土石方综合利用和弃渣场选址及防护建议分析

孙晨 唐静

摘要 土石方是各类工程项目建设的主要材料，综合利用土石方的目的是提升土石方利用率，减少资源浪费。但对于土体开挖量较大的公路项目而言，施工期间不可避免地需要废弃土石方，因此需建设弃渣场，并按照环境保护要求管理废弃土石方。因此，文章结合云南某高速公路项目，对如何综合利用土石方、如何选择弃渣场场地展开研究，分析了棄渣场的防护措施。通过研究可知，综合利用土石方，合理地选择渣场地址能够有效减少土石方工程的成本、提高工程效率，满足环境保护、生态可持续发展要求。

关键词 土石方；综合利用；弃渣场选址；防护

中图分类号 S157文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）06-0125-03

0 引言

各类建设项目中大量开挖土石方会导致地表土壤层厚降低，破坏周围生态系统，引起水土流失风险。因此，在开挖、利用土石方时，项目管理者还应坚持“环保性、资源化、减量化”原则，严格控制项目施工中的弃渣产生量，综合利用土石方。建设弃渣场地时，还应科学选址、加强防护，预防弃渣对生态环境的不利影响。因此，该文对土石方综合利用和弃渣场选址及防护建议展开了详细分析，旨在明确土石方利用、废弃过程中的管理要点，促进土石方弃渣的规范化管理，促进生态文明的恢复与建设。

1 项目概况

云南某高速公路，总挖方4 463 km3，填方总量

2 681.166 km3（压实方），借方997.26 km3，弃方

2 798.289 km3。全线共设置2个取土场，15个弃土场。弃土场容量超过50万立方米需要做弃土场专项设计，弃土场需等弃土完成后进行复垦。以K16+000右1 800 m弃渣场（2#弃渣场）为例（如图1所示）。

图1 某高速公路弃渣场示意图

项目建设区域为山区，弃渣场选址不当会造成水土流失、环境污染风险。根据《中华人民共和国水土保持法》“依法应当编制水土保持方案的生产建设项目，其生产建设活动中排弃的砂、石、土、矸石、尾矿、弃渣等应当综合利用”，因此还应加强项目周围地质勘察，记录分析废弃土石方类别、性质、具体数量，制定土石方综合利用方案，提升弃渣场内土石方利用率。

该项目的弃渣主要包括3种：

（1）松软土。松软土的主要结构为硬度不高的中砂，以及黏性较强的“淤泥质黏土”。中砂土层颜色为灰褐色、灰黄色，土壤结构密实度不高，砂粒间包含较少黏粒。开挖时坑洞的稳定性、自立性较差，遇水则会松散、流动，无法直接用于项目建设。淤泥质黏土颜色为灰褐色、灰黑色，土层结构均匀、具有高压缩性，但整体性能较差，无法用于路基填充施工[1]。

（2）高液限土。塑限ωP=24.9%～38.8%，塑性指数IP=25.8～39.8，稠度分布范围为0.5～1.13，自由膨胀率范围为10%～55%，具有弱膨胀性。

（3）隧道弃渣。弃渣产生于公路项目中的隧道施工，弃用废渣多为局部有裂隙的强风化、中风化花岗岩，强度、密实度较差，不能直接用于桥梁基础、支撑等荷载较大的结构，部分中风化岩石可作为路基填料使用。

但由于该项目可消化废渣数量较少，所以需要结合土石方弃渣类型，对各类弃渣进行综合利用。

2 土石方综合利用思路

2.1 优化工程设计，合理控制开挖量

公路工程的开挖量会直接影响弃渣量，所以工程设计阶段需要依据地质勘察数据，估算土石方开挖量，初步拟定工程量清单，如表1所示。通过深化设计、调整公路施工工艺的方式，合理减少土石方开挖量。比如，施工期间运用“半挖半填”模式，设计公路桩基、隧道、桥梁等结构时，选用新材料、新工艺，将开挖量控制在最小范围内。

2.2 综合利用土石方，减少弃渣量

控制弃渣量是土石方综合利用的基础工作。为实现土石方资源化目标，还需将土石方弃渣应用在不同场景内，以此减少弃渣量。在云南某高速公路项目中，公路施工、隧道开挖会产生大量土石方，除去项目消化外，剩余的弃渣可用于砂石骨料、隧道内的回填和封堵，以此提升土石方利用率。

项目共包含隧道6座，在工程勘察设计阶段，相关人员可勘察6座隧道的岩石结构，整理沿线土石方开挖区域的地质条件、土层结构，随后以高效利用土石方资源为核心，明确弃渣处理要求，制定详细、可落实的使用方案。比如，部分隧道弃渣可分别用于桥涵台背回填、路面底、路面填筑。但对于隧道开挖产生的强风化、中风化花岗岩，可将其制作为合格机制砂，作为项目建设所需的砂石料问题[2]。

