某高陡棄土場邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)研究

廖健宗

摘要：工程建設(shè)常伴隨著大量巖土體開挖，目前對這些巖土體利用較少，其往往被傾倒堆砌于施工場地周邊，形成棄土場邊坡。而該類邊坡的天然穩(wěn)定性較差，在不利條件下易失穩(wěn)破壞，會對當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成較大風(fēng)險(xiǎn)。本文以梅州抽水蓄能電站斷掌凹移民安置區(qū)入口處的棄土場邊坡為例，通過對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評價(jià)，根據(jù)邊坡穩(wěn)定性特征進(jìn)行防護(hù)方案設(shè)計(jì)，并對防護(hù)后的衡重式擋墻和邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果表明，該防護(hù)設(shè)計(jì)方法具有明顯的治理效果。

關(guān)鍵詞：棄土場；邊坡穩(wěn)定性；防護(hù)設(shè)計(jì)；衡重式擋墻

受地形地貌限制，建設(shè)施工常伴隨著大量巖土體開挖，導(dǎo)致產(chǎn)生許多巖土渣體。目前只有10%～20%的巖土體被利用，利用率較低。由于施工場地建設(shè)環(huán)境和交通的不完善，以及工程投資和地形條件的限制，絕大部分棄土被隨意傾倒堆積于施工場地周邊，形成不同規(guī)模的棄土場邊坡。棄土場邊坡是一種常見的人為潛在災(zāi)害體，對當(dāng)?shù)丨h(huán)境具有不可忽視的影響，一旦失穩(wěn)將會對區(qū)域內(nèi)建筑、道路及居住人員造成極大的威脅。因此，對棄土場邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，并根據(jù)邊坡特征采取對應(yīng)的防護(hù)治理措施是十分必要的。

本文以梅州抽水蓄能電站斷掌凹移民安置區(qū)入口處的棄土場邊坡為例，對高陡棄土場邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，為高陡棄土場邊坡有效防治提供一定的實(shí)踐參考。

1.工程概況

梅州抽水蓄能電站位于梅州市五華縣南部龍村鎮(zhèn)黃獅村境內(nèi)，該棄土場邊坡位于梅州抽水蓄能電站斷掌凹移民安置區(qū)入口處，主要為平整移民安置區(qū)場地時(shí)堆填而成，邊坡高40.37m，呈倒扇形分布，橫向長約60m，邊坡坡度為30°～40°，局部較陡。邊坡坡腳有公路穿過，坡頂為移民安置區(qū)，邊坡堆填時(shí)已在坡頂處修建支護(hù)樁，目前填土邊坡未出現(xiàn)明顯的變形破壞跡象，但由于前期填土堆積未經(jīng)壓實(shí)，且邊坡局部坡體較高、坡比較大，在持續(xù)強(qiáng)降雨作用下該邊坡極易出現(xiàn)失穩(wěn)破壞，不僅威脅坡腳公路，還對安置區(qū)人員的安全造成極大的潛在風(fēng)險(xiǎn)，需要采取防治措施。

