低山丘陵區(qū)鐵路工程棄渣場水土保持防治措施研究

劉宇林

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063）

1 低山丘陵區(qū)鐵路工程棄渣概況

在低山丘陵區(qū)建設(shè)鐵路時，需要充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)地況。低山丘陵區(qū)的坡體由多種巖類組成，一般巖體風(fēng)化程度不一，導(dǎo)致松散程度差別很大，同時這種地形包含豐富的水系資源。因此，在進(jìn)行鐵路建設(shè)時，通常采用的是截彎取直的方法。由于低山丘陵區(qū)鐵路地質(zhì)、地段、地形都具有特殊性，對于鐵路工程棄渣場，在水土保持工作的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)行科學(xué)選址、有效管理，以保障水土資源、生態(tài)環(huán)境與人們生產(chǎn)生活的完整性、安全性。

廣東低山丘陵區(qū)鐵路項(xiàng)目，全長96.882km，由西向東進(jìn)行鐵路的建設(shè)工作，經(jīng)過廣東低山丘陵區(qū)、山間盆地區(qū)、中低山區(qū)、遼河平原等地區(qū)。具體的工程內(nèi)容是：路基工程長度 14.609km、橋梁工程55.260km、隧道工程27.013km，防治責(zé)任范圍達(dá)到496.73hm2，工程產(chǎn)生棄渣674.73 萬m3。由此可見，在工程建設(shè)中產(chǎn)生的棄渣量是巨大的，這些不可利用的棄渣，后期需要進(jìn)行科學(xué)處理，合理堆置。隨著國家對生態(tài)環(huán)保的要求越來越高，相關(guān)的法律法規(guī)也對渣場選址及棄渣處理進(jìn)行了規(guī)定和約束，是鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目對棄渣進(jìn)行管理的依據(jù)，同時為鐵路工程水土保持方案的設(shè)計(jì)提供了參考[1]。

2 低山丘陵區(qū)鐵路工程棄渣場選址

2.1 低山丘陵區(qū)鐵路工程棄渣場選址分析

在生產(chǎn)項(xiàng)目建設(shè)過程中不可避免地會產(chǎn)生大量渣土，如果不能進(jìn)行再次利用，需要進(jìn)行合理設(shè)計(jì)與管理，放在專門的存放地點(diǎn)（即棄渣場）。需要注意的是，棄渣場選址需要合法，結(jié)合周圍環(huán)境，符合《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50433—2018）相關(guān)規(guī)范的要求。棄渣場選址需要遵循以下原則：

其一，不能在有公共設(shè)施、基礎(chǔ)設(shè)施以及居住區(qū)等區(qū)域設(shè)置棄渣場。

其二，河道棄渣場選址需要滿足河流防洪規(guī)劃和治導(dǎo)線的規(guī)定，不能在河道、湖泊和建成水庫等地設(shè)置棄渣場。

其三，在山區(qū)，可以選擇荒溝、坡地、支毛溝等作為棄渣場；在平原區(qū)，更適合選擇坡地、荒地，風(fēng)沙區(qū)，需要避開風(fēng)口。

其四，應(yīng)充分利用取土（石、砂）場、廢棄礦坑、沉陷區(qū)等場地。

其五，應(yīng)綜合考慮棄土（石、渣、灰、矸石、尾礦）結(jié)束后的土地利用。

低山丘陵區(qū)鐵路工程棄渣場選址，需要注意以下問題：不能離水源太近，需要保持安全距離；盡可能不占據(jù)農(nóng)田或者林地；不能設(shè)置在匯水面積較大的主溝道，匯水面積超過1km2的需要進(jìn)行防洪論證；對于低山丘陵區(qū)鐵路工程來說，需要結(jié)合實(shí)際的地形地貌，盡可能選擇凹地、荒溝、支毛溝等作為棄渣場地。

