■肖志堅(jiān)

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，福州 350004)

1 引言

高速公路施工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的棄渣，考慮到多種因素的影響，棄渣一般會(huì)堆積在周邊溝谷地帶，形成棄渣場(chǎng)。在降雨等不利條件的影響下，若棄渣場(chǎng)防護(hù)不當(dāng)，棄渣場(chǎng)邊坡有可能失穩(wěn)，從而會(huì)對(duì)周邊構(gòu)筑物以及農(nóng)田等造成嚴(yán)重?fù)p害。本著防治結(jié)合的原則，對(duì)棄渣場(chǎng)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性勘察及分析，并提出防治建議。

本文以京臺(tái)線建甌至閩侯高速公路南平段AK1769+200左側(cè)100m棄渣場(chǎng)為例進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性勘察及分析。

2 工程概況

京臺(tái)線建甌至閩侯高速公路南平段AK1769+200左側(cè)100m棄渣場(chǎng)堆填于建甌市迪口鎮(zhèn)一山間溝谷中，棄渣場(chǎng)北東側(cè)臨近迪口溪及迪口溪北岸816縣道，南側(cè)為京臺(tái)線建甌至閩侯高速公路南平段高邊坡，東西兩側(cè)均為原狀山體。渣場(chǎng)堆渣量約30.7萬(wàn)m3，地勢(shì)呈南西向高北東向低，棄渣場(chǎng)邊坡前緣坡腳處為高約5m的漿砌片石擋墻，渣體分三級(jí)放坡，每級(jí)坡度約47°，由下至上第一級(jí)放坡標(biāo)高約288～313m，高度約25～34m，平臺(tái)寬約5m，坡面植被不發(fā)育，見水沖痕跡；第二級(jí)放坡頂標(biāo)高約313～327m，高度約14m，平臺(tái)寬約5m；第三級(jí)放坡頂標(biāo)高約333m，高度約7m；目前坡面整體較穩(wěn)定，但水毀較嚴(yán)重，沖刷跡象明顯，并有局部溜塌跡象。本棄渣場(chǎng)的下游敏感目標(biāo)主要是坡腳外側(cè)迪口溪及迪口溪對(duì)岸816縣道，棄渣場(chǎng)環(huán)境條件參見圖1。

3 棄渣場(chǎng)場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)條件

3.1 地形地貌

圖1 AK1769+200左側(cè)100m棄渣場(chǎng)平面位置圖

場(chǎng)區(qū)屬剝蝕丘陵間山間溝谷地貌，地形起伏較大，自然山坡坡度約 25～32°，高程約 270～346m，坡上植被較發(fā)育。表層巖性主要為第四系表土、殘坡積物及風(fēng)化巖層。場(chǎng)區(qū)擋墻距離迪口溪約30m，溪寬約16m，水深約0.8m，流速約0.3m/s。

3.2 氣象條件

場(chǎng)區(qū)位于閩北山區(qū)，屬沿海內(nèi)陸山區(qū)，年平均氣溫17.8～21.1℃，年平均降雨量 1556～2229mm；建甌地區(qū)全年降雨天數(shù)164～177天，3～4月為春雨季節(jié)，降雨量約占全年降雨量的23%～24%；5～6月為梅雨季節(jié)，降雨量約占全年降雨量的36%～37%；7～9月為臺(tái)風(fēng)、雷雨季節(jié)，降雨量約占全年降雨量的20%；10月至翌年2月為少水季節(jié)，降雨量約占全年的20%，降雨分布不均，年際變化較大。

3.3 地質(zhì)構(gòu)造

場(chǎng)區(qū)位于閩西北隆起帶、閩東火山斷拗帶的次級(jí)構(gòu)造單元松溪-建溪拗陷帶，近代以來(lái)，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不強(qiáng)烈，差異活動(dòng)不明顯，歷史上地震活動(dòng)不強(qiáng)烈。經(jīng)本次地質(zhì)調(diào)繪、區(qū)域性地質(zhì)資料及本次鉆探成果表明，場(chǎng)區(qū)未見構(gòu)造跡象發(fā)育。

3.4 地震動(dòng)參數(shù)

根據(jù) 《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)(2016版)附錄A及《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2015)福建省區(qū)劃一覽表，場(chǎng)區(qū)位于建甌市，場(chǎng)地地震基本設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組屬第一組，中硬場(chǎng)地土(標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)地)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s。

3.5 地層巖性

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查與鉆探成果資料，按巖土的地質(zhì)年代、成因類型、工程地質(zhì)性質(zhì)劃分，場(chǎng)區(qū)地層主要為第四系全新統(tǒng)人工填土(Q4me)；第四系殘坡積層(Qdl-el)；下臥前震旦系龍北溪組(AnZl)云母石英片巖及其風(fēng)化層。根據(jù)鉆孔GK19～GK21所揭露的地層情況描述如下：

