浅谈山区高速公路弃土场选址和设计

张 昊

（湖北省交通规划设计院股份有限公司,湖北 武汉 430050）

0 引言

山区高速公路由于地形陡峭，线性指标较高，难以做到填挖平衡，且一般挖方远大于填方，由此带来了大量弃方，必须设置足够的弃土场对这些弃方进行消纳。弃土场虽然仅仅是公路建设的附属工程，但如果设计单位对其重视程度不够，考虑因素不足，加之施工单位为方便施工，管理不严，极有可能在工程建设或运营时带来水土流失、垮塌变形等一些次生灾害。如2015 年底深圳渣土场发生的特大滑坡，造成巨大的生命财产损失，引起广大工程建设及管理人员的深刻反思。该文结合十巫高速公路郧西至鲍峡段的弃土场设计，探讨总结了弃土场的选址、方案选择、稳定性分析等设计要点，为类似山区高速公路的相关设计提供经验。

1 工程概况

十巫高速公路郧西至鲍峡段湖北省十堰市西北部，路线走廊总体呈南北向，全长34.84 km，桥隧比约为70%。项目区位于秦巴山区腹地，区内山高坡陡，沟壑纵横，河谷切割较深。路线主要经过构造剥蚀低山—丘陵、构造剥蚀低山地貌类型，山体主要由各类变质岩夹少量沉积岩构成。该项目全线路基弃方约250 万m3，隧道弃渣约150 万m3，合计需弃土约400 万m3，沿线共设置22 处弃土场。

2 弃土场选址要点

2.1 安全性

弃土场的安全性为选址时首要的考虑因素。根据《水土保持工程设计规范》[1]的规定，严禁在对重要基础设施、人民群众生命财产安全及行洪安全有重大影响的区域布设弃渣场。基于安全考虑，弃土场选址时应注意以下几点[2-3]：

（1）应避开滑坡、不稳定斜坡等不良地质条件段，不宜在泥石流易发区设置弃土场。

（2）不宜设置在汇水面积和流量大、沟谷纵坡陡且出口不宜拦截的沟道。

（3）不应危害公路铁路等重要构造物的安全，弃土场坡脚应与构造物留有一定的安全防护距离。

（4）沿河岸布置时，不得影响河道正常防洪行洪，必要时应在临河一侧设置支挡结构以防止冲刷。

（5）对于地面斜坡较陡的弃土场应加强稳定性分析，合理设置支挡措施。

2.2 经济性

经济性是弃土选址当中的主要控制因素，经济性主要体现在弃土运距。弃土场的选址和容量应结合土石方数量、路线周边道路及便道情况、不可跨越的江河及长隧道位置等综合考虑，合理规划弃土路线，选择综合运量最少的方案。一般来说，施工单位可接受弃土运距不宜超过10 km，如果运距太远，成本过高，在工程实施上容易遇到困难。但是，也不可为了盲目追求短运距，降低成本而不利于路基后期运营安全。

2.3 环境影响

弃土场的设置对当地环境有着较大的影响。对于自然环境，主要是可能造成水土流失、植被减少等。对于人文环境，主要是弃土场施工过程中带来的机械噪声、废气废物、水源污染等。因此，从环境角度考虑，弃土场选址应做到：

（1）应尽可能地利用山谷荒地，尽量减少对耕地、经济林地的占用，节约土地资源。

（2）宜避开较大的居民点或保证足够的距离，减少对居民生活的影响，避免影响饮用及排灌设施。

（3）原则上不宜在景区范围内设置弃土场，尽量把弃土场布置在公路的视野之外，并做好表土的绿化。

2.4 其他

其他因素主要是应充分考虑当地政府和群众的合理诉求，尽量减少因设置弃土场对坟地、电力电线、房屋等的拆迁数量，处理好工程建设与当地人民利益的矛盾。部分弃土场可结合当地的土地规划进行设置，与弃土造田、加固河堤、修筑宅基地等一并考虑。如该项目3 标段10#弃土场沿河道两岸台地弃方并压实，形成较宽的平地，用于当地拆迁房的安置，在山区土地资源宝贵的情形下不失为一种好的方案。

3 弃土场设计方案

3.1 集中弃土场设置

根据《水土保持工程设计规范》，弃土场按地形条件、与河沟相对位置、洪水处理方式等可分为沟道型、临河型、坡地型、平地型、库区型五种类型。该项目集中弃土场的设置主要采用了沟道型，并且尽量选择肚大口小、上游汇水面积小的支沟，此时锁口简单，只需设置一道挡土墙，支挡工程费用较低，弃土场稳定性也较好。以1标段5#弃土场为例，典型弃土场布置如图1 所示。

