高速公路棄渣場設計淺析

劉 志

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 研究背景

由于山區高速公路地形和地勢的特點，施工過程中產生的棄渣量較大，相應地對棄渣場地的需求也較多。設計過程中，一般會設計幾處全線集中的棄渣場地，而在實際的施工過程中，也可以充分利用路線旁邊的小沖溝作為棄渣場地。

通過對多條高速公路的實際調研，發現在實際施工過程中，由于各種原因，施工場地附近產生的棄渣場地較多，其中有些棄渣場地存在不滿足水土保持相關要求易造成水土流失現象[1]，有的棄渣場防護工程不足可能危及道路安全，需要采取相應的措施進行處理。

本文以某高速公路棄渣場地設計為背景，對棄渣場地的設計原則、設計要求和設計方法等做了細致的分析和研究，希望可以為今后類似工程的設計和施工提供一定的參考。

2 總體設計

2.1 棄渣場選址設計一般要求

2.1.1 選址總要求

棄渣場選址應貫徹安全性、環保性、經濟性和合法性原則。

2.1.2 不應設置棄渣場地的情況

a）不應在不良地質災害多發區（如滑坡、泥石流、崩塌等）設置棄渣場。

b）不應在侵入河道范圍內進行棄渣，且棄渣場地應遠離泄洪通道。

c）棄渣場距下游設施、建（構）筑物、危險品存放處等的距離不滿足相關規范要求或威脅其安全的。

2.1.3 不宜設置棄渣場地的情況

a）棄渣場宜遠離江河、湖泊和水庫管理范圍。

b）棄渣場宜不占或少占林地、耕地。

c）避免在自然保護區、文物保護單位、飲用水及基本農田保護區等地方設置棄渣場。

d）棄渣場下游范圍不宜存在加油站、煤氣管道、工業與民用建筑、居民活動等區域。

2.2 常見的棄渣場分類及一般處理措施

2.2.1 沖溝型棄渣場

沖溝型棄渣場沿沖溝設置，一般選擇可利用面積較大的V字形沖溝，多條沖溝交匯時要對區域排水進行調查，避免影響沖溝排水。同時應要求施工時不在棄渣上游因堆渣形成水坑。

2.2.2 坡地型棄渣場

坡地型棄渣場一般沿山體坡面堆渣，堆渣傾角小于山體坡角。該類棄渣場一般需設置擋渣墻，且須校核填渣后的坡體穩定性。

2.2.3 平地型棄渣場

平地型棄渣場是指在平地中央堆棄的棄渣場地，此類棄渣場地一般占地較大，利用率低，一般選取廢棄或難以利用的平地進行棄渣。當棄渣可以作為路基填料或其他經濟用途時，多采用此類棄渣場。

2.2.4 臨河型棄渣場

臨河型棄渣場地距離河道較近或占用廢棄河道進行堆棄。此類棄渣場地須經河道等有關部門批準，否則不應進行設計或施工。

2.2.5 填洼（塘）型棄渣場

填洼（塘）型棄渣場具有可不設擋渣工程，潛在的水土流失危害小，對周邊環境影響小等優點[2]，但棄渣量小，滿足條件的場地不多。

2.2.6 臨近建構筑物棄渣場

此類棄渣場是指渣體下游存在建筑物或構筑物的情況，設計和施工中應當避免使用此類場地，以免后期發生影響建筑物安全的不良后果。

3 建（構）筑物結構設計

3.1 擋渣墻

重力式擋渣墻是通過利用擋渣墻自重抵抗墻后土壓力并保持穩定的擋土結構，重力式擋渣墻成本低，施工較為簡易。因此，在棄渣場設計中，一般均采用重力式擋渣墻。

3.1.1 設計要求

a）本次設計采用了兩種擋渣墻形式，實際施工中根據地形、坡高和排水條件綜合選擇合適的擋墻即可，其中，A類擋渣墻墻高4 m，B類擋渣墻墻高5 m，擋渣墻具體尺寸見圖1、圖2。