2.工程地質(zhì)條件

2.1地層巖性

（1）人工填土：主要分布于邊坡表層?；尹S色、褐色，主要成份為塊石和碎石，含少量粘性土，欠壓實(shí)，稍濕—濕。層厚0.42m～1.2m，層頂埋深314.4m～318.15m。（2）砂質(zhì)粘性土：淺黃色、黃色，主要由花崗巖風(fēng)化殘積而成，原巖結(jié)構(gòu)無法分辨，巖芯呈土狀，稍濕，稍具粘性，可塑—硬塑。厚度為0.78m～1.0m，層頂埋深315.47m～322.78m。（3）全風(fēng)化花崗巖：僅局部場地分布。黃褐色、褐色，巖石結(jié)構(gòu)基本已破壞，原巖結(jié)構(gòu)尚可辯認(rèn)，巖芯呈堅(jiān)硬土狀或砂土狀，手捻易碎散，水浸軟化。層厚0.5m～0.6m，層頂埋深314.69m～ 321.78m。（4）強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：全場地分布。褐黃、灰青色，巖石結(jié)構(gòu)大部分已破壞，礦物成分已明顯變化，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖芯基本被磨成砂礫狀，少許碎石、碎塊狀，碎塊易擊碎。層厚0.7m～1.6m，層頂埋深312.59m～320.48m。（5）中風(fēng)化花崗巖：褐黃、灰青、黃白色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖體較完整，巖石風(fēng)化裂隙稍發(fā)育，巖芯主要呈塊—短柱狀，巖質(zhì)新鮮堅(jiān)硬，不易擊碎，RQD=25%。巖層揭露厚度（未揭穿）12.40m～14.86m，層頂埋深312.59m～320.48m。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)對棄土場邊坡各巖土體的物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行取值，結(jié)果見表1。

2.2水文地質(zhì)條件

通過對場地的工程地質(zhì)勘察，研究區(qū)內(nèi)地下水主要為填土上層滯水、第四系松散巖類孔隙水以及基巖裂隙水三類。填土上層滯水賦存于第四系人工填土層中，主要以大氣降水補(bǔ)給為主，賦水狀態(tài)隨季節(jié)變化，屬弱含水、弱透水層；第四系松散巖類孔隙水主要賦存于殘積層砂質(zhì)粘性土及全風(fēng)化花崗巖中，含水性及透水性較弱，可視為相對隔水層，水量貧乏。基巖裂隙水主要賦存于花崗巖中，以潛水為主，具有承壓性，主要接受上覆孔隙水的越流補(bǔ)給和上游地下水的側(cè)向補(bǔ)給。

2.3地質(zhì)構(gòu)造

本區(qū)地處粵東丘陵地帶，以構(gòu)造侵蝕地貌為主，大地構(gòu)造位于華南褶皺系紫金～惠陽凹褶斷束中的蓮花山斷裂構(gòu)造帶中部。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，斷裂縱橫交錯(cuò)，形狀規(guī)模不一，分布于全區(qū)，斷裂走向主要為NNE和NE向，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。

3.邊坡穩(wěn)定性分析

為確定棄土場邊坡的穩(wěn)定性，預(yù)測其未來的發(fā)展趨勢，根據(jù)表1中勘查區(qū)巖土體的物理力學(xué)參數(shù)值，對棄土場邊坡穩(wěn)定性系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，從數(shù)值上確定邊坡穩(wěn)定性。邊坡屬于土質(zhì)邊坡，主要的巖土體為人工填土、砂質(zhì)粘性土、全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化巖。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和邊坡特征分析，選取圖1中1-1′剖面為代表進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，對邊坡采用規(guī)范推薦的簡化Bishop法計(jì)算邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)公式如下：

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306-2015），勘查區(qū)域地震烈度為VI度，計(jì)算不考慮地震作用。地下水位位于邊坡坡體內(nèi)，需要考慮地下水作用。將相關(guān)巖體參數(shù)代入公式計(jì)算求得，邊坡抗滑力為3007.2kN，下滑力為2919.6kN，穩(wěn)定性系數(shù)K =抗滑力/下滑力=3007.2/2919.6=1.03<1.05，邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。在強(qiáng)降雨等不利條件下，該棄土場邊坡極易發(fā)生失穩(wěn)滑塌，對下方坡腳公路和坡頂移民安置區(qū)的安全造成威脅，需要采取有效的防治措施進(jìn)行治理。

4.邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)邊坡的地質(zhì)條件和穩(wěn)定性狀況，本著保障安全、經(jīng)濟(jì)技術(shù)合理、施工可行，減少治理工程對周邊環(huán)境的影響的原則，防護(hù)設(shè)計(jì)采用“工程治理+監(jiān)測”的綜合治理方案。

