甘肅定臨高速公路棄土方案設計

高慧，梁嘉

(1.中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北 武漢 430000；2.武漢市給排水工程設計院有限公司，湖北 武漢 430000)

定臨(定西—臨洮)高速公路是甘肅省“十三五”公路發展規劃中定西市“三縱兩橫”高速公路主骨架之一。起點(AK0+000)與擬建通渭至定西高速公路相接于定西縣內官營鎮新莊門，終點(AK70+884.131)與G75蘭海(蘭州—海口)高速公路蘭臨(蘭州—臨洮)段相接于臨洮縣洮陽鎮南園村，是連霍(連云港—霍爾果斯)與蘭海高速公路的聯絡線。路線總體走向為自東向西，連接甘肅天水、平涼、慶陽及寧夏等地，通往中南部臨夏、甘南、青海等地。由2個標段組成，其中第1標段(AK0+000—AK32+821.614)由中交第二航務工程勘察設計院有限公司設計。該標段采用全立交、全封閉、控制出入的雙向四車道高速公路標準建設，設計速度80 km/h，路基寬25.5 m；橋梁與路基同寬；隧道凈寬10.25 m，凈高5.0 m；汽車荷載等級為公路-Ⅰ級；特大橋采用的設計洪水頻率為300年一遇，大(中、小)橋、涵洞和路基采用的設計洪水頻率為100年一遇。

1 第1標段總體棄方情況

該標段處于隴西黃土高原的西部，構造格架多屬中、新生代丘陵，區內黃土廣泛覆蓋，溝壑縱橫，梁脊起伏，地勢中間高，以內官黑山為界，定西段向東北傾斜，臨洮段向南傾斜。地形較破碎，樹枝狀水系較發育，海拔1 600～2 500 m，相對高差一般小于300 m。總體呈現黃土梁峁丘陵地貌景觀，在黃土峁梁區的沖溝中，滑坡、溜塌、崩塌、碎落等不良地質現象不發育，較大溝谷兩岸發育不對稱、不連續的洪積堆積階地，溝谷溝床縱坡較小，一般小于6‰，溝床較寬，不具備爆發大型泥石流的地形條件。

該標段全線挖方441.7 萬m3，填方294.37 萬m3，棄方250 萬m3，沿線棄隧道洞碴67.2 萬m3，路線總棄方約428.9 萬m3。為避免破壞原有植被，保護黃土地區脆弱的生態環境，全線取、棄土場均集中設置，共設置棄土場10處、取土場3處(見表1)。

表1 定臨高速公路第1標段取、棄土場設置情況

2 第1標段總體棄方方案設計

2.1 棄方施工便道

(1) 盡量利用沿線機耕通道。沿線原有機耕通道除局部地段存在斷頭現象外，其余基本貫通。路基寬度為滿足施工車輛需求，一般為3.0～4.5 m，最大縱坡15%，以碎石路面為主。考慮項目施工期間大量重載車碾壓，以確保工期為前提，同時造福當地百姓，完成高速公路施工后還路于民，保證沿線村民出行環境，將機耕通道恢復并拓寬至4.5～5.5 m，路面結構層主要為20 cm C25水泥砼面層+20 cm水穩砂礫基層。在地形受限的情況下，將機耕通道設置于路基邊坡平臺上。

(2) 路線下穿蘭渝鐵路路段做好橋墩防撞設計，如采用防撞墻、外包等方式。

(3) 便道處于危險地段(如臨邊、臨空等)時設置防護措施，如砌石護欄、波形護欄等。

2.2 棄土場位置選擇

綜合考慮項目地形地貌、生態景觀環保要求、集中棄土場與路基段相對位置關系、棄土場方量與實際儲量、主線路基排水要求、便道情況及當地水利部門的意見選擇棄土場位置。該標段棄土場均設在不流水的干溝或支溝處，棄土場邊坡不陡于1∶1，棄土后進行必要的整平、綠化和防護，以防水土流失。

2.3 棄土場設計

為提高棄土場自身穩定性，大部分棄土場設計中增設坡腳處攔渣墻；原溝底設置卵礫石盲溝以排出原溝底積水；為減少水土流失，棄土場頂面采取中間高四周低的方式，四周設置排水溝排出表面匯水。棄土場棄土完成后，堆場頂面及四周做好復耕綠化處理。對設置于溝谷中的棄土場，重點做好防、排水設施布置，其泄水能力根據溝谷匯水面積計算，在棄土場四周或平臺頂設置排水溝，在坡口處設置片石砼擋渣墻或護坡，地基鋪筑卵礫等透水材料。下面以9#棄土場為例，對棄土場的平、縱、橫、擋渣墻(護腳)、排水等進行設計。

2.3.1 9#棄土場地質情況

9#棄土場所處片區地質主要為第四系(Q)松散層，以黃土、砂、礫石為主。全新統(Q4)：以沖積，洪積為主，在河谷區、盆地內主要為黃土狀粉質黏土、粉土及砂礫石；黃土塬區的深切溝谷下部為淺褐色黃土，粉土狀，含大量碎礫石、砂，常變現為互層產出，具一定的水平層理，層厚沒有規律，變化較大，一般數米，最大數十米(見圖1、圖2)。

圖1 Q4沖積黃土(AK32+700)

圖2 Q4沖擊砂礫層

2.3.2 9#棄土場的平面位置

9#棄土場位于該標段AK31+400左側200 m處，屬于定西市漫洼鄉龍金村(見圖3)。該棄土場主要用于堆放AK30+000—AK31+200路基棄方及豹子溝隧道棄渣，占地面積為39 606.86 m2，設計棄方量約52萬m3。

