高速公路弃渣场设计浅析

刘 志

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

1 研究背景

由于山区高速公路地形和地势的特点，施工过程中产生的弃渣量较大，相应地对弃渣场地的需求也较多。设计过程中，一般会设计几处全线集中的弃渣场地，而在实际的施工过程中，也可以充分利用路线旁边的小冲沟作为弃渣场地。

通过对多条高速公路的实际调研，发现在实际施工过程中，由于各种原因，施工场地附近产生的弃渣场地较多，其中有些弃渣场地存在不满足水土保持相关要求易造成水土流失现象[1]，有的弃渣场防护工程不足可能危及道路安全，需要采取相应的措施进行处理。

本文以某高速公路弃渣场地设计为背景，对弃渣场地的设计原则、设计要求和设计方法等做了细致的分析和研究，希望可以为今后类似工程的设计和施工提供一定的参考。

2 总体设计

2.1 弃渣场选址设计一般要求

2.1.1 选址总要求

弃渣场选址应贯彻安全性、环保性、经济性和合法性原则。

2.1.2 不应设置弃渣场地的情况

a）不应在不良地质灾害多发区（如滑坡、泥石流、崩塌等）设置弃渣场。

b）不应在侵入河道范围内进行弃渣，且弃渣场地应远离泄洪通道。

c）弃渣场距下游设施、建（构）筑物、危险品存放处等的距离不满足相关规范要求或威胁其安全的。

2.1.3 不宜设置弃渣场地的情况

a）弃渣场宜远离江河、湖泊和水库管理范围。

b）弃渣场宜不占或少占林地、耕地。

c）避免在自然保护区、文物保护单位、饮用水及基本农田保护区等地方设置弃渣场。

d）弃渣场下游范围不宜存在加油站、煤气管道、工业与民用建筑、居民活动等区域。

2.2 常见的弃渣场分类及一般处理措施

2.2.1 冲沟型弃渣场

冲沟型弃渣场沿冲沟设置，一般选择可利用面积较大的V字形冲沟，多条冲沟交汇时要对区域排水进行调查，避免影响冲沟排水。同时应要求施工时不在弃渣上游因堆渣形成水坑。

2.2.2 坡地型弃渣场

坡地型弃渣场一般沿山体坡面堆渣，堆渣倾角小于山体坡角。该类弃渣场一般需设置挡渣墙，且须校核填渣后的坡体稳定性。

2.2.3 平地型弃渣场

平地型弃渣场是指在平地中央堆弃的弃渣场地，此类弃渣场地一般占地较大，利用率低，一般选取废弃或难以利用的平地进行弃渣。当弃渣可以作为路基填料或其他经济用途时，多采用此类弃渣场。

2.2.4 临河型弃渣场

临河型弃渣场地距离河道较近或占用废弃河道进行堆弃。此类弃渣场地须经河道等有关部门批准，否则不应进行设计或施工。

2.2.5 填洼（塘）型弃渣场

填洼（塘）型弃渣场具有可不设挡渣工程，潜在的水土流失危害小，对周边环境影响小等优点[2]，但弃渣量小，满足条件的场地不多。

2.2.6 临近建构筑物弃渣场

此类弃渣场是指渣体下游存在建筑物或构筑物的情况，设计和施工中应当避免使用此类场地，以免后期发生影响建筑物安全的不良后果。

3 建（构）筑物结构设计

3.1 挡渣墙

重力式挡渣墙是通过利用挡渣墙自重抵抗墙后土压力并保持稳定的挡土结构，重力式挡渣墙成本低，施工较为简易。因此，在弃渣场设计中，一般均采用重力式挡渣墙。

3.1.1 设计要求

a）本次设计采用了两种挡渣墙形式，实际施工中根据地形、坡高和排水条件综合选择合适的挡墙即可，其中，A类挡渣墙墙高4 m，B类挡渣墙墙高5 m，挡渣墙具体尺寸见图1、图2。

