華南山地丘陵區高速公路棄渣場穩定性分析評價

申云康，胡封兵，蔣小權

(廣西交通設計集團有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

華南山地丘陵區高速公路具有橋隧比高、挖填方大、運距遠、運費高等特征，在建設過程中會產生大量的棄渣。受地形地貌的限制，山區公路棄渣主要堆放在沿線溝谷地設置的棄渣場內[1]。棄渣場作為高速公路建設的臨時性工程，目前建設單位、施工單位和監理單位等對其重視程度尚待提高[2]。若棄渣場堆置方式隨意，防護措施缺失，容易出現破壞環境和水土流失等生態問題，甚至出現滑坡和泥石流等安全問題[3-4]。保證棄渣場的安全穩定，是棄渣場選址和堆放的首要任務。

呼和浩特-北海國家高速公路(G59)廣西荔浦至玉林段位于華南山地丘陵區，該項目路線較長，棄渣場較多，本文選取其中一個典型棄渣場，通過現場勘察和建模計算，從定性和定量兩方面對其安全穩定性進行分析評價。

1 項目背景簡介

1.1 項目概況

呼和浩特-北海國家高速公路(G59)廣西荔浦至玉林段屬新建高速公路項目，位于廣西桂林市、梧州市、貴港市和玉林市境內，路線起自荔浦市城東北蒙村，接在建汕頭至昆明國家高速公路陽朔至鹿寨段，止于玉林市新橋鎮，接已建呼和浩特至北海國家高速公路玉林至鐵山港段，全長261.736 km[5]。項目采用雙向四車道高速公路標準建設，設計速度為100 km/h、120 km/h，路基寬度為26 m、27 m。項目于2018年12月開工建設，2020年12月建成通車，建設工期約24個月(不含沿線設施的施工)，建設征占地面積為2 186.25 hm2，共產生棄渣391.33萬m3。

1.2 棄渣場概況

呼和浩特-北海國家高速公路(G59)廣西荔浦至玉林段工程建設實際使用的棄渣場共計51個，均為溝谷型棄渣場，本文選取其中的K100+100棄渣場作典型分析。

K100+100棄渣場位于路線K100+100～K100+280段右側約200 m，地屬貴港市平南區官成鎮朝新村，占地面積為1.01 hm2，最大堆高為25 m，堆渣量為10.02 萬m3。棄渣場的潛在威脅對象為其下游的沖溝林地，對周邊環境危害較輕[6]。根據《水土保持工程設計規范》(GB 51018-2014)[7]，判定該棄渣場屬于4級棄渣場。

2 研究方法

通過現場調查和原始資料收集，查明該棄渣場地形地貌、地層巖性、地質構造、水文地質條件、棄渣成分等，分析不同因素對該棄渣場穩定性的影響程度。在收集附近已有勘察資料、區域地質資料和進行現場踏勘的基礎上，采用地質調查與鉆探、標準貫入試驗、重型圓錐動力觸探試驗、室內試驗和工程地質類比等相結合的方法，勘察棄渣場堆積體厚度、物質組成等，根據實測剖面，建立計算模型，對場地工程地質條件進行綜合計算和分析評價。

3 棄渣場現場調查

3.1 棄渣場地形情況

根據施工資料及現場調查數據，K100+100棄渣場位于貴港市平南區官成鎮朝新村的一條沖溝，地勢總體為西高東低，原始斜坡坡度為10°～35°。場地左右兩側及后緣均以沖溝周邊的山坡地形為邊界，前緣以沖溝溝口為界，整個棄渣場沿原山間沖溝地形堆填，為典型的溝谷型棄渣場。場地下游為林草地，無公共設施、基礎設施、工業企業或居民點。棄渣場占地面積為1.01 hm2，最大堆高為25 m，堆渣量為10.02萬m3。

3.2 棄渣場堆積體特征

K100+100棄渣場堆積體是由路基挖填棄渣沿山間沖溝堆積而成，堆填后的平面形態大致為長方形，縱斷面有明顯邊坡和平臺。其平臺坡度<5°；邊坡坡度為25°～40°，局部>40°。棄渣成分主要為粉質黏土，局部含少量的粉砂巖塊石，塊石粒徑為1～5 cm不等，棱角分明，無分選，其含石量約為15%～20%。棄渣場堆積體在堆積過程中未嚴格自下而上逐級堆放，未進行系統壓實，密度不一，多呈松散-稍密狀，未完成自重固結。

