低山丘陵區鐵路工程棄渣場水土保持防治措施研究

劉宇林

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063）

1 低山丘陵區鐵路工程棄渣概況

在低山丘陵區建設鐵路時，需要充分結合當地的地質地況。低山丘陵區的坡體由多種巖類組成，一般巖體風化程度不一，導致松散程度差別很大，同時這種地形包含豐富的水系資源。因此，在進行鐵路建設時，通常采用的是截彎取直的方法。由于低山丘陵區鐵路地質、地段、地形都具有特殊性，對于鐵路工程棄渣場，在水土保持工作的基礎上，需要進行科學選址、有效管理，以保障水土資源、生態環境與人們生產生活的完整性、安全性。

廣東低山丘陵區鐵路項目，全長96.882km，由西向東進行鐵路的建設工作，經過廣東低山丘陵區、山間盆地區、中低山區、遼河平原等地區。具體的工程內容是：路基工程長度 14.609km、橋梁工程55.260km、隧道工程27.013km，防治責任范圍達到496.73hm2，工程產生棄渣674.73 萬m3。由此可見，在工程建設中產生的棄渣量是巨大的，這些不可利用的棄渣，后期需要進行科學處理，合理堆置。隨著國家對生態環保的要求越來越高，相關的法律法規也對渣場選址及棄渣處理進行了規定和約束，是鐵路工程建設項目對棄渣進行管理的依據，同時為鐵路工程水土保持方案的設計提供了參考[1]。

2 低山丘陵區鐵路工程棄渣場選址

2.1 低山丘陵區鐵路工程棄渣場選址分析

在生產項目建設過程中不可避免地會產生大量渣土，如果不能進行再次利用，需要進行合理設計與管理，放在專門的存放地點（即棄渣場）。需要注意的是，棄渣場選址需要合法，結合周圍環境，符合《生產建設項目水土保持技術標準》（GB 50433—2018）相關規范的要求。棄渣場選址需要遵循以下原則：

其一，不能在有公共設施、基礎設施以及居住區等區域設置棄渣場。

其二，河道棄渣場選址需要滿足河流防洪規劃和治導線的規定，不能在河道、湖泊和建成水庫等地設置棄渣場。

其三，在山區，可以選擇荒溝、坡地、支毛溝等作為棄渣場；在平原區，更適合選擇坡地、荒地，風沙區，需要避開風口。

其四，應充分利用取土（石、砂）場、廢棄礦坑、沉陷區等場地。

其五，應綜合考慮棄土（石、渣、灰、矸石、尾礦）結束后的土地利用。

低山丘陵區鐵路工程棄渣場選址，需要注意以下問題：不能離水源太近，需要保持安全距離；盡可能不占據農田或者林地；不能設置在匯水面積較大的主溝道，匯水面積超過1km2的需要進行防洪論證；對于低山丘陵區鐵路工程來說，需要結合實際的地形地貌，盡可能選擇凹地、荒溝、支毛溝等作為棄渣場地。

2.2 低山丘陵區鐵路工程棄渣場適用性分析

2.2.1 凹地型棄渣場

凹地型棄渣場是指在進行鐵路工程建設時，進行取土、采砂、采礦等工作，產生的一些廢棄的凹地（見圖1）。這一地形對棄渣處理具有很好的優勢：不但可以填平地面，對于后期耕地與植被的恢復有一定的促進作用，同時也可以接收棄渣，進行一部分容量的棄渣處理[2]。

圖1 凹地型棄渣場

2.2.2 坡地型棄渣場

坡地型指的是坡度不大于25°、坡面比較穩定的坡體。這種地形的棄渣場（見圖2）通常位于河道兩側，地勢相對平坦、開闊，是適宜建設棄渣場的地形。基于坡地型棄渣場的特性，在進行水土保持防護時，設計或者采取措施的重點是：考慮棄渣場的穩定性；注意排導坡面上游匯水，減少對棄渣場的影響。穩定性是棄渣場設計首先需要遵循的原則，在進行坡地型棄渣場的設計時，需要全面考慮坡地坡度、高度等方面，對堆積渣量進行預設，不能超過容納方量，以免產生棄渣場垮塌問題。需要對堆渣坡腳設置擋渣墻，保護與穩定渣坡，防止坍塌等不良后果；如果坡地型棄渣場的上游或者周邊有匯水時，還需要對水流、匯水面積等進行計算，看是否與棄渣場的級別相符。此外，還需要設計預防措施，以防洪標準作為參考，科學設置截排水溝[3]。

