山區公路棄渣場設計方案探討

楊小磊

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

由于山區地形、地貌的復雜性，導致山區公路建設時，設計人員在公路縱斷面設計中很難達到全項目土石方調配平衡，因此不可避免地會產生大量棄方，但由于山嶺重丘區公路沿線山高坡陡，公路沿線往往很難找到合適的棄渣場位置，所選棄渣場要么位于黃土沖溝，要么位于陡坡山地[1]。工程施工時棄渣往往隨意堆棄，渣場坡面坡比過陡，未設置防排水設施，渣場未經必要的壓實處理，棄土完畢后坡面綠化不充分，因此極易造成水土流失，甚至引起棄渣體滑塌，以及發生泥石流等災害。合理的棄渣場處治已成為建設項目水土保持驗收的重要環節[2-3]。本文以某山嶺重丘區在建高速公路棄渣場設計為例，對山區公路建設中棄渣場設計方案提出參考。

1 渣場設置及違規棄渣處治原則

1.1 棄渣場設置原則

a）設計遵循沿線生態環境原則，將渣場處治的重點放在環境恢復上，最大程度地恢復已破壞地段的生態環境。對于占用旱地的棄渣場采用復耕的方式恢復用地，對占用荒草地的棄渣場地根據周邊環境采取工程防護措施和植物防護措施相結合的方式防止水土流失。

b）棄渣場設計應適應地形，自然靈活，其邊坡不應陡于1∶1.5，頂部向路基外傾斜橫坡不應小于2%.

c）設計以防護與排水相結合為原則，通過擋墻、護坡與截水溝、排水溝、急流槽及排水渠等相互結合，以組成完善的防護排水體系。使水流匯入自然溝渠或河流，避免浸蝕地表，造成水土流失。

d）沿河路線，有條件時可將棄方筑壩，以保護沿河村舍及農田的安全。但不得阻塞河流，擠壓橋孔或沖刷河岸。

1.2 特殊位置違規棄渣處治原則

a）對于橋下棄渣：（a）橋下棄渣場，因棄土易引發牽引式滑動，從而影響橋墩安全，需要整治、清理，并完善防護、排水設施及綠化處治。（b）橋下棄石場，在不影響行洪的條件下覆土綠化或噴播綠化。

b）對于臨近村莊的棄渣：（a）臨近村莊的防護措施應加強，并增加排水設施。（b）渣場盡量降低高度，并放緩邊坡。（c）應書面告知村民及當地政府，渣場的規模、范圍及處治措施，說明渣場潰壩的危害，專人專崗、定期檢查并記錄在案，發生問題及時解決。

c）對侵入河道的棄渣，必須清除，并疏通河道。

2 棄渣場級別及分類

依據《水土保持工程設計規范》規定，棄渣量、渣場堆棄高度、棄渣場失穩后危害程度三因素決定了棄渣場的分級[4]，具體分級詳見表1。

表1 棄渣場分級

依據《水土保持工程設計規范》，棄渣場分為5種類型：溝道型、臨河型、坡地型、平地型、庫區型，其判別因素主要包括棄渣場的地形條件、與河（溝）相對位置及洪水處理方式等。

3 棄渣場設計

3.1 棄渣場防護措施原則

為達到最大工程經濟效益，棄渣場邊坡防護一般以放緩邊坡至棄渣天然穩定角后培土綠化為主，實施上截、下攔措施。棄渣前應完善截、排水設施及坡腳攔渣墻，確保先支擋后棄渣。

3.1.1 設置于平地的棄渣場

應先修建攔渣墻，并預留運輸通道，再進行棄渣整治，棄渣完畢后修建截、排水設施與天然排水溝順接。

3.1.2 設置于沖溝的棄渣場

a）若棄渣中無大型石塊，棄渣前應先砌筑攔渣墻，并于棄渣場四周設置截排水設施后，方可進行棄渣作業。

b）若棄渣中存在大型石塊，為避免大型石塊砸壞攔渣墻，棄渣前應先將部分大型石塊堆砌于棄渣場下游坡腳并用鐵絲網固定形成鐵絲石籠，在石籠外圍砌筑攔渣墻，并在渣場四周設置截排水設施后，方可進行棄渣作業。

