陇东黄土高原区弃土场柔性生态修复技术

杨世君，田晋华，马 钊

(1.甘肃省水土保持科学研究所，甘肃 兰州 730030； 2.国网宁夏电力公司，宁夏 银川 750000)

1 弃土场刚性挡护措施的制约性

陇东黄土高原区开发建设活动产生大量弃土场，其土壤表层松散、结构体不稳定、养分缺乏，常产生大量的水土流失。与其他区域相比，陇东黄土高原区弃土场的分布具有跨越多种地貌单元的特点，因此在建设过程中，随着地貌形态的不同、产生的弃土数量和品质不同、设置弃土场的自然条件不同，工程措施也就不同。

目前的弃土场治理常采用浆砌石或混凝土挡墙进行拦挡，主要存在以下制约性因素：①修建投资占比大；②在使用过程当中常由于土体的自然沉降导致挡墙开裂，存在滑坡风险；③后期破坏后维修成本高；④有些地区块石材料匮乏，不易获取，购买成本较高；⑤施工过程控制技术要求严格。

2 弃土场柔性挡护措施的特点

为克服刚性挡护措施的缺陷及成本高昂的因素，加速弃土场后期自然修复，降低水土流失量，迫切需要一种建设成本低、施工方法快捷、便于黄土高原地区落地实施且便于后期维护的挡土墙建设新方法。要求这种挡土墙要起到同等的拦挡作用，受到破坏时，允许在挡土墙整体结构形式不破坏、拦挡作用不受影响的情况下有局部破坏，但要便于修复。

柔性挡土墙即土工袋挡土墙，是一种新型的加筋挡土墙结构，由柔性的土工袋单体按一定的排列方式组合而成，其墙体本身具有一定的柔性，具有常规加筋挡土墙的所有优势，造价低、施工简便、地基适应性与抗震性能好，非常适用于陇东黄土高原区弃土场治理中。

3 弃土场柔性挡土墙的选材、设计和布设形式

3.1 柔性挡土墙的选材

土工袋材料选择PET(聚对苯二甲酸乙二酯)复合土工材料，该材料具有质轻、无毒、无臭，化学稳定性好，且在常温下不溶于一般溶剂、吸水性小等优点。PET复合土工材料是土工合成材料大家族中的一员，大量用于公路、铁路、水利、大型建筑、电厂灰坝建设和有色金属尾矿处理、环保工程、水土保持等方面。

3.2 柔性挡土墙的设计和布设形式

3.2.1 柔性挡土墙设计

柔性挡土墙设计主要考虑其安全稳定性因素，其抗倾覆、抗滑及整体稳定的安全系数一般应满足相应的行业规范。刘斯宏[1]提出，土工袋单体抗压强度的安全系数一般要求不小于5.0；抗倾覆、抗滑动及整体稳定、抗震性及地基承载力验算依据《水工挡土墙设计规范》(SL 379—2007)规定计算。

3.2.2 柔性挡土墙布设形式

基于柔性挡土墙的特性及稳定性要求，其布设形式主要有贴坡式柔性挡土墙和梯形柔性挡土墙两种(图1)。

(1)贴坡式柔性挡土墙。贴坡式柔性挡土墙适合土方量较大、坡度较陡且顺坡堆放的弃土场。

(2)梯形柔性挡土墙。梯形柔性挡土墙适合土方量不大、弃土坡度较缓的顺坡堆放或平地堆放的弃土场。

(a)贴坡式柔性挡土墙

4 弃土场边坡柔性生态修复技术

4.1 技术内容

弃土场边坡柔性生态修复技术体系基于弃土场地形条件有针对性地采取治理措施，在弃土场底部设置柔性挡土墙，挡土墙表面覆土撒播草籽绿化，弃土坡面采取植物措施对位配置加速植被修复，坡度大于1∶1.5时只撒播草籽，坡度小于1∶1.5时采取灌草结合方式进行植被修复，顶部平台选择乔灌草结合的方式进行植被修复(图1)。

对于弃土量较大、设有马道的弃土场，马道可设置截渗水沟(内壁采用半透水土工膜铺筑)[2]，对上游坡面来水进行拦截、排导和控制入渗速率，以有效抑制暴雨径流对边坡的侵蚀，增加土体的抗剪强度[2]，控制坡面径流入渗导致的土体自重力增加，提高边坡的稳定性和抗冲刷能力，增强生态修复效果。

4.2 施工技术

4.2.1 PET复合土工袋

目前国内市场PET复合土工袋1 m3平均造价约150元(含现场土料开挖、装填及缝合等费用)，陇东地区浆砌块石1 m3造价约350元、C20混凝土1 m3约750元，造价相对较低，且易于施工安装。为保证土工袋稳定，单个土工袋质量应控制在1 t以上。土工袋加工过程中安装2个吊带，以便于施工吊装，吊装完成后土工袋之间通过吊带连接起来。

4.2.2 土工袋顶部覆土

土工袋挡土墙建设完成后，在表面覆土，厚度控制在30 cm左右，覆土区域撒播草籽。

4.2.3 柔性挡土墙施工技术流程

基于柔性挡土墙施工特点，研究提出简单可操作的施工流程，详见图2。

图2 柔性挡土墙工程施工流程

(1)基础处理。地基要求是质地均匀、沉陷量小的坚实基岩或黄土地基，基础挖至设计高程后，采用1∶1水泥土对基础进行翻夯处理，压实系数不小于0.93，处理厚度控制在0.5 m左右。

(2)施工方法。初步研究施工过程为：基础与边坡修整—基础夯实—挖土、装土(分层夯实)、缝制—吊装布置—多个土工袋连接(吊带绑扎)。

(3)土方填筑及其质量控制。土方填筑主要为土工袋填筑土方，按照土工袋设计尺寸架设模板及脚手架，将土工袋置于模板内并用铁丝将其固定，再进行土方填筑及夯实。填筑前测量土样的初始含水率，按含水率控制在15%计算需要加水量，将土拌好。然后用挖掘机在土工袋内填筑一层土方并摊平，再人工整平，每填筑20 cm厚需来回压实2～3遍，每层夯实结束后用环刀取样测其压实密度及含水率，压实密度控制在1.7～1.8 g/cm3。进行下一层土夯实前用挖掘机或人工刨毛并洒水。最后将绑扎土工袋的钢丝取下，将土工袋盖上封口。

(4)土工袋施工。每层土工袋通过吊带互相连接绑扎固定，吊装时贴坡式挡土墙尽量贴着弃土坡面顺坡堆放，梯形挡土墙则一次架模吊装完毕，实施过程均遵循“先拦后弃”的原则。

(5)施工机械。施工过程中用到的施工机械主要有挖掘机、运输车、夯实机、缝纫连接装置等。

5 结 语

(1)弃土场刚性挡护措施存在诸多制约性因素，采用柔性挡护措施可克服刚性挡护措施缺陷及成本高昂的因素，加速弃土场后期自然修复，有效降低弃土场水土流失量。

(2)弃土场柔性挡土墙采用土工袋加筋按一定的排列方式组合而成，造价低、施工简便、地基适应性与抗震性能好。

(3)弃土场边坡柔性生态修复是在弃土场底部设置柔性挡土墙，挡土墙及弃土裸露面覆土绿化，规模大的弃土场可增设马道及马道截渗水沟，提高边坡的稳定性和抗冲刷能力。