淺談山區(qū)高速公路棄土場(chǎng)選址和設(shè)計(jì)

張 昊

（湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司,湖北 武漢 430050）

0 引言

山區(qū)高速公路由于地形陡峭，線性指標(biāo)較高，難以做到填挖平衡，且一般挖方遠(yuǎn)大于填方，由此帶來了大量棄方，必須設(shè)置足夠的棄土場(chǎng)對(duì)這些棄方進(jìn)行消納。棄土場(chǎng)雖然僅僅是公路建設(shè)的附屬工程，但如果設(shè)計(jì)單位對(duì)其重視程度不夠，考慮因素不足，加之施工單位為方便施工，管理不嚴(yán)，極有可能在工程建設(shè)或運(yùn)營時(shí)帶來水土流失、垮塌變形等一些次生災(zāi)害。如2015 年底深圳渣土場(chǎng)發(fā)生的特大滑坡，造成巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失，引起廣大工程建設(shè)及管理人員的深刻反思。該文結(jié)合十巫高速公路鄖西至鮑峽段的棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)，探討總結(jié)了棄土場(chǎng)的選址、方案選擇、穩(wěn)定性分析等設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為類似山區(qū)高速公路的相關(guān)設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

十巫高速公路鄖西至鮑峽段湖北省十堰市西北部，路線走廊總體呈南北向，全長(zhǎng)34.84 km，橋隧比約為70%。項(xiàng)目區(qū)位于秦巴山區(qū)腹地，區(qū)內(nèi)山高坡陡，溝壑縱橫，河谷切割較深。路線主要經(jīng)過構(gòu)造剝蝕低山—丘陵、構(gòu)造剝蝕低山地貌類型，山體主要由各類變質(zhì)巖夾少量沉積巖構(gòu)成。該項(xiàng)目全線路基棄方約250 萬m3，隧道棄渣約150 萬m3，合計(jì)需棄土約400 萬m3，沿線共設(shè)置22 處棄土場(chǎng)。

2 棄土場(chǎng)選址要點(diǎn)

2.1 安全性

棄土場(chǎng)的安全性為選址時(shí)首要的考慮因素。根據(jù)《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]的規(guī)定，嚴(yán)禁在對(duì)重要基礎(chǔ)設(shè)施、人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全及行洪安全有重大影響的區(qū)域布設(shè)棄渣場(chǎng)。基于安全考慮，棄土場(chǎng)選址時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)[2-3]：

（1）應(yīng)避開滑坡、不穩(wěn)定斜坡等不良地質(zhì)條件段，不宜在泥石流易發(fā)區(qū)設(shè)置棄土場(chǎng)。

（2）不宜設(shè)置在匯水面積和流量大、溝谷縱坡陡且出口不宜攔截的溝道。

（3）不應(yīng)危害公路鐵路等重要構(gòu)造物的安全，棄土場(chǎng)坡腳應(yīng)與構(gòu)造物留有一定的安全防護(hù)距離。

（4）沿河岸布置時(shí)，不得影響河道正常防洪行洪，必要時(shí)應(yīng)在臨河一側(cè)設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)以防止沖刷。

（5）對(duì)于地面斜坡較陡的棄土場(chǎng)應(yīng)加強(qiáng)穩(wěn)定性分析，合理設(shè)置支擋措施。

2.2 經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性是棄土選址當(dāng)中的主要控制因素，經(jīng)濟(jì)性主要體現(xiàn)在棄土運(yùn)距。棄土場(chǎng)的選址和容量應(yīng)結(jié)合土石方數(shù)量、路線周邊道路及便道情況、不可跨越的江河及長(zhǎng)隧道位置等綜合考慮，合理規(guī)劃棄土路線，選擇綜合運(yùn)量最少的方案。一般來說，施工單位可接受棄土運(yùn)距不宜超過10 km，如果運(yùn)距太遠(yuǎn)，成本過高，在工程實(shí)施上容易遇到困難。但是，也不可為了盲目追求短運(yùn)距，降低成本而不利于路基后期運(yùn)營安全。

2.3 環(huán)境影響

棄土場(chǎng)的設(shè)置對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境有著較大的影響。對(duì)于自然環(huán)境，主要是可能造成水土流失、植被減少等。對(duì)于人文環(huán)境，主要是棄土場(chǎng)施工過程中帶來的機(jī)械噪聲、廢氣廢物、水源污染等。因此，從環(huán)境角度考慮，棄土場(chǎng)選址應(yīng)做到：

