岳進(jìn)松 YUE Jin-song

（中冶集團(tuán)武漢勘察研究院有限公司，武漢 430080）

1 排土場概況

本次排土場設(shè)計(jì)用途為排放采場廢石，邊坡為永久性邊坡。排土場位于斜坡上，地形總體上東南高西北低。原始山坡坡度總體為6°～42°，無斷裂構(gòu)造、滑坡、崩塌、塌陷等不良地質(zhì)作用，勘察期間通過地質(zhì)調(diào)查和測繪，自然邊坡是穩(wěn)定的。

2 穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)的選取

2.1 天然土層的穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)按以下取值。

素填土，天然重度γ=18.0kN/m3，γsat=18.4kN/m3，固結(jié)快剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，內(nèi)摩擦角φ=14°，粘聚力C=14kPa；粉質(zhì)黏土含卵石，天然重度γ=15.0kN/m3，γsat=15.6kN/m3，承載力特征值fak=100kPa，固結(jié)快剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，內(nèi)摩擦角φ=19°，粘聚力C=13kPa；卵石、漂石夾礫砂，天然重度γ=20.7kN/m3，γ=21.0kN/m3，承載力特征值fak=500kPa，固結(jié)快剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，內(nèi)摩擦角φ=34°，粘聚力C=4kPa；漂石、卵石夾黏性土，天然重度γ=20.2kN/m3，γsat=20.5kN/m3，承載力特征值fak=400kPa，固結(jié)快剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，內(nèi)摩擦角φ=32°，粘聚力C=8kPa；黏土，天然重度γ=16.5kN/m3，γsat=16.9kN/m3，承載力特征值fak=180kPa，固結(jié)快剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，內(nèi)摩擦角φ=20°，粘聚力C=24kPa；粉質(zhì)黏土含漂石，天然重度γ=17.9kN/m3，γsat=18.7kN/m3，承載力特征值fak=200kPa，固結(jié)快剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，內(nèi)摩擦角φ=24°，粘聚力C=26kPa；漂石、卵石夾黏性土，天然重度γ=19.5kN/m3，γsat=19.7kN/m3，承載力特征值fak=380kPa，固結(jié)快剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，內(nèi)摩擦角φ=30°，粘聚力C=9kPa；砂質(zhì)黏性土，天然重 度γ=17.8kN/m3，γsat=18.4kN/m3，承 載 力 特 征 值fak=220kPa，固結(jié)快剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，內(nèi)摩擦角φ=25°，粘聚力C=22kPa；全風(fēng)化花崗閃長巖，天然重度γ=20.1kN/m3，γsat=20kN/m3，承載力特征值fak=300kPa，固結(jié)快剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，內(nèi)摩擦角φ=26°，粘聚力C=33kPa；強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長巖（土狀），天然重度γ=21.3kN/m3，γsat=22.5kN/m3，承載力特征值fak=550kPa，固結(jié)快剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，內(nèi)摩擦角φ=30°，粘聚力C=40kPa；強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長巖（塊狀），天然重度γ=23.5kN/m3，γsat=23.7kN/m3，承載力特征值fak=900kPa，固結(jié)快剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，內(nèi)摩擦角φ=38°，粘聚力C=5kPa；中風(fēng)化花崗閃長巖，天然重度γ=26.2kN/m3，γsat=26.4kN/m3，承載力特征值fak=5000kPa。

2.2 排棄物的穩(wěn)定性計(jì)算假設(shè)參數(shù)

①目前排土場尚未進(jìn)行，本次勘察不具備提供排棄物穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)的條件，本次提供穩(wěn)定性計(jì)算假設(shè)參數(shù)供初步設(shè)計(jì)和排土質(zhì)量控制參考。

②室內(nèi)模擬試驗(yàn)強(qiáng)度。

模擬推土機(jī)排土條件下，室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果：土質(zhì)排棄物的最大干密度ρdmax=1.7g/cm3，最優(yōu)含水率ωop=18.1%。不同干密度條件下的抗剪強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

③本次穩(wěn)定性分析的土質(zhì)參數(shù)初步按80%最大干密度條件下直剪固快強(qiáng)度假設(shè)取值進(jìn)行估算；廢石按不含黏性土的塊石假設(shè)取值。

