【案例分析】一份完整的弃渣场水土保持工程措施设计案例！
1 工程概况
某铁路总长约 73． 675 km， 沿线范围内设大小弃渣场共 35 个，其弃渣主要为灰岩、 白云岩。现以其中的 A 隧道出口处弃渣场为研究对象， 对其水土保持设计作如下深入分析。该弃渣场的渣址类型为沟道型，距弃渣场挡渣墙 50 m 处为本工程铁路桥墩，此外下游侧无其他基础设施， 设计确定的渣量为 35． 77 万 m3， 弃渣堆高为 31 m， 共占据荒地3． 94 hm2， 汇 流 面 积 为 0． 47 km2， 汇 流 长 度1． 01 km。
2 水土保持设计
2． 1 渣场等级和设计标准
根据《水土保持工程设计规范》 ( GB51018 －2014) ，渣场属于 4 级弃渣场。对应的拦挡工程级别为 5 级， 排洪工程为 4 级。根据弃渣场上游汇水面积及汇流长度， 本弃渣场需布置防洪排导工程，弃渣场下游为本工程铁路桥墩， 本项目铁路等级为I 级，根据《防洪标准》 ，弃渣场防洪标准采用 100 一遇洪水设计，300 年一遇洪水校核。
2． 2 堆放方式及工程措施
弃渣场水域保持措施设计前， 应先了解弃渣场的堆放方式。在该弃渣场中的坡脚处设有采用现浇结构的挡渣墙， 位于墙后的弃渣均呈阶梯型堆放，其中，每级台阶的堆渣高度为 8 m， 坡比为 1∶ 2。堆渣之间设有一处宽度为 5 m 的台面， 边坡利用植物进行防护，并在渣面实施覆土造田。在堆放弃渣的过程中，其厚度必须保持均匀， 并采用推土机将其压实，分层碾压时， 厚度不能超出 25 cm， 并要求孔隙率处在 24% 以内。
该弃渣场处在缓坡地， 将弃渣集中堆放于坡度不超过 25°， 同时边坡表面保持稳定的坡段; 在坡度相对较大的段落， 需要采取削坡等工程措施， 通过削坡使坡度变缓， 以降低助推力， 使坡体始终保持稳定， 在此基础上进行开级处理， 通过开级， 使边坡的坡比、 坡型及坡度都发生变化， 以起到降低荷载整体的重心，使边坡能够保持稳定的作用。为进一步提高水土保持效果， 应在挡墙的基础上， 并设置排水沟，做好土地整治、 植被恢复和自然修复。
在此类弃渣场的场内坡脚处设置挡墙， 并在堆渣范围外的一侧设置排水沟， 一侧设置排洪沟， 用于避免渣场上游汇水及坡面上的水汇集后对渣体造成冲刷; 边坡表面可在植被防护的基础上辅以适当的干砌石护坡， 以此避免弃渣掉落到马道上， 或在渣脚处大量堆积; 顶部和经削坡处理后的马道，应在土地整治之后用当地常见的植物进行防护， 期间相关工作人员应做好管理。
2． 3 防洪排导计算
洪量计算: 弃渣场集雨面积较大， 汇流长度较长， 采用该省《暴雨洪水计算实用手册》 规定的方法进行水文计算。该渣场汇水面积为 0． 47 km2 时，汇流长度 1． 01 km，坡降 J 为 15% ，流域几何特征值θ = L /( J1 /3 F1 /4) = 2． 30。通过计算 100 年一遇洪峰流量为 5． 56 m3 /s， 300 年 一 遇 洪 峰 流 量 为7． 95 m3 /s。排洪沟尺寸计算: 根据公式 Q = AC( Ｒi) 1 /2， 计算过流面积从而确定排洪沟尺寸， 排洪沟采用 C25钢筋混凝土结构，矩形断面，底宽 2 m，高 1． 5 m。
2． 4 边坡稳定性分析
根据本项目主体工程提供的土石方平衡情况及现场调查情况， 弃渣以石为主， 均质渣体， 无软弱夹层，采用计条块间作用力的简化毕肖普法计算。计算工况分正常运用工况( 弃渣场处在最终弃渣状态，渣体无渗流) 及非常运用工况( 连续降雨情况下，全部渣体达到饱和) 。
正常运用工况下计算最小安全系数 1． 258 ＞1． 20，非常运用工况下计算最小安全系数 1． 141 ＞1． 05，结果表明渣体边坡总体稳定， 符合现行规范的具体要求。
2． 5 挡墙稳定性分析
如前所述， 场内坡脚处设有挡墙， 采用重力式挡墙，高度为 0． 5 m， 顶部宽度为 0． 6 m， 按 1∶ 0． 25的坡比设置墙面， 背坡垂直， 趾台的高度与宽度均为 0． 5 m。其稳定分析参数包括: ( 1) 填土容重为16． 2 kN· m － 3; ( 2) 挡墙容重为 24． 0 kN· m － 3;( 3) 渣土的内摩擦角与粘聚力分别为 23°、 15 kPa;( 4) 墙背、 底的摩擦系数分别为 0． 2 和 0． 3。
计算分两种工况。
①工况一
弃渣完成后很长一段时间， 此时墙后的堆渣高度可以达到最大， 墙体稳定性受到很大影响， 是基本荷载组合的一种。采用理正软件进行计算后， 可确定挡墙抗滑与抗倾覆两项安全系数， 即 1． 48 与6． 29，这两项系数均满足规范要求。而对于挡墙基底应力，可根据偏心受压公式进行计算。以计算结果为依据，挡墙基底的最大应力等于 53． 05 kPa， 平均地基应力等于 28． 92 kPa， 都比地基的承载力， 即120 kPa 小; 同时合力偏心距等于 0． 1 m， 比基础总宽 1 /6 小，符合要求。
②工况二
即挡墙处于稳定状态的工况， 这一工况条件下，挡墙的墙后堆有一定高度的弃渣， 并且弃渣的表面还有大型机械设备进行碾压， 此时墙体将受到附加荷载直接影响， 是特殊荷载组合的一种。采用理正软件进行计算后， 可确定挡墙抗滑与抗倾覆两项安全系数，即 1． 07 与 3． 71， 可见， 这两处挡墙的安全系数均满足规范要求。对于挡墙基底应力， 可根据偏心受压公式进行计算。以计算结果为依据，挡墙基底的最大应力等于 41． 66 kPa， 平均地基应力等于 39． 46 kPa， 都比地基的承载力， 即 120 kPa小; 同时合力偏心距等于 0． 015 m， 比基础总宽 1 /6小，符合要求。
3 结束语
综上所述，以某铁路工程为例， 对其 A 隧道出口处弃渣场水土保持进行工程设计， 提出该类型弃渣场可采用的水土保持措施， 并对水土保持实施后弃渣场边坡及挡墙两个重要组成部分的稳定性进行分析， 验证所用水土保持措施的可行性与有效性，同时该渣场的汇流面积较大， 需进行防洪排导工程的设计， 避免连续降雨期渣场出现事故， 进而为类似工程提供参考借鉴。
文章来源：《黑龙江交通科技 》论文《分析弃渣场水土保持工程措施设计 》