甘肃定临高速公路弃土方案设计

高慧，梁嘉

(1.中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北 武汉 430000；2.武汉市给排水工程设计院有限公司，湖北 武汉 430000)

定临(定西—临洮)高速公路是甘肃省“十三五”公路发展规划中定西市“三纵两横”高速公路主骨架之一。起点(AK0+000)与拟建通渭至定西高速公路相接于定西县内官营镇新庄门，终点(AK70+884.131)与G75兰海(兰州—海口)高速公路兰临(兰州—临洮)段相接于临洮县洮阳镇南园村，是连霍(连云港—霍尔果斯)与兰海高速公路的联络线。路线总体走向为自东向西，连接甘肃天水、平凉、庆阳及宁夏等地，通往中南部临夏、甘南、青海等地。由2个标段组成，其中第1标段(AK0+000—AK32+821.614)由中交第二航务工程勘察设计院有限公司设计。该标段采用全立交、全封闭、控制出入的双向四车道高速公路标准建设，设计速度80 km/h，路基宽25.5 m；桥梁与路基同宽；隧道净宽10.25 m，净高5.0 m；汽车荷载等级为公路-Ⅰ级；特大桥采用的设计洪水频率为300年一遇，大(中、小)桥、涵洞和路基采用的设计洪水频率为100年一遇。

1 第1标段总体弃方情况

该标段处于陇西黄土高原的西部，构造格架多属中、新生代丘陵，区内黄土广泛覆盖，沟壑纵横，梁脊起伏，地势中间高，以内官黑山为界，定西段向东北倾斜，临洮段向南倾斜。地形较破碎，树枝状水系较发育，海拔1 600～2 500 m，相对高差一般小于300 m。总体呈现黄土梁峁丘陵地貌景观，在黄土峁梁区的冲沟中，滑坡、溜塌、崩塌、碎落等不良地质现象不发育，较大沟谷两岸发育不对称、不连续的洪积堆积阶地，沟谷沟床纵坡较小，一般小于6‰，沟床较宽，不具备爆发大型泥石流的地形条件。

该标段全线挖方441.7 万m3，填方294.37 万m3，弃方250 万m3，沿线弃隧道洞碴67.2 万m3，路线总弃方约428.9 万m3。为避免破坏原有植被，保护黄土地区脆弱的生态环境，全线取、弃土场均集中设置，共设置弃土场10处、取土场3处(见表1)。

表1 定临高速公路第1标段取、弃土场设置情况

2 第1标段总体弃方方案设计

2.1 弃方施工便道

(1) 尽量利用沿线机耕通道。沿线原有机耕通道除局部地段存在断头现象外，其余基本贯通。路基宽度为满足施工车辆需求，一般为3.0～4.5 m，最大纵坡15%，以碎石路面为主。考虑项目施工期间大量重载车碾压，以确保工期为前提，同时造福当地百姓，完成高速公路施工后还路于民，保证沿线村民出行环境，将机耕通道恢复并拓宽至4.5～5.5 m，路面结构层主要为20 cm C25水泥砼面层+20 cm水稳砂砾基层。在地形受限的情况下，将机耕通道设置于路基边坡平台上。

(2) 路线下穿兰渝铁路路段做好桥墩防撞设计，如采用防撞墙、外包等方式。

(3) 便道处于危险地段(如临边、临空等)时设置防护措施，如砌石护栏、波形护栏等。

2.2 弃土场位置选择

综合考虑项目地形地貌、生态景观环保要求、集中弃土场与路基段相对位置关系、弃土场方量与实际储量、主线路基排水要求、便道情况及当地水利部门的意见选择弃土场位置。该标段弃土场均设在不流水的干沟或支沟处，弃土场边坡不陡于1∶1，弃土后进行必要的整平、绿化和防护，以防水土流失。

2.3 弃土场设计

为提高弃土场自身稳定性，大部分弃土场设计中增设坡脚处拦渣墙；原沟底设置卵砾石盲沟以排出原沟底积水；为减少水土流失，弃土场顶面采取中间高四周低的方式，四周设置排水沟排出表面汇水。弃土场弃土完成后，堆场顶面及四周做好复耕绿化处理。对设置于沟谷中的弃土场，重点做好防、排水设施布置，其泄水能力根据沟谷汇水面积计算，在弃土场四周或平台顶设置排水沟，在坡口处设置片石砼挡渣墙或护坡，地基铺筑卵砾等透水材料。下面以9#弃土场为例，对弃土场的平、纵、横、挡渣墙(护脚)、排水等进行设计。

2.3.1 9#弃土场地质情况

9#弃土场所处片区地质主要为第四系(Q)松散层，以黄土、砂、砾石为主。全新统(Q4)：以冲积，洪积为主，在河谷区、盆地内主要为黄土状粉质黏土、粉土及砂砾石；黄土塬区的深切沟谷下部为浅褐色黄土，粉土状，含大量碎砾石、砂，常变现为互层产出，具一定的水平层理，层厚没有规律，变化较大，一般数米，最大数十米(见图1、图2)。

图1 Q4冲积黄土(AK32+700)

图2 Q4冲击砂砾层

2.3.2 9#弃土场的平面位置

9#弃土场位于该标段AK31+400左侧200 m处，属于定西市漫洼乡龙金村(见图3)。该弃土场主要用于堆放AK30+000—AK31+200路基弃方及豹子沟隧道弃渣，占地面积为39 606.86 m2，设计弃方量约52万m3。