圖1 A型擋渣墻

圖2 B型擋渣墻

b）擋渣墻主體材料采用漿砌片石，基底承載力不小于200 kPa；擋渣墻尺寸根據地形起伏按直線變化過渡，并保證擋渣墻基礎的埋置深度。

c）擋渣墻墻體上按照間距1.5 m×1.5 m的梅花型設置直徑10 cm泄水孔，孔底設置砂夾碎石反濾排水層；縱向每隔10 m設置一道伸縮縫。

3.1.2 設計參數

設計重力式擋渣墻時，一般要根據當地地質條件和棄渣性質考慮擋渣墻的設計參數，本次設計的一般參數見表1。

表1 設計參數表

3.1.3 擋渣墻穩定性計算

a）主動土壓力計算

主動土壓力系數Ka：

主動土壓力：Ea=0.5γH2Ka；

主動土壓力水平分力：Eat=Easin(α-α0-δ)；

主動土壓力垂直分力：Ean=Eacos(α-α0-δ)；

注：ε為墻背與其垂線的夾角；α為擋渣墻墻背傾角；α0為擋渣墻基底傾角。

c）抗傾覆系數：

式中：Eax=Easin(α-δ)，Eaz=Eacos(α-δ)，Zg，Zx，Zy分別為與作用力相對應的力臂長度。

d）穩定性計算結果。將設計參數代入設計抗滑移和抗傾覆計算公式，可得出擋渣墻的抗滑移系數、抗傾覆系數，計算結果表明，設計的擋渣墻能夠滿足穩定性相關要求。

表2 擋渣墻穩定性計算表

3.2 渣體邊坡

3.2.1 坡體設計

棄渣結構具有渣體松散、整體穩定性差的特點，容易引發滑坡和坍塌。因此，必須采取消坡措施，并按一定高度對削坡進行分級，以減緩邊坡坡度，保證棄渣渣體的穩定。

本設計刷坡坡率采用1∶2設計，邊坡設置平臺，平臺高度8 m，寬2 m，設置平臺后，邊坡綜合坡率為1∶2.5，坡體填土綜合內摩擦角一般為30°～35°。

圖3 坡面防護縱面設計圖

圖4 坡面防護平面設計圖

3.2.2 坡體穩定性計算

為了確保渣體的穩定性并不產生淺層、深層滑動的情況，須對渣體進行穩定計算。由于渣體主要是由松散土組成，滑動面近似于平面，因此，采用直線滑動法對其進行穩定性分析，安全系數公式為：

按照邊坡填土綜合傾角β選為21.8°，計算得出的Fs值為1.44～1.40＞1.35。設計的安全系數滿足相關規范的要求。

3.3 截（排）水溝

截水溝是設置于場地外圍的明溝排水結構，一般在棄渣場外圍不小于5 m的范圍設置，用于截排渣場外部地表水以防沖刷。

在棄渣場各平臺設置平臺排水溝以防坡面沖刷，平臺排水溝與急流槽相接并將水排入急流槽，排水溝坡度一般按照不小于3%設計。

截、排水溝采用漿砌片石砌筑，為保持砌筑結構的整體性，防止產生滲水造成對水溝基礎的破壞，在水溝下部設置砂礫墊層。

圖5 截水溝斷面圖

圖6 排水溝斷面圖

3.4 急流槽

當棄渣場地面積較大，匯水較多，截水溝和排水溝排水不能滿足流量需求時，可設置急流槽解決棄渣場所處區域性的匯水。急流槽坡度與棄渣體坡度相同，急流槽斷面形式見圖7，急流槽斷面泄洪能力為11 m3/s。

因急流槽筑在棄渣體上，為防止渠道基礎的不均勻沉降，渠道每隔15 m設一道沉降伸縮縫，縫內填塞瀝青麻絮，并用瀝青封口。為防止急流槽底部墻趾受沖刷，在擋渣墻墻趾外一定范圍設置漿砌片石鋪砌。

圖7 急流槽設計圖

3.5 坡面綠化

棄渣場待棄渣完成后需進行場地平整、覆土，并采用一定的綠化措施進行坡面處理，從而實現對渣體坡面生態植被進行恢復的效果。堆渣后的棄渣坡面一般采用兩種處理措施，即復耕種地農作物和種植林木、草地等進行綠化。

坡面覆土一般采用新鮮的培植土，并盡可能使用原坡面堆渣前剝離并留存的表層土作為種植土，用于種植低矮灌木時的覆土厚度一般不小于0.8 m，用于植草的覆土厚度一般不小于0.5 m。

邊坡綠化措施應根據渣場所在地區的氣候條件、渣體坡體本身的地質條件、施工器具、施工季節等因素進行綜合考慮。

4 其他注意事項

a）棄渣擋渣墻及放坡坡面范圍內的棄渣須碾壓密實，并滿足規范規定的壓實度要求。修建防排水設施時，應根據實際地形進行適當調整。

b）棄渣場須嚴格按照設計坡率棄填，理順排水，防止上游積水。

c）建議棄渣場外5倍棄渣高度范圍內不得有新建工業、民用建筑等，且須設置警告標志。

d）對于臨近村莊、建構筑物或農田的棄渣場，應書面告知當地村民及政府渣場規模、范圍及防治措施，說明渣場潰壩危害，設專人進行定期安全檢查。

5 結語

棄渣場地在設計上應當遵循因地制宜、因勢利導的原則，設計的棄渣場地應最大可能滿足實用性原則，充分利用沿線自然條件，做到精心設計，合理利用；同時，還要適當考慮復耕、林地、養殖用地等再利用措施。