(1)人工填土(Q4me)：為邊坡開挖棄渣堆填，分布于棄渣場(chǎng)內(nèi)。褐黃色，松散-稍密，稍濕，厚度約15m，以坡殘積粘性土、云母石英片巖風(fēng)化層堆棄而成，結(jié)構(gòu)稍密，分選性差，含有約15%～20%碎石，局部達(dá)35%。堆填時(shí)間約5年，土石等級(jí)為Ⅰ級(jí)。

(2)坡殘積土層(Qdl-el)：黃褐色，灰褐色，稍濕，可～硬塑狀，以粘土為主，原巖礦物已破壞，砂粒含量約10%～20%，厚度一般在5.0～6.0m。土石等級(jí)為Ⅱ級(jí)。

(3)風(fēng)化土層(AnZl)：為云母石英片巖，全風(fēng)化-砂土狀強(qiáng)風(fēng)化，片理產(chǎn)狀走向北偏東22°，傾角28°。

(4)風(fēng)化基巖(AnZl)：為云母石英片巖，碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化-中風(fēng)化，片理產(chǎn)狀走向北偏東22°，傾角28°。

4 棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性分析

4.1 棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性影響因素分析

影響棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性的主要因素有：地形條件、地基巖土體條件與構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、棄渣堆填方式與堆高、人類工程活動(dòng)、降雨等。

根據(jù)對(duì)現(xiàn)有棄渣場(chǎng)及周邊的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及鉆探，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，可以初步判斷影響本棄渣場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性的主要因素主要是邊坡坡腳擋墻的自身穩(wěn)定、棄渣場(chǎng)的排水路徑及棄渣場(chǎng)表面植被恢復(fù)等。

4.2 棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法

棄渣場(chǎng)采用目前應(yīng)用最廣泛的極限平衡法對(duì)棄渣場(chǎng)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析。棄渣場(chǎng)棄渣以粘性土、碎石為主，結(jié)合棄土場(chǎng)成份、顆粒級(jí)配、密實(shí)程度等因素和各種模型簡(jiǎn)化條件適宜性，針對(duì)棄土場(chǎng)建模計(jì)算的準(zhǔn)確性，對(duì)渣場(chǎng)穩(wěn)定性采用畢肖普 (Bishop)法和摩根斯頓-普賴斯(Morgenstern-Price)法計(jì)算。

4.3 巖土物理力學(xué)參數(shù)選取

根據(jù)本棄渣場(chǎng)的規(guī)模、周邊敏感點(diǎn)分布、邊坡失穩(wěn)后危害程度，對(duì)棄渣場(chǎng)級(jí)別進(jìn)行劃分，根據(jù)《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB51018-2014)5.7.1節(jié)表 5.7.1規(guī)定，因本棄渣場(chǎng)臨近迪口溪及816縣道，一旦渣體失穩(wěn)，則需進(jìn)行專門修復(fù)后才能投入正常使用，綜合考慮確定本棄渣場(chǎng)邊坡安全級(jí)別為2級(jí)。

對(duì)于渣料和風(fēng)化基巖的物理力學(xué)參數(shù)，根據(jù)地勘資料，并通過(guò)工程類比法、參照飽和狀態(tài)下地層對(duì)應(yīng)指標(biāo)值、經(jīng)驗(yàn)值綜合考慮選取。本棄渣場(chǎng)采用的巖土物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 巖土物理力學(xué)參數(shù)表

4.4 棄渣場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

本文以天然狀態(tài)和降雨條件兩種工況分別對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算分析。棄渣場(chǎng)邊坡的自穩(wěn)能力應(yīng)能抵抗當(dāng)?shù)馗黝惐┯暧绊懀敬卧u(píng)價(jià)采用連續(xù)降雨1h、6h、24h、72h四種暴雨工況，分析檢算降雨入滲對(duì)渣土軟化及滲流產(chǎn)生孔隙水壓力環(huán)境下，棄渣場(chǎng)邊坡的穩(wěn)定性。根據(jù) 《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB51018-2014)5.7.4節(jié)表5.7.4-1規(guī)定，渣體邊坡抗滑穩(wěn)定性安全系數(shù)如表2所示。

表2 渣體邊坡抗滑穩(wěn)定性安全系數(shù)

4.5 計(jì)算剖面

根據(jù)棄渣場(chǎng)現(xiàn)狀，結(jié)合區(qū)域工程地質(zhì)和水文地條件，在對(duì)棄渣場(chǎng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析時(shí)綜合考慮堆高、坡率、平臺(tái)、排水等情況等自身因素影響和對(duì)周圍環(huán)境敏感點(diǎn)的影響情況，通過(guò)確定棄渣場(chǎng)主滑動(dòng)方向剖面和可能影響周圍構(gòu)(建)筑物等安全的剖面進(jìn)行分析，通過(guò)指定滑移面來(lái)分析棄渣場(chǎng)邊坡沿基底接觸面的穩(wěn)定，通過(guò)自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)圓弧滑移面來(lái)分析棄渣場(chǎng)內(nèi)部的穩(wěn)定，從而對(duì)棄渣場(chǎng)的穩(wěn)定安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

