某棄渣場擋渣墻及邊坡安全穩定計算

董 俐

(貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司，貴陽 550002)

0 前 言

棄渣場是項目建設過程中產生水土流失的重要區域，特別是在暴雨等特殊天氣條件下，容易產生滑坡、垮塌現象，毀壞下游農田、道路，造成嚴重不利影響。根據渣體的性質和棄渣場所在位置的地質條件，制定合理的堆渣方案及有效攔擋是保證棄渣場安全穩定的關鍵，文章依照相關技術規范及標準的要求，對羅甸縣某水庫樞紐區棄渣場在不同工況下的抗滑、抗傾覆及邊坡穩定性進行了計算，確保擋渣墻及堆渣體安全穩定，正常發揮水土保持效益，減少水土流失。

1 工程概況

1.1 棄渣場基本情況

棄渣場位于寬緩沖溝內，屬沖溝型棄渣場，距離水庫壩址2km，有通村公路直達，交通便利。工程棄渣量19.60萬m3(松方)，設計庫容19.76萬m3，能夠滿足工程棄渣堆放要求，渣場下游有通村公路，距離擋渣墻29m，根據《水利水電工程水土保持技術規范》(SL575-2012)，需考慮1.5倍堆渣高度的安全防護距離。渣場堆渣高度19m，安全防護距離為28.5m，滿足規范要求，此外，渣場下游無居民點及其他重要基礎設施等敏感點。棄渣場級別確定為5級，擋渣墻工程建筑物級別為4級(提級)、截排水工程排水設計標準采用防洪標準取10a一遇設計。

渣場占地面積2.85hm2，集雨面積為0.27km2，在下游埡口采用M7.5漿砌石重力式擋渣墻進行攔擋，墻頂以上按1∶2放坡堆渣，間隔10m設一級2m寬馬道，堆渣總高度19m。

1.2 地質條件評價

棄渣場所在沖溝近SN向呈“Y”型展布，長約200m，寬50-110m，最大深度20m，底部地形平緩，溝底及岸坡多為第四系殘坡積層(Qeld)黏土夾碎石，厚2-7m，下伏基巖為二疊系上統(P2w+c+d)灰綠色層狀火山碎屑巖、硅質巖、硅質頁巖及燧石灰巖，推測強風化層厚5-6m，沖溝兩側邊坡地形坡度30°-40°，自然邊坡穩定；場地內無活動性斷裂通過，也無滑坡、泥石流等不良地質體分布，場址穩定，適宜棄渣堆放。據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306-2015)，該區地震動峰值加速度為0.10g，地震動反應譜特征周期值為0.35s，地震基本烈度為Ⅶ度，須按相關規范進行抗震設防。

2 計算過程

2.1 計算荷載

根據《水土保持工程設計規范》(GB51018-2014)，對擋渣墻及渣場整體穩定計算分為正常工程、非常工況，因渣場所在區域地震基本烈度為Ⅶ度，故非常工況考慮長期降雨和地震兩種情況，具體荷載組合詳見表2。

圖1 擋渣墻典型斷面圖

圖2 棄渣場剖面圖

表2 荷載組合表

2.2 計算參數

計算參數主要包括擋渣墻尺寸及渣體物理參數，詳見表3。

表3 擋渣墻尺寸及物理參數

2.3 計算內容

1)抗滑穩定計算：

(1)

式中：∑Fx為墻基底面平行力；∑Fy為墻基底面垂直力；μ為基底摩擦系數。

2)抗傾覆穩定計算：

(2)

式中：My為抗傾覆力矩；Mx為傾覆力矩。

3)邊坡穩定分析：

采用瑞典圓弧法進行分析，計算公式如下：

(3)

式中：K為穩定系數；MR為抗滑力矩；MT為滑動力矩；R為滑動圓弧半徑；φ為土體內摩擦角；Qi為第i條土條的自重；αi為第i條土條的滑動角；c為土體黏聚力；l為滑動總弧長。

瑞典圓弧法條分土條的寬度為1m，試算圓心使用的步長為0.5m，試算半徑使用的步長為1.0m。計算時分部考慮積水和地震影響，不考慮邊坡外側護坡的有利影響。

2.4 計算結果

各工況計算結果如表4，經計算，各工況安全穩定系數均滿足標準要求。

表4 各工況計算結果

3 結 語

棄渣場安全穩定主要考慮兩個方面，一是擋渣墻穩定，二是堆渣體邊坡的整體穩定性，需計算正常工況和暴雨工況，地震烈度大于等于Ⅶ度時，還需對地震情況下的渣場的安全穩定進行分析，并考慮抗震設計。穩定計算的結果和擋渣墻斷面尺寸、堆渣方案及渣體物理參數息息相關，因此，合理選用技術參數和堆渣方案顯得尤為重要，要做到有效攔擋，減少或避免水土流失，也要做到經濟安全，有利于施工。