山区公路弃渣场设计方案探讨

杨小磊

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

由于山区地形、地貌的复杂性，导致山区公路建设时，设计人员在公路纵断面设计中很难达到全项目土石方调配平衡，因此不可避免地会产生大量弃方，但由于山岭重丘区公路沿线山高坡陡，公路沿线往往很难找到合适的弃渣场位置，所选弃渣场要么位于黄土冲沟，要么位于陡坡山地[1]。工程施工时弃渣往往随意堆弃，渣场坡面坡比过陡，未设置防排水设施，渣场未经必要的压实处理，弃土完毕后坡面绿化不充分，因此极易造成水土流失，甚至引起弃渣体滑塌，以及发生泥石流等灾害。合理的弃渣场处治已成为建设项目水土保持验收的重要环节[2-3]。本文以某山岭重丘区在建高速公路弃渣场设计为例，对山区公路建设中弃渣场设计方案提出参考。

1 渣场设置及违规弃渣处治原则

1.1 弃渣场设置原则

a）设计遵循沿线生态环境原则，将渣场处治的重点放在环境恢复上，最大程度地恢复已破坏地段的生态环境。对于占用旱地的弃渣场采用复耕的方式恢复用地，对占用荒草地的弃渣场地根据周边环境采取工程防护措施和植物防护措施相结合的方式防止水土流失。

b）弃渣场设计应适应地形，自然灵活，其边坡不应陡于1∶1.5，顶部向路基外倾斜横坡不应小于2%.

c）设计以防护与排水相结合为原则，通过挡墙、护坡与截水沟、排水沟、急流槽及排水渠等相互结合，以组成完善的防护排水体系。使水流汇入自然沟渠或河流，避免浸蚀地表，造成水土流失。

d）沿河路线，有条件时可将弃方筑坝，以保护沿河村舍及农田的安全。但不得阻塞河流，挤压桥孔或冲刷河岸。

1.2 特殊位置违规弃渣处治原则

a）对于桥下弃渣：（a）桥下弃渣场，因弃土易引发牵引式滑动，从而影响桥墩安全，需要整治、清理，并完善防护、排水设施及绿化处治。（b）桥下弃石场，在不影响行洪的条件下覆土绿化或喷播绿化。

b）对于临近村庄的弃渣：（a）临近村庄的防护措施应加强，并增加排水设施。（b）渣场尽量降低高度，并放缓边坡。（c）应书面告知村民及当地政府，渣场的规模、范围及处治措施，说明渣场溃坝的危害，专人专岗、定期检查并记录在案，发生问题及时解决。

c）对侵入河道的弃渣，必须清除，并疏通河道。

2 弃渣场级别及分类

依据《水土保持工程设计规范》规定，弃渣量、渣场堆弃高度、弃渣场失稳后危害程度三因素决定了弃渣场的分级[4]，具体分级详见表1。

表1 弃渣场分级

依据《水土保持工程设计规范》，弃渣场分为5种类型：沟道型、临河型、坡地型、平地型、库区型，其判别因素主要包括弃渣场的地形条件、与河（沟）相对位置及洪水处理方式等。

3 弃渣场设计

3.1 弃渣场防护措施原则

为达到最大工程经济效益，弃渣场边坡防护一般以放缓边坡至弃渣天然稳定角后培土绿化为主，实施上截、下拦措施。弃渣前应完善截、排水设施及坡脚拦渣墙，确保先支挡后弃渣。

3.1.1 设置于平地的弃渣场

应先修建拦渣墙，并预留运输通道，再进行弃渣整治，弃渣完毕后修建截、排水设施与天然排水沟顺接。

3.1.2 设置于冲沟的弃渣场

a）若弃渣中无大型石块，弃渣前应先砌筑拦渣墙，并于弃渣场四周设置截排水设施后，方可进行弃渣作业。

b）若弃渣中存在大型石块，为避免大型石块砸坏拦渣墙，弃渣前应先将部分大型石块堆砌于弃渣场下游坡脚并用铁丝网固定形成铁丝石笼，在石笼外围砌筑拦渣墙，并在渣场四周设置截排水设施后，方可进行弃渣作业。

3.2 弃渣场防护措施设计

3.2.1 结构设计

该方案根据弃渣场的环境条件和防治要求，设计了4类墙高的重力式拦渣墙，尺寸见表2，拦渣墙设计图见图1。

表2 重力式拦渣墙尺寸表

图1 拦渣墙设计图（单位:cm）

3.2.2 稳定性计算

a）主动土压力计算。

主动土压力系数Ka：

e）设计参数 根据当地地质条件和弃土性质，其设计参数见表3。

表3 设计参数表

f）墙体尺寸 由设计的挡渣墙尺寸简化为计算用的尺寸见表4。

表4 设计挡渣墙简化尺寸表

g）稳定性验算结果 依据上述4类挡渣墙的尺寸及相关设计条件，通过稳定性验算公式，可得出挡渣墙的抗滑移系数、抗倾覆系数、平均地基承载力以及合力偏心距，结果如表5所示。由表可知，上述4项指标均满足《开发建设项目水土保持技术规范》要求[4]，可以推断所设计的挡渣墙是稳定的。

表5 设计挡渣墙计算结果表

h）渣体稳定性分析 为了确保弃渣体的稳定，防止弃渣体沿基础产生深层或浅层滑动，对其进行稳定性分析计算。计算时采用瑞典圆弧法，抗滑稳定安全系数应不小于表6及表7规定的数值。

表6 弃渣场抗滑稳定安全系数

表7 正常工况下各弃渣场稳定性计算

3.3 弃渣场边坡设计

弃渣场边坡多陡峭，处于不稳定状态，且弃渣压实度不足，内部结构松散，易发生坍塌，甚至滑坡。因此要求弃渣场压实度不得小于80%，同时减缓弃渣场边坡的坡度。

a）边坡高度Hmax≤10 m时，不设平台，边坡坡率为 1∶2。

b）边坡高度 Hmax＞10 m 时，在 10 m、20 m 及30 m位置处设置平台，平台宽度不小于4.0 m，每级均按1∶2的坡率进行放坡，放坡后可达到稳定。

c）坡脚处均设置挡渣墙[5]。

3.4 弃渣场的排水工程措施

依据《灌溉与排水工程设计规范》和《防洪标准》规定，弃渣场截、排水设施按五级标准进行设计，坡面洪水频率标准按1/20设计。弃渣场底部沿沟谷设置一道纵向盲沟，纵向盲沟两侧每20 m设置1道横向盲沟，渣场中截水沟的设计断面取60×60 cm2、排水沟及急流槽的设计断面均取80×60 cm2，覆土后在顶部设置土埂挡水。

3.5 弃渣场的水保措施

弃渣场边坡坡脚采取片石混凝土或浆砌类挡墙结合坡面植草防护，表面采取覆土后选择植物绿化或者复耕措施。绿化可采用栽植刺槐进行绿化，按4.0 m×4.0 m间距种植；同时地表撒播紫花苜蓿等草籽进行绿化，进一步防止地表水土流失。具体渣场处治措施详见表8所示。

表8 既有渣场整改设计情况

4 结语

随着公路建设过程中绿色、生态、环保理念的逐渐深入，公路弃渣场的妥善处治已经是大势所趋。如何经济、合理地完成弃渣堆弃，避免造成水土流失、环境破坏等次生灾害，已是公路工程能否顺利竣工验收的必备条件。本文依托实体工程弃渣场处治项目，提出了弃渣场治理的原则，并依据渣场稳定性验算，得出了针对性的弃渣场设计方案，对同类工程项目弃渣场治理具有重要的借鉴意义。