山区高速公路弃土场排水与防护设计

程建，唐文广

（四川省交通勘察设计研究院有限公司，成都610017）

1 引言

西部山区地形地质条件复杂、地质灾害突出，弃土场已不再单纯作为高速公路的附属工程简单设计，在新形势下，俨然已成为外业调查以及内业设计中的重点和难点。不管是已建的雅西高速、映汶高速；还是在建的峨汉高速、久马高速；以及即将开工的宜攀高速、西昭高速，都具有相同的特点：沿线地形起伏大、地质条件差、河谷切割深、桥隧占比高、大挖方段落多、土石弃方量大等，受地形地质条件限制，难以寻找条件较好的弃土场位置，通常需要沿沟谷设置，弃土场的防护与排水设计就显得尤为重要[1]。

2 弃土场设计原则

2.1 安全第一原则

工程设计与建设中安全始终是第一位。过去弃土场作为高速公路附属工程，设计重视力度不够，弃土场还未堆载至设计高程，往往就已产生滑移病害，对弃土场下游的构筑物或居民构成严重的安全隐患。目前，已建山区高速公路就存在弃土场堆载后产生滑坡病害的案例，通常需要采取设计变更增加抗滑移措施，如抗滑挡土墙、抗滑桩等，不得不加大投资，且处治过程中，施工存在安全风险。综合比较前期弃土场精细化设计与弃土堆载病害发生后的加固设计，前期的精细化设计往往会大幅度节省工程造价，且安全有保证，也不至于造成后期的不良社会影响。因此，弃土场设计安全是第一原则，应避免人为因素造成的工程地质灾害[2]。

2.2 环保并重原则

在当前新形势新政策下，环境保护显得尤为重要。GB 50433—2008《开发建设项目水土保持技术规范》[3]中相关条文就对弃土处理进行了明确规定，弃土场地必须设置必要的防护、排水设施，不能利用的弃渣应集中堆放于专门场地，且需按照“先拦后弃”的原则采取主动防护，弃渣不得污染水源，积极采取水土保持措施，避免造成水土流失。因此，弃土场的设置需要综合考虑场地区域气候、地形地貌等自然地理和地质条件，根据弃渣填筑形态做好水土保持设计。

2.3 经济节约原则

任何工程建设项目都要考虑其经济性，在保证安全的前提下，应追求经济效益最大化。首先，弃土场设计的经济性主要体现在弃方运距的合理性，合理的运距有助于节省运输费用；其次，弃土场设计的经济性体现在防护结构的合理性，一般挡土墙、抗滑桩板墙等防护功能相差较大的结构措施应合理选择，不要片面追求安全而不考虑经济成本，造成社会资源浪费；最后，弃土场设计的经济性体现在选址的合理性，场地选择应充分征求地方政府意见，避免与地方规划等冲突，造成后期场地变更，增加工程造价。

3 典型弃土场设计分析

3.1 弃土场设计方案

四川山区某高速公路K63+000弃土场位于隧道斜井出口处，为一典型沟谷型弃土场。场地位于峨边县四坪村附近冲沟内，自然坡降约15%～25%，该处为V形冲沟，两侧自然坡度约30°～45°，地形条件较差，植被发育较好。场地主要用于堆弃金口河隧道主线（1.0km）及斜井弃渣，占地约28 000m2，平均堆高20m，最大堆高约37m，设计容纳弃渣方量为500 000m3。弃土场设计如图1所示。

图1 K63+000弃土场平面布置图

3.2 排水工程设计

该沟谷汇水量大，为了保证渣场上方坡面洪水及沟道洪水的排出，避免水流冲刷造成水土流失并危及渣场安全，弃渣前需在场地周边布设截排水沟或排洪渠，排水沟沟底纵坡根据渣场地形确定（应≥1%），以保证排水沟水流顺畅。排水沟或排洪渠可承受的最大径流量可以按式（1）计算：

式中，n为地面糙率系数；A为排水沟或排洪渠断面面积，m2；i为排水沟或排洪渠底坡，按最不利情况考虑，取设计最小坡度0.01；R为排水沟或排洪渠水力半径。

根据本弃土场坡面洪水流量计算及场地形地质条件，改移沟渠截面尺寸设计如下：改渠Ⅰ（南侧支沟）：底宽×净深为3.4m×2.0m；改渠Ⅱ（北侧主沟）：底宽×净深为6.0m×3.0m，均采用梯形截面，两侧坡率1∶0.5，采用C20片石混凝土浇筑，厚度0.50m。

同时于弃渣填筑体底部沟心（纵向）及沟心北侧平缓地段（横向）设置地下片石排水沟；弃渣填筑体顶部设置矩形排水沟，呈树枝状布设。

3.3 防护工程设计

本弃土场堆渣量约500 000m3，最大堆渣高度约37m，根据SL 575—2012《水利水电工程水土保持技术规范》相关规定，本弃土场工程挡防及排水设施为次要建筑物，其工程等级按4级建筑物设计。渣场边坡稳定安全系数正常工况（指施工完毕后渣料固结一段时间后的工况）≥1.15；非正常工况（暴雨或连续降雨工况）≥1.05。

根据工程地质勘察结论，弃土场场地存在次生泥石流及古滑坡复活的风险，但受沿线地形条件限制，难于寻找综合条件更好的弃土场地，故本次拟对该弃土场防护进行特殊设计。具体方案如下：（1）于场地前缘设置桩板式挡土墙防护，桩中心间距5.0m，桩身截面为圆形，桩径2.2m，桩板式挡土墙两侧接仰斜式挡土墙；（2）桩板墙及挡墙墙顶后填筑边坡坡率1∶1.75～1∶2.25，桩前采用隧道弃渣中大块石进行回填反压。加固后弃土场边坡稳定分析计算结果如表1所示。

表1弃土场边坡稳定分析计算结果

3.4 环保工程设计

本弃土场设计过程中积极采取了水土保持措施，避免造成水土流失。弃土填筑坡面采用菱形网格固土，网格间绿化植草或种植灌木；为最大限度地除去沟内上游汇水中的砂粒或其他比重较大的颗粒，在冲沟下游设置了五级沉砂池。

4 结语

受地形条件限制，山区高速公路弃土场多为沟谷型弃土场，沟谷通常汇水面积较大，处理不当极易造成工程滑坡或泥石流。因此，在外业过程中要对弃土场场址选择进行详细调查，设计过程中要遵循安全第一、环保并重、经济节约的原则。本文以四川在建的某高速公路典型弃土场为例，总结分析了弃土场排水、防护及环保等方面的技术和经验，可供后续类似地形地质条件下弃土场设计参考。