圖2 坡地型棄渣場

2.2.3 溝道型棄渣場

低山丘陵區還存在一種特殊地貌，就是溝道，如不發育的荒溝、支毛溝。棄渣場選址時，需要看溝道的溝底情況，是不是平緩，有沒有長流水，結合坡體溝道兩側的比降進行棄渣場可能對水土流失產生的影響預測，找到最為適宜的地勢建設棄渣場。當然也需要將人們生產生活作為考慮因素，下游地區是否有居民，是否有重要的公共基礎設施等。由于溝道的特殊地形，還需要考慮運輸便道的設置與施工問題，交通是否便利，距離是否會產生大量成本等。基于溝道型棄渣場的特點，開展水土保持工作時需要對攔擋與排洪進行設計，具體設計標準結合棄渣場的堆存棄渣量、堆渣高度以及安全防護措施，對主體工程、環境產生的危害程度。

在溝道型棄渣場進行渣體的堆放時，需要以分層棄渣為原則，先擋后棄。對渣體進行分層，單層厚度最高5m。傾倒時采用自下而上的方法，嚴禁自上而下傾倒棄渣。在具體堆渣過程中，需要及時地平整渣體，設計整理成傾向內側的反坡，可以減少雨水對棄渣的沖刷，減少坍塌的風險。此外，棄渣場底部選擇抗剪強度高、透水性好的石方為主，起到一定的穩固作用。對那些抗剪強度低、透水性差的棄渣可以堆放在上方，管理更有效[4]。

2.2.4 低山丘陵區棄渣場的選址

為了更好地理解低山丘陵區鐵路工程棄渣場如何科學選址，參考技術規范規定，結合當地的地理特點，根據地形、地貌、地質等實際情況，結合鐵路工程產生的棄渣量，確定選址與數量。廣東低山丘陵區鐵路項目在此基礎上決定優先選擇廢棄坑塘、低緩坡地及山間不發育的支毛溝設計棄渣場，共建設11 處，其中凹地型棄渣場4 處、坡地型棄渣場1 處、溝道型棄渣場6 處。

3 低山丘陵區鐵路工程棄渣場水土保持防護措施設計

在低山丘陵區鐵路項目區對棄渣進行管理，水土保持工作尤其重要，通過整理與分析，提出需要遵循的原則。以工程措施為主，植物措施為輔。對棄渣相關工作進行及時跟進，將這些工作有機結合起來，以點連線帶面，對水土流失問題進行管理與控制，以期發揮工程措施的控制作用與明效性，在短時間內遏制、避免水土流失問題的產生。應用植物措施，不但保護了水土資源，整治了土地表面，防治水土流失的同時，還可以對周邊環境進行綠化，達到改善自然環境的目標[5]。

3.1 水土保持工程措施

3.1.1 攔擋工程設計

攔擋工程是保持水土的重要措施，通常需要設計擋渣墻、擋渣壩、擋渣堤、圍渣堰，其中擋渣墻最為有效與適用，低山丘陵區棄渣場類型大多適用。選擇擋渣墻軸線時，應該避免不良地質體，如滑坡體、崩塌體、斷裂帶等。擋渣工程最為重要的作用是攔擋。

廣東低山丘陵區鐵路工程棄渣場水土保持在進行設計時采用“先攔后棄”的原則。在棄渣前，首先，修筑擋墻，具體的設計需要結合后期覆土要求，一般高度宜超過堆渣起坡點1.0m，堆渣坡比按1∶2.5 設計。棄渣堆放也需要有一定的規定，根據不同渣體進行分層，自下而上碾壓密實，達到規定高度為止。其次，在地表或者坡面覆土。下部設計采取混凝土進行擋墻，擋墻胸坡坡比1∶0.25，背坡坡比1∶0.25。擋墻基礎埋置于凍結深度以下不小于0.25m。沿墻長每10～20m 設1 道伸縮縫，縫寬0.02m，縫內沿內、外、頂3 邊填塞瀝青麻筋，塞入深度不小于0.2m。墻身露出地面部分，沿墻長、墻高每隔2～3m，上、下、左、右交錯設置泄水孔[6]。