3.2 棄渣場防護措施設計

3.2.1 結構設計

該方案根據棄渣場的環境條件和防治要求，設計了4類墻高的重力式攔渣墻，尺寸見表2，攔渣墻設計圖見圖1。

表2 重力式攔渣墻尺寸表

圖1 攔渣墻設計圖（單位:cm）

3.2.2 穩定性計算

a）主動土壓力計算。

主動土壓力系數Ka：

e）設計參數 根據當地地質條件和棄土性質，其設計參數見表3。

表3 設計參數表

f）墻體尺寸 由設計的擋渣墻尺寸簡化為計算用的尺寸見表4。

表4 設計擋渣墻簡化尺寸表

g）穩定性驗算結果 依據上述4類擋渣墻的尺寸及相關設計條件，通過穩定性驗算公式，可得出擋渣墻的抗滑移系數、抗傾覆系數、平均地基承載力以及合力偏心距，結果如表5所示。由表可知，上述4項指標均滿足《開發建設項目水土保持技術規范》要求[4]，可以推斷所設計的擋渣墻是穩定的。

表5 設計擋渣墻計算結果表

h）渣體穩定性分析 為了確保棄渣體的穩定，防止棄渣體沿基礎產生深層或淺層滑動，對其進行穩定性分析計算。計算時采用瑞典圓弧法，抗滑穩定安全系數應不小于表6及表7規定的數值。

表6 棄渣場抗滑穩定安全系數

表7 正常工況下各棄渣場穩定性計算

3.3 棄渣場邊坡設計

棄渣場邊坡多陡峭，處于不穩定狀態，且棄渣壓實度不足，內部結構松散，易發生坍塌，甚至滑坡。因此要求棄渣場壓實度不得小于80%，同時減緩棄渣場邊坡的坡度。

a）邊坡高度Hmax≤10 m時，不設平臺，邊坡坡率為 1∶2。

b）邊坡高度 Hmax＞10 m 時，在 10 m、20 m 及30 m位置處設置平臺，平臺寬度不小于4.0 m，每級均按1∶2的坡率進行放坡，放坡后可達到穩定。

c）坡腳處均設置擋渣墻[5]。

3.4 棄渣場的排水工程措施

依據《灌溉與排水工程設計規范》和《防洪標準》規定，棄渣場截、排水設施按五級標準進行設計，坡面洪水頻率標準按1/20設計。棄渣場底部沿溝谷設置一道縱向盲溝，縱向盲溝兩側每20 m設置1道橫向盲溝，渣場中截水溝的設計斷面取60×60 cm2、排水溝及急流槽的設計斷面均取80×60 cm2，覆土后在頂部設置土埂擋水。

3.5 棄渣場的水保措施

棄渣場邊坡坡腳采取片石混凝土或漿砌類擋墻結合坡面植草防護，表面采取覆土后選擇植物綠化或者復耕措施。綠化可采用栽植刺槐進行綠化，按4.0 m×4.0 m間距種植；同時地表撒播紫花苜蓿等草籽進行綠化，進一步防止地表水土流失。具體渣場處治措施詳見表8所示。

表8 既有渣場整改設計情況

4 結語

隨著公路建設過程中綠色、生態、環保理念的逐漸深入，公路棄渣場的妥善處治已經是大勢所趨。如何經濟、合理地完成棄渣堆棄，避免造成水土流失、環境破壞等次生災害，已是公路工程能否順利竣工驗收的必備條件。本文依托實體工程棄渣場處治項目，提出了棄渣場治理的原則，并依據渣場穩定性驗算，得出了針對性的棄渣場設計方案，對同類工程項目棄渣場治理具有重要的借鑒意義。