弃渣场设计选址问题研究综述

(重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074)

一、前言

我国正处于基础设施建设的高峰时期，弃渣场广泛使用于山区公路、铁路、水利和采矿工程等一系列工程实际中。由于相关的行业规范、技术标准不够成熟，以及缺乏有力的监管体系，从调查中发现我国已使用的和大部分正在使用或正在修建的弃渣场均缺少科学的指导，设计中重视弃渣场选址的成本和便捷性，却忽略弃渣场设计选址的安全性和环保性。不仅大比例占用基本农田，林地和湖泊，而且还污染环境，浪费资源，甚至会发生渣场垮塌。严重影响渣场的正常使用和周围环境，给弃渣场后期的运营和维护工作增加了巨大的经济负担和安全危机。为实现弃渣场的可持续发展，改善弃渣场现存的问题，促进弃渣场行业管理和监督的提高，让弃渣场选址变得更加科学化，经济化，环保化，需对弃渣场设计选址问题进行研究。

二、研究现状

(一)基于结构稳定性的弃渣场设计选址研究。因弃渣场堆积不当造成的边坡失稳问题已经屡见不鲜，同时还伴随着一系列的次生灾害，为解决这些问题，国外的很多专家学者对弃渣场结构稳定性、渣体材料和渣体的堆积形式都做了相关的研究并取得了一系列的成果。Pata等认为弃渣的粒径大小对弃渣场稳定性有不同的影响，粒径的大小和比例在较稳定的区域时，弃渣场结构稳定，而大粒径土过多，弃渣场稳定性差，小粒径的粘土过多会产生泥石流的问题。从选择堆积位置方面，Grier等认为最好的弃渣位置为天然洼地地形区域，并可以平整为施工场地。

目前我国关于弃渣场稳定性方面的研究较少，大多以某具体弃渣场工程项目为实例对弃渣场的基本情况、弃渣体物理力学性质以及防护工程形式等方面进行稳定性分析和研究。王龙飞[1]通过对弃渣物理性质的分析，从环保的角度对弃渣场综合利用过程中的施工技术进行了阐述。谭鹏[2]通过数值模拟分析，得出弃渣场失稳破坏机理，根据试验结果，提出不同利用类型弃渣场的压实控制标准。谢来发[3]通过分析不同植物生长特性及弃渣的类型得出弃渣场植被恢复最小覆土厚度建议值。

(二)基于水土流失的弃渣场设计选址研究。欧美发达国家在19世纪后期就已认识到土壤侵蚀现象与水土流失的关系，并对土壤侵蚀机理进行研究。Musgrave在他的研究中发现水对于土壤的侵蚀程度与降雨的特性有密切的关系，并得到了两者的方程；Zingg等认为坡面角度对侵蚀具有一定影响，并得到坡面角度具有一个临界点57°。Artley在人工降雨条件下对煤矿开发扰动进行研究，分析了在多因素下土壤侵蚀状况。美国在70年代利用现代计算机技术来进行建模分析，得到通用土壤流失预报方程，在弃渣场的土壤流失量计算、环境评价、荒地开垦中得到广泛应用。借助这些预测模型，发达国家开始进行公路边坡的防护、弃渣场的水土保持和生态恢复工作，并取得了较好的效果。

目前我国对于弃渣场的水土流失方面的研究较多，其中主要是关于形成机理、侵蚀形式及径流分散。弃渣场的侵蚀现象主要分为两种：水对弃渣体平台的侵蚀，水对弃渣体斜坡的侵蚀。对于平台多表现为塌陷和裂缝现象，水通过裂缝或塌口进入弃渣体，造成渣体失稳破坏，严重时可能导致滑坡泥石流[4]。对于斜坡的侵蚀，由于渣体的松散，水很容易侵蚀进入到弃渣体中，以至于更容易发生斜坡泻溜等侵蚀形式[5]。弃渣场土壤侵蚀主要与降雨、防护措施、堆放时间、地表物质组成等有关系。弃渣材料组成对水土流失的影响也不尽相同，砾石，块石组成的弃渣场水土流失情况较严重；沙石，土壤组成的弃渣场由于渣体密实度较高而有效阻止了水土的流失。

三、发展中遇到的问题与前景展望

(一)存在问题。尽管目前国内外对于弃渣场设计选址问题中的稳定性和水土流失方面有一定的研究，但是对于弃渣场设计选址问题的具体评价体系，技术标准方面的研究还严重不足，且设计时无统一规范，大多参考其他行业标准，无论从技术角度还是从管理角度都存在以下几个问题：

1)弃渣场选址尚无成熟的标准。目前关于弃渣场的选址规划方法的研究实用性较差，对设计人员经验的依赖性过高，对于规划弃渣场选址的方法存在局限性和片面性，开展的系统性研究还很少，且已有研究也仅是在水土保持方案中涉及，对于弃渣场的选址规划基本都是结合某一具体工程实际来做研究，但几乎没有一个适用于绝大多数弃渣场选址问题的参考标准和评价体系。

2)缺乏设计施工的技术参数和标准。山区公路弃渣场拦挡、截排水工程设计标准与参数简单地参照路基工程，主要设计参数以及防洪标准的确定方法和计算公式缺乏系统研究与统一规范，导致公路弃渣场施工中经常出现容量不足、拦挡与截排水工程防洪标准低、弃渣场稳定性差等问题。而在弃渣场施工中，行业内尚未研究确立弃渣场施工控制标准，导致弃渣场施工监控缺乏依据，实际施工处于无序状态。

(二)解决方法。在以后的发展和研究中，希望能通过以下几方面的研究来得到上面所提及问题的解决方法。

1)弃渣场选址规划。在综合考虑弃渣场的地质地貌、可容纳弃渣量、弃渣场地规模、运距、经济效益、社会效益、环境效益等基础上，参考其他类似工程选址规划理论及模型，如矿山弃渣场、冶金尾矿库、工业及民用建筑弃渣等选址评价的研究成果，建立一套科学、可行的评价模型，并通过GIS技术[5,6]建模对其可行性进行详细分析，总结不同地形，不同模型下的弃渣场数据，得到弃渣场选址的一般方法和适用于绝大多数弃渣场项目的具体选址参考原则。

2)施工风险因素分析和施工控制研究

①弃渣场施工风险因素分析。根据查阅文献和挖掘弃渣场事故案例的风险因素，如渣体性质、渣体容量、边坡控制、平台控制、土石方调配、作业顺序、地基处理、渗水、降雨、地震、施工现场组织等，结合实际情况，进行施工风险的综合分析，提出并优化控制指标，建立合理的评价模型，采取相应措施降低施工风险。

②关键部位施工控制方法。针对山区弃渣场大多以自然倾倒、松散堆渣且压实度小甚至无压实、渣体粒径不均匀性的情况，以弃渣场的关键部位(平台、坡脚、坡顶)为对象，将土石方工程、拦挡工程、护坡工程和截排水工程等的施工列为控制重点展开相关研究。

四、结论

本文介绍了目前弃渣场设计选址的相关研究情况，提出了在设计、选址和施工中存在的问题和可行解决办法，为未来能完整提出弃渣场设计选址评价体系和设计规范确定了必要的基础，最终达到使弃渣场建设符合安全、适用、耐久、经济、环保的原则，促进弃渣场行业建设和监管水平的进步，在提高弃渣场安全性的同时能科学合理地规划其选址，实现合理配置资源资金和保护环境的目的。