山區(qū)公路棄渣場設(shè)計(jì)方案探討

楊小磊

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

由于山區(qū)地形、地貌的復(fù)雜性，導(dǎo)致山區(qū)公路建設(shè)時(shí)，設(shè)計(jì)人員在公路縱斷面設(shè)計(jì)中很難達(dá)到全項(xiàng)目土石方調(diào)配平衡，因此不可避免地會產(chǎn)生大量棄方，但由于山嶺重丘區(qū)公路沿線山高坡陡，公路沿線往往很難找到合適的棄渣場位置，所選棄渣場要么位于黃土沖溝，要么位于陡坡山地[1]。工程施工時(shí)棄渣往往隨意堆棄，渣場坡面坡比過陡，未設(shè)置防排水設(shè)施，渣場未經(jīng)必要的壓實(shí)處理，棄土完畢后坡面綠化不充分，因此極易造成水土流失，甚至引起棄渣體滑塌，以及發(fā)生泥石流等災(zāi)害。合理的棄渣場處治已成為建設(shè)項(xiàng)目水土保持驗(yàn)收的重要環(huán)節(jié)[2-3]。本文以某山嶺重丘區(qū)在建高速公路棄渣場設(shè)計(jì)為例，對山區(qū)公路建設(shè)中棄渣場設(shè)計(jì)方案提出參考。

1 渣場設(shè)置及違規(guī)棄渣處治原則

1.1 棄渣場設(shè)置原則

a）設(shè)計(jì)遵循沿線生態(tài)環(huán)境原則，將渣場處治的重點(diǎn)放在環(huán)境恢復(fù)上，最大程度地恢復(fù)已破壞地段的生態(tài)環(huán)境。對于占用旱地的棄渣場采用復(fù)耕的方式恢復(fù)用地，對占用荒草地的棄渣場地根據(jù)周邊環(huán)境采取工程防護(hù)措施和植物防護(hù)措施相結(jié)合的方式防止水土流失。

b）棄渣場設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)地形，自然靈活，其邊坡不應(yīng)陡于1∶1.5，頂部向路基外傾斜橫坡不應(yīng)小于2%.

c）設(shè)計(jì)以防護(hù)與排水相結(jié)合為原則，通過擋墻、護(hù)坡與截水溝、排水溝、急流槽及排水渠等相互結(jié)合，以組成完善的防護(hù)排水體系。使水流匯入自然溝渠或河流，避免浸蝕地表，造成水土流失。

d）沿河路線，有條件時(shí)可將棄方筑壩，以保護(hù)沿河村舍及農(nóng)田的安全。但不得阻塞河流，擠壓橋孔或沖刷河岸。

1.2 特殊位置違規(guī)棄渣處治原則

a）對于橋下棄渣：（a）橋下棄渣場，因棄土易引發(fā)牽引式滑動(dòng)，從而影響橋墩安全，需要整治、清理，并完善防護(hù)、排水設(shè)施及綠化處治。（b）橋下棄石場，在不影響行洪的條件下覆土綠化或噴播綠化。

b）對于臨近村莊的棄渣：（a）臨近村莊的防護(hù)措施應(yīng)加強(qiáng)，并增加排水設(shè)施。（b）渣場盡量降低高度，并放緩邊坡。（c）應(yīng)書面告知村民及當(dāng)?shù)卣鼒龅囊?guī)模、范圍及處治措施，說明渣場潰壩的危害，專人專崗、定期檢查并記錄在案，發(fā)生問題及時(shí)解決。

c）對侵入河道的棄渣，必須清除，并疏通河道。

2 棄渣場級別及分類

依據(jù)《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，棄渣量、渣場堆棄高度、棄渣場失穩(wěn)后危害程度三因素決定了棄渣場的分級[4]，具體分級詳見表1。

表1 棄渣場分級

依據(jù)《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，棄渣場分為5種類型：溝道型、臨河型、坡地型、平地型、庫區(qū)型，其判別因素主要包括棄渣場的地形條件、與河（溝）相對位置及洪水處理方式等。

3 棄渣場設(shè)計(jì)

3.1 棄渣場防護(hù)措施原則

為達(dá)到最大工程經(jīng)濟(jì)效益，棄渣場邊坡防護(hù)一般以放緩邊坡至棄渣天然穩(wěn)定角后培土綠化為主，實(shí)施上截、下攔措施。棄渣前應(yīng)完善截、排水設(shè)施及坡腳攔渣墻，確保先支擋后棄渣。

3.1.1 設(shè)置于平地的棄渣場

應(yīng)先修建攔渣墻，并預(yù)留運(yùn)輸通道，再進(jìn)行棄渣整治，棄渣完畢后修建截、排水設(shè)施與天然排水溝順接。

3.1.2 設(shè)置于沖溝的棄渣場

a）若棄渣中無大型石塊，棄渣前應(yīng)先砌筑攔渣墻，并于棄渣場四周設(shè)置截排水設(shè)施后，方可進(jìn)行棄渣作業(yè)。

b）若棄渣中存在大型石塊，為避免大型石塊砸壞攔渣墻，棄渣前應(yīng)先將部分大型石塊堆砌于棄渣場下游坡腳并用鐵絲網(wǎng)固定形成鐵絲石籠，在石籠外圍砌筑攔渣墻，并在渣場四周設(shè)置截排水設(shè)施后，方可進(jìn)行棄渣作業(yè)。

