白沙快速出口路土石方綜合利用的探討

魏明惠

（交科院科技集團(tuán)有限公司 環(huán)境分公司，北京 100013）

公路建設(shè)過程中，由于土石方開挖導(dǎo)致植被破壞，形成裸露地表，造成新的水土流失。因此，必須嚴(yán)格遵循“減量化、資源化和無害化”原則，采取減少工程棄渣產(chǎn)生量、節(jié)約棄渣占地、對棄渣進(jìn)行耕地化改造等措施，實(shí)現(xiàn)公路棄渣再利用，減輕棄渣對沿線生態(tài)環(huán)境的不利影響。對于工程自消多余的棄渣，公路建設(shè)者在利用方面已經(jīng)進(jìn)行了研究，陳彬[1]提出了在山區(qū)公路設(shè)計(jì)時(shí)采用超高路基的方式，與普通路基相比，利用方量明顯增加，減少了棄渣數(shù)量；韓善劍等[2]介紹了海南瓊樂高速公路利用隧道棄渣加工碎石的經(jīng)驗(yàn)；李文霞等[3]介紹隧道棄渣用于填石路基的應(yīng)用案例；張華君[4]詳細(xì)闡述了山區(qū)棄渣場選址的原則。此外，還有諸多成功利用棄渣案例，為土石方的綜合利用提供了借鑒、開闊了思路。在此，結(jié)合白沙快速出口路建設(shè)，探討如何綜合利用土石方，實(shí)現(xiàn)節(jié)約環(huán)保、減少對環(huán)境的不利影響。

1 概述

1.1 工程概況

白沙快速出口路位于海南省儋州市、白沙縣境內(nèi)，線路總體走向?yàn)橛蓶|南向西北，起點(diǎn)位于那大鎮(zhèn)南與萬洋高速公路儋州互通相接；終點(diǎn)位于白沙縣城西白沙農(nóng)場牙城區(qū)三隊(duì)西側(cè)，設(shè)置牙叉互通段與國道G361 相接。路線全長36.024 km，其中儋州市境內(nèi)18.129 km，白沙縣境內(nèi)17.895 km。項(xiàng)目被列為省重大基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，按照“環(huán)保路、生態(tài)路、景觀路”標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，極大方便海南省中西部區(qū)域的縣鄉(xiāng)通過萬洋高速公路轉(zhuǎn)至海南環(huán)線、海南中線，對實(shí)現(xiàn)白沙至儋州快速出行、加快融入西部組團(tuán)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)與儋州和?？诘却蟪鞘芯o密聯(lián)系具有積極作用。

砂石料是公路工程主要的建筑材料之一，數(shù)量大、不可或缺。海南省正在打造我國最大的自由貿(mào)易區(qū)，生態(tài)環(huán)境保護(hù)是重中之重。工程可行性研究階段確定的砂石料場，若繼續(xù)開采會(huì)加劇對生態(tài)環(huán)境的影響，工程在建設(shè)過程中將面臨砂石料不足的問題。此外，項(xiàng)目位于山嶺重丘區(qū)，雖然前期設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)踏勘，制定了較為完善的挖填平衡措施，但仍有近70萬m3的棄渣需要處理。

1.2 棄渣數(shù)量和特點(diǎn)

根據(jù)施工圖提供的土石方平衡數(shù)據(jù)，全線挖填土石方總量1 210.53萬m3，其中挖方640.21萬m3，利用方570.32萬m3，填方全部為利用方，棄方69.89萬m3。項(xiàng)目位于山區(qū)，如果棄渣場選址不當(dāng)易誘發(fā)新的水土流失。與海南省其他區(qū)域不同，該線路沿線基本農(nóng)田和生態(tài)公益林分布密集，可供棄渣的場所匱乏且可以消納的數(shù)量較少。同時(shí)，根據(jù)《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(dòng)中排棄的砂、石、土、矸石、尾礦、廢渣等應(yīng)當(dāng)綜合利用”。當(dāng)?shù)厮畡?wù)部門要求盡量綜合利用棄渣，減少棄渣量。因此，分析棄渣產(chǎn)生的類型、數(shù)量和性質(zhì)，探討可能利用的途徑。工程棄渣主要來自以下方面。

（1）松軟土，主要包括1-1c 層松軟中砂及1-2 層淤泥質(zhì)黏土。其中，中砂呈灰褐色、灰黃色，飽和，松散狀態(tài)，砂粒間混大量黏粒，多發(fā)育于沖溝洼地區(qū)，分布區(qū)附近多為小溪流，挖探坑洞自立性差，遇水呈松軟流動(dòng)狀態(tài)，工程性質(zhì)差，不能作為路基填料；淤泥質(zhì)黏土呈灰褐色、灰黑色，軟塑、流塑，土質(zhì)較均勻，刀切面光滑，偶夾少量礫砂，高壓縮性。主要分布于水田、水塘及山間溪流沖溝的淤積區(qū)，工程性質(zhì)差，不能作為路基填料。

