建设项目工程弃渣场场址选择及设计分析_以_贵_阳_广_州_铁路_为例.pdf

建设项目工程弃渣场场址选择及设计分析 以“贵(阳)-广(州)铁路”为例杨锐锋,张建强,耿广晋(西南交通大学环境科学与工程学院,四川成都610031)摘要 在对建设工程项目进行工程分析及弃渣场选址和设计现状说明的基础上,以贵广铁路为例,从大型建设工程弃渣场场址选择及设计角度进行分析论证,从而提出工程弃渣场进行选址及设计工程可行性的合理意见。并通过对大型建设工程弃渣场进行场址选择及设计分析,得出了弃渣场选址的基本原则和不同渣场工程情况的设计技术相宜性要求。关键词 弃渣场;建设工程;弃渣场选址;弃渣场设计中图分类号 X321 文献标识码A 文章编号0517-6611(2009)27-13348-03Analysis on Choosing and Designing the Abandoned Dreg Site of the Construction ProjectsYANG Rui2feng et al(College of Environmental Science and Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu,Sichuan 610031)AbstractBased on the choice of residue field and the design status of construction projects,Guiyang2Guangzhou railwaywas taken for an ex2ample to analyze the choice of residue field and design of the major construction projects.Some appropriate advice on the choosing and desig2ning the abandoned dreg site of projectswere put forward.Through the analysis of residue field choice and the design status quo ofmajor con2struction projects,the basic principles and appropriate requirements of the choice and design of abandoned dreg site were obtained.Key wordsAbandoned dreg site;Construction projects;Choice of abandoned dreg site;Design of abandoned dreg site作者简介 杨锐锋(1979-),男,四川眉山人,硕士研究生,研究方向:环境工程。收稿日期 2009205219 近年来,随着改革开放的持续推进、中国经济的高速发展,各项大型建设工程如铁路、公路、矿山等也在如火如荼地进行着。然而,这些大型建设工程的遗留问题却造成了生态环境的破坏甚至人类生命财产的损失。随着工程建设的增加,工程弃渣量也逐年增加,以贵广铁路为例,这条铁路建设工期6年,工程弃渣量达9 000多万方,数量大、工期长,这也对弃渣场的选址及设计安全性提出了更高、更严格的要求。而现实情况中的弃渣问题却常常是施工单位忽略的环节,随意堆弃现象严重,即使统一运往固定堆放场也没有进行规范的堆放设计,这就为后续的水土保持及土地复垦等生态修复工作造成困难甚至埋下安全隐患,使下游居民的生命财产安全受到威胁1(图1)笔者通过对大型建设工程弃渣场选址的合理性及设计进行分析,并以贵广铁路工程为例,得出工程建设过程中弃渣场选址的基本原则和不同渣场工程情况的设计技术相宜性要求,旨在为相关研究提供借鉴。图1 弃渣场现状Fig.1The status of abandoned dreg site1 工程分析及弃渣场选址原则1.1 建设项目工程及弃渣量 以贵广铁路为例,项目起点贵阳至终点广州正线全长85713 km,该工程新建桥梁311座,计19318 km,隧道240座,计47617 km,车站35个,拆迁房屋195145 hm2,新建房屋22121 hm2,永久用地2 484127hm2,临时用地1 987174 hm2;土石方总量为18 791136104m3,其中填方4 510169104m3,挖方14 280167104m3;弃渣9 556125104m3,共设弃渣场300个,取土341118104m3,共设取土场6个。