土石方綜合利用和棄渣場(chǎng)選址及防護(hù)建議分析

孫晨 唐靜

摘要 土石方是各類工程項(xiàng)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(fèi)。但對(duì)于土體開挖量較大的公路項(xiàng)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(chǎng)，并按照環(huán)境保護(hù)要求管理廢棄土石方。因此，文章結(jié)合云南某高速公路項(xiàng)目，對(duì)如何綜合利用土石方、如何選擇棄渣場(chǎng)場(chǎng)地展開研究，分析了棄渣場(chǎng)的防護(hù)措施。通過研究可知，綜合利用土石方，合理地選擇渣場(chǎng)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(hù)、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(chǎng)選址；防護(hù)

中圖分類號(hào) S157文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）06-0125-03

0 引言

各類建設(shè)項(xiàng)目中大量開挖土石方會(huì)導(dǎo)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(fēng)險(xiǎn)。因此，在開挖、利用土石方時(shí)，項(xiàng)目管理者還應(yīng)堅(jiān)持“環(huán)保性、資源化、減量化”原則，嚴(yán)格控制項(xiàng)目施工中的棄渣產(chǎn)生量，綜合利用土石方。建設(shè)棄渣場(chǎng)地時(shí)，還應(yīng)科學(xué)選址、加強(qiáng)防護(hù)，預(yù)防棄渣對(duì)生態(tài)環(huán)境的不利影響。因此，該文對(duì)土石方綜合利用和棄渣場(chǎng)選址及防護(hù)建議展開了詳細(xì)分析，旨在明確土石方利用、廢棄過程中的管理要點(diǎn)，促進(jìn)土石方棄渣的規(guī)范化管理，促進(jìn)生態(tài)文明的恢復(fù)與建設(shè)。

1 項(xiàng)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(shí)方），借方997.26 km3，棄方

2 798.289 km3。全線共設(shè)置2個(gè)取土場(chǎng)，15個(gè)棄土場(chǎng)。棄土場(chǎng)容量超過50萬立方米需要做棄土場(chǎng)專項(xiàng)設(shè)計(jì)，棄土場(chǎng)需等棄土完成后進(jìn)行復(fù)墾。以K16+000右1 800 m棄渣場(chǎng)（2#棄渣場(chǎng)）為例（如圖1所示）。

圖1 某高速公路棄渣場(chǎng)示意圖

項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域?yàn)樯絽^(qū)，棄渣場(chǎng)選址不當(dāng)會(huì)造成水土流失、環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)《中華人民共和國水土保持法》“依法應(yīng)當(dāng)編制水土保持方案的生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目，其生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)中排棄的砂、石、土、矸石、尾礦、棄渣等應(yīng)當(dāng)綜合利用”，因此還應(yīng)加強(qiáng)項(xiàng)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(chǎng)內(nèi)土石方利用率。

該項(xiàng)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(qiáng)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(shí)度不高，砂粒間包含較少黏粒。開挖時(shí)坑洞的穩(wěn)定性、自立性較差，遇水則會(huì)松散、流動(dòng)，無法直接用于項(xiàng)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(xiàng)目中的隧道施工，棄用廢渣多為局部有裂隙的強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化花崗巖，強(qiáng)度、密實(shí)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(fēng)化巖石可作為路基填料使用。

但由于該項(xiàng)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(duì)各類棄渣進(jìn)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(jì)，合理控制開挖量

公路工程的開挖量會(huì)直接影響棄渣量，所以工程設(shè)計(jì)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(jì)、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(yùn)用“半挖半填”模式，設(shè)計(jì)公路樁基、隧道、橋梁等結(jié)構(gòu)時(shí)，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(shí)現(xiàn)土石方資源化目標(biāo)，還需將土石方棄渣應(yīng)用在不同場(chǎng)景內(nèi)，以此減少棄渣量。在云南某高速公路項(xiàng)目中，公路施工、隧道開挖會(huì)產(chǎn)生大量土石方，除去項(xiàng)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(xiàng)目共包含隧道6座，在工程勘察設(shè)計(jì)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(xì)、可落實(shí)的使用方案。比如，部分隧道棄渣可分別用于橋涵臺(tái)背回填、路面底、路面填筑。但對(duì)于隧道開挖產(chǎn)生的強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化花崗巖，可將其制作為合格機(jī)制砂，作為項(xiàng)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(xiàng)目中隧道出渣加工后的機(jī)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(xiàng)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(jī)制砂，一部分分配在隧道填筑項(xiàng)目中。經(jīng)計(jì)算，項(xiàng)目隧洞總出渣總量為281 900 m3，其中190 000 m3用作機(jī)制砂，機(jī)制砂可直接用于項(xiàng)目建設(shè)，滿足項(xiàng)目用砂需求，同時(shí)有助于預(yù)防棄渣大量侵占土地，可進(jìn)一步推動(dòng)土石方棄渣管理資源化，節(jié)約項(xiàng)目成本，預(yù)防生態(tài)環(huán)境污染。

