文/謝振安

1 前言

山區(qū)高速公路隧道和路基深挖方比例大，因填挖不平衡引起棄土石方量多，且受地形、征地限制及運(yùn)距等因素影響，棄土場(chǎng)大多堆砌于山間溝谷中，容易產(chǎn)生較高的棄土堆筑高度。雖在設(shè)計(jì)階段會(huì)對(duì)棄土場(chǎng)選址及防護(hù)做簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，但因方案變更等因素，實(shí)際堆筑情況會(huì)有較大變化，原設(shè)計(jì)防護(hù)措施不一定能滿足實(shí)際穩(wěn)定性要求，容易形成水土流失、崩塌、滑坡等災(zāi)害，更嚴(yán)重的還有可能引發(fā)泥石流等重大災(zāi)害。為了保證已堆筑棄土場(chǎng)安全穩(wěn)定，需對(duì)棄土場(chǎng)現(xiàn)狀做針對(duì)性的穩(wěn)定性分析。本文以廣東省仁新高速K220+650 左側(cè)棄土場(chǎng)為例，介紹已建棄土場(chǎng)穩(wěn)定性分析思路及方法。

2 工程概況

仁新高速公路K220+650 左側(cè)棄土場(chǎng)所處區(qū)域地質(zhì)背景簡(jiǎn)單，地震基本烈度屬Ⅵ度區(qū)。評(píng)估區(qū)處于低山、丘陵地貌，地形地勢(shì)起伏較大，山坡自然坡度25°～40°。另外，棄土場(chǎng)約17.66 萬(wàn)m3棄渣，渣頂標(biāo)高225.95m，渣底標(biāo)高136.18m，最大高度89.77m。棄土場(chǎng)樁號(hào)范圍：K220+425～K220+800，基本沿著高速公路線路走向。棄土場(chǎng)現(xiàn)狀草木發(fā)育良好，位于封閉山谷，對(duì)周?chē)用裆a(chǎn)生活影響較小。棄土場(chǎng)所處山間溝谷內(nèi)水量較少，地下水對(duì)場(chǎng)地工程施工影響較?。涣硗?，評(píng)估區(qū)屬中緯度亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，夏長(zhǎng)冬短，多年平均降雨量1400～2400mm，故氣象水文條件對(duì)棄土場(chǎng)穩(wěn)定影響程度較大，需考慮暴雨工況穩(wěn)定情況[1]。

3 坡體現(xiàn)狀調(diào)查

坡面未見(jiàn)淺層滑塌，但受地表水沖刷影響，部分坡面出現(xiàn)沖溝，對(duì)邊整體穩(wěn)定無(wú)影響，但長(zhǎng)期沖刷易引起淺層滑塌。坡腳局部位置可見(jiàn)水土流失現(xiàn)象，形成坑洼地，坑深0.5～1m 左右，長(zhǎng)期積水下滲對(duì)坡體穩(wěn)定不利。坡面未見(jiàn)堆載體整體滑動(dòng)或淺層滑塌，暫時(shí)處于穩(wěn)定狀態(tài)；但考慮該棄土場(chǎng)棄土方量大，棄土高度高，強(qiáng)風(fēng)化砂巖含量較高，遇水易軟化、強(qiáng)度降低，存在一定安全隱患，因此需通過(guò)計(jì)算分析確定。

4 現(xiàn)狀測(cè)量及勘察

對(duì)棄土場(chǎng)現(xiàn)狀進(jìn)行測(cè)量，得出1∶500 平面地形圖，測(cè)量各棄土場(chǎng)的坡形坡率及堆載范圍，根據(jù)現(xiàn)狀地形圖并結(jié)合堆載前地形圖布置2 個(gè)勘察鉆孔一個(gè)勘察斷面（見(jiàn)圖1）。

地質(zhì)鉆探揭露上覆堆載體主要由第四系素填土（粘性土、碎石）、粉質(zhì)粘土、坡殘積粉質(zhì)粘土組成；基底主要由石炭系砂巖、炭質(zhì)砂巖及其風(fēng)化層組成。

5 穩(wěn)定性計(jì)算分析評(píng)價(jià)

根據(jù)堆載體所在地形溝谷走向及填土厚度等，初步選取地質(zhì)橫斷面5-5（見(jiàn)圖1）作為主斷面進(jìn)行計(jì)算分析?？紤]堆載體變形主要有三種可能，分別是堆載體與原地面接觸面變形、堆載體自身變形和坡面淺層變形，以下圍繞三種變形情況進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算[2]。

圖1 棄土場(chǎng)測(cè)量平面圖（含勘察斷面）

5.1 計(jì)算并選定參數(shù)