工程桥隧比较高,弃渣主要来自隧道和路基、站场工程等施工地段。工程土石方量见表12。从贵广铁路工程各工点可知,项目所在区域属西南中低山地貌,工程桥隧比高,弃渣量大,然而由于区域生态环境为人均耕地较少,凹地或平地多被当地居民建成居民点或者开垦为水田或旱地,这为建设工程弃渣场选址造成了较大困难。1.2 弃渣场选址原则 由于建设工程弃渣场选址往往是在工程可行性研究阶段完成,在下阶段工程施工中可能部分渣场将进行调整,重新选址,对此笔者经查阅大量资料及结合工程实地调查提出以下选址原则2:弃渣场的选择要禁止堆放于河道、水库中;尽量远离水源保护区、自然保护区、文物保护区等敏感区域,少占农田及林地;不得影响周围居民的生产、生活安全,下游500 m范围内应无居民集中居住区;一般不宜选在靠近新建及既有桥梁上游,确保主体工程安全;弃渣场选址时应进行地质调查,不应选在滑坡、泥石流等不良地质地段,不得影响当地公路等公用设施。因此,总的来说弃渣场因首先要保证渣场下游一定范围内无集中居民区,以避免一旦事故发生而带来的人员伤亡损失;其次是要确保渣场位置地形地貌的适宜性,如三面环山的沟谷低洼地段易于防护,最好不要沿江河、湖泊水库地段设弃渣场,受到地形、地质条件控制,需临河地段设置弃渣场,要提高防护标准;最后是弃渣场选址不能位于滑坡地段、保护区等敏感区域。合理弃渣场近景及远景见图23。责任编辑 张杨林 责任校对 张士敏安徽农业科学,Journal ofAnhuiAgri.Sci.2009,37(27):13348-13351表1 贵广铁路工程土石方平衡情况Table 1The earthwork balance of Guiyang2Guangzhou railway construction104m3工程类别Construction type挖方Cutting填方Filling路基挖方利用量Roadbed cuttingrecycle隧道出渣利用量Tunnel cuttingrecycle站场挖方利用量Station cuttingrecycle利用作建材Used constructionmaterial外借方Buyearthwork弃方Diacardingearthwork路基Roadbed4 066.422 343.112 145.3564.981 921.07隧道Tunnel7 363.031 062.68558.035 745.32桥涵Bridge325.2460.57264.67站场Station2 525.982 107.01900.79276.201 625.19合计Total14 280.674 510.692 145.351 062.68900.79558.03341.189 556.25图2 弃渣场近景Fig.2Close shot of abandoned dreg site图3 弃渣场远景Fig.3Long shot of abandoned dreg site2 弃渣场设计原则弃渣场设计应根据渣场容量并结合所在区域地形地貌及气候设定所选弃渣场截排水沟和挡渣墙设计要求和参数。下面进行渣场设计分析并结合贵广铁路CK272和CK309 2个典型弃渣场为实例进行综合分析论证。2.1 弃渣场截排水沟设计 首先,应根据 防洪标准 和 灌溉与排水工程设计规范,弃渣场截、排水沟标准按堆渣量以50万方和100万方为分界点分别按20、50、100年一遇的洪水设计3。(1)设计模式。坡面洪峰流量确定采用 开发建设项目水土保持技术规范(GB50433-2008)中的清水洪峰流量模式计算。QB=01278kiF式中,QB为最大洪水洪峰流量(m3/s);k为径流系数,该项目按015考虑;i为平均1 h降雨强度(mm/h);F为山坡集水面积(km2)。(2)计算结果。可根据工程弃渣场上游汇水面积,从不同汇水面积计算出流量(表2)。表2 弃渣场上游坡面汇水流量计算情况Table 2The water catchment of abandoned dreg site分项ItemsFkm2QBm3/s分项ItemsFkm2QBm3/s1X1Y14X4Y42X2Y25X5Y53X3Y36X6Y6 考虑到碴场实际设置中采用碴场两侧同时设置排水沟进行排水,因此可将最大洪水洪峰流量减半进行检算设计,其中Xi为拟定渣场不同的各个坡面汇水面积、Yi为相应的最大洪水洪峰流量。贵广线各个渣场汇水面积均在01050120 km2。截、排水沟断面面积A,根据上式中的设计频率及最大径流量,按明渠均匀流模式计算:A=QBCRi式中,A为截、排水沟断面面积(m2);C为谢才系数;R为水力半径,R(m)=A;i为排水沟比降;为水沟湿周(m);Q设=ACRi=1nAR23i12;n为截排水沟地面糙率,贵广线取0103;i为截排水沟比降,贵广线取0115。