2.2 低山丘陵區(qū)鐵路工程棄渣場適用性分析

2.2.1 凹地型棄渣場

凹地型棄渣場是指在進(jìn)行鐵路工程建設(shè)時，進(jìn)行取土、采砂、采礦等工作，產(chǎn)生的一些廢棄的凹地（見圖1）。這一地形對棄渣處理具有很好的優(yōu)勢：不但可以填平地面，對于后期耕地與植被的恢復(fù)有一定的促進(jìn)作用，同時也可以接收棄渣，進(jìn)行一部分容量的棄渣處理[2]。

圖1 凹地型棄渣場

2.2.2 坡地型棄渣場

坡地型指的是坡度不大于25°、坡面比較穩(wěn)定的坡體。這種地形的棄渣場（見圖2）通常位于河道兩側(cè)，地勢相對平坦、開闊，是適宜建設(shè)棄渣場的地形?；谄碌匦蜅壴鼒龅奶匦?，在進(jìn)行水土保持防護(hù)時，設(shè)計(jì)或者采取措施的重點(diǎn)是：考慮棄渣場的穩(wěn)定性；注意排導(dǎo)坡面上游匯水，減少對棄渣場的影響。穩(wěn)定性是棄渣場設(shè)計(jì)首先需要遵循的原則，在進(jìn)行坡地型棄渣場的設(shè)計(jì)時，需要全面考慮坡地坡度、高度等方面，對堆積渣量進(jìn)行預(yù)設(shè)，不能超過容納方量，以免產(chǎn)生棄渣場垮塌問題。需要對堆渣坡腳設(shè)置擋渣墻，保護(hù)與穩(wěn)定渣坡，防止坍塌等不良后果；如果坡地型棄渣場的上游或者周邊有匯水時，還需要對水流、匯水面積等進(jìn)行計(jì)算，看是否與棄渣場的級別相符。此外，還需要設(shè)計(jì)預(yù)防措施，以防洪標(biāo)準(zhǔn)作為參考，科學(xué)設(shè)置截排水溝[3]。

圖2 坡地型棄渣場

2.2.3 溝道型棄渣場

低山丘陵區(qū)還存在一種特殊地貌，就是溝道，如不發(fā)育的荒溝、支毛溝。棄渣場選址時，需要看溝道的溝底情況，是不是平緩，有沒有長流水，結(jié)合坡體溝道兩側(cè)的比降進(jìn)行棄渣場可能對水土流失產(chǎn)生的影響預(yù)測，找到最為適宜的地勢建設(shè)棄渣場。當(dāng)然也需要將人們生產(chǎn)生活作為考慮因素，下游地區(qū)是否有居民，是否有重要的公共基礎(chǔ)設(shè)施等。由于溝道的特殊地形，還需要考慮運(yùn)輸便道的設(shè)置與施工問題，交通是否便利，距離是否會產(chǎn)生大量成本等。基于溝道型棄渣場的特點(diǎn)，開展水土保持工作時需要對攔擋與排洪進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合棄渣場的堆存棄渣量、堆渣高度以及安全防護(hù)措施，對主體工程、環(huán)境產(chǎn)生的危害程度。

在溝道型棄渣場進(jìn)行渣體的堆放時，需要以分層棄渣為原則，先擋后棄。對渣體進(jìn)行分層，單層厚度最高5m。傾倒時采用自下而上的方法，嚴(yán)禁自上而下傾倒棄渣。在具體堆渣過程中，需要及時地平整渣體，設(shè)計(jì)整理成傾向內(nèi)側(cè)的反坡，可以減少雨水對棄渣的沖刷，減少坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。此外，棄渣場底部選擇抗剪強(qiáng)度高、透水性好的石方為主，起到一定的穩(wěn)固作用。對那些抗剪強(qiáng)度低、透水性差的棄渣可以堆放在上方，管理更有效[4]。

