云南省山區(qū)高速公路棄土場選址及施工過程存在的潛在失穩(wěn)因素淺談

資新 劉敏

摘 要：在國家“十二五”及“十三五”期間，云南省高速公路建設處于高峰時期。但我省屬高原山區(qū)省份，各類地貌之間條件差異很大，類型多樣復雜，造成高速公路建設中土石方調(diào)配困難，且隧道長度占線路長度的比例大，產(chǎn)生大量的棄土（石），從而出現(xiàn)了大量的棄土場。結(jié)合云南待功高速公路、沾會高速公路、昭會高速公路沿線棄土場的現(xiàn)場調(diào)研及棄土場工程安全性評估工作，對我省山區(qū)高速公路棄土場選址及施工中存在影響棄土場穩(wěn)定性的因素進行分析，為今后類似工程提供參考。

關鍵詞：棄土場；選址；施工；因素

中圖分類號：S157 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）15-0098-03

1 棄土場選址

目前公路行業(yè)內(nèi)，除了在公路路基設計、施工相關的規(guī)范里面零星地有對棄土場選址有原則性的要求外，尚未對棄土場選址有明確、詳細的指導，因此，棄土場類型呈現(xiàn)多樣化。

合理的選址對棄土場的安全性起著舉足輕重的作用。得當?shù)倪x址不僅直接提高了棄土場自身的安全性，還可以減少支擋及加固工程數(shù)量而達到減少工程經(jīng)濟投入。

通過對云南省內(nèi)山區(qū)高速公路建設中棄土場的現(xiàn)場調(diào)研，根據(jù)棄土場處的地形情況，大致可以將棄土場分為5種類型：洼地型、鎖口型、溝谷型、坡面型、山堆型。

1.1 洼地型棄土場

洼地型棄土場是在選擇自然凹坑、谷地底部進行棄土。該種類型的棄土場棄土本身不具有臨空面，利用四周優(yōu)勢地形將棄土緊緊包圍起來，可以不用或少用加固防護措施，但需做好防排水及綠化防護措施。從棄土場穩(wěn)定性角度考慮，洼地型棄土場是比較理想的，但受地形地貌影響，該類型的棄土場非常少。如圖1所示。

1.2 鎖口棄土場

鎖口型棄土場主要是在山間溝道內(nèi)，周圍分水嶺明顯，肚大口小的的地形處進行棄土。該種類型棄土場與洼地型棄土場類似，最主要的特點是比洼地型棄土場多了一個臨空面，但可充分利用用周邊地形作為防護結(jié)構(gòu)，并能在鎖口處設置弧形防護支擋結(jié)構(gòu)，具有拱橋拱圏受力的特點，穩(wěn)定性好。如圖2所示。

1.3 溝谷型棄土場

溝谷型棄土場主要是干溝、溪溝內(nèi)進行棄土。該種類型棄土場與鎖口型棄土場相比，不具有鎖口型棄土場“口小”的特點，而且上游存在一定的匯水，下游需修建支擋結(jié)構(gòu)，并設置必要排水措施。溝谷型棄土場在云南省高速公路建設中是一種數(shù)量比較多的棄土場類型。在云南省山區(qū)高速公路建設中形成很多數(shù)量的溝谷型棄土場，主要是受地形、施工運輸難度、運距等條件限制，導致施工單位直接將棄土直接堆放在溝道內(nèi)。如圖3所示。

1.4 坡面型棄土場

山區(qū)高速公路修建過程中，特別是隧道出入口兩端周圍短距離內(nèi)很難找到好的場地堆放施工產(chǎn)生的棄土，于是施工單位將棄土直接傾倒于陡坡（或緩坡）坡體上形成坡面型棄土場。該種類型的棄土場與坡面接觸的基底往往是軟弱結(jié)構(gòu)形成滑動帶，整個棄土場會有向下滑動的趨勢，在地表水、地下水或雨水作用下很容易形成滑坡、泥石流。坡面型棄土場存在巨大安全隱患，整個棄土場穩(wěn)定性差。如圖4所示。

1.5 山堆型棄土場

山堆型棄土場主要是在地勢較平整的地方進行棄土，棄土后棄土頂部高于周圍地勢。該種類型棄土場周圍表面均為臨空面，棄土堆上的防排水工程非常重要，若雨水、冰雪下滲到棄土內(nèi)部，極易發(fā)生滑坡、泥石流等災害。如圖5所示。

