基于棄土精細化設計的水土保持措施

杜芳琴

(上海友為工程設計有限公司,上海 200093)

上海水土流失成因可以分為：降雨、風力、植被、地形地貌、土壤、人為因素[1- 3]。其中人為因素占比逐年增加，水利工程對棄土的處理比較粗放[4]，不利于水土保持。近年上海市渣土總出土量超過1.0×108t。在各區域新增流失量中，排泥場和棄土場新增流失量所占比例為78.42%，所占比重較大。因此，排泥場和棄土場是水土流失防治的重點區域[5- 8]。根據以往工程經驗，上海市許多中小型河道對土方的施工及處理沒有精細化設計[9]。本次以某市管河道工程為例，對土方處理進行精細化設計，以改善水土流失現狀。

該工程屬開發建設類項目，根據工程建設特點，工程水土流失預測時段分成施工期和自然恢復期。施工期(包括施工準備期)共13個月，自然恢復期為1年。在工程預測期2年中，經計算項目區范圍內可能造成的水土流失量為9563t，新增的水土流失量為8880t，占總流失量的91.98%。其中：施工期可能造成水土流失量為9031t，新增的水土流失量為8599t，占新增總流失量的96.83%；自然恢復期內可能造成水土流失量為622t，新增水土流失量為281t。可見，該工程水土流失主要發生在施工期。

該工程分為5個標段，區域內土方呈現結構性稀缺：腐殖土大量稀缺，底層干土部分稀缺，未固結泥漿無利用價值。通過對土方開挖方式的分析，將棄土量定量化，土方狀態明確化，對不同狀態土方設計精細化。

1 土方開挖施工方式及相應棄土量

根據施工導流方案，該工程分為干地作業段(攔河圍堰段)、帶水作業段(順河圍堰段)。攔河圍堰內干施工，以干挖為主，但東灘地區地下水埋深淺，水量充沛，且砂性土地基極易發生滲透破壞，地下水位以下不適合干挖，故該工程1.0m高程以上采用陸上機械開挖，1.0m高程以下采用4PL- 250水力沖挖機組沖挖河泥，沖挖后形成泥漿。在干挖部分，需對表層0.3～0.5m腐殖土進行單獨收集堆放，待綠化種植時使用。

順河圍堰由預留土埂形成，施工完成后，地下水位以上的土埂剝離表層0.3～0.5m腐殖土，后以干挖為主，其余土方采用挖泥船挖除，并對河底底泥進行船挖疏浚，均形成泥漿。

根據施工方式的不同，各標段產生的棄土列于表1，棄土類型分別為：泥漿、干土、腐殖土。

表1 土方開挖不同施工方式及相應棄土量 單位：萬m3

2 排泥場設計

該工程泥漿方量合計97萬m3，受施工工藝限制，泥漿僅能泵吹至附近的排泥場內，根據現場條件，排泥場可利用面積2370畝，排泥高度不大于1m，本次將排泥場劃分為長約500m，寬約200m，面積約10萬m2的16個單元排泥場進行設計。

排泥場周圍設置土圍堰，排泥場及余水沉淀池圍堰頂寬均為2m，兩側坡比為1∶2；余水沉淀池圍堰頂高程低于排泥場圍堰0.5m。

為減少泥漿沉降固結時間，本次布設泥水快速分離排水系統[10]，布設后，疏浚土(砂性土)的松散系數可以降低至1.06，并能夠在24h內將含水率降低至液限附近，垂直盲溝對3m范圍內的土體最能發揮排水效果，盲溝布設間距不大于6.0m[11- 13]。

對于單個排泥場，東西向無排水出口，南北兩側分布灌溉渠和支河，排水系統由南北干溝+東西支溝組成，東西支溝功能為：排地表0.6m深度內的地下水+地表水，南北干溝功能為：匯集支溝+地表1m深度內地下水(即排泥場深度)+地表水。東西支溝底寬0.8m，口寬1.2m，深0.6m，間距5m。南北干溝深1m，間距10m，并在干溝溝底鋪設一根PVD排水帶，排水帶外側為無紡土工布，內側有排水通道，該排水通道在坍塌淤積情況下依然有效。PVD排水帶上覆200mm土方即可。排水帶規格參照JT/T 521—2004《公路工程土工合成材料塑料排水排》選用。該排水帶可大大提高排水效率，具有自穩特性，待淤泥固結完畢，回收方便。每個地塊在南北側布置一條沉淀溝，水經沉淀后開缺排水入河，如圖1所示。

圖1 排泥場排水系統布置示意圖

3 堆土場設計

堆土場選址于兩側周邊農田，選取低洼閑置土地，面積共708.1畝。堆高控制在2m內，邊坡坡比為1∶1～1∶1.5。場內排水溝橫縱向間距30～40m，排水溝取土質0.5m×0.5m梯形排水溝，末端設沉沙池，沉沙池尺寸4m×2m×1.5m，沉沙池共10座。

為避免水土流失，堆土場四周布置填土草包，頂寬1m，底寬1.5m，高2m，填土草包6870m3。堆土量較大，施工期間對堆土邊坡采用密目網苫蓋，共7800m2。

堆土場利用結束后撒播草籽綠化[14- 15]，并回覆表土并綠化、平整，共計撒播混合灌草籽47.22hm2，場地平整47.22hm2。

4 腐殖土利用

表層土是微生物和各種生物經過長年累月相互影響而形成的，它是柔軟且對植物富有營養的好土，腐殖土中包含了各種微生物，若表土一旦喪失，將難以簡單地復原。根據建設安排，該工程腐殖土將用于東灘綠化工程，本次將腐殖土的開挖堆放與綠化種植用土結合，根據運距將綠化種植點(用土區)分布各個標段，腐殖土共11.26萬m3，僅能滿足部分種植點用土需求，將腐殖土運入不同用土區，優化運距，綠化種植工程也可完全利用腐殖土，有利于生態，節約投資，表2為土方平衡表。

表2 腐殖土土方運輸平衡表

5 結語

本文以實際工程為例，通過分析不同土方施工方式，對產生的棄土進行精細化設計，使廢土“變廢為寶”。排泥場的泥漿快速固結系統大大節約了固結時間，提高了土方利用效率；干土堆土場的水土保持具體措施保證了設計的落地，避免模板化和套路化，有效防止水土流失；腐殖土的剝離、地點和土方量的明確，保證了腐殖土的有效利用，約束了施工期對腐殖土處理的隨意性，同時，東灘綠化工程的部分土方需求得到了滿足，從整體上減少了土方運距，節約了投資。