3.3 棄渣場防護措施

棄渣場填筑完畢后，平臺經平整后采取喬灌草綜合綠化，綠化率約為40%；坡面采取密目網臨時苫蓋，但尚未開展植被防護措施。棄渣場平臺未見裂縫和滑坍的現象，坡面無裂縫，坡底無明顯的滑移或剪出。棄渣場坡面局部區域可見受雨水沖刷所形成的侵蝕溝。場地四周沿填土交界面開挖土質排水溝，坡腳修建漿砌石擋土墻。擋土墻高1.0 m、頂寬0.8 m，未出現變形或坍塌現象，攔渣效果明顯。

4 巖土力學參數測定

4.1 土石工程分級

對棄渣場各巖土層進行開挖，分析其土石工程分級，按《公路工程地質勘察規范》(JTGC 20-2011)[8]的分級標準，土石類別有普通土、松土、硬土和軟石，土石分級為Ⅰ～Ⅳ級，詳見表1。

表1 巖土層土石工程分級一覽表

4.2 室內試驗成果統計

采集填土和粉質黏土樣品，通過室內試驗，統計其天然含水率、濕密度、干密度、天然孔隙比等參數。填土(Qm1)試驗指標統計見表2，粉質黏土(Qe1+dl)試驗指標統計見表3。

表2 填土(Qm1)試驗指標統計表

表3 粉質黏土(Qe1+dl)試驗指標統計表

4.3 原位測試成果統計

采取標準貫入試驗，現場測定填土和粉質黏土的地基承載力，判別土層變化和工程性質。巖土層標準貫入試驗實測錘擊數統計見表4。

表4 標準貫入試驗成果統計表

4.4 巖土力學參數建議值

綜合室內試驗和現場原位測試成果，確定棄渣場巖土層物理力學參數，取值結果見表5。

表5 巖土層物理力學參數取值表

5 穩定性分析評價

5.1 定性分析

K100+100棄渣場原始沖溝斜坡坡度為10°～35°，棄渣場堆放后坡度變陡，增加到25°～40°，局部>40°，邊坡高度為25 m。棄渣場頂部平臺地表較為平緩，且坡腳修建有漿砌石擋土墻，有利于棄渣場的安全穩定。棄土場堆填后，將原始沖溝填平，但棄土場沖溝匯水面的地表徑流仍向沖溝內匯集，并沿填土交界面土質排水溝排泄，且部分水體向填土內入滲，會進一步軟化巖土體，從而影響邊坡的穩定性。棄渣場堆積體以粉質黏土為主，局部含15%～20%的堅硬、棱角狀的粉砂巖塊石，土石混雜，且巖塊互相嵌擠、咬合，內摩擦角較大，有利于邊坡的穩定。同時，場地周邊近現代無斷層活動形跡，區域地質穩定性較好，地質構造對棄渣場的穩定性無影響。棄渣場平臺采取喬灌草綜合綠化，具有保水保土功效，但邊坡缺少植物防護措施，有可能導致水土流失現象的發生。

綜合現場調查后做定性分析，現狀條件下，K100+100棄渣場范圍內無明顯變形破壞跡象，總體穩定性較好。

5.2 定量分析

定量分析采用住建部認證的巖土計算軟件GEO5(2020版)，通過建立計算模型，考慮正常工況和非常工況兩種應用情況，分析棄渣場邊坡在天然及強降雨或持續降雨作用下的穩定性特征。據此建立的穩定性計算模型如圖1所示。

圖1 棄渣場剖面穩定性計算模型云圖

根據確定的計算模型，在最危險滑面情況下計算其穩定性系數。根據《水土保持工程設計規范》(GB 51018-2014)規定的棄渣場抗滑穩定安全系數，K100+100棄渣場在正常工況下穩定性系數為1.24，大于標準值1.15，處于穩定狀態；非常工況下穩定性系數為1.06，略大于標準取值1.05，處于基本穩定狀態。故K100+100棄渣場受滑坡的危害程度低。不同工況下邊坡穩定性系數計算結果見表6，棄渣場剖面穩定性計算結果見圖2。

表6 不同工況下邊坡穩定性系數表

圖2 棄渣場剖面穩定性計算結果云圖

6 結語

針對華南山地丘陵區高速公路棄渣場的安全穩定問題，本文從定性和定量兩個方面對其進行分析評價。定性分析主要通過多階段現場調查，根據棄渣場堆積體特征、周邊環境和防護措施，判定棄渣場的穩定性，具有方便、快捷、成本低等特點，可以初步判斷棄渣場是否具有安全隱患。定量分析則通過地勘建模，可以準確計算

出不同工況下邊坡穩定性系數指標，明確棄渣場是否安全穩定，但其費用較高，周期較長。在棄渣選址和堆放過程中，應將定性分析和定量分析結合起來，根據實際需要，做好風險把控，在保證棄渣場安全穩定的前提下，盡可能提高工作效率、降低生產成本。對于穩定的棄渣場，應加強平臺和邊坡的植被防護措施，以減小水土流失。