甘肅定臨高速公路棄土方案設(shè)計(jì)

高慧，梁嘉

(1.中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430000；2.武漢市給排水工程設(shè)計(jì)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(fā)展規(guī)劃中定西市“三縱兩橫”高速公路主骨架之一。起點(diǎn)(AK0+000)與擬建通渭至定西高速公路相接于定西縣內(nèi)官營(yíng)鎮(zhèn)新莊門，終點(diǎn)(AK70+884.131)與G75蘭海(蘭州—?？?高速公路蘭臨(蘭州—臨洮)段相接于臨洮縣洮陽(yáng)鎮(zhèn)南園村，是連霍(連云港—霍爾果斯)與蘭海高速公路的聯(lián)絡(luò)線。路線總體走向?yàn)樽詵|向西，連接甘肅天水、平?jīng)觥c陽(yáng)及寧夏等地，通往中南部臨夏、甘南、青海等地。由2個(gè)標(biāo)段組成，其中第1標(biāo)段(AK0+000—AK32+821.614)由中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司設(shè)計(jì)。該標(biāo)段采用全立交、全封閉、控制出入的雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)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(jí)為公路-Ⅰ級(jí)；特大橋采用的設(shè)計(jì)洪水頻率為300年一遇，大(中、小)橋、涵洞和路基采用的設(shè)計(jì)洪水頻率為100年一遇。

1 第1標(biāo)段總體棄方情況

該標(biāo)段處于隴西黃土高原的西部，構(gòu)造格架多屬中、新生代丘陵，區(qū)內(nèi)黃土廣泛覆蓋，溝壑縱橫，梁脊起伏，地勢(shì)中間高，以內(nèi)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(fā)育，海拔1 600～2 500 m，相對(duì)高差一般小于300 m?？傮w呈現(xiàn)黃土梁峁丘陵地貌景觀，在黃土峁梁區(qū)的沖溝中，滑坡、溜塌、崩塌、碎落等不良地質(zhì)現(xiàn)象不發(fā)育，較大溝谷兩岸發(fā)育不對(duì)稱、不連續(xù)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(fā)大型泥石流的地形條件。

該標(biāo)段全線挖方441.7 萬(wàn)m3，填方294.37 萬(wàn)m3，棄方250 萬(wàn)m3，沿線棄隧道洞碴67.2 萬(wàn)m3，路線總棄方約428.9 萬(wàn)m3。為避免破壞原有植被，保護(hù)黃土地區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境，全線取、棄土場(chǎng)均集中設(shè)置，共設(shè)置棄土場(chǎng)10處、取土場(chǎng)3處(見(jiàn)表1)。

表1 定臨高速公路第1標(biāo)段取、棄土場(chǎng)設(shè)置情況

2 第1標(biāo)段總體棄方方案設(shè)計(jì)

2.1 棄方施工便道

(1) 盡量利用沿線機(jī)耕通道。沿線原有機(jī)耕通道除局部地段存在斷頭現(xiàn)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?？紤]項(xiàng)目施工期間大量重載車碾壓，以確保工期為前提，同時(shí)造福當(dāng)?shù)匕傩?，完成高速公路施工后還路于民，保證沿線村民出行環(huán)境，將機(jī)耕通道恢復(fù)并拓寬至4.5～5.5 m，路面結(jié)構(gòu)層主要為20 cm C25水泥砼面層+20 cm水穩(wěn)砂礫基層。在地形受限的情況下，將機(jī)耕通道設(shè)置于路基邊坡平臺(tái)上。

(2) 路線下穿蘭渝鐵路路段做好橋墩防撞設(shè)計(jì)，如采用防撞墻、外包等方式。

(3) 便道處于危險(xiǎn)地段(如臨邊、臨空等)時(shí)設(shè)置防護(hù)措施，如砌石護(hù)欄、波形護(hù)欄等。

2.2 棄土場(chǎng)位置選擇

綜合考慮項(xiàng)目地形地貌、生態(tài)景觀環(huán)保要求、集中棄土場(chǎng)與路基段相對(duì)位置關(guān)系、棄土場(chǎng)方量與實(shí)際儲(chǔ)量、主線路基排水要求、便道情況及當(dāng)?shù)厮块T的意見(jiàn)選擇棄土場(chǎng)位置。該標(biāo)段棄土場(chǎng)均設(shè)在不流水的干溝或支溝處，棄土場(chǎng)邊坡不陡于1∶1，棄土后進(jìn)行必要的整平、綠化和防護(hù)，以防水土流失。