2.3 拓展棄渣利用范圍，促進(jìn)棄渣資源化

綜合利用土石方棄渣時(shí)，還應(yīng)全面調(diào)查項(xiàng)目周邊的整體規(guī)劃，包括擬建項(xiàng)目、在建項(xiàng)目、砂石料場(chǎng)，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?yàn)槠渌?xiàng)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(xiàng)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(qiáng)度低，施工時(shí)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(jī)質(zhì)含量，治理周邊的不良耕地[3]。

3 棄渣場(chǎng)選址策略

3.1 做好選址前的地質(zhì)勘察

選擇棄渣場(chǎng)建設(shè)場(chǎng)地時(shí)，還應(yīng)采集完整的地質(zhì)勘察資料，包括地形測(cè)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(xué)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(chǎng)選址。此外，棄渣場(chǎng)選址還應(yīng)利于廢棄土石方的綜合利用，需堅(jiān)持“就近取土、臨近棄土”原則，合理控制，減少土石方棄渣運(yùn)量，避免運(yùn)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(dòng)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(diǎn)，將其集中堆放后會(huì)存在水土流失風(fēng)險(xiǎn)，影響周圍生態(tài)環(huán)境，甚至?xí)斐缮?、?cái)產(chǎn)損失。比如，近年來，棄渣場(chǎng)失穩(wěn)、垮塌、滑坡會(huì)直接導(dǎo)致安全事故，引起生命和財(cái)產(chǎn)損失。因此，對(duì)棄渣場(chǎng)進(jìn)行選址時(shí)，還應(yīng)按照《開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)規(guī)范》（GB 50433—2008）、《鐵路建設(shè)項(xiàng)目水土保持方案技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10503—2005）等技術(shù)規(guī)范，考慮棄渣場(chǎng)選址、建設(shè)的安全性。

影響棄渣場(chǎng)安全的主要因素：渣堆整體及邊坡穩(wěn)定，周邊及渣場(chǎng)徑流的安全排出情況。選擇棄渣場(chǎng)場(chǎng)地時(shí)，需提前計(jì)算棄渣堆放后棄渣場(chǎng)的穩(wěn)定性，督促棄渣場(chǎng)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(chǎng)。

3.3 滿足工程建設(shè)要求

棄渣場(chǎng)選址可根據(jù)公路、鐵路建設(shè)項(xiàng)目的基本要求，分析棄渣運(yùn)距、道路建設(shè)、經(jīng)濟(jì)可行等影響因素：①棄渣場(chǎng)、出渣處的位置不宜過遠(yuǎn)，距離如超過5 km時(shí)會(huì)增加項(xiàng)目成本。比如，運(yùn)輸棄渣時(shí)需要耗費(fèi)大量的人工、車輛運(yùn)載成本，甚至需要修建運(yùn)渣道路、搭設(shè)橋梁、途經(jīng)人口密集區(qū)。②為方便棄渣場(chǎng)的日常防治，避免水土流失，還應(yīng)在肚大口小、易于攔截的溝道內(nèi)選址。③棄渣場(chǎng)選址時(shí)應(yīng)避免同時(shí)具備多個(gè)不利條件，比如，匯水面積較大、下游有敏感目標(biāo)、有不良地質(zhì)分布等[5]。

3.4 重視棄渣場(chǎng)選址穩(wěn)定性驗(yàn)證

棄渣場(chǎng)選址時(shí)可應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)和工具驗(yàn)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(chǎng)選址提供支持，使其準(zhǔn)確地評(píng)估渣場(chǎng)選址的可行性和影響，論證棄渣場(chǎng)選址區(qū)域的穩(wěn)定性。棄渣場(chǎng)穩(wěn)定計(jì)算的主體是“堆渣區(qū)域的邊坡”“棄渣區(qū)域地基”，主要計(jì)算指標(biāo)為抗滑穩(wěn)定性。抗滑穩(wěn)定是采集棄渣場(chǎng)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(xué)參數(shù)，整合所有信息資源后計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)。經(jīng)驗(yàn)證，項(xiàng)目棄渣場(chǎng)的穩(wěn)定性較高，基本符合要求。