由表3可知,当汇水面积在013012 km2采用 断面;在012011 km2采用 断面;在011 km2以下采用 断面。根据路基设计规范,截、排水沟深需在上面计算沟深的基础上加上安全超高011 m,再加011 m的块石压顶,边坡取11。表3 截水沟断面满足流量变化关系Table 3The relationship of flow and catch ditch断面Cross section宽度BmWidth高度hmHeightAm2 mRmQ设m3/s0.750.71.015 2.730 0.3722.970.650.60.750 2.347 0.3201.980.400.60.600 2.097 0.2861.47 因此,由表4可知,截、排水沟长度应顺延至自然沟渠或接入路基、桥涵排水系统后排入自然水系,并需在下游设置急流槽,作为消能设施,贵广线弃渣场可采用、型断面设计,其典型设计见图4。2.2 弃渣场拦渣墙设计 根据贵广铁路弃渣场现场踏勘,9433137卷27期 杨锐锋等 建设项目工程弃渣场场址选择及设计分析表4 截排水沟每米工程数量Table 4The catch2drain ditchs quantity in one meter断面Cross section下底内侧宽mBottom width沟内侧深 mDitch depth安全加高 mBuilt2up forsafety边坡坡率Side slopescale浆砌石厚度 mThickness of groutedstone pitching浆砌片石 m3/mGrouted stonepitching块石 m3/mDimensionstone人工挖方m3/mHandexcavation0.750.70.1110.31.0310.0852.6010.650.60.1110.30.9160.0852.1610.400.60.1110.30.8410.0851.886注:左为 型浆砌石截水沟剖面图;右为 型浆砌石截水沟剖面图。Note:The left is the section ofpulp masonry intercepting drain;The right ispulp masonry stone intercepting drain.图4 弃渣场截排水沟设计剖面Fig.4The design of abandoned dreg sites catch2drain ditch工程需挡护弃渣场堆高应在312 m,其挡墙一般按照重力式挡墙进行设计。2.2.1 挡墙设计。根据弃渣场的环境条件和防治要求,挡渣墙应按堆渣量的容量情况进行设计。以贵广铁路设计中高4、5 m为例进行梯形断面浆砌石挡渣墙设计,尺寸见表5。表5 挡渣墙尺寸设计Table 5The design of retaining wall类型Type墙高 mWallheight顶宽 mTopwidth底宽 mBottomwidth基础深度 mBasedepth地面以上 mAboveground截面积 m2Sectionalarea51.62.81.43.611.041.42.21.03.07.22.2.2 稳定性计算模式。(1)主动土压力计算。主动土压力系数Ka:Ka=cos2(-)cos2 cos(+)1+sin(+)sin(-)cos(+)cos(-)2 主动土压力Ea:Ea=12rH2Ka,主动土压力Ea与水平面夹角为+;则Ea水平方向分力为Eah=Eacos;垂直方向分力Eav=Easin。(2)抗滑移系数Ks:Ks=(G+Eav)Eah,要求Ks113。(3)抗倾覆系数Kt:Kt=GZG+EavZvEahZh,要求Kt115;ZG=(Wb-Htan)/2;Zv=(Wb+Htan)/3;Zh=H/3=1133 m。(4)基底应力验算:Nk=G+Eav;合力NK对挡墙脚趾的距离ZN=GZG+EavZv-EavZhNK;e=Wb/2-ZN,要求e112。(5)设计条件。根据当地地质条件、气候条件和弃渣性质,其设计条件见表6。(6)墙体尺寸。由设计的挡渣墙尺寸概化为计算用的挡渣墙尺寸见表7。(7)稳定性验算结果。