京臺高速公路南平段某棄渣場邊坡穩定性勘察及分析

■肖志堅

(福建省交通規劃設計院有限公司，福州 350004)

1 引言

高速公路施工過程中會產生大量的棄渣，考慮到多種因素的影響，棄渣一般會堆積在周邊溝谷地帶，形成棄渣場。在降雨等不利條件的影響下，若棄渣場防護不當，棄渣場邊坡有可能失穩，從而會對周邊構筑物以及農田等造成嚴重損害。本著防治結合的原則，對棄渣場邊坡進行穩定性勘察及分析，并提出防治建議。

本文以京臺線建甌至閩侯高速公路南平段AK1769+200左側100m棄渣場為例進行邊坡穩定性勘察及分析。

2 工程概況

京臺線建甌至閩侯高速公路南平段AK1769+200左側100m棄渣場堆填于建甌市迪口鎮一山間溝谷中，棄渣場北東側臨近迪口溪及迪口溪北岸816縣道，南側為京臺線建甌至閩侯高速公路南平段高邊坡，東西兩側均為原狀山體。渣場堆渣量約30.7萬m3，地勢呈南西向高北東向低，棄渣場邊坡前緣坡腳處為高約5m的漿砌片石擋墻，渣體分三級放坡，每級坡度約47°，由下至上第一級放坡標高約288～313m，高度約25～34m，平臺寬約5m，坡面植被不發育，見水沖痕跡；第二級放坡頂標高約313～327m，高度約14m，平臺寬約5m；第三級放坡頂標高約333m，高度約7m；目前坡面整體較穩定，但水毀較嚴重，沖刷跡象明顯，并有局部溜塌跡象。本棄渣場的下游敏感目標主要是坡腳外側迪口溪及迪口溪對岸816縣道，棄渣場環境條件參見圖1。

3 棄渣場場區工程地質條件

3.1 地形地貌

圖1 AK1769+200左側100m棄渣場平面位置圖

場區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，坡上植被較發育。表層巖性主要為第四系表土、殘坡積物及風化巖層。場區擋墻距離迪口溪約30m，溪寬約16m，水深約0.8m，流速約0.3m/s。

3.2 氣象條件

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

3.3 地質構造

場區位于閩西北隆起帶、閩東火山斷拗帶的次級構造單元松溪-建溪拗陷帶，近代以來，新構造運動不強烈，差異活動不明顯，歷史上地震活動不強烈。經本次地質調繪、區域性地質資料及本次鉆探成果表明，場區未見構造跡象發育。

3.4 地震動參數

根據 《建筑抗震設計規范》(GB50011-2010)(2016版)附錄A及《中國地震動參數區劃圖》(GB18306-2015)福建省區劃一覽表，場區位于建甌市，場地地震基本設防烈度為6度，設計地震動峰值加速度為0.05g，設計地震分組屬第一組，中硬場地土(標準場地)地震動反應譜特征周期為0.35s。

3.5 地層巖性

根據現場地質調查與鉆探成果資料，按巖土的地質年代、成因類型、工程地質性質劃分，場區地層主要為第四系全新統人工填土(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化層。根據鉆孔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，分布于棄渣場內。褐黃色，松散-稍密，稍濕，厚度約15m，以坡殘積粘性土、云母石英片巖風化層堆棄而成，結構稍密，分選性差，含有約15%～20%碎石，局部達35%。堆填時間約5年，土石等級為Ⅰ級。

(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。土石等級為Ⅱ級。

(3)風化土層(AnZl)：為云母石英片巖，全風化-砂土狀強風化，片理產狀走向北偏東22°，傾角28°。

(4)風化基巖(AnZl)：為云母石英片巖，碎塊狀強風化-中風化，片理產狀走向北偏東22°，傾角28°。

4 棄渣場穩定性分析

4.1 棄渣場穩定性影響因素分析

影響棄渣場穩定性的主要因素有：地形條件、地基巖土體條件與構造、水文地質條件、棄渣堆填方式與堆高、人類工程活動、降雨等。

根據對現有棄渣場及周邊的現場調查及鉆探，結合經驗，可以初步判斷影響本棄渣場邊坡穩定性的主要因素主要是邊坡坡腳擋墻的自身穩定、棄渣場的排水路徑及棄渣場表面植被恢復等。

4.2 棄渣場穩定性評價方法

棄渣場采用目前應用最廣泛的極限平衡法對棄渣場邊坡進行穩定性分析。棄渣場棄渣以粘性土、碎石為主，結合棄土場成份、顆粒級配、密實程度等因素和各種模型簡化條件適宜性，針對棄土場建模計算的準確性，對渣場穩定性采用畢肖普 (Bishop)法和摩根斯頓-普賴斯(Morgenstern-Price)法計算。