图1 A型挡渣墙

图2 B型挡渣墙

b）挡渣墙主体材料采用浆砌片石，基底承载力不小于200 kPa；挡渣墙尺寸根据地形起伏按直线变化过渡，并保证挡渣墙基础的埋置深度。

c）挡渣墙墙体上按照间距1.5 m×1.5 m的梅花型设置直径10 cm泄水孔，孔底设置砂夹碎石反滤排水层；纵向每隔10 m设置一道伸缩缝。

3.1.2 设计参数

设计重力式挡渣墙时，一般要根据当地地质条件和弃渣性质考虑挡渣墙的设计参数，本次设计的一般参数见表1。

表1 设计参数表

3.1.3 挡渣墙稳定性计算

a）主动土压力计算

主动土压力系数Ka：

主动土压力：Ea=0.5γH2Ka；

主动土压力水平分力：Eat=Easin(α-α0-δ)；

主动土压力垂直分力：Ean=Eacos(α-α0-δ)；

注：ε为墙背与其垂线的夹角；α为挡渣墙墙背倾角；α0为挡渣墙基底倾角。

c）抗倾覆系数：

式中：Eax=Easin(α-δ)，Eaz=Eacos(α-δ)，Zg，Zx，Zy分别为与作用力相对应的力臂长度。

d）稳定性计算结果。将设计参数代入设计抗滑移和抗倾覆计算公式，可得出挡渣墙的抗滑移系数、抗倾覆系数，计算结果表明，设计的挡渣墙能够满足稳定性相关要求。

表2 挡渣墙稳定性计算表

3.2 渣体边坡

3.2.1 坡体设计

弃渣结构具有渣体松散、整体稳定性差的特点，容易引发滑坡和坍塌。因此，必须采取消坡措施，并按一定高度对削坡进行分级，以减缓边坡坡度，保证弃渣渣体的稳定。

本设计刷坡坡率采用1∶2设计，边坡设置平台，平台高度8 m，宽2 m，设置平台后，边坡综合坡率为1∶2.5，坡体填土综合内摩擦角一般为30°～35°。

图3 坡面防护纵面设计图

图4 坡面防护平面设计图

3.2.2 坡体稳定性计算

为了确保渣体的稳定性并不产生浅层、深层滑动的情况，须对渣体进行稳定计算。由于渣体主要是由松散土组成，滑动面近似于平面，因此，采用直线滑动法对其进行稳定性分析，安全系数公式为：

按照边坡填土综合倾角β选为21.8°，计算得出的Fs值为1.44～1.40＞1.35。设计的安全系数满足相关规范的要求。

3.3 截（排）水沟

截水沟是设置于场地外围的明沟排水结构，一般在弃渣场外围不小于5 m的范围设置，用于截排渣场外部地表水以防冲刷。

在弃渣场各平台设置平台排水沟以防坡面冲刷，平台排水沟与急流槽相接并将水排入急流槽，排水沟坡度一般按照不小于3%设计。

截、排水沟采用浆砌片石砌筑，为保持砌筑结构的整体性，防止产生渗水造成对水沟基础的破坏，在水沟下部设置砂砾垫层。

图5 截水沟断面图

图6 排水沟断面图

3.4 急流槽

当弃渣场地面积较大，汇水较多，截水沟和排水沟排水不能满足流量需求时，可设置急流槽解决弃渣场所处区域性的汇水。急流槽坡度与弃渣体坡度相同，急流槽断面形式见图7，急流槽断面泄洪能力为11 m3/s。

因急流槽筑在弃渣体上，为防止渠道基础的不均匀沉降，渠道每隔15 m设一道沉降伸缩缝，缝内填塞沥青麻絮，并用沥青封口。为防止急流槽底部墙趾受冲刷，在挡渣墙墙趾外一定范围设置浆砌片石铺砌。

图7 急流槽设计图

3.5 坡面绿化

弃渣场待弃渣完成后需进行场地平整、覆土，并采用一定的绿化措施进行坡面处理，从而实现对渣体坡面生态植被进行恢复的效果。堆渣后的弃渣坡面一般采用两种处理措施，即复耕种地农作物和种植林木、草地等进行绿化。

坡面覆土一般采用新鲜的培植土，并尽可能使用原坡面堆渣前剥离并留存的表层土作为种植土，用于种植低矮灌木时的覆土厚度一般不小于0.8 m，用于植草的覆土厚度一般不小于0.5 m。

边坡绿化措施应根据渣场所在地区的气候条件、渣体坡体本身的地质条件、施工器具、施工季节等因素进行综合考虑。

4 其他注意事项

a）弃渣挡渣墙及放坡坡面范围内的弃渣须碾压密实，并满足规范规定的压实度要求。修建防排水设施时，应根据实际地形进行适当调整。

b）弃渣场须严格按照设计坡率弃填，理顺排水，防止上游积水。

c）建议弃渣场外5倍弃渣高度范围内不得有新建工业、民用建筑等，且须设置警告标志。

d）对于临近村庄、建构筑物或农田的弃渣场，应书面告知当地村民及政府渣场规模、范围及防治措施，说明渣场溃坝危害，设专人进行定期安全检查。

5 结语

弃渣场地在设计上应当遵循因地制宜、因势利导的原则，设计的弃渣场地应最大可能满足实用性原则，充分利用沿线自然条件，做到精心设计，合理利用；同时，还要适当考虑复耕、林地、养殖用地等再利用措施。