劉軍軍

(山西省交通規(guī)劃勘察設計院，山西 太原 030006)

高速公路已有棄渣場水土保持優(yōu)化設計

劉軍軍

(山西省交通規(guī)劃勘察設計院，山西 太原 030006)

結合臨縣至離石高速公路某一棄渣場為工程實例，在工程調研的基礎上對該棄渣場進行了評級分類，結果為4級溝道型棄渣場，需要進行穩(wěn)定計算和水土保持設計。穩(wěn)定分析結果顯示均滿足要求。從防護和排水兩方面進行了設計分析，驗算顯示能夠滿足棄渣場的水土保持要求。本工程經驗可為類似棄渣場的水土保持設計提供參考。

高速公路；棄渣場；水土保持；穩(wěn)定分析；設計優(yōu)化

1 依托工程概述

臨縣至離石高速公路是山西省高速公路路網規(guī)劃中3縱11橫11環(huán)的重要環(huán)節(jié)，是西縱高速主要組成部分。于2015年5月通車，由于項目區(qū)地形條件復雜，溝壑縱橫，全線隧道及挖方棄渣量尤其大，施工過程中，棄渣多就路線附近溝渠內集中堆放，棄渣場邊坡坡率過陡，壓實度不足，防排水措施缺失，綠化程度不夠，在溝渠季節(jié)性匯水的沖刷下，邊坡坍塌，掏空現象較為嚴重，為了避免水土的過度流失，從保護水土資源的角度出發(fā)，對該類型棄渣場進行改良和合理利用，顯得尤其重要。

2 棄渣場場地級別評定

進行棄渣場的水土保持設計，需要對其場地特征進行完全掌握，才能針對性地使用水土保持方法。根據我國《水土保持工程設計規(guī)范》(GB51018-2014)棄渣場的評定分級需要根據堆渣量、最大堆渣高度、棄渣場失事對周邊土體工程和環(huán)境的影響程度等指標，按照表1評判方法進行確定。

表1 棄渣場的評定分級方法

根據《水土保持工程設計規(guī)范》(GB51018-2014)規(guī)定，棄渣場按地形條件、與河溝相對位置、洪水處理方式等，可分為庫區(qū)型、坡地型、溝道型、平地型、臨河型五種類型，各種類型的場地特征見表2。

表2 棄渣場的場地特征分類

通過對本棄渣場的調研分析，該棄渣場的場地特征為4級溝道型棄渣場，根據上述場地特征，需要進行穩(wěn)定性計算和水土保持設計。

3 棄渣場穩(wěn)定性分析

3.1 渣體整體沿原地面穩(wěn)定性計算

本項目將棄渣視為整體，計算其沿原地面線滑動的穩(wěn)定性。參數選取方面，C、Φ值的選取結合相關工程經驗及現場物理力學實驗最終確定：天然狀態(tài)下棄渣天然狀態(tài)下：重度取20 kN/m3，C=9.7 kPa，φ=25°；飽和狀態(tài)下飽和重度取21.5 kN/m3，C=7.4 kPa，φ=22°。

根據規(guī)范計算方法，經計算：剩余下滑力為零，安全系數為1.5。該棄渣場整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 渣體邊坡穩(wěn)定性計算

本棄渣場的棄渣主要為黏土、粉質黏土。通過對現場的調查分析，棄渣場的邊坡坡度在1∶0.9，比較陡峭，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，而且棄渣結構容易松散，發(fā)生滑坡和坍塌的可能性較大，需進行削坡設計。

對于粘性土，其滑動面為圓弧形，采用圓弧滑動法分析其穩(wěn)定性。安全系數采用如下公式

式中：φ為渣體內摩擦角；β為渣體坡角；c為渣體粘結強度。參考臨離高速公路相關地質參數及相關規(guī)范，對于粘性土天然狀態(tài)下：重度取19 kN/m3，C=30 kPa，φ=22°；飽和狀態(tài)下飽和重度取20 kN/m3，C=22 kPa，φ=20°，抗滑穩(wěn)定系數計算如表3所示。

