隴東黃土高原區(qū)棄土場柔性生態(tài)修復(fù)技術(shù)

楊世君，田晉華，馬 釗

(1.甘肅省水土保持科學(xué)研究所，甘肅 蘭州 730030； 2.國網(wǎng)寧夏電力公司，寧夏 銀川 750000)

1 棄土場剛性擋護(hù)措施的制約性

隴東黃土高原區(qū)開發(fā)建設(shè)活動(dòng)產(chǎn)生大量棄土場，其土壤表層松散、結(jié)構(gòu)體不穩(wěn)定、養(yǎng)分缺乏，常產(chǎn)生大量的水土流失。與其他區(qū)域相比，隴東黃土高原區(qū)棄土場的分布具有跨越多種地貌單元的特點(diǎn)，因此在建設(shè)過程中，隨著地貌形態(tài)的不同、產(chǎn)生的棄土數(shù)量和品質(zhì)不同、設(shè)置棄土場的自然條件不同，工程措施也就不同。

目前的棄土場治理常采用漿砌石或混凝土擋墻進(jìn)行攔擋，主要存在以下制約性因素：①修建投資占比大；②在使用過程當(dāng)中常由于土體的自然沉降導(dǎo)致?lián)鯄﹂_裂，存在滑坡風(fēng)險(xiǎn)；③后期破壞后維修成本高；④有些地區(qū)塊石材料匱乏，不易獲取，購買成本較高；⑤施工過程控制技術(shù)要求嚴(yán)格。

2 棄土場柔性擋護(hù)措施的特點(diǎn)

為克服剛性擋護(hù)措施的缺陷及成本高昂的因素，加速棄土場后期自然修復(fù)，降低水土流失量，迫切需要一種建設(shè)成本低、施工方法快捷、便于黃土高原地區(qū)落地實(shí)施且便于后期維護(hù)的擋土墻建設(shè)新方法。要求這種擋土墻要起到同等的攔擋作用，受到破壞時(shí)，允許在擋土墻整體結(jié)構(gòu)形式不破壞、攔擋作用不受影響的情況下有局部破壞，但要便于修復(fù)。

柔性擋土墻即土工袋擋土墻，是一種新型的加筋擋土墻結(jié)構(gòu)，由柔性的土工袋單體按一定的排列方式組合而成，其墻體本身具有一定的柔性，具有常規(guī)加筋擋土墻的所有優(yōu)勢，造價(jià)低、施工簡便、地基適應(yīng)性與抗震性能好，非常適用于隴東黃土高原區(qū)棄土場治理中。

3 棄土場柔性擋土墻的選材、設(shè)計(jì)和布設(shè)形式

3.1 柔性擋土墻的選材

土工袋材料選擇PET(聚對苯二甲酸乙二酯)復(fù)合土工材料，該材料具有質(zhì)輕、無毒、無臭，化學(xué)穩(wěn)定性好，且在常溫下不溶于一般溶劑、吸水性小等優(yōu)點(diǎn)。PET復(fù)合土工材料是土工合成材料大家族中的一員，大量用于公路、鐵路、水利、大型建筑、電廠灰壩建設(shè)和有色金屬尾礦處理、環(huán)保工程、水土保持等方面。

3.2 柔性擋土墻的設(shè)計(jì)和布設(shè)形式

3.2.1 柔性擋土墻設(shè)計(jì)

柔性擋土墻設(shè)計(jì)主要考慮其安全穩(wěn)定性因素，其抗傾覆、抗滑及整體穩(wěn)定的安全系數(shù)一般應(yīng)滿足相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范。劉斯宏[1]提出，土工袋單體抗壓強(qiáng)度的安全系數(shù)一般要求不小于5.0；抗傾覆、抗滑動(dòng)及整體穩(wěn)定、抗震性及地基承載力驗(yàn)算依據(jù)《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 379—2007)規(guī)定計(jì)算。

3.2.2 柔性擋土墻布設(shè)形式

基于柔性擋土墻的特性及穩(wěn)定性要求，其布設(shè)形式主要有貼坡式柔性擋土墻和梯形柔性擋土墻兩種(圖1)。

(1)貼坡式柔性擋土墻。貼坡式柔性擋土墻適合土方量較大、坡度較陡且順坡堆放的棄土場。

(2)梯形柔性擋土墻。梯形柔性擋土墻適合土方量不大、棄土坡度較緩的順坡堆放或平地堆放的棄土場。

(a)貼坡式柔性擋土墻

4 棄土場邊坡柔性生態(tài)修復(fù)技術(shù)

