低山丘陵区铁路工程弃渣场水土保持防治措施研究

刘宇林

（中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063）

1 低山丘陵区铁路工程弃渣概况

在低山丘陵区建设铁路时，需要充分结合当地的地质地况。低山丘陵区的坡体由多种岩类组成，一般岩体风化程度不一，导致松散程度差别很大，同时这种地形包含丰富的水系资源。因此，在进行铁路建设时，通常采用的是截弯取直的方法。由于低山丘陵区铁路地质、地段、地形都具有特殊性，对于铁路工程弃渣场，在水土保持工作的基础上，需要进行科学选址、有效管理，以保障水土资源、生态环境与人们生产生活的完整性、安全性。

广东低山丘陵区铁路项目，全长96.882km，由西向东进行铁路的建设工作，经过广东低山丘陵区、山间盆地区、中低山区、辽河平原等地区。具体的工程内容是：路基工程长度 14.609km、桥梁工程55.260km、隧道工程27.013km，防治责任范围达到496.73hm2，工程产生弃渣674.73 万m3。由此可见，在工程建设中产生的弃渣量是巨大的，这些不可利用的弃渣，后期需要进行科学处理，合理堆置。随着国家对生态环保的要求越来越高，相关的法律法规也对渣场选址及弃渣处理进行了规定和约束，是铁路工程建设项目对弃渣进行管理的依据，同时为铁路工程水土保持方案的设计提供了参考[1]。

2 低山丘陵区铁路工程弃渣场选址

2.1 低山丘陵区铁路工程弃渣场选址分析

在生产项目建设过程中不可避免地会产生大量渣土，如果不能进行再次利用，需要进行合理设计与管理，放在专门的存放地点（即弃渣场）。需要注意的是，弃渣场选址需要合法，结合周围环境，符合《生产建设项目水土保持技术标准》（GB 50433—2018）相关规范的要求。弃渣场选址需要遵循以下原则：

其一，不能在有公共设施、基础设施以及居住区等区域设置弃渣场。

其二，河道弃渣场选址需要满足河流防洪规划和治导线的规定，不能在河道、湖泊和建成水库等地设置弃渣场。

其三，在山区，可以选择荒沟、坡地、支毛沟等作为弃渣场；在平原区，更适合选择坡地、荒地，风沙区，需要避开风口。

其四，应充分利用取土（石、砂）场、废弃矿坑、沉陷区等场地。

其五，应综合考虑弃土（石、渣、灰、矸石、尾矿）结束后的土地利用。

低山丘陵区铁路工程弃渣场选址，需要注意以下问题：不能离水源太近，需要保持安全距离；尽可能不占据农田或者林地；不能设置在汇水面积较大的主沟道，汇水面积超过1km2的需要进行防洪论证；对于低山丘陵区铁路工程来说，需要结合实际的地形地貌，尽可能选择凹地、荒沟、支毛沟等作为弃渣场地。

2.2 低山丘陵区铁路工程弃渣场适用性分析

2.2.1 凹地型弃渣场

凹地型弃渣场是指在进行铁路工程建设时，进行取土、采砂、采矿等工作，产生的一些废弃的凹地（见图1）。这一地形对弃渣处理具有很好的优势：不但可以填平地面，对于后期耕地与植被的恢复有一定的促进作用，同时也可以接收弃渣，进行一部分容量的弃渣处理[2]。

图1 凹地型弃渣场

2.2.2 坡地型弃渣场

坡地型指的是坡度不大于25°、坡面比较稳定的坡体。这种地形的弃渣场（见图2）通常位于河道两侧，地势相对平坦、开阔，是适宜建设弃渣场的地形。基于坡地型弃渣场的特性，在进行水土保持防护时，设计或者采取措施的重点是：考虑弃渣场的稳定性；注意排导坡面上游汇水，减少对弃渣场的影响。稳定性是弃渣场设计首先需要遵循的原则，在进行坡地型弃渣场的设计时，需要全面考虑坡地坡度、高度等方面，对堆积渣量进行预设，不能超过容纳方量，以免产生弃渣场垮塌问题。需要对堆渣坡脚设置挡渣墙，保护与稳定渣坡，防止坍塌等不良后果；如果坡地型弃渣场的上游或者周边有汇水时，还需要对水流、汇水面积等进行计算，看是否与弃渣场的级别相符。此外，还需要设计预防措施，以防洪标准作为参考，科学设置截排水沟[3]。