該棄渣場(chǎng)沿坡面堆棄，其可能失穩(wěn)的方向?yàn)轫樒旅娣较?，故選取坡面方向且垂直現(xiàn)地形等高線，A-A’剖面作為計(jì)算剖面進(jìn)行穩(wěn)定分析計(jì)算，如圖2和圖3所示。

4.6 計(jì)算結(jié)果

棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性計(jì)算分析分為兩部分，棄渣體沿基底接觸面滑動(dòng)的整體穩(wěn)定性分析和沿邊坡內(nèi)部滑動(dòng)的局部穩(wěn)定性分析。計(jì)算結(jié)果見表3～5。

圖2 A-A’計(jì)算剖面

圖3 A-A’工程地質(zhì)剖面圖

表3 棄渣場(chǎng)整體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

表4 天然工況下棄渣場(chǎng)邊坡局部穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

表5 暴雨工況下棄渣場(chǎng)邊坡局部穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表

4.7 結(jié)果分析

對(duì)棄渣場(chǎng)選取的A-A’剖面進(jìn)行天然工況和暴雨工況下邊坡穩(wěn)定性計(jì)算和最危險(xiǎn)滑弧面搜索。由表3～5可知，天然工況下，A-A’剖面邊坡屬穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨工況下，隨降雨時(shí)長(zhǎng)，A-A’剖面邊坡由穩(wěn)定狀態(tài)演變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)。由上可知：棄土場(chǎng)穩(wěn)定性總體較差，天然工況下可維持臨界平衡穩(wěn)定，不易沿內(nèi)部不利結(jié)構(gòu)面發(fā)生失穩(wěn)，但在暴雨工況下，經(jīng)雨水下滲，軟化渣土體，抗剪強(qiáng)度減小后，棄土場(chǎng)局部地段的邊坡穩(wěn)定性較天然工況有很大程度減小，維持穩(wěn)定的能力較弱，易產(chǎn)生破壞如滑塌。故本棄渣場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性判定較差，局部在長(zhǎng)歷時(shí)暴雨時(shí)會(huì)產(chǎn)生局部邊坡失穩(wěn)，需對(duì)部分地段進(jìn)行防治處理，提高邊坡穩(wěn)定性，以滿足安全性要求。

5 結(jié)論與防治建議

5.1 結(jié)論

(1)本棄渣場(chǎng)位于京臺(tái)線建甌至閩侯高速公路南平段AK1769+200左側(cè)100m，下游敏感目標(biāo)主要為坡腳外側(cè)迪口溪及迪口溪對(duì)岸816縣道(距離約70m)。

(2)棄渣場(chǎng)區(qū)域現(xiàn)狀局部坡面雨水沖刷跡象嚴(yán)重，局部溜塌，周圍原狀山體沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。

(3)根據(jù)地形條件、工程地質(zhì)條件、攔擋工程現(xiàn)狀，以及計(jì)算結(jié)果等綜合分析，天然工況下，棄渣場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求；暴雨工況下，棄渣場(chǎng)隨時(shí)間歷長(zhǎng)而逐漸演變?yōu)椴环€(wěn)定狀態(tài)，可能產(chǎn)生溜塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

5.2 防治建議

(1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查可知，棄渣場(chǎng)坡面存在多道雨水沖刷跡象，局部坡面出現(xiàn)溜塌，說(shuō)明暴雨時(shí)棄渣場(chǎng)截排水系統(tǒng)不滿足要求，建議對(duì)坡頂原有截水溝進(jìn)行疏通修補(bǔ)，棄渣場(chǎng)后部寬緩大平臺(tái)增設(shè)樹枝狀截水溝排水系統(tǒng)，與原地表交界處增設(shè)環(huán)向截水溝，邊坡平臺(tái)應(yīng)增設(shè)排水溝，構(gòu)成完整的排水系統(tǒng)，防止周邊地表水進(jìn)入棄渣場(chǎng)內(nèi)，將場(chǎng)內(nèi)地表水及時(shí)排出場(chǎng)外。

(2)建議對(duì)棄渣場(chǎng)坡面及平臺(tái)表面進(jìn)行系統(tǒng)綠化，尤其針對(duì)北東向放坡坡面應(yīng)采用綠化結(jié)合坡面排水的措施，防止極端暴雨條件下地表水的下滲以及對(duì)坡面的沖刷破壞。

(3)嚴(yán)禁在棄渣場(chǎng)范圍開挖水塘、蓄水池等；嚴(yán)禁在棄渣場(chǎng)坡腳進(jìn)行開挖取土工程；嚴(yán)禁在渣體上進(jìn)行建筑等堆載工作。