罗绍芹
云南今禹生态工程咨询有限公司 云南昆明 650233
摘要：山区公路建设过程中产生的弃渣量较大，且弃渣多沿线分布。因此在进行山区公路建设时需要选择合适的弃渣场将沿线的弃渣集中堆放，不仅能保护当地的生态环境，还能防止建设过程中造成新的水土流失。本文在着重介绍弃渣场选址原则及其相应的水土保持措施设计要求的基础上，分析了都龙至都龙口岸公路建设弃渣场选址及其水土保持措施设计方案。
关键词：公路；弃渣场；水土保持措施；堆筑形式；挡渣墙
近年来，随着社会经济的飞速发展，平原地区公路建设事业突飞猛进的同时，山区公路建设也在飞速发展。然而，由于山区可供农民耕种的耕地不多，耕地多是沿着沟谷、水系分布，在公路建设过程中不可避免的占用耕地，其相应的投资较大，加之山区的地形、地质、水文条件极其复杂，公路建设过程中开挖回填土石方量较大，更进一步加剧了公路建设的投资，并且由于公路的线型特点，弃渣均沿线分布。因此，大部分公路建设产生的多余渣土在公路沿线随意堆弃，加剧了区域水土流失的发生。本文以都龙至都龙口岸公路为例，对其建设过程中弃渣场选址及弃渣场水土保持措施进行设计，规范弃渣处理行为，为山区公路建设过程中的水土保持工作提供帮助。
1 工程概况
都龙至都龙口岸公路工程地处云南省文山州马关县都龙镇，公路全长24.512km，包括主线全长15.885km、都龙联络线全长1.026km、金厂联络线全长7.601km三个部分。公路等级为二级，主线、都龙联络线设计速度60km/h，路基宽度为12m，最大纵坡6%；金厂联络线设计速度40km/h，路基宽度为8.5m，最大纵坡7%。共有桥梁31座（主线21座，金厂联络线10座），涵洞63道（主线39道，都龙联络线4道，金厂联络线20道）均为新建，与其他公路平面交叉17处，通道10处。起点位于文山至都龙二级公路K94+160处，止点位于都龙口岸。本工程大部分路段为新建，新建路段长23.85km。其中主线和都龙联络线全部为新建，金厂联络线为沿旧路改造，需改建老路662m，路基宽度由6.5m宽沥青混凝土路面的四级公路扩建至8.5m。本工程拆迁房屋12262m2。本工程部分新建路段较靠近老路、乡村道路，原有老路和乡村道路均可利用，需新建保通施工便道以保证与原有老路和乡村道路的畅通；部分新建路段离老路较远，主体设计新建15.81km施工便道以满足施工要求。
本工程共产生开挖土石方182.85万m3（表土剥离10.91万m3，清除软基8.74万m3，基础开挖162.22万m3，建筑垃圾0.98万m3），填方100.35万m3（基础回填91.61万m3，片碎石换填8.74万m3），外借方8.74万m3，共产生弃方80.33万m3（扣除表土剥离10.91万m3），设计方案共拟定了4个弃渣场，用于工程所弃土石方堆放，总容量为119.05万m3，占地面积11.1hm2。
2 弃渣场选址及分类
2.1 弃渣场选址原则
（1）公路工程为线性工程，弃方分布比较长，适当增加弃渣场数量，以减少弃渣的运距，弃渣运距控制在5km以内。（2）弃渣场选址应遵循“少占压耕地，少损坏水土保持设施”的原则。山区、丘陵区弃渣场宜选择在工程地质和水文地质条件相对简单，地形相对平缓的沟谷、凹地、坡台地、阶地等；（3）弃渣场尽可能选在远离公路的一面，如不能避免，后期要加强生态恢复工作，以减少其对公路沿途景观的破坏；（4）尽可能选择项目沿线废弃砂石坑作为渣场；（5）弃渣场不宜设置在汇水面积和流量大、沟谷纵坡陡、出口不易拦截的沟道；（6）从实际出发，节省投资，保护环境，与周边环境协调一致。
2.2 弃渣场分类及适用条件
开发建设项目弃渣场一般分为沟道型、临河型、坡地型及平地型（填凹型纳入平地型）四类，其适用条件如下：
表1 弃渣场分类及适用条件[1]
3 弃渣场水土保持措施设计要求
3.1 渣体堆筑形式设计要求