（1）應(yīng)盡可能地利用山谷荒地，盡量減少對(duì)耕地、經(jīng)濟(jì)林地的占用，節(jié)約土地資源。

（2）宜避開較大的居民點(diǎn)或保證足夠的距離，減少對(duì)居民生活的影響，避免影響飲用及排灌設(shè)施。

（3）原則上不宜在景區(qū)范圍內(nèi)設(shè)置棄土場(chǎng)，盡量把棄土場(chǎng)布置在公路的視野之外，并做好表土的綠化。

2.4 其他

其他因素主要是應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)卣腿罕姷暮侠碓V求，盡量減少因設(shè)置棄土場(chǎng)對(duì)墳地、電力電線、房屋等的拆遷數(shù)量，處理好工程建設(shè)與當(dāng)?shù)厝嗣窭娴拿堋２糠謼壨翀?chǎng)可結(jié)合當(dāng)?shù)氐耐恋匾?guī)劃進(jìn)行設(shè)置，與棄土造田、加固河堤、修筑宅基地等一并考慮。如該項(xiàng)目3 標(biāo)段10#棄土場(chǎng)沿河道兩岸臺(tái)地棄方并壓實(shí)，形成較寬的平地，用于當(dāng)?shù)夭疬w房的安置，在山區(qū)土地資源寶貴的情形下不失為一種好的方案。

3 棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)方案

3.1 集中棄土場(chǎng)設(shè)置

根據(jù)《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，棄土場(chǎng)按地形條件、與河溝相對(duì)位置、洪水處理方式等可分為溝道型、臨河型、坡地型、平地型、庫區(qū)型五種類型。該項(xiàng)目集中棄土場(chǎng)的設(shè)置主要采用了溝道型，并且盡量選擇肚大口小、上游匯水面積小的支溝，此時(shí)鎖口簡(jiǎn)單，只需設(shè)置一道擋土墻，支擋工程費(fèi)用較低，棄土場(chǎng)穩(wěn)定性也較好。以1標(biāo)段5#棄土場(chǎng)為例，典型棄土場(chǎng)布置如圖1 所示。

圖1 1 標(biāo)段5#棄土場(chǎng)平面圖

需要注意的是，由于該項(xiàng)目路線主要臨河溝沿山腰布線，路線下方空間受限，因此許多棄土場(chǎng)只能設(shè)置在路線上游。由于棄土場(chǎng)施工時(shí)很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壓實(shí)度，長(zhǎng)期來看存在發(fā)生變形或推移的可能性，另外棄土場(chǎng)棄方時(shí)產(chǎn)生的大塊滾石的滾動(dòng)也會(huì)對(duì)已建成的主線路基、橋梁墩臺(tái)產(chǎn)生不利影響。因此，在加強(qiáng)棄土場(chǎng)防護(hù)的同時(shí)，也必須對(duì)棄土場(chǎng)坡腳與路線邊緣的安全防護(hù)距離做出一定要求。理論上安全防護(hù)距離與渣土的性質(zhì)、棄方高度、地形坡度等均有關(guān)系，參考《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》[4]的規(guī)定，對(duì)于棄渣場(chǎng)與公路的安全防護(hù)距離為1.0H～1.5H，H為棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)堆置總高度。因此出于安全性考慮，該項(xiàng)目棄土場(chǎng)坡腳線與主線邊緣均保證不小于50 m 的安全距離。

3.2 與主線路基結(jié)合考慮

在不影響主線安全的前提下，棄土場(chǎng)可與公路主線填方邊坡相結(jié)合，統(tǒng)籌考慮。

一是可以布設(shè)在高填方路基坡腳，利用棄土對(duì)路堤進(jìn)行反壓，既達(dá)到了消化了棄方的目的，又增強(qiáng)了路堤的穩(wěn)定性。如1 標(biāo)段2#棄土場(chǎng)（見圖2），主線在該處為高填方路基，按8 m 一級(jí)，坡率1 ∶2.00 進(jìn)行放坡，邊坡高度超過40 m，對(duì)路基的穩(wěn)定性提出了較高的要求。考慮到地形較為平坦，在路堤坡腳以外設(shè)置棄土反壓，棄渣填至路基第三級(jí)邊坡坡腳處，在消化棄方的同時(shí)提高了該處高填方路基的穩(wěn)定性。

