孫晨 唐靜

摘要 土石方是各類工程項目建設(shè)的主要材料，綜合利用土石方的目的是提升土石方利用率，減少資源浪費。但對于土體開挖量較大的公路項目而言，施工期間不可避免地需要廢棄土石方，因此需建設(shè)棄渣場，并按照環(huán)境保護要求管理廢棄土石方。因此，文章結(jié)合云南某高速公路項目，對如何綜合利用土石方、如何選擇棄渣場場地展開研究，分析了棄渣場的防護措施。通過研究可知，綜合利用土石方，合理地選擇渣場地址能夠有效減少土石方工程的成本、提高工程效率，滿足環(huán)境保護、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展要求。

關(guān)鍵詞 土石方；綜合利用；棄渣場選址；防護

中圖分類號 S157文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）06-0125-03

0 引言

各類建設(shè)項目中大量開挖土石方會導致地表土壤層厚降低，破壞周圍生態(tài)系統(tǒng)，引起水土流失風險。因此，在開挖、利用土石方時，項目管理者還應堅持“環(huán)保性、資源化、減量化”原則，嚴格控制項目施工中的棄渣產(chǎn)生量，綜合利用土石方。建設(shè)棄渣場地時，還應科學選址、加強防護，預防棄渣對生態(tài)環(huán)境的不利影響。因此，該文對土石方綜合利用和棄渣場選址及防護建議展開了詳細分析，旨在明確土石方利用、廢棄過程中的管理要點，促進土石方棄渣的規(guī)范化管理，促進生態(tài)文明的恢復與建設(shè)。

1 項目概況

云南某高速公路，總挖方4 463 km3，填方總量

2 681.166 km3（壓實方），借方997.26 km3，棄方

2 798.289 km3。全線共設(shè)置2個取土場，15個棄土場。棄土場容量超過50萬立方米需要做棄土場專項設(shè)計，棄土場需等棄土完成后進行復墾。以K16+000右1 800 m棄渣場（2#棄渣場）為例（如圖1所示）。

圖1 某高速公路棄渣場示意圖

項目建設(shè)區(qū)域為山區(qū)，棄渣場選址不當會造成水土流失、環(huán)境污染風險。根據(jù)《中華人民共和國水土保持法》“依法應當編制水土保持方案的生產(chǎn)建設(shè)項目，其生產(chǎn)建設(shè)活動中排棄的砂、石、土、矸石、尾礦、棄渣等應當綜合利用”，因此還應加強項目周圍地質(zhì)勘察，記錄分析廢棄土石方類別、性質(zhì)、具體數(shù)量，制定土石方綜合利用方案，提升棄渣場內(nèi)土石方利用率。

該項目的棄渣主要包括3種：

（1）松軟土。松軟土的主要結(jié)構(gòu)為硬度不高的中砂，以及黏性較強的“淤泥質(zhì)黏土”。中砂土層顏色為灰褐色、灰黃色，土壤結(jié)構(gòu)密實度不高，砂粒間包含較少黏粒。開挖時坑洞的穩(wěn)定性、自立性較差，遇水則會松散、流動，無法直接用于項目建設(shè)。淤泥質(zhì)黏土顏色為灰褐色、灰黑色，土層結(jié)構(gòu)均勻、具有高壓縮性，但整體性能較差，無法用于路基填充施工[1]。

（2）高液限土。塑限ωP=24.9%～38.8%，塑性指數(shù)IP=25.8～39.8，稠度分布范圍為0.5～1.13，自由膨脹率范圍為10%～55%，具有弱膨脹性。

（3）隧道棄渣。棄渣產(chǎn)生于公路項目中的隧道施工，棄用廢渣多為局部有裂隙的強風化、中風化花崗巖，強度、密實度較差，不能直接用于橋梁基礎(chǔ)、支撐等荷載較大的結(jié)構(gòu)，部分中風化巖石可作為路基填料使用。