2 棄土場施工潛在失穩(wěn)因素

除了棄土場選址因素影響自身穩(wěn)定性外，棄土場施工的合理性是影響其穩(wěn)定性的一個非常重要因素。棄土場施工中經(jīng)常出現(xiàn)以下幾種潛在失穩(wěn)因素：地質(zhì)勘察缺失、基底處理不合理、超方量棄土、堆土施工順序錯亂、棄土堆砌方案不合理、堆土過程隨意性、防排水措施不到位、綠化防護措施不及時等等。

2.1 地質(zhì)勘查缺失

目前，公路行業(yè)尚未有對棄土場進行地質(zhì)勘查的標準規(guī)范，因此，棄土場在選址前后均為進行地質(zhì)勘察。未進行地質(zhì)勘察可能會造成選址位于褶皺、錯動、斷裂等巖層破碎帶、地下水水位高的地方。

在原地表進行棄土后，棄土場下方及周圍一定范圍內(nèi)的地應力將受棄土重力的影響而發(fā)生應力重分布，極易造成破碎帶發(fā)生破壞引發(fā)棄土場失穩(wěn)。當棄土場基巖中夾有軟弱巖層、巖層風化嚴重、巖層軟弱等因素容易造成棄土場失穩(wěn)。當巖層傾向與棄土傾向一致形成順層時，容易發(fā)生順層滑坡。

地下水是造成巖層喪失穩(wěn)定性的重要原因之一。地下水使巖質(zhì)軟化，強度降低，形成坡體軟弱層面，而軟弱層面是導致坡體失穩(wěn)的因素之一。

2.2 基底處理不合理

基底處理是清理、清除殘渣、去除表土、去除和處理規(guī)定范圍內(nèi)的所有草木和石礫，使棄土與原地表土緊密結(jié)合，不致產(chǎn)生沿基底的滑動和過大變形。若原地面坡面較陡時，需將原地面挖成臺階狀，臺階向內(nèi)設置一定坡度的倒坡。山區(qū)高速公路建設中，棄土前幾乎沒有進行基底處理工作，容易造成棄土場失穩(wěn)。

2.3 超方量棄土

山區(qū)高速公路建設中，由于設計的棄土方量與實際棄方量存在偏差，土石未按設計時的方案進行調(diào)配等因素造成一些棄土場棄方量超大。

棄方量的增加造成棄土場超過原棄土場設計方量棄土，改變了棄土形狀、棄土高度等，導致棄土場實際棄方情況與原設計不符。

2.4 施工順序錯亂

合理的棄土場施工順序：基底處理→地下水疏導、周邊截水工程→支擋工程→棄土→地表水排水工程→表層綠化。

棄土場周邊截水設施能有效地攔截棄土場上方的流向棄土場的地表徑流，棄土場棄土前應先設置截水設施。但在實際工程中，截水設施往往在棄土場完成后才進行設置。水流入棄土場不僅增大了土體重度，還還降低基巖強度，增大了棄土場失穩(wěn)的可能性。

先支擋后棄土，不僅能使支擋結(jié)構(gòu)在棄土場棄土過程中就發(fā)揮支擋防護作用，還能提高支擋結(jié)構(gòu)后方土體密實度，從而提高支擋結(jié)構(gòu)的防護效果。在實際工程中，存在先棄土后支擋的現(xiàn)象，導致支擋結(jié)構(gòu)防護作用降低甚至喪失。

2.5 棄土堆砌方案不合理

科學合理的棄土應將土體進行分類、分層碾壓，將大粒徑、透水性好的棄土（石）填筑在底部。土體分類、分層碾壓能提高土體密實度，提高棄土場穩(wěn)定性。

棄土場施工工程中由于棄土調(diào)運順序不合理、土石級配不良、場地限制、棄土土質(zhì)多樣性等原因造成棄土分類分層困難。

棄土場堆砌方法主要有水平分層棄土、豎向棄土、混合棄土。如圖6所示。

水平棄土方法易于達到規(guī)定的壓實度，易于保證棄土穩(wěn)定性，但由于施工便道修筑困難，施工成本等因素造成棄土施工中很少采用該種方法。

豎向填筑法是棄土場棄土中采用最多的一種方法。很多棄土場位于溝谷、陡坡地形處，地面高差大，作業(yè)面狹窄，機械無法進場，無法采用自下而上地進行棄土，因此，豎向填筑法成為為首選方法。該種方法中由于未進行嚴格的壓實，土體未分類分層，造成棄土具有多空隙的特點，嚴重影響棄土場的穩(wěn)定性。