3 堆置要素

①堆置高度。

排土場在排土初期基底壓實(shí)到最大的承載能力時(shí)，排土場的堆置高度根據(jù)以下公式計(jì)算。

式中：H1—排土場的堆置高度（m）；

C—基底巖土的粘結(jié)力（Pa）；

φ—基底巖土的內(nèi)摩擦角（°）；

γ—排土場物料的容重（t/m3）。

注：本次抗剪強(qiáng)度指標(biāo)為固結(jié)快剪強(qiáng)度指標(biāo)。

②本次排土場排放的為含廢石較少的土質(zhì)及廢石，在堆置高度與極限堆置高度計(jì)算時(shí)，選取較有代表性的廢石進(jìn)行堆置高度計(jì)算。基底巖土的計(jì)算參數(shù)按表1取值，廢石的容重按設(shè)計(jì)技術(shù)要求中提供的數(shù)據(jù)，取γ=2.60t/m3。

表1 不同干密度條件下的抗剪強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

③在基底處于極限狀態(tài)，失去承載能力，產(chǎn)生塑性變形和移動時(shí)，排土場的極限堆置高度按下式計(jì)算。

式中：H2—排土場的極限堆置高度（m）。

④素填土，第一臺階堆置高度為0.70m，極限堆置高度為1.50m；粉質(zhì)黏土含卵石，第一臺階堆置高度為3.12m，極限堆置高度為8.99m；卵石、漂石夾礫砂，第一臺階堆置高度為1.42m，極限堆置高度為6.45m；漂石、卵石夾黏性土，第一臺階堆置高度為2.63m，極限堆置高度為10.87m；黏土，第一臺階堆置高度為5.22m，極限堆置高度為13.64m；粉質(zhì)黏土含漂石，第一臺階堆置高度為7.42m，極限堆置高度為22.20m；漂石、卵石夾黏性土，第一臺階堆置高度為8.86m，極限堆置高度為33.46m；砂質(zhì)黏性土，第一臺階堆置高度為5.64m，極限堆置高度為17.46m；全風(fēng)化花崗閃長巖，第一臺階堆置高度為8.76m，極限堆置高度為28.13m；強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長巖（土狀），第一臺階堆置高度為12.22m，極限堆置高度為46.15m；強(qiáng)風(fēng)化花崗閃長巖（塊狀），第一臺階堆置高度為2.08m，極限堆置高度為11.73m；中風(fēng)化花崗閃長巖，第一臺階堆置高度和極限堆置高度均無限制。

⑤設(shè)計(jì)擬采用的排土方式為汽車運(yùn)輸推土機(jī)排土，第一臺階主要分布的地層為：上部為硬塑狀態(tài)粉質(zhì)黏土含漂石，少部分為可塑狀態(tài)黏土和密實(shí)狀態(tài)漂石、卵石夾黏性土，沖溝地段溝底分布有中密狀態(tài)卵石、漂石夾礫砂和中密狀態(tài)漂石、卵石夾黏性土；底部為全風(fēng)化花崗閃長巖、強(qiáng)風(fēng)化（碎塊狀）花崗閃長巖、中風(fēng)化花崗閃長巖。第一臺階的變形和破壞，可能引起排土場的松動和破壞，影響排土場的穩(wěn)定。綜合考慮排土場的地質(zhì)條件、溝谷地形和水文氣象條件等，建議第一臺階堆置高度為10m。

⑥根據(jù)初步設(shè)計(jì)提供的坡度和現(xiàn)場實(shí)際地形情況，第一臺階堆置高度為0～59.00m，分別為59m、39m和50m，堆置高度較大沖溝地段，建議設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)整第一平臺的高度或?qū)Φ谝慌_階地段地基土進(jìn)行加固處理，可采用地基堆載預(yù)壓的方式提高第一臺階地基承載力。

4 排土場邊坡穩(wěn)定性分析

4.1 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法

①排土場邊坡為土質(zhì)邊坡，采用圓弧滑動法和折線法進(jìn)行估算。②計(jì)算過程中采用簡化Bishop法對排土場分級堆置的局部穩(wěn)定和堆置完成后的整體穩(wěn)定性進(jìn)行了驗(yàn)算。③計(jì)算采用圓弧滑動法和特殊地段沿原始地表的折線法。