但由于該項目可消化廢渣數(shù)量較少，所以需要結(jié)合土石方棄渣類型，對各類棄渣進行綜合利用。

2 土石方綜合利用思路

2.1 優(yōu)化工程設(shè)計，合理控制開挖量

公路工程的開挖量會直接影響棄渣量，所以工程設(shè)計階段需要依據(jù)地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)，估算土石方開挖量，初步擬定工程量清單，如表1所示。通過深化設(shè)計、調(diào)整公路施工工藝的方式，合理減少土石方開挖量。比如，施工期間運用“半挖半填”模式，設(shè)計公路樁基、隧道、橋梁等結(jié)構(gòu)時，選用新材料、新工藝，將開挖量控制在最小范圍內(nèi)。

2.2 綜合利用土石方，減少棄渣量

控制棄渣量是土石方綜合利用的基礎(chǔ)工作。為實現(xiàn)土石方資源化目標，還需將土石方棄渣應用在不同場景內(nèi)，以此減少棄渣量。在云南某高速公路項目中，公路施工、隧道開挖會產(chǎn)生大量土石方，除去項目消化外，剩余的棄渣可用于砂石骨料、隧道內(nèi)的回填和封堵，以此提升土石方利用率。

項目共包含隧道6座，在工程勘察設(shè)計階段，相關(guān)人員可勘察6座隧道的巖石結(jié)構(gòu)，整理沿線土石方開挖區(qū)域的地質(zhì)條件、土層結(jié)構(gòu)，隨后以高效利用土石方資源為核心，明確棄渣處理要求，制定詳細、可落實的使用方案。比如，部分隧道棄渣可分別用于橋涵臺背回填、路面底、路面填筑。但對于隧道開挖產(chǎn)生的強風化、中風化花崗巖，可將其制作為合格機制砂，作為項目建設(shè)所需的砂石料問題[2]。

如表2所示，云南某高速公路項目中隧道出渣加工后的機制砂符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650—2020）中的技術(shù)要求。項目中的5座隧道全長1 890 m，隧道洞身開挖出的土石方可直接制作機制砂，一部分分配在隧道填筑項目中。經(jīng)計算，項目隧洞總出渣總量為281 900 m3，其中190 000 m3用作機制砂，機制砂可直接用于項目建設(shè)，滿足項目用砂需求，同時有助于預防棄渣大量侵占土地，可進一步推動土石方棄渣管理資源化，節(jié)約項目成本，預防生態(tài)環(huán)境污染。

2.3 拓展棄渣利用范圍，促進棄渣資源化

綜合利用土石方棄渣時，還應全面調(diào)查項目周邊的整體規(guī)劃，包括擬建項目、在建項目、砂石料場，以及土地分布、地質(zhì)條件。一方面，可將棄渣送往砂石料廠作為原材料，或為其他項目提供土石方棄渣，使其作為墻體、制磚材料。另一方面，土石方開挖產(chǎn)生的土方可用于假山、公園建設(shè)中的人工造地，或經(jīng)改良后作為土壤用于種植。例如，項目沿線分布著大量的軟土，軟土孔隙比大、含水量高、透水性小、壓縮性大、強度低，施工時需提前挖除，沿線需要挖除的軟土總長度為1 535 m。軟土成分包括1-2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，將其改良后可作為沼澤土和水稻土，有助于增加土層內(nèi)的有機質(zhì)含量，治理周邊的不良耕地[3]。

3 棄渣場選址策略

3.1 做好選址前的地質(zhì)勘察

選擇棄渣場建設(shè)場地時，還應采集完整的地質(zhì)勘察資料，包括地形測繪資料、工程地質(zhì)資料、棄渣基礎(chǔ)資料、水文氣象資料，其中，棄渣基礎(chǔ)資料包括棄渣來源、堆渣量、棄渣物理力學參數(shù)、棄渣組分等內(nèi)容。全面掌握以上基礎(chǔ)資料后，確定棄渣場選址。此外，棄渣場選址還應利于廢棄土石方的綜合利用，需堅持“就近取土、臨近棄土”原則，合理控制，減少土石方棄渣運量，避免運距過大[4]。

