引江濟(jì)淮工程（安徽段）大型棄渣場邊坡穩(wěn)定分析

馬書國 方增強(qiáng) 桑健生

（安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)院 合肥 230088）

1 概述

引江濟(jì)淮工程地跨皖豫兩省，其中安徽段工程由引江濟(jì)巢、江淮溝通、江水北送（安徽段）三段組成，輸水線路長587.4km。輸水規(guī)模為引江300m3/s，江淮分水嶺290m3/s，入瓦埠湖280m3/s，出瓦埠湖280m3/s，西淝河線85m3/s。

為對(duì)江淮溝通段膨脹土進(jìn)行處理方案試驗(yàn)研究，以推薦提出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案和施工技術(shù)方案，2015年12月先行開工建設(shè)引江濟(jì)淮試驗(yàn)段工程。試驗(yàn)工程位于合肥市蜀山區(qū)小廟鎮(zhèn)，南側(cè)緊鄰G312，樁號(hào)40+700～42+200，長1.5km，一期工程開挖底寬20m小斷面，左岸河道8個(gè)護(hù)砌試驗(yàn)區(qū)，右岸4個(gè)裸坡試驗(yàn)區(qū)，將1.5km河道分為三個(gè)試驗(yàn)分區(qū)進(jìn)行科研試驗(yàn)；二期工程擴(kuò)挖至底寬60m的斷面，上口寬220～260m，挖深22～24m左右，河道開挖長度 1.5km，按引江濟(jì)淮工程初步設(shè)計(jì)批復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行護(hù)砌。工程設(shè)棄渣場1處（試驗(yàn)段棄渣場），設(shè)計(jì)棄渣量545萬m3（松方）。

2 工程地質(zhì)條件

引江濟(jì)淮工程區(qū)位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)、揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)及秦嶺地槽褶皺系交接部位，主要為Ⅱ類場地。根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015）和《引江濟(jì)淮工程場地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告》，工程區(qū)Ⅱ類場地條件下，各渣場地震動(dòng)峰值加速度（50年超越概率10%）為0.05～0.10之間。其中：

引江濟(jì)巢段渣場地基土以①或⑤層重粉質(zhì)壤土為主，地基土強(qiáng)度高，滲透性弱，一般不易產(chǎn)生垮塌、大面積沉降等問題，工程地質(zhì)條件較好。部分渣場涉及填塘，地基土主要為淤泥質(zhì)土，壓縮變形大，棄渣堆載時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的沉降變形，局部沉降量可能偏大，宜放緩邊坡，必要時(shí)應(yīng)采取一定的抗滑加固措施。

江淮溝通段前半段各棄渣場廣泛分布①層中、重粉質(zhì)壤土，工程地質(zhì)條件總體一般，渠道邊坡穩(wěn)定計(jì)算時(shí)需考慮棄渣堆載影響。局部存在淤泥質(zhì)軟土下臥層，工程地質(zhì)條件均較差，棄渣堆載后可能使渠道邊坡揭露的軟土層擠出引起邊坡失穩(wěn)，渣場需要進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算并采取相應(yīng)措施。后半段各渣場地層以①或⑤層中、重粉質(zhì)壤土為主，地基土強(qiáng)度高，滲透性弱，一般不易產(chǎn)生垮塌、大面積沉降等問題，工程地質(zhì)條件較好。

江水北送段渣場地形平坦，地基土強(qiáng)度中等，弱—微透水性。渠道開挖的淤泥質(zhì)軟土渣料，強(qiáng)度低，建議采取攔渣措施。

3 渣場穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)

根據(jù)勘探孔揭露及地質(zhì)測繪成果，試驗(yàn)段棄渣場揭露的土層共2層，各土層分布情況自上而下依次為：

人工填土（Qml4）：為試驗(yàn)段工程棄土，成分主要為灰黃、褐黃、灰色，可塑～硬塑的重粉質(zhì)壤土；其中QZ8孔的4.05～4.50m段為砂壤土及粉砂夾碎石；QZ9孔3.0m上下為淤泥質(zhì)土，4.05～10.5m段為全～強(qiáng)風(fēng)化，暗紅色、紫紅色、棕紅色細(xì)砂巖、粉砂巖；QZ10孔多數(shù)孔段均為全～強(qiáng)風(fēng)化細(xì)砂巖、粉砂巖。填筑質(zhì)量一般，局部較差。壓縮性和填筑質(zhì)量有關(guān)，填筑厚度5.80～11.55m，層底高程（原地面高程）為31.50～32.70m。