5.1.1 確定棄土與原始地面交界力學(xué)參數(shù)

棄土與原始地面交界位置較為薄弱，棄土透水性強(qiáng)在交界位置極易富集地下水，所以潛在最危險(xiǎn)滑面最有可能發(fā)生在棄土與原地面交界位置，因此宜采用折線形滑動(dòng)法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析。棄土與原地面交界處滑面參數(shù)較難確定，通過(guò)Φk=arctan(tanΦ+c/γH)求得綜合內(nèi)摩擦角，滑面內(nèi)聚力根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取10kPa，摩擦角取現(xiàn)狀地形及原狀地形自然休止角，通過(guò)上述公式計(jì)算得棄土綜合內(nèi)摩擦角約為36°，取安全儲(chǔ)備系數(shù)1.25，最終綜合取值28.5°。

5.1.2 確定棄土（碎石土）力學(xué)參數(shù)

碎石土由填石和填土組成，參數(shù)較難確定，勘察推薦人工填石重度取18kN/m3，內(nèi)聚力取0kPa，內(nèi)摩擦角30°～40°，結(jié)合重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)結(jié)果，最終確定碎石土內(nèi)聚力取0KPa，內(nèi)摩擦角取38°。

5.1.3 確定巖土層力學(xué)參數(shù)

結(jié)合勘察資料及軟件計(jì)算等資料，最終確定各層巖土力學(xué)參數(shù)取值如下表1：

表1 邊坡驗(yàn)算選用力學(xué)參數(shù)表

5.2 邊坡穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，棄土場(chǎng)級(jí)別應(yīng)根據(jù)堆渣量、堆渣最大高度以及棄渣場(chǎng)失事后對(duì)主體工程或環(huán)境造成的危害程度確定。K220+650 左側(cè)棄土場(chǎng)約17.66 萬(wàn)m3棄渣，最大高度89.77m，棄土場(chǎng)級(jí)別判定為3 級(jí)。正常工況下穩(wěn)定性性安全系數(shù)不應(yīng)小于1.25，非正常工況下穩(wěn)定性性安全系數(shù)不應(yīng)小于1.1。本邊坡采用理政巖土軟件的邊坡穩(wěn)定性分析系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)算。

針對(duì)三種變形方式，選取堆土體與原地面接觸面為棄土場(chǎng)邊坡最危險(xiǎn)性斷面，并分別考慮天然工況和暴雨工況，采用擴(kuò)大自下滑力進(jìn)行分析計(jì)算；考慮堆土體自身穩(wěn)定性采用圓弧滑動(dòng)自動(dòng)搜索不利滑面計(jì)算（圖2），并分別考慮天然工況及暴雨工況，計(jì)算得穩(wěn)定性分析結(jié)果如表2 所示：

圖2 穩(wěn)定性分析計(jì)算模型圖

表2 棄土場(chǎng)穩(wěn)定性分析結(jié)果一覽表

6 防護(hù)建議

針對(duì)該棄土場(chǎng)，建議加強(qiáng)棄土場(chǎng)邊坡日常病害巡查；布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，定期監(jiān)測(cè)邊坡變形位移情況；對(duì)坡頂平臺(tái)及坡面局部地段（植被生長(zhǎng)不良）進(jìn)行植草防護(hù)或硬化處理，防止地表水沖刷，增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，平臺(tái)均已硬化但無(wú)排水溝，建議增設(shè)平臺(tái)排水溝，修復(fù)棄土場(chǎng)的邊坡排水設(shè)施，急流槽堵塞或破損處應(yīng)及時(shí)疏通并修復(fù)，同時(shí)急流槽與棄土場(chǎng)場(chǎng)頂排水溝相連。棄土場(chǎng)坡腳以上局部薄弱區(qū)處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，建議采用注漿加固等措施處理，以保證邊坡局部穩(wěn)定性[3]。

7 結(jié)語(yǔ)

棄土場(chǎng)穩(wěn)定性分析可以采用現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)查、地形測(cè)量及補(bǔ)充勘察全面了解棄土場(chǎng)現(xiàn)狀情況，然后采用極限平衡法等方法對(duì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析。棄土場(chǎng)邊坡的變形類(lèi)型和破壞模式包括坡面淺層變形、堆載體與原地面接觸面滑動(dòng)變形以及堆載體自身失穩(wěn)變形。棄土場(chǎng)穩(wěn)定性分析應(yīng)結(jié)合勘察測(cè)量資料確定堆載體各層驗(yàn)算力學(xué)參數(shù)，并根據(jù)不同工況，計(jì)算邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)，最終確定不同破壞形式邊坡穩(wěn)定狀態(tài)，并根據(jù)分析結(jié)果，提出防治建議。