表3 棄渣場抗滑穩(wěn)定安全系數

注：非常運用是指棄渣場在正常工況下遭遇Ⅶ度以上(含Ⅶ度)地震。連續(xù)降雨期邊坡的抗滑穩(wěn)定應按非常運用工況考慮。

經過計算驗證，圖紙邊坡在1∶1.5時，Fs>0，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 棄渣場水土保持設計

4.1 棄渣場防護設計

(1)削坡及支擋設計

經現場調查及邊坡穩(wěn)定性計算，棄渣場壓實度偏低，邊坡過陡，因此采取支擋+削坡措施，具體實施如下：①坡腳設4.5 m高重力式擋渣墻支擋。②該段邊坡高度24 m，每級邊坡高10 m，在10 m、20 m位置處設置平臺，平臺寬度2.0 m。第一級邊坡從擋渣墻墻頂起按1∶1.75的坡率進行削坡，第二級及以上按1∶1.5的坡率進行削坡，削坡后可達到穩(wěn)定。③削坡土方處理，部分用于擋渣墻墻背回填，其余土方攤鋪在棄渣場坡頂，壓實后綠化處理。

4.2 擋渣墻穩(wěn)定性計算

根據當地地質條件和棄渣性質，穩(wěn)定性計算的設計參數為：填土傾角26.6°，內摩擦角32°，墻背與填土間內摩擦角17.5°，填土容重19 kN/m2，墻體容重23 kN/m2，基底摩擦系數0.5，墻體沒有附加荷載，地基承載力為200 kPa。擋渣墻按最不利條件和擋渣墻尺寸代入穩(wěn)定性驗算公式，可計算出擋渣墻的抗滑移系數、抗傾覆系數、地基承載力和合力偏心距，其結果見表4，可知該擋渣墻的類型為一般擋渣墻。

表4 擋渣墻穩(wěn)定計算結果

依據《水土保持工程設計規(guī)范》GB51018-2014中5.7.5條規(guī)定棄渣場擋渣墻基底抗滑穩(wěn)定安全系數和抗傾覆安全系數不應小于表5規(guī)定的允許值。

表5 擋渣墻規(guī)范穩(wěn)定安全系數

由表5可知，該棄渣場基底抗滑移穩(wěn)定安全系數和抗傾覆安全系數均大于規(guī)范值，平均地基承載能力均小于200 kPa。

4.2 棄渣場排水工程設計

(1)在棄渣頂與原地形結合處，設置截水溝，減少雨水進入棄渣場，對棄渣場形成沖刷浸泡。(2)坡面平臺處設平臺排水溝，排除坡面匯水。(3)沿棄渣場坡面設急流槽，引排坡頂截水溝及平臺排水溝匯水。

5 結 論

棄渣場水土保持設計應以生態(tài)學理論為依據，尊重自然，正視自然，保護自然，恢復自然；將重點放在生態(tài)恢復上，將已被破壞的地段重新種植植物覆蓋，與周圍環(huán)境自然融合。通過采取工程措施、林草措施和臨時防護措施的互補型防護，形成系統(tǒng)化、層次化水土流失綜合防治體系。

[1] 賀偉琦, 李棟. 長沙至瀏陽高速公路棄渣場水土保持方案設計[J]. 人民珠江, 2007，(A02):46-49.

[2] 靳新紅. 北京市山區(qū)高速公路棄渣場水土保持設計[J].中國水利, 2016，(12):37-38.

[3] 張靖宇. 贛南山區(qū)高速公路棄渣場水土保持設計探討[J].農業(yè)與技術, 2014, 34(12):245-246.

2017-03-28

劉軍軍(1981-)，男，山西柳林人，工程師，研究方向：路基、路面工程。

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