⑤層重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土（Qal3）：含鐵錳質(zhì)結(jié)核，棕黃、灰黃色，硬塑，屬中等偏低壓縮性土。該層本次未揭穿，可見最大層厚6.04m。

根據(jù)勘探資料和室內(nèi)試驗(yàn)成果資料，依照GB50487附錄E的相關(guān)規(guī)定對(duì)本工程區(qū)各土層進(jìn)行指標(biāo)統(tǒng)計(jì)：土的物理性質(zhì)指標(biāo)以算術(shù)平均值為標(biāo)準(zhǔn)值，滲透系數(shù)根據(jù)對(duì)工程的最不利原則確定標(biāo)準(zhǔn)值，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)采用直剪試驗(yàn)峰值強(qiáng)度的小值平均值作為標(biāo)準(zhǔn)值。綜合野外勘察和原位測試結(jié)果及室內(nèi)土工試驗(yàn)成果，并結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)提出各巖土層參數(shù)建議值。

4 渣場抗滑穩(wěn)定分析

4.1 渣場概況

引江濟(jì)淮工程（安徽段）廢棄土石方2.5億m3（不包括疏浚沖填方），全線共布置84個(gè)棄渣場，其中引江濟(jì)巢段28個(gè)、江淮溝通段32個(gè)、江水北送（安徽段）24個(gè)。根據(jù)SL575，引江濟(jì)巢段菜子湖線9#和江淮溝通段2#、3#棄渣場的堆渣量均超過2000萬m3，渣場級(jí)別參考1級(jí)；江淮溝通段1#和引江濟(jì)巢段菜子湖線10#棄渣場堆渣量在1500～2000萬m3之間，其級(jí)別均 1 級(jí)；菜子湖線 5#、6#、13#、15#、試驗(yàn)段棄渣場、江淮溝通段9#、13#等7個(gè)棄渣場級(jí)別為2級(jí)，其余3級(jí)棄渣場39個(gè)，4級(jí)棄渣場15個(gè)，5級(jí)棄渣場18個(gè)。

本文以江淮溝通段JHGT-QT-1#渣場為例。該渣場屬溝道型棄渣場，位于合肥市肥西縣紫蓬鎮(zhèn)境內(nèi)，距新開江淮運(yùn)河河渠直線距離最近處約7km，分兩個(gè)堆渣區(qū)，占地面積分別為196.31hm2和43.13hm2，分別堆置金寨南路橋至鐵路橋（J003單元）以及鐵路橋（J004單元）兩個(gè)施工標(biāo)段的棄渣1690.63萬m3。該棄渣場地質(zhì)條件良好，一般不會(huì)產(chǎn)生大面積滑塌、沉降不均等工程地質(zhì)問題。渣場占地以耕地為主，設(shè)計(jì)對(duì)占用的耕園地進(jìn)行表土剝離，棄渣結(jié)束后回覆渣場頂面復(fù)墾。

表1 JHGT-QT-1#棄渣場各土層物理力學(xué)指標(biāo)取值表

表2 JHGT-QT-1#棄渣場抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

4.2 穩(wěn)定計(jì)算

為便于穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果對(duì)比，本文分別以試驗(yàn)段地勘專業(yè)推薦值和渣場本身地勘所獲得的地基人工填土層物理指標(biāo)對(duì)JHGT-QT-1#渣場進(jìn)行渣體穩(wěn)定分析。算例中假定堆渣體臺(tái)階高度、馬道寬度和堆渣坡比等堆置要素完全相同。

按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求，抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用瑞典圓弧法。非正常工況包括地震和連續(xù)降雨兩種，其中連續(xù)降雨工況參考有關(guān)資料雨水入滲深度按3m考慮。工程區(qū)位于Ⅶ度地震帶，地震動(dòng)峰值加速度為0.10g。渣場物理力學(xué)指標(biāo)見表1。計(jì)算結(jié)果見表2，計(jì)算簡圖見圖1～圖2。