（2）高液限土，塑限ωP=24.9%~38.8%，塑性指數(shù)IP=25.8~39.8，稠度分布范圍為0.50~1.13，自由膨脹率范圍為10%~55%，具有弱膨脹性，不宜用作路基填料。高液限土主要來自花崗巖殘積土。

（3）隧道棄渣。全線4 處隧道，巖性基本相同，圍巖基本為強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化花崗巖，局部節(jié)理裂隙極其發(fā)育，不能滿足橋梁等承重部件的硬度要求，中風(fēng)化部分能夠滿足路基填料的要求，但本項(xiàng)目路基短，土石方用料小，僅能消化一部分隧道棄渣，且強(qiáng)風(fēng)化巖石不能用于路基填料，也會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量棄方。

以上3 個(gè)部分占全線棄渣數(shù)量的80%以上，棄渣成分中均不含對環(huán)境有害的物質(zhì)，是可以綜合利用的重要前提。

2 土石方綜合利用分析

2.1 隧道棄渣利用

白沙快速出口路設(shè)置隧道4 座，分別是白石山隧道、新安隧道、牙炳隧道和牙叉隧道。工程在勘察設(shè)計(jì)階段對4 座隧道巖石結(jié)構(gòu)進(jìn)行勘察，根據(jù)資源綜合利用的原則制訂利用計(jì)劃，隧洞棄渣用于橋涵臺(tái)背回填、路面底基層和路面基層，可做到全部利用。在工程實(shí)施階段，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室檢測結(jié)果，棄渣巖性指標(biāo)達(dá)不到路面基層的要求，而填石路基的填方量減小，兩方面原因?qū)е聴壴鼣?shù)量增加。該公路沿線自然環(huán)境較好，適宜農(nóng)林建設(shè)，土地類型多為耕地和公益林，難以選擇適宜的棄渣場，而最近的砂場距離項(xiàng)目超過100 km，車輛運(yùn)輸產(chǎn)生的費(fèi)用高，施工進(jìn)度受到嚴(yán)重影響。

項(xiàng)目隧道出渣主要為花崗巖，如果品質(zhì)合格可考慮加工為合格機(jī)制砂，既可以有效解決部分砂石料問題，也可通過調(diào)配消化部分多余的棄渣。此外，公路沿線地區(qū)有廢棄的采石場，可以考慮進(jìn)行多余棄渣的填埋；沿線分布有廢棄的魚塘，根據(jù)走訪情況，居民希望將其填埋改為農(nóng)田或林地，利用棄渣回填可以起到改地的效果。根據(jù)對既有土方總量的測算，在基本維持土石方平衡的前提下，對隧道出渣進(jìn)行分類，優(yōu)質(zhì)巖石若符合要求優(yōu)先用于機(jī)制砂，不能用于機(jī)制砂的再按照原計(jì)劃利用，其他棄渣進(jìn)一步優(yōu)化，以減少新增占地，消化多余土方。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室對4 處隧道出渣的監(jiān)測，新安隧道、牙炳隧道和牙叉隧道的隧道出渣多為強(qiáng)風(fēng)化的花崗巖，制成的機(jī)制砂達(dá)不到國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，白石山隧道內(nèi)棄渣在加工后可以用作水泥混凝土的細(xì)集料。檢測結(jié)果如表1和表2所示。

根據(jù)表1 和表2，白石山隧道出渣加工后的機(jī)制砂符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3650—2020)[5]中的技術(shù)要求。該隧道全長1 941 m，除洞口外，1 500 m 范圍內(nèi)隧道出渣均可用于機(jī)制砂，隧道出渣總量為38.94 萬m3，其中7 萬m3用作機(jī)制砂，可以滿足工程20 km 范圍的用砂量，同時(shí)也減少棄渣新增占地，實(shí)現(xiàn)了隧道出渣的資源化，節(jié)約了建筑原料，減少對生態(tài)環(huán)境的影響。

表1 細(xì)集料(機(jī)制砂)試驗(yàn)檢測

表2 顆粒分析(機(jī)制砂)

2.2 粗集料制備

粗集料是混凝土結(jié)構(gòu)和瀝青拌合料不可缺少的成分，沿線石料場較多，主要巖性為花崗巖，強(qiáng)度堅(jiān)硬，儲(chǔ)量豐富，可滿足橋涵路基及路面基層集料使用。由于沿線采石場關(guān)閉，可出售石料的采石場運(yùn)距均超過50 km，增加建設(shè)成本。經(jīng)過現(xiàn)場踏勘，在線路永久占地范圍內(nèi)有1處高30 m的山丘，巖石成分主要為中弱風(fēng)化的花崗巖，在去除表層土壤后，按照要求采用粉碎機(jī)進(jìn)行破碎，取樣并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了檢測，檢測結(jié)果如表3和表4所示。