2.3 棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)

為提高棄土場(chǎng)自身穩(wěn)定性，大部分棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)中增設(shè)坡腳處攔渣墻；原溝底設(shè)置卵礫石盲溝以排出原溝底積水；為減少水土流失，棄土場(chǎng)頂面采取中間高四周低的方式，四周設(shè)置排水溝排出表面匯水。棄土場(chǎng)棄土完成后，堆場(chǎng)頂面及四周做好復(fù)耕綠化處理。對(duì)設(shè)置于溝谷中的棄土場(chǎng)，重點(diǎn)做好防、排水設(shè)施布置，其泄水能力根據(jù)溝谷匯水面積計(jì)算，在棄土場(chǎng)四周或平臺(tái)頂設(shè)置排水溝，在坡口處設(shè)置片石砼擋渣墻或護(hù)坡，地基鋪筑卵礫等透水材料。下面以9#棄土場(chǎng)為例，對(duì)棄土場(chǎng)的平、縱、橫、擋渣墻(護(hù)腳)、排水等進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.3.1 9#棄土場(chǎng)地質(zhì)情況

9#棄土場(chǎng)所處片區(qū)地質(zhì)主要為第四系(Q)松散層，以黃土、砂、礫石為主。全新統(tǒng)(Q4)：以沖積，洪積為主，在河谷區(qū)、盆地內(nèi)主要為黃土狀粉質(zhì)黏土、粉土及砂礫石；黃土塬區(qū)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(xiàn)為互層產(chǎn)出，具一定的水平層理，層厚沒(méi)有規(guī)律，變化較大，一般數(shù)米，最大數(shù)十米(見(jiàn)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(chǎng)的平面位置

9#棄土場(chǎng)位于該標(biāo)段AK31+400左側(cè)200 m處，屬于定西市漫洼鄉(xiāng)龍金村(見(jiàn)圖3)。該棄土場(chǎng)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(shè)計(jì)棄方量約52萬(wàn)m3。

圖3 9#棄土場(chǎng)平面位置示意圖

2.3.3 棄土場(chǎng)方案確定

9#棄土場(chǎng)的選址位于沖溝內(nèi)，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，棄土場(chǎng)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(tái)+放坡的形式堆置棄土，每級(jí)平臺(tái)寬度和邊坡高度不定，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，邊坡坡率為1∶1.5～1∶2.0，坡腳采用擋渣墻，臺(tái)階坡面植樹綠化。9#棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)主要考慮順溝棄土，以現(xiàn)有機(jī)耕通道高程為控制高程，左側(cè)順溝棄土長(zhǎng)度約500 m，右側(cè)順溝棄土長(zhǎng)度約380 m。經(jīng)綜合比較(見(jiàn)表2)，采用方案二。

圖4 9#棄土場(chǎng)備選方案

表2 9#棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)方案比選

2.3.4 棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)

(1) 擋渣墻設(shè)計(jì)。為保證棄土場(chǎng)整體穩(wěn)定性，在棄土場(chǎng)邊坡坡腳設(shè)置高3.0 m、寬1.5 m的擋渣墻(護(hù)腳，見(jiàn)圖5)。擋渣墻主要考慮采用穩(wěn)定性和整體性好的重力式片石砼擋土墻，擋土墻高度根據(jù)棄渣后實(shí)際情況調(diào)整，以3 m高為主。

圖5 擋渣墻大樣圖(單位：cm)

(2) 棄土場(chǎng)方案。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際踏勘結(jié)果，當(dāng)?shù)厣襟w大部分被開挖呈階梯狀，階梯平面上根據(jù)季節(jié)種植農(nóng)作物或樹木。因此，棄土場(chǎng)縱斷面設(shè)計(jì)中考慮階梯理念，采用平臺(tái)+放坡的形式，對(duì)整個(gè)棄土場(chǎng)穩(wěn)定性有利。以9#棄土場(chǎng)中一個(gè)典型剖面[見(jiàn)圖4(b)]為例，棄土場(chǎng)棄土后形成的填方邊坡共7級(jí)，第1級(jí)平臺(tái)寬32 m，邊坡高10 m，邊坡坡率1∶1.5；第2～5級(jí)平臺(tái)寬50 m，邊坡高10 m，邊坡坡率1∶1.5；第6級(jí)平臺(tái)寬25 m，邊坡高10 m，邊坡坡率1∶1.75；第7級(jí)平臺(tái)寬10 m，邊坡高12 m，邊坡坡率1∶2.0；坡腳設(shè)置高3.0 m、寬1.5 m的擋渣墻，以保證棄土場(chǎng)整體穩(wěn)定性。棄土場(chǎng)坡面采用單向排水，在棄土場(chǎng)外圍設(shè)置排水溝，棄土場(chǎng)排水溝中的水流匯入主線排水系統(tǒng)。

