高速公路已有棄渣場水土保持優化設計

劉軍軍

(山西省交通規劃勘察設計院，山西 太原 030006)

高速公路已有棄渣場水土保持優化設計

劉軍軍

(山西省交通規劃勘察設計院，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，需要進行穩定計算和水土保持設計。穩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；穩定分析；設計優化

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劃中3縱11橫11環的重要環節，是西縱高速主要組成部分。于2015年5月通車，由于項目區地形條件復雜，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，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范》(GB51018-2014)規定，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，需要進行穩定性計算和水土保持設計。

3 棄渣場穩定性分析

3.1 渣體整體沿原地面穩定性計算

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：天然狀態下棄渣天然狀態下：重度取20 kN/m3，C=9.7 kPa，φ=25°；飽和狀態下飽和重度取21.5 kN/m3，C=7.4 kPa，φ=22°。

根據規范計算方法，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定狀態。

3.2 渣體邊坡穩定性計算

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，處于不穩定狀態，而且棄渣結構容易松散，發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范，對于粘性土天然狀態下：重度取19 kN/m3，C=30 kPa，φ=22°；飽和狀態下飽和重度取20 kN/m3，C=22 kPa，φ=20°，抗滑穩定系數計算如表3所示。

表3 棄渣場抗滑穩定安全系數

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。連續降雨期邊坡的抗滑穩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，邊坡處于穩定狀態。

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 擋渣墻穩定性計算

根據當地地質條件和棄渣性質，穩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 擋渣墻穩定計算結果

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

表5 擋渣墻規范穩定安全系數

由表5可知，該棄渣場基底抗滑移穩定安全系數和抗傾覆安全系數均大于規范值，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；將重點放在生態恢復上，將已被破壞的地段重新種植植物覆蓋，與周圍環境自然融合。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. 贛南山區高速公路棄渣場水土保持設計探討[J].農業與技術, 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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：1008-3383(2017)06-0035-02