图1 1 标段5#弃土场平面图

需要注意的是，由于该项目路线主要临河沟沿山腰布线，路线下方空间受限，因此许多弃土场只能设置在路线上游。由于弃土场施工时很难达到设计要求的压实度，长期来看存在发生变形或推移的可能性，另外弃土场弃方时产生的大块滚石的滚动也会对已建成的主线路基、桥梁墩台产生不利影响。因此，在加强弃土场防护的同时，也必须对弃土场坡脚与路线边缘的安全防护距离做出一定要求。理论上安全防护距离与渣土的性质、弃方高度、地形坡度等均有关系，参考《水利水电工程水土保持技术规范》[4]的规定，对于弃渣场与公路的安全防护距离为1.0H～1.5H，H为弃渣场设计堆置总高度。因此出于安全性考虑，该项目弃土场坡脚线与主线边缘均保证不小于50 m 的安全距离。

3.2 与主线路基结合考虑

在不影响主线安全的前提下，弃土场可与公路主线填方边坡相结合，统筹考虑。

一是可以布设在高填方路基坡脚，利用弃土对路堤进行反压，既达到了消化了弃方的目的，又增强了路堤的稳定性。如1 标段2#弃土场（见图2），主线在该处为高填方路基，按8 m 一级，坡率1 ∶2.00 进行放坡，边坡高度超过40 m，对路基的稳定性提出了较高的要求。考虑到地形较为平坦，在路堤坡脚以外设置弃土反压，弃渣填至路基第三级边坡坡脚处，在消化弃方的同时提高了该处高填方路基的稳定性。

图2 1 标段2#弃土场剖面图

二是可以利用主线高填路基填筑形成的洼地设置弃土场（也可称作填平区[5]），如1 标段3#弃土场（见图3）。该弃土场不仅能够消化弃方，而且填平后可以复耕利用，达到了节约用地的效果。此外主线涵洞标高可以相应抬高，减小了涵长，节约了主体工程数量。因此，在山区高速弃土方案设计中应尽可能利用这些可以填平的位置消纳弃方。但设计中应注意，为防止雨水通过较松散的弃渣体渗入主线路基，使得主线路基土长时间浸水软化，强度和稳定性降低。一般应要求该类弃土场达到或接近路基的压实度，弃土施工可与路基施工同步进行。同时应做好弃土场的截排水措施，两侧设置截水沟，表层用黏土封层封闭，必要时底部可设置碎石盲沟。

图3 1 标段3#弃土场剖面图

4 弃土场稳定性分析

弃土场的稳定性分析是弃土场选址和设计的重要内容之一，是弃土场安全性的基本保障，决定了弃土场的支挡形式及规模，同时也影响了弃土方案的经济性。

目前规范上多采用简化毕肖普法分析弃土场的自身稳定或弃土场与地基的整体稳定性。此外，当地面坡度较陡时，弃土场还可能沿斜坡地基或软弱层带滑动失稳，此时稳定系数可采用不平衡推力法计算[6]。

以1 标段5#为例，该弃土场原地面为强—中风化绢云母石英片岩，弃渣体为附近主线路堑挖方材料，以中—强风化片岩为主。根据弃土场剖面图建立分析模型如图4，各岩土层参数如表1 所示。

图4 弃土场稳定性分析模型

表1 岩土物理力学参数建议值

当分析弃土场自身稳定性时，最不利滑面为潜在滑动面1，当分析弃土场沿斜坡地基或软弱层滑动的稳定性时，计算滑面为清表后的原地面，即潜在滑动面2，分析结果见表2。

表2 弃土场稳定性计算结果

由此可见，该弃土场在两种情况下的稳定系数均满足要求，只需设置常规的拦渣墙防护即可。

5 总结

该文总结了十巫高速公路郧西至鲍峡段弃土场的设计经验，归纳得出的主要结论如下：

（1）弃土场选址应考虑安全性、经济性、环境影响及其他因素，其中安全性是首要考虑因素，经济性是主要控制因素。

（2）当弃土场设置在路线上游时，必须保证符合坡脚与主线边缘安全防护距离的要求。弃土场设计中有条件时可结合路基填筑一起考虑，一方面可利用弃土对路堤进行反压，在消化弃方的同时又增强了路堤的稳定性；另一方面利用填平区弃土可节约用地，降低工程造价。

（3）弃土场的稳定性计算包含弃土场自身稳定性以及弃土场沿斜坡地基或软弱层滑动的稳定性两方面，分别推荐采用简化毕肖普法和不平衡推力法进行计算，二者的稳定安全系数均需满足相关的规范要求。