渣体堆筑常采取多台阶弃渣堆筑形式。弃渣堆筑首先必须保证第一台阶的安全与稳定，因为第一台阶的变形和破坏，可能引起整个弃渣场的松动和破坏。堆渣边坡大小与弃渣场坡度、渣体物质、渣体粒径等有关，一般下级边坡1：2～1：3，中级1：1.5～1：2.5，上级1：1～1：2。渣体堆高最高不超过30m，每级高差不大于10m，各级之间设有马道，宽为1～1.5m。在马道上布置横向排水沟，在与横向排水沟垂直的方向约20～30m布设纵向排水沟。
3.2 挡渣建筑物设计要求
山区弃渣场挡渣建筑物主要采用重力式挡渣墙，利用重力式挡渣墙及计算程序计算其稳定性，挡墙长度依据地形图实际量算所得。挡渣墙材料应根据当地材料种类，一般为浆砌石挡渣墙或混凝土挡渣墙。浆砌石砌筑时墙顶宽度不小于0.5m，混凝土浇筑时墙顶宽度不小于0.3m。挡渣墙设计考虑每隔10～15m设一道伸缩沉降缝，缝宽为2～3cm，缝内填塞沥青麻絮、沥青木板、胶泥或其他止水材料。墙体纵向每隔2～3m设置排水孔，排水孔孔径5～10cm，最低一排孔设在地面高程以上0.3m处；挡渣墙的排水孔用密目网反滤。
在弃渣过程中，应坚持“先挡后弃”的原则，先修筑挡渣墙，后进行弃渣堆筑。挡渣墙的位置一般选择在渣场谷口比较窄的地方，以减少挡渣墙的工程量。挡渣墙地基应该选择新鲜不易风化的岩石、密实的土层或加大基础开挖深度。根据地形、堆渣面积、堆渣高度等，计算出弃渣场可容纳的弃渣量。
3.3 截排水措施设计要求
弃渣场的截排水措施，除了在马道上布设横向排水沟和在与横向排水沟垂直的方向布设纵向排水沟外，外围的截水沟才是影响渣场稳定和弃渣流失的关键因素。外围截水沟与挡渣建筑物一起在弃渣前修建，布设在弃渣场周围1～5m外，水沟基础要开挖在自然边坡稳定土体上或岩石上。断面尺寸根据山体坡面汇水面积、当地的降雨量及坡面径流情况来进行设计，截水沟设计断面可分为梯形、矩形等，沟道侧墙材料可采用浆砌石、混凝土等，截水沟的排水坡度≥1%，在排水坡度较陡的地段设计跌水坎进行消能。
3.4 渣面防护措施设计要求
生产建设项目水土保持设计必须坚持“生态优先”的原则，措施配置应与周边的环境相协调，即在不影响主体工程安全和运行管理要求的前提下，尽可能采取植物措施。因此，渣面防护根据周边环境尽量选用植物措施，①弃渣场原地貌为荒地的，后期植被恢复要乔、灌、草结合并注重终期植物群落与周边环境相协调。设计过程中在对项目区及周边植被类型进行调查的基础上，选择合适植物种。②弃渣场原貌为荒地，周边有经果林的区域，后期植被恢复根据当地农业发展情况建设经果林，建成后交由地方经营，以提高当地农民收入。③弃渣场占用土地为耕地的，项目弃渣完毕后，为减少水土流失和减轻对周边生态环境的影响，坡面植被恢复以灌草为主，平台顶部进行复耕，归还农民使用，尽量少占用耕地。
4 都龙至都龙口岸公路弃渣场水土保持措施设计
4.1弃渣场选址工程设计
都龙至都龙口岸公路开挖弃渣呈线状分布，根据道路沿线的地形地貌，考虑弃渣场运距、渣场容量等因素，在主线路段拟选了3个沟道型型弃渣场和金厂联络线拟选了1个沟道型弃渣场，共4个弃渣场。各弃渣场堆渣最大高度13～33m，渣体外坡按1：2.0放坡，弃渣场总库容约119.05万m3。设计在弃渣场下游设置浆砌石重力式挡渣墙，上游侧布设截水沟，坡面布设马道排水沟。
4.2挡渣墙设计
以1号弃渣场为例对挡渣墙进行稳定性分析计算，修建挡渣墙长度为55m。
4.2.1 断面设计
本设计采用重力式挡渣墙，设计挡墙高2.5m，顶宽0.5m，基础埋深0.5m，采用面坡坡比1：0.1，背坡坡比1：0.3的断面形式进行设计，采用M7.5浆砌块石砌筑。
4.2.2 稳定性分析
（1）挡渣墙土压力计算
挡渣墙的土压力计算参考《水工挡土墙设计规范》（SL 379-2007）：
式中，K2-抗倾覆稳定安全系数；a-W对O点的力臂，m；b-Pay对O点的力臂，m；h-Pax对O点的力臂，为墙背高度的1/3，m。
经计算得1#弃渣场挡渣墙抗滑稳定安全系数为4.23。
（4）地基承载力验算
地基承载力计算公式：
式中，σmax、σmin分别为基底最大、最小应力，kpa；N为墙体上垂直作用力的总和，t；B为挡渣墙的底宽，m；e为偏心距，即合力作用点至墙底中心点的距离，m。