4 土石方棄渣場(chǎng)防護(hù)建議

4.1 完善棄渣場(chǎng)防護(hù)體系

土石方綜合利用、棄渣管理時(shí)，不同類型的棄渣場(chǎng)防護(hù)管理要求會(huì)存在差異，需結(jié)合實(shí)際的棄渣場(chǎng)類型，采取防護(hù)措施，完善棄渣場(chǎng)防護(hù)體系，如表3所示。

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

4.2 優(yōu)化水土保持設(shè)計(jì)

棄渣場(chǎng)采取防護(hù)措施的目的是預(yù)防水土流失，做好水土保持工作。因此，棄渣場(chǎng)需要優(yōu)化水土保持設(shè)計(jì)，使棄渣場(chǎng)內(nèi)的防護(hù)措施符合水土保持要求。根據(jù)《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 51018—2014，以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》），云南某高速公路項(xiàng)目所建設(shè)的棄渣場(chǎng)屬于4級(jí)棄渣場(chǎng)，攔擋工程建設(shè)等級(jí)為5級(jí)、排洪設(shè)施為4級(jí)，防洪標(biāo)準(zhǔn)采用100年一遇洪水設(shè)計(jì)，300年一遇洪水校核。

棄渣場(chǎng)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(yīng)用削坡工程使坡度變緩，確保坡體始終穩(wěn)定。為進(jìn)一步提升水土保持效果，棄渣場(chǎng)內(nèi)建有擋墻、排水溝等防護(hù)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(chǎng)上游匯水、坡面水匯集，可減少雨水對(duì)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(qiáng)棄渣場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)

棄渣場(chǎng)運(yùn)營期間，還應(yīng)做好安全監(jiān)測(cè)，采集不同工況下棄渣場(chǎng)的安全系數(shù)，確保棄渣場(chǎng)的防護(hù)措施符合規(guī)范要求。以上述項(xiàng)目建設(shè)期間的棄渣場(chǎng)為例，在不同工況下，該棄渣場(chǎng)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(dá)到最大時(shí)，墻體依舊保持穩(wěn)定。通過計(jì)算擋墻抗滑、抗傾覆等安全系數(shù)可知，該棄渣場(chǎng)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(yīng)力可基于墻體偏心受壓情況進(jìn)行計(jì)算，擋墻基底最大應(yīng)力等于53.25 kPa，平均地基應(yīng)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(shí)，擋墻墻體堆有一定高度的土石方棄渣，棄渣表面用大型機(jī)械設(shè)備碾壓，擋渣墻會(huì)受到附加荷載，屬于特殊荷載組合。經(jīng)計(jì)算，擋墻抗滑與抗傾覆兩項(xiàng)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(yīng)力等于40.66 kPa，平均地基應(yīng)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(yīng)結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際情況，優(yōu)化工程設(shè)計(jì)。處理土石方棄渣時(shí)，應(yīng)按照《生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50433—2018）等規(guī)范對(duì)棄渣場(chǎng)選址、管理的相關(guān)要求，科學(xué)地選擇棄渣場(chǎng)建設(shè)場(chǎng)地，確保棄渣場(chǎng)符合管理規(guī)范的基本要求。應(yīng)用棄渣場(chǎng)處理土石方棄渣時(shí)，應(yīng)做好日常防護(hù)，加強(qiáng)土石方的綜合利用，促進(jìn)廢棄土石方資源化、規(guī)范化，更有效地保護(hù)生態(tài)環(huán)境，減少資源浪費(fèi)。

參考文獻(xiàn)

[1]黃宗清， 時(shí)成相， 何振洲. 平陸運(yùn)河沿線土石方綜合利用研究[J]. 珠江水運(yùn)， 2023（11）： 24-26.

[2]陳浩. 以某高速公路為例分析棄渣場(chǎng)水土保持典型設(shè)計(jì)[J]. 黑龍江水利科技， 2022（12）： 73-76.

[3]吳依琴. 基于鉆孔的三維地質(zhì)自動(dòng)建模技術(shù)在土石方資源化利用中的應(yīng)用[J]. 安徽地質(zhì)， 2022（S1）： 51-54.

[4]魏明惠. 白沙快速出口路土石方綜合利用的探討[J]. 鐵路節(jié)能環(huán)保與安全衛(wèi)生， 2022（2）： 26-29.

[5]劉勇， 羅宗彥， 邱竟威. 大河水庫棄渣場(chǎng)的選擇與研究[J]. 陜西水利， 2021（11）： 169-170.

[6]陳小慧， 王志權(quán)， 雷斌. 基坑土石方傳送帶運(yùn)輸及破碎處理循環(huán)利用施工技術(shù)[J]. 施工技術(shù)（中英文）， 2021（17）： 144-147.