明顯，水土流失形式受環(huán)境條件影響呈現(xiàn)一種或幾種侵蝕類型共同作用的特點(diǎn)。公路工程棄渣應(yīng)優(yōu)先考慮綜合利用，如沿線城鎮(zhèn)村莊建設(shè)利用、土料場開采坑回填等，不能利用的應(yīng)集中堆放在專門的存放地，即棄渣場。公路工程棄渣場在布置及防護(hù)設(shè)計(jì)方面需綜合考慮線路所經(jīng)區(qū)域的自然環(huán)境條件、工程運(yùn)輸條件、地形條件、容量、匯水面積、侵蝕類型以及下游重要設(shè)施、居民點(diǎn)等，采取分段集中棄渣，并根據(jù)每個(gè)渣場的不同特點(diǎn)采取相應(yīng)防護(hù)措施。棄渣場的布置及防護(hù)，作為生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持工作的重點(diǎn)，也是西藏生態(tài)文明建設(shè)中的基本要求。

參考文獻(xiàn)：

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（編輯：唐湘茜）

Discussion of site selection and protection measures design for spoil area of

highway engineering in Tibet

ZHENG Minjiao，GAO Baolin，XU Xin

（Hubei Provincial Water Resources and Hydropower Planning Survey and Design Institute， Wuhan 430078， China）

Abstract： Because of the special environment in Tibet， there are differences in site selection and protection measures design for spoil area of highway engineering. In the light of a highway engineering in Tibet， we analyze the source and the whereabouts of waste slag， comprehensive use of spoil， site selection and protection measures design for spoil area. According to the differences of climate， terrain， vegetation and environmental impact in the area， the waste slag shall be concentrated in sections， and the layout of waste slag yard and the optimization design of soil and water conservation measures shall be carried out according to local conditions. While the requirements of highway construction fully satisfied， strengthening waste slag layout and slag yard protection is the focus of soil and water conservation in production and construction activities， which can control the soil and water loss caused by production and construction activities， so as to achieve the goal of protecting and reasonably utilizing soil and water resources and improving the ecological environment.

Key words： site layout and protection measures for spoil area; soil and water resource; design of soil and water conservation measures; Tibet