偏心距计算：偏心距e为所有作用在墙体上的各力对墙底中心点取力矩的代数和M与墙体所有垂直作用力的总和N的比值，顺时针力矩为负，逆时针力矩为正，垂直力向下为正，向上为负。
经计算得，1#弃渣场挡渣墙墙趾处地基承载力81.41kpa，墙踵处地基承载力为18.59kpa。
都龙至都龙口岸公路1#弃渣场挡渣墙断面详见图1。
图1 1#弃渣场挡渣墙断面尺寸图
4.3截、排水措施设计
本项目四个弃渣场均为沟道型弃渣场，三面环山，弃渣场位置相对较低，存在一定的汇水面积，需要在弃渣场周边适当位置设置截水沟，堆渣坡面马道设置马道排水沟，排水沟与外围截水沟衔接，可以排走周边来水，防止上游来水随弃渣与原地面之间下渗冲刷挡渣墙，保证弃渣场的安全稳定。
4.3.1 坡面洪峰流量的确定
本项目外围截水沟采用20年一遇最大1小时暴雨强度设计，洪峰流量按《开发建设项目水土保持技术规范》公式确定：
QB=0.278kiF
式中，QB为最大洪峰流量，m3/s；k为径流系数，根据实地地形和植被情况取值；i为按二十年一遇最大1h暴雨强度，mm/h；F为山坡汇水面积，km2。
本项目1#弃渣场区径流系数k取0.6，项目区二十年一遇最大1h暴雨强度i为55mm/h，山坡汇水面积F为0.031km2，经计算得最大洪峰流量为0.28m3/s。
4.3.2 截水沟断面设计
设计过水断面根据地形选择坡降，根据经验选取断面尺寸，采取明渠均匀流公式进行校核，明渠均匀流公式如下：
式中，A为过水断面面积，m2；Q为设计坡面汇流洪峰流量，m3/s；C为谢才系数， ；R为水力半径，R=A/x，m；i为沟底坡降；x为截水沟断面湿周，梯形断面 m；m为内边坡系数；h为过水深，m；b为梯形断面底宽，m；n为糙率。
根据算出的洪峰流量，用试算法可算出排水沟的各断面尺寸。本项目1#弃渣场截水沟断面尺寸为底宽0.4m，顶宽0.9m，深0.5m。
4.3.3 排水沟断面设计
本方案考虑沿分台马道布设马道排水沟，排水沟衔接外围截水沟，形成完善的排水系统，可以有效排泄坡面来水，减少汇水对坡面冲刷，对稳定坡面，防止水土流失有良好的防护效益。马道宽为2.00m，设计马道排水沟断面为矩形，断面尺寸为宽0.40m，深0.30m，采用浆砌石砌筑，浆砌石厚0.30m。
4.4渣面防护措施设计
本方案设计在弃渣场区场地使用结束后进行复耕，尽量恢复原有土地
使用类型，归还当地村民使用，由于渣体存在边坡，边坡不适合复耕，本方案设计对渣场边坡进行绿化，按照“适地适树、适地适草”的原则，结合立地条件及植被特点进行灌草绿化，灌木选用马樱花，草种选用百喜草、白三叶。在播种之前要进行覆土，覆土厚度30cm，所需覆土由所选渣场堆渣前剥离所得。
5 小结
山区公路在建设过程中产生的弃渣量较大，造成的水土流失较为严重，因此在建设过程中要选取合理的弃渣场并按照相关的法律法规对弃渣场进行水土保持措施设计，在控制建设项目工程造价的同时，提高生态效益、经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]水利部.开发建设项目水土保持技术规范[M].中国计划出版社，2008，5.
[2]水利部.水工挡土墙设计规范[M].中国水利水电出版社，2007，9.
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[4]温传雄.揭河高速公路弃渣场选址及其水土保持措施设计[J].四川建材，2009（4）：303-304.
[5]李光明.水利建设过程中弃渣处理方案设计[J].黑龙江水利科技，2013（1）：216-219.
作者简介：
罗绍芹，女，出生于1985年9月，汉族，云南元谋县人，现工作于云南今禹生态工程咨询有限公司，工程师。
论文作者:罗绍芹
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/6
标签：断面论文; 排水沟论文; 水土保持论文; 水沟论文; 龙口论文; 马道论文; 措施论文; 《防护工程》2018年第9期论文;