引江濟淮工程（安徽段）大型棄渣場邊坡穩(wěn)定分析

馬書國 方增強 桑健生

（安徽省水利水電勘測設計院 合肥 230088）

1 概述

引江濟淮工程地跨皖豫兩省，其中安徽段工程由引江濟巢、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。

為對江淮溝通段膨脹土進行處理方案試驗研究，以推薦提出最優(yōu)的設計方案和施工技術方案，2015年12月先行開工建設引江濟淮試驗段工程。試驗工程位于合肥市蜀山區(qū)小廟鎮(zhèn)，南側(cè)緊鄰G312，樁號40+700～42+200，長1.5km，一期工程開挖底寬20m小斷面，左岸河道8個護砌試驗區(qū)，右岸4個裸坡試驗區(qū)，將1.5km河道分為三個試驗分區(qū)進行科研試驗；二期工程擴挖至底寬60m的斷面，上口寬220～260m，挖深22～24m左右，河道開挖長度 1.5km，按引江濟淮工程初步設計批復的標準進行護砌。工程設棄渣場1處（試驗段棄渣場），設計棄渣量545萬m3（松方）。

2 工程地質(zhì)條件

引江濟淮工程區(qū)位于中朝準地臺、揚子準地臺及秦嶺地槽褶皺系交接部位，主要為Ⅱ類場地。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015）和《引江濟淮工程場地地震安全性評價報告》，工程區(qū)Ⅱ類場地條件下，各渣場地震動峰值加速度（50年超越概率10%）為0.05～0.10之間。其中：

引江濟巢段渣場地基土以①或⑤層重粉質(zhì)壤土為主，地基土強度高，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，會產(chǎn)生一定的沉降變形，局部沉降量可能偏大，宜放緩邊坡，必要時應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)定計算時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)，渣場需要進行穩(wěn)定驗算并采取相應措施。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，地基土強度中等，弱—微透水性。渠道開挖的淤泥質(zhì)軟土渣料，強度低，建議采取攔渣措施。

3 渣場穩(wěn)定計算參數(shù)

根據(jù)勘探孔揭露及地質(zhì)測繪成果，試驗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～強風化，暗紅色、紫紅色、棕紅色細砂巖、粉砂巖；QZ10孔多數(shù)孔段均為全～強風化細砂巖、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，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)試驗成果資料，依照GB50487附錄E的相關規(guī)定對本工程區(qū)各土層進行指標統(tǒng)計：土的物理性質(zhì)指標以算術平均值為標準值，滲透系數(shù)根據(jù)對工程的最不利原則確定標準值，抗剪強度指標采用直剪試驗峰值強度的小值平均值作為標準值。綜合野外勘察和原位測試結(jié)果及室內(nèi)土工試驗成果，并結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗提出各巖土層參數(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個棄渣場，其中引江濟巢段28個、江淮溝通段32個、江水北送（安徽段）24個。根據(jù)SL575，引江濟巢段菜子湖線9#和江淮溝通段2#、3#棄渣場的堆渣量均超過2000萬m3，渣場級別參考1級；江淮溝通段1#和引江濟巢段菜子湖線10#棄渣場堆渣量在1500～2000萬m3之間，其級別均 1 級；菜子湖線 5#、6#、13#、15#、試驗段棄渣場、江淮溝通段9#、13#等7個棄渣場級別為2級，其余3級棄渣場39個，4級棄渣場15個，5級棄渣場18個。

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)，距新開江淮運河河渠直線距離最近處約7km，分兩個堆渣區(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）兩個施工標段的棄渣1690.63萬m3。該棄渣場地質(zhì)條件良好，一般不會產(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，設計對占用的耕園地進行表土剝離，棄渣結(jié)束后回覆渣場頂面復墾。

表1 JHGT-QT-1#棄渣場各土層物理力學指標取值表

表2 JHGT-QT-1#棄渣場抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果表

4.2 穩(wěn)定計算

為便于穩(wěn)定計算結(jié)果對比，本文分別以試驗段地勘專業(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對JHGT-QT-1#渣場進行渣體穩(wěn)定分析。算例中假定堆渣體臺階高度、馬道寬度和堆渣坡比等堆置要素完全相同。

按照設計規(guī)范要求，抗滑穩(wěn)定計算采用瑞典圓弧法。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，地震動峰值加速度為0.10g。渣場物理力學指標見表1。計算結(jié)果見表2，計算簡圖見圖1～圖2。

表3 JHGT-QT-1#棄渣場各土層指標取值表

表4 JHGT-QT-1#棄渣場抗滑穩(wěn)定計算成果表

圖1 JHGT-QT-1#棄渣場穩(wěn)定計算簡圖（試驗段地勘指標計算）

圖2 JHGT-QT-1#棄渣場穩(wěn)定計算簡圖（人工填土指標計算）

圖3 江淮溝通段JHGT-QT-1#棄渣場穩(wěn)定計算簡圖

計算結(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進行抗滑穩(wěn)定計算時，各工況抗滑穩(wěn)定系數(shù)均可達到規(guī)范要求，堆渣體是穩(wěn)定的；而當采用試驗段渣場堆渣體實際地勘指標計算，各工況抗滑穩(wěn)定系數(shù)均達不到規(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，在進行渣場穩(wěn)定計算分析時，合理確定渣場各項物理力學指標對于穩(wěn)定計算結(jié)果非常重要，涉及渣場的穩(wěn)定與安全，應慎重對待和高度重視。

4.3 堆置要素復核

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

由表4可以看出，當采用試驗段渣場指標進行穩(wěn)定計算時，JHGT-QT-1#渣場的堆渣邊坡至少應達到1∶3～1∶5，馬道寬度應達到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。

對引江濟淮工程（安徽段）84處渣場的穩(wěn)定復核結(jié)果表明，當堆渣體臨空面9m以下的渣場采用試驗段指標或渣場本身地勘人工填土層指標計算時，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°），一般不會發(fā)生通過渣體的剪切破壞而導致堆渣體整體失穩(wěn)，但不同的地質(zhì)參數(shù)對渣場的抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果以及堆置要素的確定影響很大。限于設計階段深度和試驗資料缺乏等，實際工作中，往往采用渣場本身地基各物理力學指標來進行渣場的抗滑穩(wěn)定計算，計算結(jié)果是穩(wěn)定的，但實際上可能存在不穩(wěn)定安全隱患。因此，《水利部關于加強事中事后監(jiān)管規(guī)范生產(chǎn)建設項目水土保持設施自主驗收的通知》中提出，原則上4級（堆渣量50萬～100萬m3，堆渣最大高度20～60m）以上渣場應開展必要的穩(wěn)定性評估工作是十分必要的■