如表2所示，云南某高速公路项目中隧道出渣加工后的机制砂符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650—2020）中的技术要求。项目中的5座隧道全长1 890 m，隧道洞身开挖出的土石方可直接制作机制砂，一部分分配在隧道填筑项目中。经计算，项目隧洞总出渣总量为281 900 m3，其中190 000 m3用作机制砂，机制砂可直接用于项目建设，满足项目用砂需求，同时有助于预防弃渣大量侵占土地，可进一步推动土石方弃渣管理资源化，节约项目成本，预防生态环境污染。

2.3 拓展弃渣利用范围，促进弃渣资源化

综合利用土石方弃渣时，还应全面调查项目周边的整体规划，包括拟建项目、在建项目、砂石料场，以及土地分布、地质条件。一方面，可将弃渣送往砂石料厂作为原材料，或为其他项目提供土石方弃渣，使其作为墙体、制砖材料。另一方面，土石方开挖产生的土方可用于假山、公园建设中的人工造地，或经改良后作为土壤用于种植。例如，项目沿线分布着大量的软土，软土孔隙比大、含水量高、透水性小、压缩性大、强度低，施工时需提前挖除，沿线需要挖除的软土总长度为1 535 m。软土成分包括1-2层淤泥质粉质黏土，将其改良后可作为沼泽土和水稻土，有助于增加土层内的有机质含量，治理周边的不良耕地[3]。

3 弃渣场选址策略

3.1 做好选址前的地质勘察

选择弃渣场建设场地时，还应采集完整的地质勘察资料，包括地形测绘资料、工程地质资料、弃渣基础资料、水文气象资料，其中，弃渣基础资料包括弃渣来源、堆渣量、弃渣物理力学参数、弃渣组分等内容。全面掌握以上基础资料后，确定弃渣场选址。此外，弃渣场选址还应利于废弃土石方的综合利用，需坚持“就近取土、临近弃土”原則，合理控制，减少土石方弃渣运量，避免运距过大[4]。

3.2 确保所选位置的安全性

弃渣的本质是人工扰动岩、土等混合体，属于结构松散的堆积体，具有成分多样、不可控、黏结性和抗蚀性差的特点，将其集中堆放后会存在水土流失风险，影响周围生态环境，甚至会造成生命、财产损失。比如，近年来，弃渣场失稳、垮塌、滑坡会直接导致安全事故，引起生命和财产损失。因此，对弃渣场进行选址时，还应按照《开发建设项目水土保持技术规范》（GB 50433—2008）、《铁路建设项目水土保持方案技术标准》（TB 10503—2005）等技术规范，考虑弃渣场选址、建设的安全性。

影响弃渣场安全的主要因素：渣堆整体及边坡稳定，周边及渣场径流的安全排出情况。选择弃渣场场地时，需提前计算弃渣堆放后弃渣场的稳定性，督促弃渣场做好排放排水设施。尤其是堆渣量超过500 000 m3、最大堆渣高度超过20 m，或者下游1 km范围内有公路、铁路等大型重要基础设施的弃渣场。

3.3 满足工程建设要求

弃渣场选址可根据公路、铁路建设项目的基本要求，分析弃渣运距、道路建设、经济可行等影响因素：①弃渣场、出渣处的位置不宜过远，距离如超过5 km时会增加项目成本。比如，运输弃渣时需要耗费大量的人工、车辆运载成本，甚至需要修建运渣道路、搭设桥梁、途经人口密集区。②为方便弃渣场的日常防治，避免水土流失，还应在肚大口小、易于拦截的沟道内选址。③弃渣场选址时应避免同时具备多个不利条件，比如，汇水面积较大、下游有敏感目标、有不良地质分布等[5]。

3.4 重视弃渣场选址稳定性验证

弃渣场选址时可应用现代技术和工具验证选址的合理性，如地理信息系统（GIS）、遥感技术、数值模拟工具都能为弃渣场选址提供支持，使其准确地评估渣场选址的可行性和影响，论证弃渣场选址区域的稳定性。弃渣场稳定计算的主体是“堆渣区域的边坡”“弃渣区域地基”，主要计算指标为抗滑稳定性。抗滑稳定是采集弃渣场地形及地质信息后，分析弃渣堆置方法的合理性，记录分析弃渣组成、弃渣物理力学参数，整合所有信息资源后计算各项指标。经验证，项目弃渣场的稳定性较高，基本符合要求。