4.1 技術(shù)內(nèi)容

棄土場邊坡柔性生態(tài)修復(fù)技術(shù)體系基于棄土場地形條件有針對性地采取治理措施，在棄土場底部設(shè)置柔性擋土墻，擋土墻表面覆土撒播草籽綠化，棄土坡面采取植物措施對位配置加速植被修復(fù)，坡度大于1∶1.5時(shí)只撒播草籽，坡度小于1∶1.5時(shí)采取灌草結(jié)合方式進(jìn)行植被修復(fù)，頂部平臺(tái)選擇喬灌草結(jié)合的方式進(jìn)行植被修復(fù)(圖1)。

對于棄土量較大、設(shè)有馬道的棄土場，馬道可設(shè)置截滲水溝(內(nèi)壁采用半透水土工膜鋪筑)[2]，對上游坡面來水進(jìn)行攔截、排導(dǎo)和控制入滲速率，以有效抑制暴雨徑流對邊坡的侵蝕，增加土體的抗剪強(qiáng)度[2]，控制坡面徑流入滲導(dǎo)致的土體自重力增加，提高邊坡的穩(wěn)定性和抗沖刷能力，增強(qiáng)生態(tài)修復(fù)效果。

4.2 施工技術(shù)

4.2.1 PET復(fù)合土工袋

目前國內(nèi)市場PET復(fù)合土工袋1 m3平均造價(jià)約150元(含現(xiàn)場土料開挖、裝填及縫合等費(fèi)用)，隴東地區(qū)漿砌塊石1 m3造價(jià)約350元、C20混凝土1 m3約750元，造價(jià)相對較低，且易于施工安裝。為保證土工袋穩(wěn)定，單個(gè)土工袋質(zhì)量應(yīng)控制在1 t以上。土工袋加工過程中安裝2個(gè)吊帶，以便于施工吊裝，吊裝完成后土工袋之間通過吊帶連接起來。

4.2.2 土工袋頂部覆土

土工袋擋土墻建設(shè)完成后，在表面覆土，厚度控制在30 cm左右，覆土區(qū)域撒播草籽。

4.2.3 柔性擋土墻施工技術(shù)流程

基于柔性擋土墻施工特點(diǎn)，研究提出簡單可操作的施工流程，詳見圖2。

圖2 柔性擋土墻工程施工流程

(1)基礎(chǔ)處理。地基要求是質(zhì)地均勻、沉陷量小的堅(jiān)實(shí)基巖或黃土地基，基礎(chǔ)挖至設(shè)計(jì)高程后，采用1∶1水泥土對基礎(chǔ)進(jìn)行翻夯處理，壓實(shí)系數(shù)不小于0.93，處理厚度控制在0.5 m左右。

(2)施工方法。初步研究施工過程為：基礎(chǔ)與邊坡修整—基礎(chǔ)夯實(shí)—挖土、裝土(分層夯實(shí))、縫制—吊裝布置—多個(gè)土工袋連接(吊帶綁扎)。

(3)土方填筑及其質(zhì)量控制。土方填筑主要為土工袋填筑土方，按照土工袋設(shè)計(jì)尺寸架設(shè)模板及腳手架，將土工袋置于模板內(nèi)并用鐵絲將其固定，再進(jìn)行土方填筑及夯實(shí)。填筑前測量土樣的初始含水率，按含水率控制在15%計(jì)算需要加水量，將土拌好。然后用挖掘機(jī)在土工袋內(nèi)填筑一層土方并攤平，再人工整平，每填筑20 cm厚需來回壓實(shí)2～3遍，每層夯實(shí)結(jié)束后用環(huán)刀取樣測其壓實(shí)密度及含水率，壓實(shí)密度控制在1.7～1.8 g/cm3。進(jìn)行下一層土夯實(shí)前用挖掘機(jī)或人工刨毛并灑水。最后將綁扎土工袋的鋼絲取下，將土工袋蓋上封口。

(4)土工袋施工。每層土工袋通過吊帶互相連接綁扎固定，吊裝時(shí)貼坡式擋土墻盡量貼著棄土坡面順坡堆放，梯形擋土墻則一次架模吊裝完畢，實(shí)施過程均遵循“先攔后棄”的原則。

(5)施工機(jī)械。施工過程中用到的施工機(jī)械主要有挖掘機(jī)、運(yùn)輸車、夯實(shí)機(jī)、縫紉連接裝置等。

5 結(jié) 語

(1)棄土場剛性擋護(hù)措施存在諸多制約性因素，采用柔性擋護(hù)措施可克服剛性擋護(hù)措施缺陷及成本高昂的因素，加速棄土場后期自然修復(fù)，有效降低棄土場水土流失量。

(2)棄土場柔性擋土墻采用土工袋加筋按一定的排列方式組合而成，造價(jià)低、施工簡便、地基適應(yīng)性與抗震性能好。

(3)棄土場邊坡柔性生態(tài)修復(fù)是在棄土場底部設(shè)置柔性擋土墻，擋土墻及棄土裸露面覆土綠化，規(guī)模大的棄土場可增設(shè)馬道及馬道截滲水溝，提高邊坡的穩(wěn)定性和抗沖刷能力。