挡渣墙按上述设计条件和挡渣墙表6 挡渣墙设计条件Table 6The conditions of retaining wall design指标Indicator填土倾角 Obliquity填土内摩擦角 Inside frictionangle墙背与填土间摩擦角 Reciprocalfriction angle填土容重kN/m3Filling capacity墙体容重kN/m3Wall capacity基底摩擦系数Coefficient offriction墙体附加荷载 kNWalls load地基承载力kN/m2Foundationbearing capacity符号bfdggkmW0qk数值30.53517.520240.40300表7 挡渣墙尺寸Table 7The size of retaining wall design类型Type总高HmTotal height墙背仰角aBack wall angle墙体底宽WbmWall bottom width墙体顶宽WtmWall top width基底倾角a0Base angle502.81.50402.11.40尺寸代入稳定性验算公式,可计算出各挡渣墙的抗滑移系数、抗倾覆系数、地基承载力(系数)和合力偏心距,其结果见表8。由表8可知,所有指标均满足 开发建设项目水土保持技术规范 要求4,所设计的挡渣墙是稳定的,有利于弃渣场05331 安徽农业科学 2009年表8 挡渣墙稳定性分析计算结果Table 8The analysis results of retaining wall stability挡渣墙类型Type抗滑移系数KsCoefficient of anti2sliding抗倾覆系数KtCoefficient of anti2overturning地基允许应力/最大作用力qk/PmaxPermitted stress/Biggest acting force合力偏心距Resultant eccentricityee01.333.061.640.370.471.393.121.950.290.37要求Requirement1.31.51.2ee0水土保持顺利进行。(8)渣体边坡稳定性验算。Kmin=(f+2a0)m+2a0(f+a0)(m2+1)式中,a0=2c H;f为边坡土体内摩擦系数,f=tg;m为边坡系数;c为边坡土体粘聚力;为边坡土体容重;H为边坡竖向高度。Kmin应大于1130。渣体边坡抗滑稳定性计算结果表明,当边坡率为110115时,边坡稳定安全系数计算值为 2153;允许值为1130。所选2个典型弃渣场挡渣墙设计见图5。图5 弃渣场挡墙设计剖面Fig.5The design of abandoned dreg sites retaining wall3 结论通过以上分析,建设工程弃渣场选址应结合区域地形地貌和气候条件选择满足安全性、易防护的地段,以沟谷低洼地为好,且要避开滑坡地段、保护区等敏感区域;弃渣场截排水沟及挡渣墙设计应根据渣场形状、容量、堆高和下游生态分布情况来进行相应的参数选择,须确保设计上满足泄洪、挡护及安全要求。这样,一个弃渣场的选址就能基本满足在地理位置和设计上的双重要求,为渣场使用完毕后的土地复垦提供基础条件,也才能使区域水土流失及生态环境影响得到有效减缓和维护。参考文献1贾成前,杨国栋.高速公路临时用地复垦和生态恢复技术研究J.交通环保,2000,12(21):23-26.2吴军.新建铁路贵阳至广州线土地复垦方案R.中铁二院项目报告书,2008.3赵其国.南方八省红壤区水土流失现状及其治理建议N.科学时报,2006-03-27.4梁音,张斌.南方红壤丘陵区水土流失现状与综合治理对策J.中国水土保持科学,2008,6(1):22-27.(上接第13326页)参考文献1盛永伟,陈维英,肖乾广,等.利用气象卫星植被指数进行我国植被的宏观分类J.科学通报,1995,40(1):68-71.2郭铌,杨兰芳,李民轩.利用气象卫星资料研究祁连山区植被和积雪变化J.应用气象学报,2003,14(6):700-707.3阎福礼,李震,邵芸,等.基于NOAA/AVHRR数据的西部植被覆盖变化监测J.兰州大学学报,2003,39(2):90-94.4李晓兵,史培军.基于NOAA/AVHRR数据的中国植被类型NDVI变化规律研究J.植物学报,1999,41(3):314-324.5方精云,朴世龙,贺金生,等.近20年来中国植被活动在增强J.中国科学(c辑),2003,33(6):554-565.6朴世龙,方精云.最近18年来中国植被覆盖的动态变化J.第四纪研究,2001,21(4):294-302.7夏露,刘咏梅,柯长青.基于SPOT4数据的黄土高原植被动态变化研究J.遥感技术与应用,2008,23(1):67-71.8刘咏梅,李锐,杨勤科.基于多源遥感的土地利用动态监测图像分类方法研究 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