4.2 邊坡穩(wěn)定性估算假設(shè)條件

①排土的坡率按設(shè)計(jì)任務(wù)書圖紙?zhí)峁┑某醪皆O(shè)計(jì)坡率。②排土的參數(shù)按表1中假設(shè)參數(shù)取值，天然土層參照表1。③計(jì)算工況為一般工況、飽和工況和地震工況。飽和工況：考慮暴雨作用下地下水位的工況；地震工況：工程區(qū)的地震基本烈度為Ⅷ度，基巖水平地震峰值加速度為0.25g，水平地震系數(shù)為0.063。④排土場邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)，取一般工況Fst=1.35，飽和工況Fst=1.20，地震工況Fst=1.10。

4.3 綜合分析，穩(wěn)定性評價(jià)如下：

①排土場在堆置過程中，其初始2級（100m）計(jì)算最小安全系數(shù)滑弧位于棄土和天然土層中，排土場穩(wěn)定性主要受排土強(qiáng)度及原始地形和天然土層強(qiáng)度的影響；堆高4級（200m）以后，其計(jì)算最小安全系數(shù)滑弧位于棄土堆積物中，受原始地形和天然土層影響較小；堆高到6級（300m）以后，其計(jì)算最小安全系數(shù)滑弧位于棄土廢石堆積物和天然土層中，棄土、廢石堆置質(zhì)量、天然地形和天然土層均對其有一定影響。

②剖面A-A最小穩(wěn)定性系數(shù)位于第二級（1300m），原始坡面比較平緩，在一般工況和地震工況下呈穩(wěn)定狀態(tài)，但在飽和狀態(tài)下呈基本穩(wěn)定狀態(tài)，因坡腳筑有坡腳壩，對排土邊坡具有反壓作用，滑動面主要是棄土內(nèi)滑動。當(dāng)最小穩(wěn)定系數(shù)不能滿足邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fst的要求時(shí)，建議結(jié)合第一臺階高度進(jìn)行調(diào)整坡比或?qū)壨临|(zhì)量進(jìn)行加固處理。

③剖面B-B最小穩(wěn)定性系數(shù)位于第二級（1300m），天然工況及地震工況下穩(wěn)定，在飽和工況下為不穩(wěn)定狀態(tài)，滑動面沿著棄土剪切至天然地基土層中。最小穩(wěn)定系數(shù)不能滿足邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fst的要求。建議結(jié)合第一臺階高度進(jìn)行調(diào)整坡比或?qū)μ烊煌翆?、排土質(zhì)量進(jìn)行加固處理。

5 排土分析與建議

①排土場最終邊坡高度為300m，排土容量大，高度大，為土質(zhì)斜坡上排土形成的填土高邊坡，失事后的危害性十分嚴(yán)重，設(shè)計(jì)和施工時(shí)應(yīng)引起高度重視。建議進(jìn)行專門的邊坡設(shè)計(jì)和排土設(shè)計(jì)。

②排土場設(shè)計(jì)可采用分區(qū)和分期（分階段）進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)除進(jìn)行整體穩(wěn)定性分析外，尚應(yīng)進(jìn)行分期排土場穩(wěn)定性分析。

1）南排土場一期1300m標(biāo)高以下排棄物為基建道路和采礦工業(yè)場地整平及部分南采場基建量，排棄物料基本為土質(zhì)，受雨水影響，強(qiáng)度很低，且孔隙水較難排出，堆置后產(chǎn)生的病害也差異較大。建議減少雨水天氣排土，控制排土的含水量，并做好地表和地下排水設(shè)計(jì)。

2）排土場面積較大（約4km2），地形起伏較大，土層的厚度不一。邊坡邊界條件差異較大，基建期剝離物分期排土場的穩(wěn)定計(jì)算剖面線與整體排土場計(jì)算剖面不盡一致，各不同計(jì)算斷面對排土場穩(wěn)定性差異較大。應(yīng)進(jìn)行分期排土場穩(wěn)定分析，確保剝離物排土期間的分期排土場的穩(wěn)定性。

