黃土地區(qū)公路工程棄渣場穩(wěn)定性評(píng)估方法探討

胡 永 春

(山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的加快，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入也不斷加大，這些建設(shè)項(xiàng)目在施工過程中往往對(duì)原地貌造成劇烈擾動(dòng)，并產(chǎn)生大量棄土棄渣。這些棄土棄渣結(jié)構(gòu)松散，且在堆積的過程中形成較陡的坡面[1]，在黃土地區(qū)其自然坡度大都在25°～45°之間，極不穩(wěn)定，遇降雨易發(fā)生細(xì)溝侵蝕甚至坡面整體滑移。因此棄土棄渣的防護(hù)及穩(wěn)定性評(píng)估便成為開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目水土流失治理的不可或缺的組成部分，特別在高速公路建設(shè)過程中棄渣場更是水土流失防治的重點(diǎn)區(qū)域[2]。

1 工程概況

某高速公路全線設(shè)置棄渣場3處，棄渣量非常大，其中1處棄渣量為88萬m3，超過了50萬m3。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，需要對(duì)公路全線范圍內(nèi)棄渣量超過50萬m3或堆高超過20 m的棄渣場進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)估，該類棄渣場失事后會(huì)對(duì)主體工程或環(huán)境造成危害。該棄渣場原始地形為西—東方向的溝道地形，棄渣場沿溝道設(shè)置，堆渣組成物質(zhì)主要為公路建設(shè)過程中邊坡開挖形成的土石渣，前緣坡腳設(shè)置漿砌片石擋墻，棄渣場范圍內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行復(fù)耕，并設(shè)置了截水溝、排水溝等排水設(shè)施。三級(jí)坡均成S字形走向，兩級(jí)坡成一字形走向。棄渣場周圍地形相對(duì)平緩，以耕地為主。

2 棄渣場穩(wěn)定性調(diào)查評(píng)估

2.1 棄渣場現(xiàn)狀調(diào)查

該棄渣場位于公路東側(cè)，原始溝道地形為西—東向的溝道，棄渣場沿溝道設(shè)置，為溝道型棄渣場。堆渣組成物質(zhì)主要為公路建設(shè)過程中邊坡路基開挖形成的土石渣，最大堆積高度約24 m，渣體將溝道后緣填平，前緣坡腳處設(shè)置漿砌片石擋渣墻，棄渣范圍內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行復(fù)耕。

從棄渣場平面分布形態(tài)看，棄渣場沿山體采用分級(jí)放坡加擋渣墻護(hù)坡，范圍內(nèi)兩側(cè)放坡，一側(cè)設(shè)置三級(jí)坡，一側(cè)設(shè)置兩級(jí)坡，第一級(jí)坡率為1∶2.0，坡高8 m，均做了漿砌片石護(hù)坡；第二級(jí)及以上的坡率為1∶1.75～1∶1.5，坡面未做防護(hù)，僅復(fù)耕處理。

2.2 邊坡支護(hù)工程調(diào)查

棄渣場邊坡支護(hù)工程主要為分級(jí)放坡加漿砌片石擋渣墻防護(hù)，一側(cè)分兩級(jí)，一側(cè)分三級(jí)，分級(jí)放坡主要為溝道原始地形上，放坡總高差24 m，第一級(jí)坡率1∶2.0，坡高8 m，平臺(tái)2 m～4 m，坡腳接擋渣墻，擋渣墻一側(cè)成一字形，一側(cè)成S字形。第二級(jí)及以上坡面坡率為1∶1.75～1∶1.5，坡高12 m，坡面未設(shè)置護(hù)面墻，做覆土復(fù)耕處理。棄渣場整體放坡坡度較緩。

2.3 邊坡排水工程調(diào)查

在棄渣頂與原地形結(jié)合處，設(shè)置了截水溝，減少了雨水對(duì)棄渣的沖刷；截水溝與坡面排水溝相接，并采取了防沖刷措施。

2.4 棄渣場現(xiàn)狀穩(wěn)定性評(píng)估

1)外部形態(tài)方面：棄渣場堆渣坡率在1∶1.5～1∶2.0之間，棄渣堆放穩(wěn)定，坡頂及坡面未見裂縫。堆渣體無貫穿牽引裂隙，無臨空面、擠壓和滑動(dòng)現(xiàn)象，無松散堆積物，無下滑外在條件。

2)內(nèi)在條件方面：棄渣場目前堆渣體堆放時(shí)間約4年，堆放物質(zhì)內(nèi)摩擦力能克服渣體自重而產(chǎn)生自身穩(wěn)定，大部分渣體屬于自然穩(wěn)定狀態(tài)，無內(nèi)在產(chǎn)生滑動(dòng)條件。