3.2 確保所選位置的安全性

棄渣的本質(zhì)是人工擾動巖、土等混合體，屬于結(jié)構(gòu)松散的堆積體，具有成分多樣、不可控、黏結(jié)性和抗蝕性差的特點，將其集中堆放后會存在水土流失風險，影響周圍生態(tài)環(huán)境，甚至會造成生命、財產(chǎn)損失。比如，近年來，棄渣場失穩(wěn)、垮塌、滑坡會直接導致安全事故，引起生命和財產(chǎn)損失。因此，對棄渣場進行選址時，還應按照《開發(fā)建設(shè)項目水土保持技術(shù)規(guī)范》（GB 50433—2008）、《鐵路建設(shè)項目水土保持方案技術(shù)標準》（TB 10503—2005）等技術(shù)規(guī)范，考慮棄渣場選址、建設(shè)的安全性。

影響棄渣場安全的主要因素：渣堆整體及邊坡穩(wěn)定，周邊及渣場徑流的安全排出情況。選擇棄渣場場地時，需提前計算棄渣堆放后棄渣場的穩(wěn)定性，督促棄渣場做好排放排水設(shè)施。尤其是堆渣量超過500 000 m3、最大堆渣高度超過20 m，或者下游1 km范圍內(nèi)有公路、鐵路等大型重要基礎(chǔ)設(shè)施的棄渣場。

3.3 滿足工程建設(shè)要求

棄渣場選址可根據(jù)公路、鐵路建設(shè)項目的基本要求，分析棄渣運距、道路建設(shè)、經(jīng)濟可行等影響因素：①棄渣場、出渣處的位置不宜過遠，距離如超過5 km時會增加項目成本。比如，運輸棄渣時需要耗費大量的人工、車輛運載成本，甚至需要修建運渣道路、搭設(shè)橋梁、途經(jīng)人口密集區(qū)。②為方便棄渣場的日常防治，避免水土流失，還應在肚大口小、易于攔截的溝道內(nèi)選址。③棄渣場選址時應避免同時具備多個不利條件，比如，匯水面積較大、下游有敏感目標、有不良地質(zhì)分布等[5]。

3.4 重視棄渣場選址穩(wěn)定性驗證

棄渣場選址時可應用現(xiàn)代技術(shù)和工具驗證選址的合理性，如地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感技術(shù)、數(shù)值模擬工具都能為棄渣場選址提供支持，使其準確地評估渣場選址的可行性和影響，論證棄渣場選址區(qū)域的穩(wěn)定性。棄渣場穩(wěn)定計算的主體是“堆渣區(qū)域的邊坡”“棄渣區(qū)域地基”，主要計算指標為抗滑穩(wěn)定性?？够€(wěn)定是采集棄渣場地形及地質(zhì)信息后，分析棄渣堆置方法的合理性，記錄分析棄渣組成、棄渣物理力學參數(shù)，整合所有信息資源后計算各項指標。經(jīng)驗證，項目棄渣場的穩(wěn)定性較高，基本符合要求。

4 土石方棄渣場防護建議

4.1 完善棄渣場防護體系

土石方綜合利用、棄渣管理時，不同類型的棄渣場防護管理要求會存在差異，需結(jié)合實際的棄渣場類型，采取防護措施，完善棄渣場防護體系，如表3所示。

基于棄渣場洪水治理模式、棄渣堆置方法，可將溝道型棄渣場細分為“截洪式”“滯洪式”“填溝式”等類型。其中，溝道型棄渣場應做好安全防護措施，棄渣場防護應符合以下要求：①截洪式棄渣場排放洪水時，需直接將上游洪水經(jīng)隧洞排放到鄰近排水溝內(nèi)，或應用埋涵方式排放到場地下游。②滯洪式棄渣場應在下游設(shè)置阻攔壩及其配套設(shè)施，及時攔渣，大壩的庫容較大，可同時調(diào)蓄上游來水[6]。③填溝式棄渣場上游的積水風險較小，可直接在下游末端建設(shè)擋渣墻。對于降雨量較大的區(qū)域，則需直接建設(shè)截排水溝，及時將周邊坡面徑流排放掉。