圖2 1 標(biāo)段2#棄土場(chǎng)剖面圖

二是可以利用主線高填路基填筑形成的洼地設(shè)置棄土場(chǎng)（也可稱作填平區(qū)[5]），如1 標(biāo)段3#棄土場(chǎng)（見圖3）。該棄土場(chǎng)不僅能夠消化棄方，而且填平后可以復(fù)耕利用，達(dá)到了節(jié)約用地的效果。此外主線涵洞標(biāo)高可以相應(yīng)抬高，減小了涵長(zhǎng)，節(jié)約了主體工程數(shù)量。因此，在山區(qū)高速棄土方案設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能利用這些可以填平的位置消納棄方。但設(shè)計(jì)中應(yīng)注意，為防止雨水通過較松散的棄渣體滲入主線路基，使得主線路基土長(zhǎng)時(shí)間浸水軟化，強(qiáng)度和穩(wěn)定性降低。一般應(yīng)要求該類棄土場(chǎng)達(dá)到或接近路基的壓實(shí)度，棄土施工可與路基施工同步進(jìn)行。同時(shí)應(yīng)做好棄土場(chǎng)的截排水措施，兩側(cè)設(shè)置截水溝，表層用黏土封層封閉，必要時(shí)底部可設(shè)置碎石盲溝。

圖3 1 標(biāo)段3#棄土場(chǎng)剖面圖

4 棄土場(chǎng)穩(wěn)定性分析

棄土場(chǎng)的穩(wěn)定性分析是棄土場(chǎng)選址和設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，是棄土場(chǎng)安全性的基本保障，決定了棄土場(chǎng)的支擋形式及規(guī)模，同時(shí)也影響了棄土方案的經(jīng)濟(jì)性。

目前規(guī)范上多采用簡(jiǎn)化畢肖普法分析棄土場(chǎng)的自身穩(wěn)定或棄土場(chǎng)與地基的整體穩(wěn)定性。此外，當(dāng)?shù)孛嫫露容^陡時(shí)，棄土場(chǎng)還可能沿斜坡地基或軟弱層帶滑動(dòng)失穩(wěn)，此時(shí)穩(wěn)定系數(shù)可采用不平衡推力法計(jì)算[6]。

以1 標(biāo)段5#為例，該棄土場(chǎng)原地面為強(qiáng)—中風(fēng)化絹云母石英片巖，棄渣體為附近主線路塹挖方材料，以中—強(qiáng)風(fēng)化片巖為主。根據(jù)棄土場(chǎng)剖面圖建立分析模型如圖4，各巖土層參數(shù)如表1 所示。

圖4 棄土場(chǎng)穩(wěn)定性分析模型

表1 巖土物理力學(xué)參數(shù)建議值

當(dāng)分析棄土場(chǎng)自身穩(wěn)定性時(shí)，最不利滑面為潛在滑動(dòng)面1，當(dāng)分析棄土場(chǎng)沿斜坡地基或軟弱層滑動(dòng)的穩(wěn)定性時(shí)，計(jì)算滑面為清表后的原地面，即潛在滑動(dòng)面2，分析結(jié)果見表2。

表2 棄土場(chǎng)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

由此可見，該棄土場(chǎng)在兩種情況下的穩(wěn)定系數(shù)均滿足要求，只需設(shè)置常規(guī)的攔渣墻防護(hù)即可。

5 總結(jié)

該文總結(jié)了十巫高速公路鄖西至鮑峽段棄土場(chǎng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，歸納得出的主要結(jié)論如下：

（1）棄土場(chǎng)選址應(yīng)考慮安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境影響及其他因素，其中安全性是首要考慮因素，經(jīng)濟(jì)性是主要控制因素。

（2）當(dāng)棄土場(chǎng)設(shè)置在路線上游時(shí)，必須保證符合坡腳與主線邊緣安全防護(hù)距離的要求。棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)中有條件時(shí)可結(jié)合路基填筑一起考慮，一方面可利用棄土對(duì)路堤進(jìn)行反壓，在消化棄方的同時(shí)又增強(qiáng)了路堤的穩(wěn)定性；另一方面利用填平區(qū)棄土可節(jié)約用地，降低工程造價(jià)。

（3）棄土場(chǎng)的穩(wěn)定性計(jì)算包含棄土場(chǎng)自身穩(wěn)定性以及棄土場(chǎng)沿斜坡地基或軟弱層滑動(dòng)的穩(wěn)定性兩方面，分別推薦采用簡(jiǎn)化畢肖普法和不平衡推力法進(jìn)行計(jì)算，二者的穩(wěn)定安全系數(shù)均需滿足相關(guān)的規(guī)范要求。