4.3 巖土物理力學參數選取

根據本棄渣場的規模、周邊敏感點分布、邊坡失穩后危害程度，對棄渣場級別進行劃分，根據《水土保持工程設計規范》(GB51018-2014)5.7.1節表 5.7.1規定，因本棄渣場臨近迪口溪及816縣道，一旦渣體失穩，則需進行專門修復后才能投入正常使用，綜合考慮確定本棄渣場邊坡安全級別為2級。

對于渣料和風化基巖的物理力學參數，根據地勘資料，并通過工程類比法、參照飽和狀態下地層對應指標值、經驗值綜合考慮選取。本棄渣場采用的巖土物理力學參數如表1所示。

表1 巖土物理力學參數表

4.4 棄渣場邊坡穩定性評價標準

本文以天然狀態和降雨條件兩種工況分別對邊坡整體穩定性和局部穩定性進行計算分析。棄渣場邊坡的自穩能力應能抵抗當地各類暴雨影響，本次評價采用連續降雨1h、6h、24h、72h四種暴雨工況，分析檢算降雨入滲對渣土軟化及滲流產生孔隙水壓力環境下，棄渣場邊坡的穩定性。根據 《水土保持工程設計規范》(GB51018-2014)5.7.4節表5.7.4-1規定，渣體邊坡抗滑穩定性安全系數如表2所示。

表2 渣體邊坡抗滑穩定性安全系數

4.5 計算剖面

根據棄渣場現狀，結合區域工程地質和水文地條件，在對棄渣場進行穩定性分析時綜合考慮堆高、坡率、平臺、排水等情況等自身因素影響和對周圍環境敏感點的影響情況，通過確定棄渣場主滑動方向剖面和可能影響周圍構(建)筑物等安全的剖面進行分析，通過指定滑移面來分析棄渣場邊坡沿基底接觸面的穩定，通過自動搜索最危險圓弧滑移面來分析棄渣場內部的穩定，從而對棄渣場的穩定安全性進行評價。

該棄渣場沿坡面堆棄，其可能失穩的方向為順坡面方向，故選取坡面方向且垂直現地形等高線，A-A’剖面作為計算剖面進行穩定分析計算，如圖2和圖3所示。

4.6 計算結果

棄渣場穩定性計算分析分為兩部分，棄渣體沿基底接觸面滑動的整體穩定性分析和沿邊坡內部滑動的局部穩定性分析。計算結果見表3～5。

圖2 A-A’計算剖面

圖3 A-A’工程地質剖面圖

表3 棄渣場整體穩定性計算結果表

表4 天然工況下棄渣場邊坡局部穩定性計算結果表

表5 暴雨工況下棄渣場邊坡局部穩定性計算結果表

4.7 結果分析

對棄渣場選取的A-A’剖面進行天然工況和暴雨工況下邊坡穩定性計算和最危險滑弧面搜索。由表3～5可知，天然工況下，A-A’剖面邊坡屬穩定狀態；暴雨工況下，隨降雨時長，A-A’剖面邊坡由穩定狀態演變為不穩定狀態。由上可知：棄土場穩定性總體較差，天然工況下可維持臨界平衡穩定，不易沿內部不利結構面發生失穩，但在暴雨工況下，經雨水下滲，軟化渣土體，抗剪強度減小后，棄土場局部地段的邊坡穩定性較天然工況有很大程度減小，維持穩定的能力較弱，易產生破壞如滑塌。故本棄渣場邊坡穩定性判定較差，局部在長歷時暴雨時會產生局部邊坡失穩，需對部分地段進行防治處理，提高邊坡穩定性，以滿足安全性要求。

5 結論與防治建議

5.1 結論

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

(2)棄渣場區域現狀局部坡面雨水沖刷跡象嚴重，局部溜塌，周圍原狀山體沒有發現有滑坡、崩塌、泥石流等地質災害。

(3)根據地形條件、工程地質條件、攔擋工程現狀，以及計算結果等綜合分析，天然工況下，棄渣場邊坡穩定性滿足規范要求；暴雨工況下，棄渣場隨時間歷長而逐漸演變為不穩定狀態，可能產生溜塌、滑坡等地質災害。

5.2 防治建議

(1)根據現場調查可知，棄渣場坡面存在多道雨水沖刷跡象，局部坡面出現溜塌，說明暴雨時棄渣場截排水系統不滿足要求，建議對坡頂原有截水溝進行疏通修補，棄渣場后部寬緩大平臺增設樹枝狀截水溝排水系統，與原地表交界處增設環向截水溝，邊坡平臺應增設排水溝，構成完整的排水系統，防止周邊地表水進入棄渣場內，將場內地表水及時排出場外。

(2)建議對棄渣場坡面及平臺表面進行系統綠化，尤其針對北東向放坡坡面應采用綠化結合坡面排水的措施，防止極端暴雨條件下地表水的下滲以及對坡面的沖刷破壞。

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