图2 坡地型弃渣场

2.2.3 沟道型弃渣场

低山丘陵区还存在一种特殊地貌，就是沟道，如不发育的荒沟、支毛沟。弃渣场选址时，需要看沟道的沟底情况，是不是平缓，有没有长流水，结合坡体沟道两侧的比降进行弃渣场可能对水土流失产生的影响预测，找到最为适宜的地势建设弃渣场。当然也需要将人们生产生活作为考虑因素，下游地区是否有居民，是否有重要的公共基础设施等。由于沟道的特殊地形，还需要考虑运输便道的设置与施工问题，交通是否便利，距离是否会产生大量成本等。基于沟道型弃渣场的特点，开展水土保持工作时需要对拦挡与排洪进行设计，具体设计标准结合弃渣场的堆存弃渣量、堆渣高度以及安全防护措施，对主体工程、环境产生的危害程度。

在沟道型弃渣场进行渣体的堆放时，需要以分层弃渣为原则，先挡后弃。对渣体进行分层，单层厚度最高5m。倾倒时采用自下而上的方法，严禁自上而下倾倒弃渣。在具体堆渣过程中，需要及时地平整渣体，设计整理成倾向内侧的反坡，可以减少雨水对弃渣的冲刷，减少坍塌的风险。此外，弃渣场底部选择抗剪强度高、透水性好的石方为主，起到一定的稳固作用。对那些抗剪强度低、透水性差的弃渣可以堆放在上方，管理更有效[4]。

2.2.4 低山丘陵区弃渣场的选址

为了更好地理解低山丘陵区铁路工程弃渣场如何科学选址，参考技术规范规定，结合当地的地理特点，根据地形、地貌、地质等实际情况，结合铁路工程产生的弃渣量，确定选址与数量。广东低山丘陵区铁路项目在此基础上决定优先选择废弃坑塘、低缓坡地及山间不发育的支毛沟设计弃渣场，共建设11 处，其中凹地型弃渣场4 处、坡地型弃渣场1 处、沟道型弃渣场6 处。

3 低山丘陵区铁路工程弃渣场水土保持防护措施设计

在低山丘陵区铁路项目区对弃渣进行管理，水土保持工作尤其重要，通过整理与分析，提出需要遵循的原则。以工程措施为主，植物措施为辅。对弃渣相关工作进行及时跟进，将这些工作有机结合起来，以点连线带面，对水土流失问题进行管理与控制，以期发挥工程措施的控制作用与明效性，在短时间内遏制、避免水土流失问题的产生。应用植物措施，不但保护了水土资源，整治了土地表面，防治水土流失的同时，还可以对周边环境进行绿化，达到改善自然环境的目标[5]。

3.1 水土保持工程措施

3.1.1 拦挡工程设计

拦挡工程是保持水土的重要措施，通常需要设计挡渣墙、挡渣坝、挡渣堤、围渣堰，其中挡渣墙最为有效与适用，低山丘陵区弃渣场类型大多适用。选择挡渣墙轴线时，应该避免不良地质体，如滑坡体、崩塌体、断裂带等。挡渣工程最为重要的作用是拦挡。

广东低山丘陵区铁路工程弃渣场水土保持在进行设计时采用“先拦后弃”的原则。在弃渣前，首先，修筑挡墙，具体的设计需要结合后期覆土要求，一般高度宜超过堆渣起坡点1.0m，堆渣坡比按1∶2.5 设计。弃渣堆放也需要有一定的规定，根据不同渣体进行分层，自下而上碾压密实，达到规定高度为止。其次，在地表或者坡面覆土。下部设计采取混凝土进行挡墙，挡墙胸坡坡比1∶0.25，背坡坡比1∶0.25。挡墙基础埋置于冻结深度以下不小于0.25m。沿墙长每10～20m 设1 道伸缩缝，缝宽0.02m，缝内沿内、外、顶3 边填塞沥青麻筋，塞入深度不小于0.2m。墙身露出地面部分，沿墙长、墙高每隔2～3m，上、下、左、右交错设置泄水孔[6]。