(3) 排水設(shè)計(jì)。黃土地區(qū)路基路面排水設(shè)計(jì)應(yīng)防、排、疏相結(jié)合，設(shè)置完善的防、排水系統(tǒng)。棄土場(chǎng)施工前，結(jié)合地形及設(shè)計(jì)圖中的永久排水系統(tǒng)做好臨時(shí)排水系統(tǒng)，將臨時(shí)與永久相結(jié)合，使棄土場(chǎng)范圍內(nèi)的水流可迅速排走。同時(shí)在棄土場(chǎng)施工中對(duì)棄土場(chǎng)及臨時(shí)排水設(shè)施進(jìn)行觀測(cè)。

(4) 其他設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目范圍內(nèi)河流主要為暴雨補(bǔ)給型，地表水徑流量豐、枯季節(jié)懸殊，60%～80%的年徑流量集中在夏、秋季節(jié)。地下水補(bǔ)給來(lái)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(bǔ)給等。為避免在暴雨沖刷情況下影響棄土場(chǎng)的穩(wěn)定，當(dāng)棄土石料中含有難風(fēng)化且粒徑較大的石塊時(shí)，將其敷設(shè)在棄土場(chǎng)底部，從下層往上層逐層壓實(shí)棄土，壓實(shí)度不低于85%?，F(xiàn)場(chǎng)石料較少時(shí)，采用在棄土場(chǎng)底部敷設(shè)管涵等措施將水迅速排走。管涵敷設(shè)斷面見(jiàn)圖6。

圖6 排水管涵敷設(shè)斷面

2.4 棄土場(chǎng)生態(tài)恢復(fù)

棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)首先要與環(huán)境保護(hù)相結(jié)合綜合考慮，選址時(shí)要確定其封場(chǎng)之后的用途(如設(shè)置景觀平臺(tái)、小型停車區(qū)等)，不能進(jìn)行綜合利用的棄土場(chǎng)必須進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。

(1) 棄土場(chǎng)的設(shè)置與標(biāo)段所有土石方數(shù)量、土石方施工時(shí)段、施工標(biāo)段劃分和取、棄土場(chǎng)利用進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，最大程度控制取、棄土場(chǎng)的用地規(guī)模，減少取、棄土場(chǎng)的水土流失，保護(hù)原始生態(tài)。

(2) 棄土場(chǎng)的生態(tài)恢復(fù)設(shè)計(jì)遵循簡(jiǎn)潔、易養(yǎng)護(hù)的原則，建立與項(xiàng)目地形地貌相一致的植被景觀或生態(tài)系統(tǒng)。

3 棄土場(chǎng)穩(wěn)定性分析

根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告，該項(xiàng)目所在地區(qū)粉質(zhì)黏土土體荷載為19 kN/m3，粘聚力為18.8 kPa，內(nèi)摩擦角為0.65°。棄土場(chǎng)為臨時(shí)工程，穩(wěn)定性計(jì)算中只考慮土體自重，不考慮附加荷載。借助理正軟件進(jìn)行計(jì)算，得：最不利滑動(dòng)面滑動(dòng)圓心=(6.207,28.927) m；滑動(dòng)半徑=29.580 m；滑動(dòng)安全系數(shù)=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(chǎng)整體穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

(1) 在具有特殊生態(tài)環(huán)境和地理環(huán)境的甘肅黃土地區(qū)高速公路建設(shè)中，需在項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工階段采用靈活的設(shè)計(jì)開發(fā)思路并采取措施，在盡量減少對(duì)沿線生態(tài)環(huán)境永久性破壞的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)總體路線走向與沿線環(huán)境相協(xié)調(diào)、公路建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)，最終實(shí)現(xiàn)地理、人文、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)的和諧統(tǒng)一。

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

(3) 高填方的棄土場(chǎng)施工前，應(yīng)結(jié)合地形及設(shè)計(jì)圖中的永久排水系統(tǒng)做好臨時(shí)排水系統(tǒng)，將臨時(shí)與永久相結(jié)合，使棄土場(chǎng)范圍內(nèi)的水流可迅速排走，邊坡應(yīng)隨填隨護(hù)，防止集中水流沖毀棄渣。