隴東黃土高原區棄土場柔性生態修復技術

楊世君，田晉華，馬 釗

(1.甘肅省水土保持科學研究所，甘肅 蘭州 730030； 2.國網寧夏電力公司，寧夏 銀川 750000)

1 棄土場剛性擋護措施的制約性

隴東黃土高原區開發建設活動產生大量棄土場，其土壤表層松散、結構體不穩定、養分缺乏，常產生大量的水土流失。與其他區域相比，隴東黃土高原區棄土場的分布具有跨越多種地貌單元的特點，因此在建設過程中，隨著地貌形態的不同、產生的棄土數量和品質不同、設置棄土場的自然條件不同，工程措施也就不同。

目前的棄土場治理常采用漿砌石或混凝土擋墻進行攔擋，主要存在以下制約性因素：①修建投資占比大；②在使用過程當中常由于土體的自然沉降導致擋墻開裂，存在滑坡風險；③后期破壞后維修成本高；④有些地區塊石材料匱乏，不易獲取，購買成本較高；⑤施工過程控制技術要求嚴格。

2 棄土場柔性擋護措施的特點

為克服剛性擋護措施的缺陷及成本高昂的因素，加速棄土場后期自然修復，降低水土流失量，迫切需要一種建設成本低、施工方法快捷、便于黃土高原地區落地實施且便于后期維護的擋土墻建設新方法。要求這種擋土墻要起到同等的攔擋作用，受到破壞時，允許在擋土墻整體結構形式不破壞、攔擋作用不受影響的情況下有局部破壞，但要便于修復。

柔性擋土墻即土工袋擋土墻，是一種新型的加筋擋土墻結構，由柔性的土工袋單體按一定的排列方式組合而成，其墻體本身具有一定的柔性，具有常規加筋擋土墻的所有優勢，造價低、施工簡便、地基適應性與抗震性能好，非常適用于隴東黃土高原區棄土場治理中。

3 棄土場柔性擋土墻的選材、設計和布設形式

3.1 柔性擋土墻的選材

土工袋材料選擇PET(聚對苯二甲酸乙二酯)復合土工材料，該材料具有質輕、無毒、無臭，化學穩定性好，且在常溫下不溶于一般溶劑、吸水性小等優點。PET復合土工材料是土工合成材料大家族中的一員，大量用于公路、鐵路、水利、大型建筑、電廠灰壩建設和有色金屬尾礦處理、環保工程、水土保持等方面。

3.2 柔性擋土墻的設計和布設形式

3.2.1 柔性擋土墻設計

柔性擋土墻設計主要考慮其安全穩定性因素，其抗傾覆、抗滑及整體穩定的安全系數一般應滿足相應的行業規范。劉斯宏[1]提出，土工袋單體抗壓強度的安全系數一般要求不小于5.0；抗傾覆、抗滑動及整體穩定、抗震性及地基承載力驗算依據《水工擋土墻設計規范》(SL 379—2007)規定計算。

3.2.2 柔性擋土墻布設形式

基于柔性擋土墻的特性及穩定性要求，其布設形式主要有貼坡式柔性擋土墻和梯形柔性擋土墻兩種(圖1)。

(1)貼坡式柔性擋土墻。貼坡式柔性擋土墻適合土方量較大、坡度較陡且順坡堆放的棄土場。

(2)梯形柔性擋土墻。梯形柔性擋土墻適合土方量不大、棄土坡度較緩的順坡堆放或平地堆放的棄土場。

(a)貼坡式柔性擋土墻

4 棄土場邊坡柔性生態修復技術

4.1 技術內容

棄土場邊坡柔性生態修復技術體系基于棄土場地形條件有針對性地采取治理措施，在棄土場底部設置柔性擋土墻，擋土墻表面覆土撒播草籽綠化，棄土坡面采取植物措施對位配置加速植被修復，坡度大于1∶1.5時只撒播草籽，坡度小于1∶1.5時采取灌草結合方式進行植被修復，頂部平臺選擇喬灌草結合的方式進行植被修復(圖1)。

對于棄土量較大、設有馬道的棄土場，馬道可設置截滲水溝(內壁采用半透水土工膜鋪筑)[2]，對上游坡面來水進行攔截、排導和控制入滲速率，以有效抑制暴雨徑流對邊坡的侵蝕，增加土體的抗剪強度[2]，控制坡面徑流入滲導致的土體自重力增加，提高邊坡的穩定性和抗沖刷能力，增強生態修復效果。

4.2 施工技術

4.2.1 PET復合土工袋

目前國內市場PET復合土工袋1 m3平均造價約150元(含現場土料開挖、裝填及縫合等費用)，隴東地區漿砌塊石1 m3造價約350元、C20混凝土1 m3約750元，造價相對較低，且易于施工安裝。為保證土工袋穩定，單個土工袋質量應控制在1 t以上。土工袋加工過程中安裝2個吊帶，以便于施工吊裝，吊裝完成后土工袋之間通過吊帶連接起來。

4.2.2 土工袋頂部覆土

土工袋擋土墻建設完成后，在表面覆土，厚度控制在30 cm左右，覆土區域撒播草籽。

4.2.3 柔性擋土墻施工技術流程

基于柔性擋土墻施工特點，研究提出簡單可操作的施工流程，詳見圖2。

圖2 柔性擋土墻工程施工流程

(1)基礎處理。地基要求是質地均勻、沉陷量小的堅實基巖或黃土地基，基礎挖至設計高程后，采用1∶1水泥土對基礎進行翻夯處理，壓實系數不小于0.93，處理厚度控制在0.5 m左右。

(2)施工方法。初步研究施工過程為：基礎與邊坡修整—基礎夯實—挖土、裝土(分層夯實)、縫制—吊裝布置—多個土工袋連接(吊帶綁扎)。

(3)土方填筑及其質量控制。土方填筑主要為土工袋填筑土方，按照土工袋設計尺寸架設模板及腳手架，將土工袋置于模板內并用鐵絲將其固定，再進行土方填筑及夯實。填筑前測量土樣的初始含水率，按含水率控制在15%計算需要加水量，將土拌好。然后用挖掘機在土工袋內填筑一層土方并攤平，再人工整平，每填筑20 cm厚需來回壓實2～3遍，每層夯實結束后用環刀取樣測其壓實密度及含水率，壓實密度控制在1.7～1.8 g/cm3。進行下一層土夯實前用挖掘機或人工刨毛并灑水。最后將綁扎土工袋的鋼絲取下，將土工袋蓋上封口。

(4)土工袋施工。每層土工袋通過吊帶互相連接綁扎固定，吊裝時貼坡式擋土墻盡量貼著棄土坡面順坡堆放，梯形擋土墻則一次架模吊裝完畢，實施過程均遵循“先攔后棄”的原則。

(5)施工機械。施工過程中用到的施工機械主要有挖掘機、運輸車、夯實機、縫紉連接裝置等。

5 結 語

(1)棄土場剛性擋護措施存在諸多制約性因素，采用柔性擋護措施可克服剛性擋護措施缺陷及成本高昂的因素，加速棄土場后期自然修復，有效降低棄土場水土流失量。

(2)棄土場柔性擋土墻采用土工袋加筋按一定的排列方式組合而成，造價低、施工簡便、地基適應性與抗震性能好。

(3)棄土場邊坡柔性生態修復是在棄土場底部設置柔性擋土墻，擋土墻及棄土裸露面覆土綠化，規模大的棄土場可增設馬道及馬道截滲水溝，提高邊坡的穩定性和抗沖刷能力。