表3 JHGT-QT-1#棄渣場各土層指標(biāo)取值表

表4 JHGT-QT-1#棄渣場抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

圖1 JHGT-QT-1#棄渣場穩(wěn)定計(jì)算簡圖（試驗(yàn)段地勘指標(biāo)計(jì)算）

圖2 JHGT-QT-1#棄渣場穩(wěn)定計(jì)算簡圖（人工填土指標(biāo)計(jì)算）

圖3 江淮溝通段JHGT-QT-1#棄渣場穩(wěn)定計(jì)算簡圖

計(jì)算結(jié)果表明，在堆渣體邊坡、馬道寬度等堆置要素相同的情況下，采用渣場本身地層勘探之人工填土層指標(biāo)進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，各工況抗滑穩(wěn)定系數(shù)均可達(dá)到規(guī)范要求，堆渣體是穩(wěn)定的；而當(dāng)采用試驗(yàn)段渣場堆渣體實(shí)際地勘指標(biāo)計(jì)算，各工況抗滑穩(wěn)定系數(shù)均達(dá)不到規(guī)范要求，堆渣體呈不穩(wěn)定狀態(tài)，亦即在這種情況下，擬定的各堆置要素是不合理的。因此，在進(jìn)行渣場穩(wěn)定計(jì)算分析時(shí)，合理確定渣場各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)對(duì)于穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果非常重要，涉及渣場的穩(wěn)定與安全，應(yīng)慎重對(duì)待和高度重視。

4.3 堆置要素復(fù)核

規(guī)范規(guī)定，應(yīng)根據(jù)地形地質(zhì)條件、棄渣巖體組成及物理力學(xué)參數(shù)等，在渣場穩(wěn)定分析的基礎(chǔ)上，綜合確定渣場各堆置要素。JHGT-QT-1#棄渣場各地層指標(biāo)取值（試驗(yàn)段渣場獲得數(shù)據(jù)）見表3所示。計(jì)算結(jié)果見表4，計(jì)算簡圖見圖3。

由表4可以看出，當(dāng)采用試驗(yàn)段渣場指標(biāo)進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，JHGT-QT-1#渣場的堆渣邊坡至少應(yīng)達(dá)到1∶3～1∶5，馬道寬度應(yīng)達(dá)到20～30m，其正常工況和非正常工況的穩(wěn)定系數(shù)才能滿足規(guī)范要求，渣場堆渣體是穩(wěn)定的。

對(duì)引江濟(jì)淮工程（安徽段）84處渣場的穩(wěn)定復(fù)核結(jié)果表明，當(dāng)堆渣體臨空面9m以下的渣場采用試驗(yàn)段指標(biāo)或渣場本身地勘人工填土層指標(biāo)計(jì)算時(shí)，穩(wěn)定安全系數(shù)均能滿足規(guī)范要求；堆渣體臨空面9m以上的渣場，需放緩邊坡和加寬馬道寬度才能滿足穩(wěn)定要求。

5 結(jié)語

JHGT-QT-1#棄渣場場地地質(zhì)條件較好，最大堆渣高度17.4m，堆渣體坡比為1∶3～1∶5，此坡角緩于堆渣體的自然休止角（36°～40°），一般不會(huì)發(fā)生通過渣體的剪切破壞而導(dǎo)致堆渣體整體失穩(wěn)，但不同的地質(zhì)參數(shù)對(duì)渣場的抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果以及堆置要素的確定影響很大。限于設(shè)計(jì)階段深度和試驗(yàn)資料缺乏等，實(shí)際工作中，往往采用渣場本身地基各物理力學(xué)指標(biāo)來進(jìn)行渣場的抗滑穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算結(jié)果是穩(wěn)定的，但實(shí)際上可能存在不穩(wěn)定安全隱患。因此，《水利部關(guān)于加強(qiáng)事中事后監(jiān)管規(guī)范生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目水土保持設(shè)施自主驗(yàn)收的通知》中提出，原則上4級(jí)（堆渣量50萬～100萬m3，堆渣最大高度20～60m）以上渣場應(yīng)開展必要的穩(wěn)定性評(píng)估工作是十分必要的■