混合棄土法具有水平棄土法和豎向棄土法的特點，實際棄土場工程中采用的不多。

2.6 堆土過程隨意性

棄土場棄土施工過程中，未制定具體的棄土實施方案，土體傾倒隨意性較大，且未及時進行坡體修整，坡面不規(guī)則，雨水沖刷形成溝壑，造成坡高、坡率、坡間平臺甚至棄土場形狀與原設計不符。棄土場形狀、坡高及坡率等條件的變化，可能造成已經(jīng)設置的支擋防護工程不能有效的發(fā)揮支擋功能，甚至完全失去支擋作用。

棄土場坡面上每隔一定高度設置1～2m寬的平臺，減小坡體重量，一定程度上能提高棄土場穩(wěn)定性。棄土場實際過程中，部分坡面較高的棄土場未設置坡面平臺，對棄土場穩(wěn)定不利。

2.7 防排水措施不到位

棄土場失穩(wěn)的因素多種多樣，其內(nèi)因（棄渣的物理力學特性、堆砌方式、防護措施形式等）一般起著控制性作用，但外因（降雨、融雪等氣象因素和人工造成的應力變化等因素）往往加劇棄土體的運動，有時甚至成為棄土場失穩(wěn)的主要直接原因。

地表水下滲到土體空隙和巖石裂隙后，一方面加大棄土場滑坡體的重量，使其下滑，另一方面導致土石抗剪強度降低。地下水不及時排出會使滑動層的土體顆粒發(fā)生塑性破壞。因此，水是加劇棄土場失穩(wěn)的一個非常重要因素。

棄土場設計中設置了排出或降低地下水水位的盲溝，但施工時未嚴格按照設計尺寸、材料要求進行，導致盲溝不能有效的發(fā)揮降排水作用。

棄土場屬于人工填筑的土體，土體下沉將導致排水溝開裂，發(fā)生滲水現(xiàn)象。實際工程中，棄土場棄土完成后，部分棄土場設置了排除地表水的排水溝，但未對排水溝進行檢查，導致雨水下滲到棄土場土體中。部分棄土場棄土完成后甚至沒有及時設置排水設置，增大了棄土場失穩(wěn)的可能性。棄土場工程中還存在一個常見問題，棄土場頂部平臺未設置具有一定坡度的排水平臺。雨水、冰雪融水從棄土場頂部平臺下滲至土體中，極易造成棄土場失穩(wěn)。

2.8 綠化防護措施不及時

棄土場施工會形成裸露的坡面，這種人工形成的裸露坡面上在各種自然因素作用下發(fā)生水土流失、泥石流、滑坡等環(huán)境問題。

植物根系能夠固土保水，防止坡面風化，改變土壤的物理結(jié)構(gòu)、化學成分等，增強棄土場自身穩(wěn)定性。但在實際棄土場工程中，未采取綠化防護措施的棄土場占了非常大的比例，知道公路建設項目竣工環(huán)保驗收時才得到重視。

3 結(jié)語

（1）云南省高速公路建設中棄土場選址多種多樣，主要有洼地型、鎖口型、溝谷型、坡面型、山堆型五種類型，不同類型的棄土場對其穩(wěn)定性有著不同的影響。棄土場施工過程中地質(zhì)勘察缺失、基底處理不合理、超方量棄土、堆土施工順序錯亂、棄土堆砌方案不合理、堆土過程隨意性、防排水措施不到位、綠化防護措施不及時等因素同時影響棄土場的穩(wěn)定性。

（2）云南省山區(qū)高速公路棄土場出現(xiàn)選址多樣性、施工過程不規(guī)范，出現(xiàn)“亂堆亂棄，棄而不管”現(xiàn)象的原因受自然條件、成本影響外，還有行業(yè)內(nèi)沒有統(tǒng)一的選址、施工、質(zhì)量檢驗等標準、規(guī)范指導。

參考文獻

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