3 棄渣場穩(wěn)定性發(fā)展趨勢評(píng)估

3.1 邊坡支護(hù)穩(wěn)定性發(fā)展趨勢評(píng)估

1)擋渣墻工程穩(wěn)定性發(fā)展趨勢。

現(xiàn)狀棄渣場范圍內(nèi)，擋渣墻墻體結(jié)構(gòu)尺寸低、厚度較小，利于擋渣墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；從巖體力學(xué)角度分析，該擋渣墻主要承受墻頂有限范圍內(nèi)的土壓力，邊坡堆墻體作用力較小，土體壓力作用引起擋渣墻變形破壞可能性小。

現(xiàn)狀調(diào)查，棄渣場范圍內(nèi)擋渣墻未出現(xiàn)明顯結(jié)構(gòu)損壞現(xiàn)象，預(yù)測該段擋渣墻產(chǎn)生變形破壞的可能性小，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性低。

2)棄渣體放坡邊坡穩(wěn)定性發(fā)展趨勢。

該棄渣場的棄渣體主要為公路建設(shè)過程中邊坡開挖等形成的棄渣，物質(zhì)成分主要為土石混合物，經(jīng)約4年的自然堆積固結(jié)后已達(dá)到稍密狀態(tài)。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，棄渣場抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，采用瑞典圓弧法、改良圓弧法計(jì)算，三級(jí)棄渣場正常運(yùn)營工況下，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)取1.15。

同時(shí)結(jié)合棄渣場穩(wěn)定性相關(guān)研究，棄渣場穩(wěn)定性主要受堆積物的巖土性質(zhì)影響，根據(jù)規(guī)范及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，稍密棄渣體等效內(nèi)摩擦角一般為30°～35°。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)棄渣場放坡坡率為1.75時(shí)，棄渣場安全系數(shù)為1.15，滿足規(guī)范要求。

3.2 排水工程穩(wěn)定性發(fā)展趨勢

棄渣場主要堆積物為土石混合物，物質(zhì)成分相對(duì)均勻，堆渣在形成初期將會(huì)產(chǎn)生固結(jié)沉降，隨著時(shí)間的推移，固結(jié)沉降量逐漸減小，直至渣體趨于密實(shí)，調(diào)查時(shí)，渣體固結(jié)已基本完成。棄渣場所處地形較為平緩，棄渣以黃土為主，渣體范圍內(nèi)已復(fù)耕，截排水設(shè)施完善。隨著固結(jié)沉降的進(jìn)一步完成，排水設(shè)施會(huì)更加穩(wěn)定可靠。

3.3 棄渣場整體穩(wěn)定性發(fā)展趨勢

棄渣場的長期整體穩(wěn)定性主要受棄渣堆積物坡率、含水量、坡腳擋渣墻支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等方面控制。

根據(jù)前述分析、預(yù)測，在渣體飽水的極端情況下，坡腳擋渣墻局部會(huì)產(chǎn)生變形破壞的可能，變形破壞形式主要表現(xiàn)為失穩(wěn)、坍塌。此類局部的變形失穩(wěn)，若能及早發(fā)現(xiàn)，及時(shí)處置，其造成的破壞影響不大且可控，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性較小。

在棄渣體堆積期內(nèi)，棄渣場范圍內(nèi)若能保持良好的復(fù)耕狀態(tài)，保證截排水設(shè)施正常使用，則能避免渣體堆積物處于飽水的危險(xiǎn)狀態(tài)，同時(shí)堆渣體進(jìn)行長期的聯(lián)合監(jiān)測，確保棄渣場坡腳擋渣墻運(yùn)行狀態(tài)良好，則本棄渣場的長期整體穩(wěn)定是有保障的。

4 結(jié)語

運(yùn)用現(xiàn)場調(diào)查、搜集設(shè)計(jì)資料等手段，通過對(duì)邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析及排水設(shè)施的變形預(yù)測分析，獲得以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1)現(xiàn)狀評(píng)估該棄渣場已構(gòu)成分級(jí)放坡加擋渣墻邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)狀支護(hù)排水工程運(yùn)行良好，棄渣場整體變形不明顯，現(xiàn)狀整體穩(wěn)定性較好。

2)棄渣堆積運(yùn)行期內(nèi)，邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)、排水設(shè)施若能有效發(fā)揮作用，本棄渣場的長期穩(wěn)定性有保障，發(fā)生整體滑坡變形破壞的可能性小，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性小。

3)運(yùn)用現(xiàn)場調(diào)查分析手段，對(duì)棄渣場進(jìn)行穩(wěn)定性分析預(yù)測，結(jié)論基本可靠，可期類似工程借鑒。