4 土石方弃渣场防护建议

4.1 完善弃渣场防护体系

土石方综合利用、弃渣管理时，不同类型的弃渣场防护管理要求会存在差异，需结合实际的弃渣场类型，采取防护措施，完善弃渣场防护体系，如表3所示。

基于弃渣场洪水治理模式、弃渣堆置方法，可将沟道型弃渣场细分为“截洪式”“滞洪式”“填沟式”等类型。其中，沟道型弃渣场应做好安全防护措施，弃渣场防护应符合以下要求：①截洪式弃渣场排放洪水时，需直接将上游洪水经隧洞排放到邻近排水沟内，或应用埋涵方式排放到场地下游。②滞洪式弃渣场应在下游设置阻拦坝及其配套设施，及时拦渣，大坝的库容较大，可同时调蓄上游来水[6]。③填沟式弃渣场上游的积水风险较小，可直接在下游末端建设挡渣墙。对于降雨量较大的区域，则需直接建设截排水沟，及时将周边坡面径流排放掉。

4.2 优化水土保持设计

弃渣场采取防护措施的目的是预防水土流失，做好水土保持工作。因此，弃渣场需要优化水土保持设计，使弃渣场内的防护措施符合水土保持要求。根据《水土保持工程设计规范》（GB 51018—2014，以下简称《规范》），云南某高速公路项目所建设的弃渣场属于4级弃渣场，拦挡工程建设等级为5级、排洪设施为4级，防洪标准采用100年一遇洪水设计，300年一遇洪水校核。

弃渣场内的弃渣集中堆坡度小于25 °，且堆放区分布在边坡稳定的坡段，部分区域应用削坡工程使坡度变缓，确保坡体始终稳定。为进一步提升水土保持效果，弃渣场内建有挡墙、排水沟等防护工程。坡脚处设置挡、堆渣范围外侧设置排水沟、排洪沟，有助于避免弃渣场上游汇水、坡面水汇集，可减少雨水对弃渣体造成的冲刷，削坡处理后的区域可种植植物整治土壤。

4.3 加强弃渣场安全监测

弃渣场运营期间，还应做好安全监测，采集不同工况下弃渣场的安全系数，确保弃渣场的防护措施符合规范要求。以上述项目建设期间的弃渣场为例，在不同工况下，该弃渣场的整体情况符合《规范》中的相关要求，具体情况如下：

（1）弃渣完成后，挡渣墙后的堆渣高度达到最大时，墙体依旧保持稳定。通过计算挡墙抗滑、抗倾覆等安全系数可知，该弃渣场抗滑、抗倾覆安全系数分别为1.35、6.2，均符合规范要求。挡墙基底应力可基于墙体偏心受压情况进行计算，挡墙基底最大应力等于53.25 kPa，平均地基应力等于27.99 kPa，小于地基承载力，合力偏心距等于0.1 m，小于基础总宽的六分之一，整体符合要求。

（2）无工况时，挡墙墙体堆有一定高度的土石方弃渣，弃渣表面用大型机械设备碾压，挡渣墙会受到附加荷载，属于特殊荷载组合。经计算，挡墙抗滑与抗倾覆两项安全系数分别为1.08、3.35，均满足规范要求。挡墙基底最大应力等于40.66 kPa，平均地基应力为38.56 kPa，小于地基承载力，合力偏心距为0.015 m，小于基础总宽的六分之一，符合要求。

5 结语

综上所述，为提升土石方利用率，减少弃渣量，还应结合项目的实际情况，优化工程设计。处理土石方弃渣时，应按照《生产建设项目水土保持技术标准》（GB 50433—2018）等规范对弃渣场选址、管理的相关要求，科学地选择弃渣场建设场地，确保弃渣场符合管理规范的基本要求。应用弃渣场处理土石方弃渣时，应做好日常防护，加强土石方的综合利用，促进废弃土石方资源化、规范化，更有效地保护生态环境，减少资源浪费。

参考文献

[1]黄宗清， 时成相， 何振洲. 平陆运河沿线土石方综合利用研究[J]. 珠江水运， 2023（11）： 24-26.

[2]陈浩. 以某高速公路为例分析弃渣场水土保持典型设计[J]. 黑龙江水利科技， 2022（12）： 73-76.

[3]吴依琴. 基于钻孔的三维地质自动建模技术在土石方资源化利用中的应用[J]. 安徽地质， 2022（S1）： 51-54.

[4]魏明惠. 白沙快速出口路土石方综合利用的探讨[J]. 铁路节能环保与安全卫生， 2022（2）： 26-29.

[5]刘勇， 罗宗彦， 邱竟威. 大河水库弃渣场的选择与研究[J]. 陕西水利， 2021（11）： 169-170.

[6]陈小慧， 王志权， 雷斌. 基坑土石方传送带运输及破碎处理循环利用施工技术[J]. 施工技术（中英文）， 2021（17）： 144-147.