3.2 棄渣場防護(hù)措施設(shè)計(jì)

3.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該方案根據(jù)棄渣場的環(huán)境條件和防治要求，設(shè)計(jì)了4類墻高的重力式攔渣墻，尺寸見表2，攔渣墻設(shè)計(jì)圖見圖1。

表2 重力式攔渣墻尺寸表

圖1 攔渣墻設(shè)計(jì)圖（單位:cm）

3.2.2 穩(wěn)定性計(jì)算

a）主動(dòng)土壓力計(jì)算。

主動(dòng)土壓力系數(shù)Ka：

e）設(shè)計(jì)參數(shù) 根據(jù)當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)條件和棄土性質(zhì)，其設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。

表3 設(shè)計(jì)參數(shù)表

f）墻體尺寸 由設(shè)計(jì)的擋渣墻尺寸簡化為計(jì)算用的尺寸見表4。

表4 設(shè)計(jì)擋渣墻簡化尺寸表

g）穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果 依據(jù)上述4類擋渣墻的尺寸及相關(guān)設(shè)計(jì)條件，通過穩(wěn)定性驗(yàn)算公式，可得出擋渣墻的抗滑移系數(shù)、抗傾覆系數(shù)、平均地基承載力以及合力偏心距，結(jié)果如表5所示。由表可知，上述4項(xiàng)指標(biāo)均滿足《開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》要求[4]，可以推斷所設(shè)計(jì)的擋渣墻是穩(wěn)定的。

表5 設(shè)計(jì)擋渣墻計(jì)算結(jié)果表

h）渣體穩(wěn)定性分析 為了確保棄渣體的穩(wěn)定，防止棄渣體沿基礎(chǔ)產(chǎn)生深層或淺層滑動(dòng)，對其進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算。計(jì)算時(shí)采用瑞典圓弧法，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)不小于表6及表7規(guī)定的數(shù)值。

表6 棄渣場抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

表7 正常工況下各棄渣場穩(wěn)定性計(jì)算

3.3 棄渣場邊坡設(shè)計(jì)

棄渣場邊坡多陡峭，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，且棄渣壓實(shí)度不足，內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散，易發(fā)生坍塌，甚至滑坡。因此要求棄渣場壓實(shí)度不得小于80%，同時(shí)減緩棄渣場邊坡的坡度。

a）邊坡高度Hmax≤10 m時(shí)，不設(shè)平臺，邊坡坡率為 1∶2。

b）邊坡高度 Hmax＞10 m 時(shí)，在 10 m、20 m 及30 m位置處設(shè)置平臺，平臺寬度不小于4.0 m，每級均按1∶2的坡率進(jìn)行放坡，放坡后可達(dá)到穩(wěn)定。

c）坡腳處均設(shè)置擋渣墻[5]。

3.4 棄渣場的排水工程措施

依據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計(jì)規(guī)范》和《防洪標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，棄渣場截、排水設(shè)施按五級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，坡面洪水頻率標(biāo)準(zhǔn)按1/20設(shè)計(jì)。棄渣場底部沿溝谷設(shè)置一道縱向盲溝，縱向盲溝兩側(cè)每20 m設(shè)置1道橫向盲溝，渣場中截水溝的設(shè)計(jì)斷面取60×60 cm2、排水溝及急流槽的設(shè)計(jì)斷面均取80×60 cm2，覆土后在頂部設(shè)置土埂擋水。

3.5 棄渣場的水保措施

棄渣場邊坡坡腳采取片石混凝土或漿砌類擋墻結(jié)合坡面植草防護(hù)，表面采取覆土后選擇植物綠化或者復(fù)耕措施。綠化可采用栽植刺槐進(jìn)行綠化，按4.0 m×4.0 m間距種植；同時(shí)地表撒播紫花苜蓿等草籽進(jìn)行綠化，進(jìn)一步防止地表水土流失。具體渣場處治措施詳見表8所示。

表8 既有渣場整改設(shè)計(jì)情況

4 結(jié)語

隨著公路建設(shè)過程中綠色、生態(tài)、環(huán)保理念的逐漸深入，公路棄渣場的妥善處治已經(jīng)是大勢所趨。如何經(jīng)濟(jì)、合理地完成棄渣堆棄，避免造成水土流失、環(huán)境破壞等次生災(zāi)害，已是公路工程能否順利竣工驗(yàn)收的必備條件。本文依托實(shí)體工程棄渣場處治項(xiàng)目，提出了棄渣場治理的原則，并依據(jù)渣場穩(wěn)定性驗(yàn)算，得出了針對性的棄渣場設(shè)計(jì)方案，對同類工程項(xiàng)目棄渣場治理具有重要的借鑒意義。