楊小磊

（山西省交通規(guī)劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

由于山區(qū)地形、地貌的復雜性，導致山區(qū)公路建設時，設計人員在公路縱斷面設計中很難達到全項目土石方調配平衡，因此不可避免地會產生大量棄方，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]。工程施工時棄渣往往隨意堆棄，渣場坡面坡比過陡，未設置防排水設施，渣場未經必要的壓實處理，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)生泥石流等災害。合理的棄渣場處治已成為建設項目水土保持驗收的重要環(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計為例，對山區(qū)公路建設中棄渣場設計方案提出參考。

1 渣場設置及違規(guī)棄渣處治原則

1.1 棄渣場設置原則

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

b）棄渣場設計應適應地形，自然靈活，其邊坡不應陡于1∶1.5，頂部向路基外傾斜橫坡不應小于2%.

c）設計以防護與排水相結合為原則，通過擋墻、護坡與截水溝、排水溝、急流槽及排水渠等相互結合，以組成完善的防護排水體系。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，有條件時可將棄方筑壩，以保護沿河村舍及農田的安全。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，從而影響橋墩安全，需要整治、清理，并完善防護、排水設施及綠化處治。（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）臨近村莊的防護措施應加強，并增加排水設施。（b）渣場盡量降低高度，并放緩邊坡。（c）應書面告知村民及當?shù)卣?，渣場的?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)《水土保持工程設計規(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)《水土保持工程設計規(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 棄渣場設計

3.1 棄渣場防護措施原則

為達到最大工程經濟效益，棄渣場邊坡防護一般以放緩邊坡至棄渣天然穩(wěn)定角后培土綠化為主，實施上截、下攔措施。棄渣前應完善截、排水設施及坡腳攔渣墻，確保先支擋后棄渣。

3.1.1 設置于平地的棄渣場

應先修建攔渣墻，并預留運輸通道，再進行棄渣整治，棄渣完畢后修建截、排水設施與天然排水溝順接。

3.1.2 設置于沖溝的棄渣場

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

3.2 棄渣場防護措施設計

3.2.1 結構設計

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

表2 重力式攔渣墻尺寸表

圖1 攔渣墻設計圖（單位:cm）

3.2.2 穩(wěn)定性計算

a）主動土壓力計算。

主動土壓力系數(shù)Ka：

e）設計參數(shù) 根據(jù)當?shù)氐刭|條件和棄土性質，其設計參數(shù)見表3。

表3 設計參數(shù)表

f）墻體尺寸 由設計的擋渣墻尺寸簡化為計算用的尺寸見表4。

表4 設計擋渣墻簡化尺寸表

g）穩(wěn)定性驗算結果 依據(jù)上述4類擋渣墻的尺寸及相關設計條件，通過穩(wěn)定性驗算公式，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，結果如表5所示。由表可知，上述4項指標均滿足《開發(fā)建設項目水土保持技術規(guī)范》要求[4]，可以推斷所設計的擋渣墻是穩(wěn)定的。

表5 設計擋渣墻計算結果表

h）渣體穩(wěn)定性分析 為了確保棄渣體的穩(wěn)定，防止棄渣體沿基礎產生深層或淺層滑動，對其進行穩(wěn)定性分析計算。計算時采用瑞典圓弧法，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)應不小于表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)定性計算

3.3 棄渣場邊坡設計

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

a）邊坡高度Hmax≤10 m時，不設平臺，邊坡坡率為 1∶2。

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

c）坡腳處均設置擋渣墻[5]。

3.4 棄渣場的排水工程措施

依據(jù)《灌溉與排水工程設計規(guī)范》和《防洪標準》規(guī)定，棄渣場截、排水設施按五級標準進行設計，坡面洪水頻率標準按1/20設計。棄渣場底部沿溝谷設置一道縱向盲溝，縱向盲溝兩側每20 m設置1道橫向盲溝，渣場中截水溝的設計斷面取60×60 cm2、排水溝及急流槽的設計斷面均取80×60 cm2，覆土后在頂部設置土埂擋水。

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合坡面植草防護，表面采取覆土后選擇植物綠化或者復耕措施。綠化可采用栽植刺槐進行綠化，按4.0 m×4.0 m間距種植；同時地表撒播紫花苜蓿等草籽進行綠化，進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 既有渣場整改設計情況

4 結語

隨著公路建設過程中綠色、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是大勢所趨。如何經濟、合理地完成棄渣堆棄，避免造成水土流失、環(huán)境破壞等次生災害，已是公路工程能否順利竣工驗收的必備條件。本文依托實體工程棄渣場處治項目，提出了棄渣場治理的原則，并依據(jù)渣場穩(wěn)定性驗算，得出了針對性的棄渣場設計方案，對同類工程項目棄渣場治理具有重要的借鑒意義。