3.1.2 排洪与截排水工程设计

排洪与截排水工程的设计需要结合不同类型的弃渣场，具体的设计标准也各不相同。具体情况需要具体分析，结合弃渣场等级确定排洪与截排水工程。在进行坡面、渣场自身排水设计时，按20年一遇1h 暴雨的标准进行设计。如果弃渣场的级别相同，排洪标准设计需要从汇水面积、下游保护对象等进行选择与设计，根据重要性进行排洪与截排水工程设计，不宜采用一刀切的方法。对于渣场边缘，考虑用M10 浆砌片制作石边缘水沟，对弃渣场外的地表水进行拦截，保障弃渣场的安全。在进行渣顶设计时，需要顺接原自然沟沟底，进而保障沟内流水能够通过渣顶水沟及边沟排出，在接连处采用M10 浆砌片石铺砌，铺砌厚度50cm，宽度5m，截排水沟出口应延伸至挡渣墙下端，并配套消能沉砂池措施防止水流冲蚀挡墙及下游土地[7]。

（1）对洪峰流量进行科学估算。参考《水土保持工程设计规范》（GB 51018—2014）要求，在进行弃渣场截排水设计时，流量计算采用5年一遇10min 短历时暴雨为参考。

（2）截排水沟断面尺寸。根据最大洪峰总量确定截排水沟断面尺寸。

（3）沉砂消能池。以《水土保持工程设计规范》（GB 51018—2014）为标准，为了减少截（排）水沟出口处地面起伏，与原排水更好地连接，防止水冲刷到下游，需要设计消能设施，设计宽度为原排水沟的2 倍，长度为池体宽度的2 倍。

（4）碎石盲沟。在弃渣场底部挡墙与盲沟相接处，预留2 根PVC 透水管，用以引排渗入弃渣场内的地下水。

（5）挡墙铺砌。为防止水流冲刷挡墙，在挡墙墙顶与渣体连接处铺设浆砌片石。

（6）最后对土地进行土地整治。

3.2 水土保持植物措施

废弃渣场水土保持措施还包括植物措施。利用乔灌草提高渣体植被覆盖度，使水土流失的影响大大降低。植物的选种需要考虑场地的气候、地形、土壤等，同时辅以地方水土保持经验，强化弃渣场的水土保持效果。

完成弃渣后，对表层与坡面采取植物防治措施。种植覆盖灌木，灌木之中配合草种以提升植被的覆盖效果。其中，灌木的种类推荐多选择紫穗槐，每株紫穗槐前后行距控制在1.0m 左右，每穴2 株；行间配合的草种宜为紫花苜蓿、黑麦草等。为加强灌木与草种的成活率，在种植完毕之后，应及时浇灌、浇透。在种植的前两年，必须对灌木与草种细心呵护、抚育，如按规定施肥、防虫等。

3.3 水土保持临时措施

临时覆盖、拦挡等措施也是弃渣场防治水土流失常用的手段，如在用地范围内采取编织袋压坡脚、塑料薄膜覆盖、降低坡度、临时挡土墙等措施。通常情况下，编织袋压坡脚的高度宜为4m 左右。采取塑料薄膜遮挡，要求塑料薄膜平整、密实、无撕裂、无破坏，膜的质量要好，且四周采取砌块压盖或辅以机械方式固定，这样才能发挥水土保持作用。

4 结语

数量大、范围广、弃渣活动频繁是铁路弃渣场的重要特点，若不做好相应的水土保持措施，会引发水土流失问题，影响安全。这对铁路项目工程提出更高的要求，要做好防治水土流失措施的体系建设，保护环境，保障铁路运行安全。弃渣场水土保持工作需依据原则制定保护策略，避免项目出现水土流失或降低其概率。另外，还需考虑铁路项目所处地理位置的环境特征、地形地貌等情况。在凹地型、沟道型、坡地型弃渣场类型中，以凹地型弃渣场最为常见有效。