2.2.4 低山丘陵區(qū)棄渣場的選址

為了更好地理解低山丘陵區(qū)鐵路工程棄渣場如何科學(xué)選址，參考技術(shù)規(guī)范規(guī)定，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡乩硖攸c(diǎn)，根據(jù)地形、地貌、地質(zhì)等實(shí)際情況，結(jié)合鐵路工程產(chǎn)生的棄渣量，確定選址與數(shù)量。廣東低山丘陵區(qū)鐵路項(xiàng)目在此基礎(chǔ)上決定優(yōu)先選擇廢棄坑塘、低緩坡地及山間不發(fā)育的支毛溝設(shè)計(jì)棄渣場，共建設(shè)11 處，其中凹地型棄渣場4 處、坡地型棄渣場1 處、溝道型棄渣場6 處。

3 低山丘陵區(qū)鐵路工程棄渣場水土保持防護(hù)措施設(shè)計(jì)

在低山丘陵區(qū)鐵路項(xiàng)目區(qū)對棄渣進(jìn)行管理，水土保持工作尤其重要，通過整理與分析，提出需要遵循的原則。以工程措施為主，植物措施為輔。對棄渣相關(guān)工作進(jìn)行及時跟進(jìn)，將這些工作有機(jī)結(jié)合起來，以點(diǎn)連線帶面，對水土流失問題進(jìn)行管理與控制，以期發(fā)揮工程措施的控制作用與明效性，在短時間內(nèi)遏制、避免水土流失問題的產(chǎn)生。應(yīng)用植物措施，不但保護(hù)了水土資源，整治了土地表面，防治水土流失的同時，還可以對周邊環(huán)境進(jìn)行綠化，達(dá)到改善自然環(huán)境的目標(biāo)[5]。

3.1 水土保持工程措施

3.1.1 攔擋工程設(shè)計(jì)

攔擋工程是保持水土的重要措施，通常需要設(shè)計(jì)擋渣墻、擋渣壩、擋渣堤、圍渣堰，其中擋渣墻最為有效與適用，低山丘陵區(qū)棄渣場類型大多適用。選擇擋渣墻軸線時，應(yīng)該避免不良地質(zhì)體，如滑坡體、崩塌體、斷裂帶等。擋渣工程最為重要的作用是攔擋。

廣東低山丘陵區(qū)鐵路工程棄渣場水土保持在進(jìn)行設(shè)計(jì)時采用“先攔后棄”的原則。在棄渣前，首先，修筑擋墻，具體的設(shè)計(jì)需要結(jié)合后期覆土要求，一般高度宜超過堆渣起坡點(diǎn)1.0m，堆渣坡比按1∶2.5 設(shè)計(jì)。棄渣堆放也需要有一定的規(guī)定，根據(jù)不同渣體進(jìn)行分層，自下而上碾壓密實(shí)，達(dá)到規(guī)定高度為止。其次，在地表或者坡面覆土。下部設(shè)計(jì)采取混凝土進(jìn)行擋墻，擋墻胸坡坡比1∶0.25，背坡坡比1∶0.25。擋墻基礎(chǔ)埋置于凍結(jié)深度以下不小于0.25m。沿墻長每10～20m 設(shè)1 道伸縮縫，縫寬0.02m，縫內(nèi)沿內(nèi)、外、頂3 邊填塞瀝青麻筋，塞入深度不小于0.2m。墻身露出地面部分，沿墻長、墻高每隔2～3m，上、下、左、右交錯設(shè)置泄水孔[6]。

3.1.2 排洪與截排水工程設(shè)計(jì)

排洪與截排水工程的設(shè)計(jì)需要結(jié)合不同類型的棄渣場，具體的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也各不相同。具體情況需要具體分析，結(jié)合棄渣場等級確定排洪與截排水工程。在進(jìn)行坡面、渣場自身排水設(shè)計(jì)時，按20年一遇1h 暴雨的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。如果棄渣場的級別相同，排洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)需要從匯水面積、下游保護(hù)對象等進(jìn)行選擇與設(shè)計(jì)，根據(jù)重要性進(jìn)行排洪與截排水工程設(shè)計(jì)，不宜采用一刀切的方法。對于渣場邊緣，考慮用M10 漿砌片制作石邊緣水溝，對棄渣場外的地表水進(jìn)行攔截，保障棄渣場的安全。在進(jìn)行渣頂設(shè)計(jì)時，需要順接原自然溝溝底，進(jìn)而保障溝內(nèi)流水能夠通過渣頂水溝及邊溝排出，在接連處采用M10 漿砌片石鋪砌，鋪砌厚度50cm，寬度5m，截排水溝出口應(yīng)延伸至擋渣墻下端，并配套消能沉砂池措施防止水流沖蝕擋墻及下游土地[7]。