3）分期排土場堆置后，應(yīng)在不同排土高度分期對剝離物棄土通過勘察或試驗(yàn)確定其邊界條件和穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)（重度、抗剪強(qiáng)度等），并重新驗(yàn)算整體排土場穩(wěn)定性。

③合理安排排土順序，避免形成軟弱結(jié)構(gòu)層和形成地下水高水位。

1）顆粒較粗的塊石盡量堆置最低臺階以及下游邊坡。確保滿足設(shè)計(jì)排土參數(shù)和排水條件。

2）采場表層剝離物為風(fēng)化巖和殘坡積土，其排土后受雨水影響，將成為排土場邊坡的軟弱地層，且易造成地下水位升高，對邊坡穩(wěn)定極為不利，建議做好排水設(shè)計(jì)。

3）排土場采用汽車運(yùn)輸，推土機(jī)排土工藝，排棄過程中不加以控制易造成巖、土成水平或傾斜分層，水平分層是由于開采順序形成的結(jié)構(gòu)分層，傾斜分層是由于巖、土的比重不同，加上排土強(qiáng)度的不均勻性，排棄物沿著自然邊坡的傾斜分層。巖土分層易形成軟弱結(jié)構(gòu)層，影響邊坡的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)和施工時(shí)應(yīng)重視及時(shí)整理排卸平臺。

④建議增強(qiáng)排土場的地下水排水設(shè)計(jì)，避免地下水影響降低抗剪強(qiáng)度，從而影響邊坡穩(wěn)定性。

⑤排土場基底處理。

排土場自然條件下植被發(fā)育茂密，直接排土?xí)r，植被被掩埋后將腐爛，形成邊坡軟弱層，對排土場邊坡穩(wěn)定性不利，建議排土前，清除植被和腐殖物。自然坡度大于1:5的坡地應(yīng)做成臺階狀。

⑥地面坡度大于24°，且堆置高超過200m時(shí)，應(yīng)分高度堆置，及時(shí)整理排卸平臺，避免形成傾斜分層，同時(shí)注意棄土過程中局部穩(wěn)定性。

⑦勘察后期排土場內(nèi)局部地形已修建有小型排土場，堆放基建道路開挖過程中的棄土（含大量清表腐殖物），因清表腐殖物呈“稀泥”狀，其排水固結(jié)時(shí)間長，抗剪強(qiáng)度較低，人和機(jī)械不能直接上部行走，當(dāng)后期上部堆置排土后，將形成較大沉降，沉降時(shí)影響上部排土的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，對穩(wěn)定性不利。因此小型棄土排土場設(shè)計(jì)應(yīng)對已經(jīng)堆置的棄土場進(jìn)行專門穩(wěn)定性計(jì)算，分析和評價(jià)對后期以及最終堆置高度時(shí)穩(wěn)定性。必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行加固處理。

6 病害分析及防治

6.1 水害防治

①地表水和地下水是造成排土場滑坡、泥石流和水土流失的動力條件，建議設(shè)計(jì)時(shí)作好截流、防洪和排水設(shè)施。②在場地外圍修置截水溝或排洪渠將洪水引導(dǎo)至場地外。在排土場內(nèi)應(yīng)修建縱橫排水系統(tǒng)，匯集場地內(nèi)雨水，減少雨水下滲，同時(shí)可減少酸性水處理數(shù)量。排土場底部特別是沖溝底部、分期排土場剝離物與上部塊石排土接觸處，應(yīng)作好地下水疏導(dǎo)設(shè)施，排出地下水以利于棄土的固結(jié)，增加其強(qiáng)度，降低地下水位，有利于穩(wěn)定，同時(shí)應(yīng)做好反濾設(shè)計(jì)，避免排水過程中帶走細(xì)顆粒，并逐步擴(kuò)大形成塌陷。③因場地花崗巖風(fēng)化巖和殘積土直接臨水時(shí)，受地表水沖刷后易帶走細(xì)顆粒，破壞巖體的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，切割深度和范圍并不斷擴(kuò)大，形成牽引式坍塌或滑坡，影響排土場構(gòu)筑物的穩(wěn)定性。因此截流、排洪、排水設(shè)施宜具有一定強(qiáng)度，不宜采用土質(zhì)、三合土形式溝渠，尤其不宜讓該地層直接臨水。