4.2 優(yōu)化水土保持設(shè)計

棄渣場采取防護措施的目的是預防水土流失，做好水土保持工作。因此，棄渣場需要優(yōu)化水土保持設(shè)計，使棄渣場內(nèi)的防護措施符合水土保持要求。根據(jù)《水土保持工程設(shè)計規(guī)范》（GB 51018—2014，以下簡稱《規(guī)范》），云南某高速公路項目所建設(shè)的棄渣場屬于4級棄渣場，攔擋工程建設(shè)等級為5級、排洪設(shè)施為4級，防洪標準采用100年一遇洪水設(shè)計，300年一遇洪水校核。

棄渣場內(nèi)的棄渣集中堆坡度小于25 °，且堆放區(qū)分布在邊坡穩(wěn)定的坡段，部分區(qū)域應用削坡工程使坡度變緩，確保坡體始終穩(wěn)定。為進一步提升水土保持效果，棄渣場內(nèi)建有擋墻、排水溝等防護工程。坡腳處設(shè)置擋、堆渣范圍外側(cè)設(shè)置排水溝、排洪溝，有助于避免棄渣場上游匯水、坡面水匯集，可減少雨水對棄渣體造成的沖刷，削坡處理后的區(qū)域可種植植物整治土壤。

4.3 加強棄渣場安全監(jiān)測

棄渣場運營期間，還應做好安全監(jiān)測，采集不同工況下棄渣場的安全系數(shù)，確保棄渣場的防護措施符合規(guī)范要求。以上述項目建設(shè)期間的棄渣場為例，在不同工況下，該棄渣場的整體情況符合《規(guī)范》中的相關(guān)要求，具體情況如下：

（1）棄渣完成后，擋渣墻后的堆渣高度達到最大時，墻體依舊保持穩(wěn)定。通過計算擋墻抗滑、抗傾覆等安全系數(shù)可知，該棄渣場抗滑、抗傾覆安全系數(shù)分別為1.35、6.2，均符合規(guī)范要求。擋墻基底應力可基于墻體偏心受壓情況進行計算，擋墻基底最大應力等于53.25 kPa，平均地基應力等于27.99 kPa，小于地基承載力，合力偏心距等于0.1 m，小于基礎(chǔ)總寬的六分之一，整體符合要求。

（2）無工況時，擋墻墻體堆有一定高度的土石方棄渣，棄渣表面用大型機械設(shè)備碾壓，擋渣墻會受到附加荷載，屬于特殊荷載組合。經(jīng)計算，擋墻抗滑與抗傾覆兩項安全系數(shù)分別為1.08、3.35，均滿足規(guī)范要求。擋墻基底最大應力等于40.66 kPa，平均地基應力為38.56 kPa，小于地基承載力，合力偏心距為0.015 m，小于基礎(chǔ)總寬的六分之一，符合要求。

5 結(jié)語

綜上所述，為提升土石方利用率，減少棄渣量，還應結(jié)合項目的實際情況，優(yōu)化工程設(shè)計。處理土石方棄渣時，應按照《生產(chǎn)建設(shè)項目水土保持技術(shù)標準》（GB 50433—2018）等規(guī)范對棄渣場選址、管理的相關(guān)要求，科學地選擇棄渣場建設(shè)場地，確保棄渣場符合管理規(guī)范的基本要求。應用棄渣場處理土石方棄渣時，應做好日常防護，加強土石方的綜合利用，促進廢棄土石方資源化、規(guī)范化，更有效地保護生態(tài)環(huán)境，減少資源浪費。

參考文獻

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