4.1工程治理措施

綜合各因素，工程治理方案主要采用“坡面修整+截排水+坡腳擋土墻支護(hù)+掛網(wǎng)植草”。

（1）坡面修整：坡面設(shè)計(jì)為4級放坡。對于坡比小于1∶1.5的坡段，對坡面上的松動石塊、土體進(jìn)行清理；對于坡比大于1∶1.5的邊坡段則進(jìn)行削方減載，使坡面整體上坡比均小于或等于1∶1.5。最終，從上至下各級邊坡放坡坡比分別為1∶2.5、1∶2、1∶1.5、1∶1.5，各級邊坡坡高分別為5.5m、8m、8m、8m。各級邊坡之間都修建了一個(gè)2m寬的馬道，分別在坡面高程331m、339m和347m處。（2）截排水：主要通過設(shè)置排水溝形成排水系統(tǒng)，避免地表水對邊坡的沖刷浸潤。排水系統(tǒng)包括邊坡坡頂設(shè)置截水溝、坡腳設(shè)置排水溝、坡中設(shè)置豎向排水溝（跌水溝，兼做伸縮縫），從而形成分區(qū)、分片匯集坡面降水，最后連接市政排水系統(tǒng)排出邊坡匯水。排水溝尺寸為300mm×300mm，采用鋼筋混凝土澆筑。（3）坡腳擋土墻支護(hù)：在坡腳設(shè)置衡重式擋土墻進(jìn)行支擋，為核心治理工程措施。墻體高11m，基礎(chǔ)埋深1.5m，地基為中風(fēng)化巖地基，擋墻采用C25片石混凝土澆筑，片石粒徑不大于20cm，均勻分布，片石體積總含量不超過15%，墻體設(shè)置泄水孔，梅花形布置。墻后填料宜用碎石土回填，回填順序?yàn)樽韵露戏謱訅簩?shí)，壓實(shí)系數(shù)均不小于0.94。墻頂平臺寬度為2.5m。擋土墻每隔10m設(shè)置一道沉降縫，縫寬2cm，縫內(nèi)用瀝青木板塞填，填塞深度大于20cm。（4）坡面掛網(wǎng)綠化植草：邊坡為殘坡積土和全風(fēng)化巖、強(qiáng)風(fēng)化巖堆積而成的填土邊坡，為了達(dá)到綠化防護(hù)及恢復(fù)生態(tài)的目的，本設(shè)計(jì)在坡面采用掛網(wǎng)噴播植草加種植灌木的防護(hù)方法進(jìn)行坡面綠化，處理步驟為：坡面處理→掛網(wǎng)→噴射底層凝固層→掛網(wǎng)→噴播植草→覆蓋無紡布→養(yǎng)護(hù)管理。其中，凝固層噴射厚度應(yīng)不小于8cm，植草噴播漿噴射厚度應(yīng)不小于5cm，加植灌木應(yīng)在草坪長成3cm～5cm高后，撤去無紡布進(jìn)行穴植，并澆水養(yǎng)護(hù)。

4.2邊坡監(jiān)測工程

邊坡防護(hù)工程的建設(shè)過程同時(shí)也是邊坡地質(zhì)信息被逐步揭示的過程，由于技術(shù)條件、資金成本等限制，在勘測期間對邊坡深部地質(zhì)條件和巖土體力學(xué)參數(shù)不可能完全準(zhǔn)確地測定，而施工擾動對巖體結(jié)構(gòu)特征的影響則更難以預(yù)測，因此，應(yīng)在施工期間及完工后對邊坡進(jìn)行變形監(jiān)測，通過及時(shí)了解施工過程中邊坡巖土層的實(shí)際情況，做到信息化施工，同時(shí)作為動態(tài)設(shè)計(jì)的依據(jù)。邊坡的監(jiān)測方法分為位移監(jiān)測和人工巡視。