3.1.2 排洪與截排水工程設計

排洪與截排水工程的設計需要結合不同類型的棄渣場，具體的設計標準也各不相同。具體情況需要具體分析，結合棄渣場等級確定排洪與截排水工程。在進行坡面、渣場自身排水設計時，按20年一遇1h 暴雨的標準進行設計。如果棄渣場的級別相同，排洪標準設計需要從匯水面積、下游保護對象等進行選擇與設計，根據重要性進行排洪與截排水工程設計，不宜采用一刀切的方法。對于渣場邊緣，考慮用M10 漿砌片制作石邊緣水溝，對棄渣場外的地表水進行攔截，保障棄渣場的安全。在進行渣頂設計時，需要順接原自然溝溝底，進而保障溝內流水能夠通過渣頂水溝及邊溝排出，在接連處采用M10 漿砌片石鋪砌，鋪砌厚度50cm，寬度5m，截排水溝出口應延伸至擋渣墻下端，并配套消能沉砂池措施防止水流沖蝕擋墻及下游土地[7]。

（1）對洪峰流量進行科學估算。參考《水土保持工程設計規范》（GB 51018—2014）要求，在進行棄渣場截排水設計時，流量計算采用5年一遇10min 短歷時暴雨為參考。

（2）截排水溝斷面尺寸。根據最大洪峰總量確定截排水溝斷面尺寸。

（3）沉砂消能池。以《水土保持工程設計規范》（GB 51018—2014）為標準，為了減少截（排）水溝出口處地面起伏，與原排水更好地連接，防止水沖刷到下游，需要設計消能設施，設計寬度為原排水溝的2 倍，長度為池體寬度的2 倍。

（4）碎石盲溝。在棄渣場底部擋墻與盲溝相接處，預留2 根PVC 透水管，用以引排滲入棄渣場內的地下水。

（5）擋墻鋪砌。為防止水流沖刷擋墻，在擋墻墻頂與渣體連接處鋪設漿砌片石。

（6）最后對土地進行土地整治。

3.2 水土保持植物措施

廢棄渣場水土保持措施還包括植物措施。利用喬灌草提高渣體植被覆蓋度，使水土流失的影響大大降低。植物的選種需要考慮場地的氣候、地形、土壤等，同時輔以地方水土保持經驗，強化棄渣場的水土保持效果。

完成棄渣后，對表層與坡面采取植物防治措施。種植覆蓋灌木，灌木之中配合草種以提升植被的覆蓋效果。其中，灌木的種類推薦多選擇紫穗槐，每株紫穗槐前后行距控制在1.0m 左右，每穴2 株；行間配合的草種宜為紫花苜蓿、黑麥草等。為加強灌木與草種的成活率，在種植完畢之后，應及時澆灌、澆透。在種植的前兩年，必須對灌木與草種細心呵護、撫育，如按規定施肥、防蟲等。

3.3 水土保持臨時措施

臨時覆蓋、攔擋等措施也是棄渣場防治水土流失常用的手段，如在用地范圍內采取編織袋壓坡腳、塑料薄膜覆蓋、降低坡度、臨時擋土墻等措施。通常情況下，編織袋壓坡腳的高度宜為4m 左右。采取塑料薄膜遮擋，要求塑料薄膜平整、密實、無撕裂、無破壞，膜的質量要好，且四周采取砌塊壓蓋或輔以機械方式固定，這樣才能發揮水土保持作用。

4 結語

數量大、范圍廣、棄渣活動頻繁是鐵路棄渣場的重要特點，若不做好相應的水土保持措施，會引發水土流失問題，影響安全。這對鐵路項目工程提出更高的要求，要做好防治水土流失措施的體系建設，保護環境，保障鐵路運行安全。棄渣場水土保持工作需依據原則制定保護策略，避免項目出現水土流失或降低其概率。另外，還需考慮鐵路項目所處地理位置的環境特征、地形地貌等情況。在凹地型、溝道型、坡地型棄渣場類型中，以凹地型棄渣場最為常見有效。