（1）對洪峰流量進(jìn)行科學(xué)估算。參考《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 51018—2014）要求，在進(jìn)行棄渣場截排水設(shè)計(jì)時，流量計(jì)算采用5年一遇10min 短歷時暴雨為參考。

（2）截排水溝斷面尺寸。根據(jù)最大洪峰總量確定截排水溝斷面尺寸。

（3）沉砂消能池。以《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 51018—2014）為標(biāo)準(zhǔn)，為了減少截（排）水溝出口處地面起伏，與原排水更好地連接，防止水沖刷到下游，需要設(shè)計(jì)消能設(shè)施，設(shè)計(jì)寬度為原排水溝的2 倍，長度為池體寬度的2 倍。

（4）碎石盲溝。在棄渣場底部擋墻與盲溝相接處，預(yù)留2 根PVC 透水管，用以引排滲入棄渣場內(nèi)的地下水。

（5）擋墻鋪砌。為防止水流沖刷擋墻，在擋墻墻頂與渣體連接處鋪設(shè)漿砌片石。

（6）最后對土地進(jìn)行土地整治。

3.2 水土保持植物措施

廢棄渣場水土保持措施還包括植物措施。利用喬灌草提高渣體植被覆蓋度，使水土流失的影響大大降低。植物的選種需要考慮場地的氣候、地形、土壤等，同時輔以地方水土保持經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)化棄渣場的水土保持效果。

完成棄渣后，對表層與坡面采取植物防治措施。種植覆蓋灌木，灌木之中配合草種以提升植被的覆蓋效果。其中，灌木的種類推薦多選擇紫穗槐，每株紫穗槐前后行距控制在1.0m 左右，每穴2 株；行間配合的草種宜為紫花苜蓿、黑麥草等。為加強(qiáng)灌木與草種的成活率，在種植完畢之后，應(yīng)及時澆灌、澆透。在種植的前兩年，必須對灌木與草種細(xì)心呵護(hù)、撫育，如按規(guī)定施肥、防蟲等。

3.3 水土保持臨時措施

臨時覆蓋、攔擋等措施也是棄渣場防治水土流失常用的手段，如在用地范圍內(nèi)采取編織袋壓坡腳、塑料薄膜覆蓋、降低坡度、臨時擋土墻等措施。通常情況下，編織袋壓坡腳的高度宜為4m 左右。采取塑料薄膜遮擋，要求塑料薄膜平整、密實(shí)、無撕裂、無破壞，膜的質(zhì)量要好，且四周采取砌塊壓蓋或輔以機(jī)械方式固定，這樣才能發(fā)揮水土保持作用。

4 結(jié)語

數(shù)量大、范圍廣、棄渣活動頻繁是鐵路棄渣場的重要特點(diǎn)，若不做好相應(yīng)的水土保持措施，會引發(fā)水土流失問題，影響安全。這對鐵路項(xiàng)目工程提出更高的要求，要做好防治水土流失措施的體系建設(shè)，保護(hù)環(huán)境，保障鐵路運(yùn)行安全。棄渣場水土保持工作需依據(jù)原則制定保護(hù)策略，避免項(xiàng)目出現(xiàn)水土流失或降低其概率。另外，還需考慮鐵路項(xiàng)目所處地理位置的環(huán)境特征、地形地貌等情況。在凹地型、溝道型、坡地型棄渣場類型中，以凹地型棄渣場最為常見有效。