6.2 小規(guī)模泥石流

根據(jù)排土場棄土的性質(zhì)，在暴雨時(shí)，在剝離物堆置地段，易形成小規(guī)模泥石流，因此設(shè)計(jì)應(yīng)做好坡面防護(hù)和排水工作。

6.3 滾石

排土場堆置的塊石較多，主要堆放在1300m標(biāo)高以上二期排土廢石，一期排土基本為土質(zhì)，排土場下游及各平臺之間留有足夠的安全距離，有效減少滾石的危害。

6.4 小規(guī)?；?/h3>

因影響棄土的性質(zhì)因素較多，對于邊坡土質(zhì)較差地段在雨水浸泡和沖刷時(shí)，可能產(chǎn)生局部小型滑坡，對下游產(chǎn)生危害。排土設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用透水性強(qiáng)、顆粒粗的棄石堆置，提高邊坡外側(cè)排土的強(qiáng)度。如遇到此情況可采用減載、反壓等措施處理。

6.5 排土場堆置生產(chǎn)作業(yè)過程中應(yīng)進(jìn)行排土場監(jiān)測，竣工后并建立永久場地監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)病害及時(shí)整治

監(jiān)測內(nèi)容應(yīng)包括：①生產(chǎn)作業(yè)過程坡頂面位移和沉降，②地表裂縫，③坡腳前沿地鼓，④地下水和滲水與降雨關(guān)系，⑤坡面形狀測量等。必要時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測和泥石流監(jiān)測。監(jiān)測時(shí)，對于穩(wěn)定性系數(shù)較低、坡度較陡且堆置高大、存在淤泥棄土場、第一臺階高度大等地段應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測。對于排土存在透水性差地段的上游應(yīng)進(jìn)行地下水位重點(diǎn)監(jiān)測。監(jiān)測工作根據(jù)設(shè)計(jì)要求、邊坡穩(wěn)定性、周邊環(huán)境和施工進(jìn)程等因素進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

7 結(jié)語

①排土場第一臺階部分地段地基土層不能滿足承載力要求時(shí)，應(yīng)調(diào)整第一臺階堆置高度或通過地基處理提高地基土強(qiáng)度。②排土場排土前，應(yīng)作好截流、防洪和排水設(shè)施。當(dāng)一期排土完成后，二期堆置塊石排土?xí)r，應(yīng)做好反濾設(shè)計(jì)。③排土場現(xiàn)有植被和腐殖物影響排土場穩(wěn)定性。排土前，應(yīng)予以清除，可與排土高度同步，分步清除，避免大面積清除造成新的泥石流災(zāi)害。④排土場堆填施工過程中應(yīng)進(jìn)行邊坡監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)病害及時(shí)整治。⑤建議排土場排土?xí)r，合理安排排土順序，在各剖面的低臺階，不應(yīng)集中或成層排放基建期剝離物棄土。排土施工時(shí)應(yīng)確保排土強(qiáng)度參數(shù)，并避免形成排水不暢導(dǎo)致地下水位升高。⑥建議設(shè)計(jì)施工時(shí)，分期進(jìn)行排土并通過勘察和檢測確定棄土的參數(shù)后，驗(yàn)算并校核分期和最終整體排土場的穩(wěn)定性。⑦建議二期排棄廢石過程中，應(yīng)分臺階測定排土的自然安息角，驗(yàn)證設(shè)計(jì)排土參數(shù)。⑧建議監(jiān)測單位應(yīng)及時(shí)提供監(jiān)測資料，并信息化指導(dǎo)排土。⑨建議當(dāng)改變排土場邊坡邊界條件時(shí)應(yīng)重新驗(yàn)算排土場的穩(wěn)定性。⑩建議對排土場范圍內(nèi)已形成的小型排土場做好截排水措施，并采取措施提高排土強(qiáng)度，避免對后期排土產(chǎn)生不利影響。