根據(jù)表3和表4檢測數(shù)據(jù)，粗集料樣品所檢指標(biāo)符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3650—2020)[5]中粗集料的技術(shù)要求。

表3 粗集料試驗(yàn)檢測結(jié)果(水泥混凝土用)

表4 顆粒分析(粗集料)

通過改變施工組織設(shè)計(jì)，在保證施工總工期不變的前提下，對部分隧道和橋涵施工段的起始時(shí)間進(jìn)行了調(diào)整，將隧道出渣篩選加工與混凝土加工進(jìn)行了有效銜接，從而既滿足項(xiàng)目橋涵施工對粗集料的要求，又能更好的利用隧道棄渣。

2.3 軟土利用

沿線軟土分布較普遍，軟土孔隙比大、含水量高、透水性小、壓縮性大、強(qiáng)度低，須進(jìn)行挖除。根據(jù)現(xiàn)場踏勘，沿線需要挖除的軟土總長度為2 035 m，軟土路基基本位于水稻田、水塘或局部山間沖溝位置，軟土的主要成分為1-2 層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。從土壤學(xué)分析，這些土壤多數(shù)屬于沼澤土和水稻土，本身不含有害物質(zhì)，土壤中的有機(jī)質(zhì)含量較高，經(jīng)過測定土壤有機(jī)質(zhì)的含量為25~50 g/kg，雖然不能用于路基回填，但處理后可以作為種植土，用于土壤整治。工程軟土總方量為12.5 萬m3，全部用于回填廢棄的魚塘，將其改造為林地和農(nóng)田。

2.4 其他石方利用

該項(xiàng)目其他路段石方數(shù)量較大，除用于機(jī)制砂和水泥混凝土粗集料外，更多用于路基填料，現(xiàn)場測定挖方大部分為花崗巖，局部砂巖強(qiáng)度較高，根據(jù)測定其單軸飽和抗壓強(qiáng)度在31~96.3 MPa，屬于硬質(zhì)巖石和中硬度巖石，符合《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3610—2019)[6]中的技術(shù)要求，可用于路堤和路床填筑。

（1）部分路段上路床(30 cm)設(shè)置為碎石、總量為9.53萬m3，全部采用本項(xiàng)目出渣；全線有12.5萬m3的軟土需要進(jìn)行換填，換填材料中優(yōu)先采用了本項(xiàng)目隧道出渣加工的碎石7.91萬m3，回填碎石數(shù)量為6.53萬m3。此外，通過臺(tái)背回填和砌筑消化了碎石35.34 萬m3，路基工程結(jié)束時(shí)，除15.60 萬m3的強(qiáng)風(fēng)化、破碎的石方外，其他石方均得到了有效利用。

（2）15.60 萬m3的強(qiáng)風(fēng)化、破碎的石方經(jīng)過破碎處理后可作為礦坑底層回填料。從地面向下采用4 層回填方式：頂層(表土層)，厚度為30 cm，采用清表時(shí)收集的表土，土壤結(jié)構(gòu)良好，可為林木苗期生長提供營養(yǎng)；第二層(軟土層)，厚度根據(jù)礦坑的深度確定，含水量較大，富含植物生長的氮和有機(jī)質(zhì)，軟土中的營養(yǎng)和水分能夠滿足植物正常生長需要；第三層，主要由透水性較差的黏土、淤泥質(zhì)土和粉土等組成，厚度50~150 cm；底層，厚度為100 cm，采用風(fēng)化的巖石和礫石作為透水層，可以保持地上和地下的水氣聯(lián)通。采用這種結(jié)構(gòu)，降水少時(shí)，由于存在透水性較差的黏土和淤泥質(zhì)土，水分下滲較慢，可以使頂層土壤保持一定水分供植被恢復(fù)之用。目前已經(jīng)有2 處礦坑按此方式進(jìn)行處置，有效利用強(qiáng)風(fēng)化石方約10萬m3。

3 結(jié)束語

在公路設(shè)計(jì)過程中，從可行性研究、初步設(shè)計(jì)到施工圖，通過多方勘察、調(diào)研，盡可能實(shí)現(xiàn)挖填平衡，減少棄渣量的產(chǎn)生，但在實(shí)際建設(shè)中會(huì)存在不確定因素，如石方開挖后經(jīng)檢驗(yàn)不能滿足工程要求產(chǎn)生廢棄石方、在施工過程中遇到未探明的軟土層、遇到有機(jī)質(zhì)含量較高的泥炭層等。這些土方和石方不能滿足公路施工的需要，一般作為棄方處置。在本項(xiàng)目生產(chǎn)實(shí)踐中，通過與沿線地區(qū)農(nóng)林改造相結(jié)合，將原棄渣作為造林、造地材料，實(shí)現(xiàn)了土石方的綜合利用。