（1）位移監(jiān)測：在邊坡頂部及坡面上每間隔約25m設(shè)置變形觀測點(diǎn)（水平兼沉降位移監(jiān)測點(diǎn)），水平和沉降位移控制值為30mm，報(bào)警值為20mm；在坡腳擋土墻上每間隔約10m設(shè)置變形觀測點(diǎn)（水平兼沉降位移監(jiān)測點(diǎn)），水平和沉降位移控制值為20mm，報(bào)警值為10mm。邊坡變形觀測點(diǎn)總設(shè)置11個(gè)，其中，邊坡頂部和邊坡坡面分別設(shè)置變形觀測點(diǎn)4個(gè)，坡腳擋土墻上設(shè)置變形觀測點(diǎn)3個(gè)。（2）監(jiān)測頻率：施工期間至少每3天1次，項(xiàng)目竣工后總監(jiān)測期為2年，第1年內(nèi)每個(gè)月觀測2次，第2年則降至1個(gè)月觀測1次。在使用期間，根據(jù)對邊坡的人工巡視情況進(jìn)行具體的監(jiān)測要求。（3）人工巡視：主要是對巖土體狀態(tài)、植被狀態(tài)和防護(hù)工程狀態(tài)的巡視。

根據(jù)防護(hù)設(shè)計(jì)方案，梅州抽水蓄能電站斷掌凹安置區(qū)入口處棄土場邊坡治理工程平面布置圖見圖1。

5.防護(hù)后邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算

為確保衡重式擋墻能夠安全使用以及驗(yàn)證防護(hù)工程措施的治理效果，對擋墻的滑移穩(wěn)定性、傾覆穩(wěn)定性、地基承載力以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)分別進(jìn)行驗(yàn)算。衡重式擋墻的物理力學(xué)參數(shù)見表2。

根據(jù)表2中的衡重式擋墻物理力學(xué)參數(shù)，帶入公式進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果見表3。

根據(jù)表中計(jì)算可得滑動穩(wěn)定性系數(shù)=抗滑力/滑移力= 597.1/385.7=1.548≥1.3；傾覆穩(wěn)定性系數(shù)=抗傾覆力矩/傾覆力矩=5359.5/1770.3=3.027≥1.5；邊坡整體穩(wěn)定性系數(shù)=抗滑力/下滑力=3405.2/2336=1.458≥1.25。根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析可知，該衡重式擋墻各指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求，能夠安全使用。邊坡穩(wěn)定性極大提高，處于穩(wěn)定狀態(tài)，本項(xiàng)目防護(hù)設(shè)計(jì)措施具有明顯的治理效果。

6.結(jié)論

本文基于梅州抽水蓄能電站斷掌凹移民安置區(qū)入口處棄土場邊坡的巖土工程勘察結(jié)果，對該邊坡的防護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，得出了以下結(jié)論：

（1）該棄土場邊坡填土未經(jīng)壓實(shí)，巖土體風(fēng)化強(qiáng)烈，邊坡穩(wěn)定性較差，處于欠穩(wěn)定性狀態(tài)，在強(qiáng)降雨作用下極易失穩(wěn)崩滑，危及下方坡腳公路和坡頂移民安置區(qū)，需要進(jìn)行治理。（2）本著治理措施經(jīng)濟(jì)原則，根據(jù)該棄土場邊坡的地質(zhì)環(huán)境條件和變形破壞特征，防護(hù)設(shè)計(jì)采用“工程治理+監(jiān)測”的綜合治理方案，其中，工程治理方案主要采用“坡面修整+截排水+坡腳擋土墻支護(hù)+掛網(wǎng)植草”，監(jiān)測工程方案為“位移（水平兼沉降）監(jiān)測和人工巡視”，確保工程的安全性和穩(wěn)定性。（3）通過對衡重式擋墻的滑移穩(wěn)定性、傾覆穩(wěn)定性、地基承載力以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和邊坡的整體穩(wěn)定性分別進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果表明該擋墻各指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，能夠安全使用，本項(xiàng)目防護(hù)設(shè)計(jì)方案具有明顯的治理效果，研究成果可供同類工程借鑒使用。

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