图3 9#弃土场平面位置示意图

2.3.3 弃土场方案确定

9#弃土场的选址位于冲沟内，根据以往经验，弃土场方案主要有图4所示两种形式。其中：方案一采用缓坡的形式堆置弃土，主坡面的坡率为1∶5，坡脚采用挡渣墙，坡面植树绿化；方案二采用平台+放坡的形式堆置弃土，每级平台宽度和边坡高度不定，根据实际情况调整，边坡坡率为1∶1.5～1∶2.0，坡脚采用挡渣墙，台阶坡面植树绿化。9#弃土场设计主要考虑顺沟弃土，以现有机耕通道高程为控制高程，左侧顺沟弃土长度约500 m，右侧顺沟弃土长度约380 m。经综合比较(见表2)，采用方案二。

图4 9#弃土场备选方案

表2 9#弃土场设计方案比选

2.3.4 弃土场设计

(1) 挡渣墙设计。为保证弃土场整体稳定性，在弃土场边坡坡脚设置高3.0 m、宽1.5 m的挡渣墙(护脚，见图5)。挡渣墙主要考虑采用稳定性和整体性好的重力式片石砼挡土墙，挡土墙高度根据弃渣后实际情况调整，以3 m高为主。

图5 挡渣墙大样图(单位：cm)

(2) 弃土场方案。根据现场实际踏勘结果，当地山体大部分被开挖呈阶梯状，阶梯平面上根据季节种植农作物或树木。因此，弃土场纵断面设计中考虑阶梯理念，采用平台+放坡的形式，对整个弃土场稳定性有利。以9#弃土场中一个典型剖面[见图4(b)]为例，弃土场弃土后形成的填方边坡共7级，第1级平台宽32 m，边坡高10 m，边坡坡率1∶1.5；第2～5级平台宽50 m，边坡高10 m，边坡坡率1∶1.5；第6级平台宽25 m，边坡高10 m，边坡坡率1∶1.75；第7级平台宽10 m，边坡高12 m，边坡坡率1∶2.0；坡脚设置高3.0 m、宽1.5 m的挡渣墙，以保证弃土场整体稳定性。弃土场坡面采用单向排水，在弃土场外围设置排水沟，弃土场排水沟中的水流汇入主线排水系统。

(3) 排水设计。黄土地区路基路面排水设计应防、排、疏相结合，设置完善的防、排水系统。弃土场施工前，结合地形及设计图中的永久排水系统做好临时排水系统，将临时与永久相结合，使弃土场范围内的水流可迅速排走。同时在弃土场施工中对弃土场及临时排水设施进行观测。

(4) 其他设计。该项目范围内河流主要为暴雨补给型，地表水径流量丰、枯季节悬殊，60%～80%的年径流量集中在夏、秋季节。地下水补给来源主要为大气降水入渗、渠系渗漏和灌溉水回渗、河水入渗(洪水期)及相邻层位地下水径流补给等。为避免在暴雨冲刷情况下影响弃土场的稳定，当弃土石料中含有难风化且粒径较大的石块时，将其敷设在弃土场底部，从下层往上层逐层压实弃土，压实度不低于85%。现场石料较少时，采用在弃土场底部敷设管涵等措施将水迅速排走。管涵敷设断面见图6。

图6 排水管涵敷设断面

2.4 弃土场生态恢复

弃土场设计首先要与环境保护相结合综合考虑，选址时要确定其封场之后的用途(如设置景观平台、小型停车区等)，不能进行综合利用的弃土场必须进行生态修复。

(1) 弃土场的设置与标段所有土石方数量、土石方施工时段、施工标段划分和取、弃土场利用进行统筹考虑，最大程度控制取、弃土场的用地规模，减少取、弃土场的水土流失，保护原始生态。

(2) 弃土场的生态恢复设计遵循简洁、易养护的原则，建立与项目地形地貌相一致的植被景观或生态系统。

3 弃土场稳定性分析

根据地质勘探报告，该项目所在地区粉质黏土土体荷载为19 kN/m3，粘聚力为18.8 kPa，内摩擦角为0.65°。弃土场为临时工程，稳定性计算中只考虑土体自重，不考虑附加荷载。借助理正软件进行计算，得：最不利滑动面滑动圆心=(6.207,28.927) m；滑动半径=29.580 m；滑动安全系数=1.512；总下滑力=1 197.580 kN；总抗滑力=1 811.099 kN；土体部分下滑力=1 197.580 kN；土体部分抗滑力=1 811.099 kN。弃土场整体稳定性满足规范要求。

4 结论

(1) 在具有特殊生态环境和地理环境的甘肃黄土地区高速公路建设中，需在项目规划、设计、施工阶段采用灵活的设计开发思路并采取措施，在尽量减少对沿线生态环境永久性破坏的基础上，实现总体路线走向与沿线环境相协调、公路建设与生态环境保护相协调，最终实现地理、人文、经济、生态的和谐统一。

(2) 在资金允许的情况下，黄土河谷地区的高速公路线位应以桥隧为主，尽量避免大量废方。

(3) 高填方的弃土场施工前，应结合地形及设计图中的永久排水系统做好临时排水系统，将临时与永久相结合，使弃土场范围内的水流可迅速排走，边坡应随填随护，防止集中水流冲毁弃渣。