圖3 9#棄土場平面位置示意圖

2.3.3 棄土場方案確定

9#棄土場的選址位于沖溝內，根據以往經驗，棄土場方案主要有圖4所示兩種形式。其中：方案一采用緩坡的形式堆置棄土，主坡面的坡率為1∶5，坡腳采用擋渣墻，坡面植樹綠化；方案二采用平臺+放坡的形式堆置棄土，每級平臺寬度和邊坡高度不定，根據實際情況調整，邊坡坡率為1∶1.5～1∶2.0，坡腳采用擋渣墻，臺階坡面植樹綠化。9#棄土場設計主要考慮順溝棄土，以現有機耕通道高程為控制高程，左側順溝棄土長度約500 m，右側順溝棄土長度約380 m。經綜合比較(見表2)，采用方案二。

圖4 9#棄土場備選方案

表2 9#棄土場設計方案比選

2.3.4 棄土場設計

(1) 擋渣墻設計。為保證棄土場整體穩定性，在棄土場邊坡坡腳設置高3.0 m、寬1.5 m的擋渣墻(護腳，見圖5)。擋渣墻主要考慮采用穩定性和整體性好的重力式片石砼擋土墻，擋土墻高度根據棄渣后實際情況調整，以3 m高為主。

圖5 擋渣墻大樣圖(單位：cm)

(2) 棄土場方案。根據現場實際踏勘結果，當地山體大部分被開挖呈階梯狀，階梯平面上根據季節種植農作物或樹木。因此，棄土場縱斷面設計中考慮階梯理念，采用平臺+放坡的形式，對整個棄土場穩定性有利。以9#棄土場中一個典型剖面[見圖4(b)]為例，棄土場棄土后形成的填方邊坡共7級，第1級平臺寬32 m，邊坡高10 m，邊坡坡率1∶1.5；第2～5級平臺寬50 m，邊坡高10 m，邊坡坡率1∶1.5；第6級平臺寬25 m，邊坡高10 m，邊坡坡率1∶1.75；第7級平臺寬10 m，邊坡高12 m，邊坡坡率1∶2.0；坡腳設置高3.0 m、寬1.5 m的擋渣墻，以保證棄土場整體穩定性。棄土場坡面采用單向排水，在棄土場外圍設置排水溝，棄土場排水溝中的水流匯入主線排水系統。

(3) 排水設計。黃土地區路基路面排水設計應防、排、疏相結合，設置完善的防、排水系統。棄土場施工前，結合地形及設計圖中的永久排水系統做好臨時排水系統，將臨時與永久相結合，使棄土場范圍內的水流可迅速排走。同時在棄土場施工中對棄土場及臨時排水設施進行觀測。

(4) 其他設計。該項目范圍內河流主要為暴雨補給型，地表水徑流量豐、枯季節懸殊，60%～80%的年徑流量集中在夏、秋季節。地下水補給來源主要為大氣降水入滲、渠系滲漏和灌溉水回滲、河水入滲(洪水期)及相鄰層位地下水徑流補給等。為避免在暴雨沖刷情況下影響棄土場的穩定，當棄土石料中含有難風化且粒徑較大的石塊時，將其敷設在棄土場底部，從下層往上層逐層壓實棄土，壓實度不低于85%。現場石料較少時，采用在棄土場底部敷設管涵等措施將水迅速排走。管涵敷設斷面見圖6。

圖6 排水管涵敷設斷面

2.4 棄土場生態恢復

棄土場設計首先要與環境保護相結合綜合考慮，選址時要確定其封場之后的用途(如設置景觀平臺、小型停車區等)，不能進行綜合利用的棄土場必須進行生態修復。

(1) 棄土場的設置與標段所有土石方數量、土石方施工時段、施工標段劃分和取、棄土場利用進行統籌考慮，最大程度控制取、棄土場的用地規模，減少取、棄土場的水土流失，保護原始生態。

(2) 棄土場的生態恢復設計遵循簡潔、易養護的原則，建立與項目地形地貌相一致的植被景觀或生態系統。

3 棄土場穩定性分析

根據地質勘探報告，該項目所在地區粉質黏土土體荷載為19 kN/m3，粘聚力為18.8 kPa，內摩擦角為0.65°。棄土場為臨時工程，穩定性計算中只考慮土體自重，不考慮附加荷載。借助理正軟件進行計算，得：最不利滑動面滑動圓心=(6.207,28.927) m；滑動半徑=29.580 m；滑動安全系數=1.512；總下滑力=1 197.580 kN；總抗滑力=1 811.099 kN；土體部分下滑力=1 197.580 kN；土體部分抗滑力=1 811.099 kN。棄土場整體穩定性滿足規范要求。

4 結論

(1) 在具有特殊生態環境和地理環境的甘肅黃土地區高速公路建設中，需在項目規劃、設計、施工階段采用靈活的設計開發思路并采取措施，在盡量減少對沿線生態環境永久性破壞的基礎上，實現總體路線走向與沿線環境相協調、公路建設與生態環境保護相協調，最終實現地理、人文、經濟、生態的和諧統一。

(2) 在資金允許的情況下，黃土河谷地區的高速公路線位應以橋隧為主，盡量避免大量廢方。

(3) 高填方的棄土場施工前，應結合地形及設計圖中的永久排水系統做好臨時排水系統，將臨時與永久相結合，使棄土場范圍內的水流可迅速排走，邊坡應隨填隨護，防止集中水流沖毀棄渣。