引江济淮工程（安徽段）大型弃渣场边坡稳定分析

马书国 方增强 桑健生

（安徽省水利水电勘测设计院 合肥 230088）

1 概述

引江济淮工程地跨皖豫两省，其中安徽段工程由引江济巢、江淮沟通、江水北送（安徽段）三段组成，输水线路长587.4km。输水规模为引江300m3/s，江淮分水岭290m3/s，入瓦埠湖280m3/s，出瓦埠湖280m3/s，西淝河线85m3/s。

为对江淮沟通段膨胀土进行处理方案试验研究，以推荐提出最优的设计方案和施工技术方案，2015年12月先行开工建设引江济淮试验段工程。试验工程位于合肥市蜀山区小庙镇，南侧紧邻G312，桩号40+700～42+200，长1.5km，一期工程开挖底宽20m小断面，左岸河道8个护砌试验区，右岸4个裸坡试验区，将1.5km河道分为三个试验分区进行科研试验；二期工程扩挖至底宽60m的断面，上口宽220～260m，挖深22～24m左右，河道开挖长度 1.5km，按引江济淮工程初步设计批复的标准进行护砌。工程设弃渣场1处（试验段弃渣场），设计弃渣量545万m3（松方）。

2 工程地质条件

引江济淮工程区位于中朝准地台、扬子准地台及秦岭地槽褶皱系交接部位，主要为Ⅱ类场地。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015）和《引江济淮工程场地地震安全性评价报告》，工程区Ⅱ类场地条件下，各渣场地震动峰值加速度（50年超越概率10%）为0.05～0.10之间。其中：

引江济巢段渣场地基土以①或⑤层重粉质壤土为主，地基土强度高，渗透性弱，一般不易产生垮塌、大面积沉降等问题，工程地质条件较好。部分渣场涉及填塘，地基土主要为淤泥质土，压缩变形大，弃渣堆载时，会产生一定的沉降变形，局部沉降量可能偏大，宜放缓边坡，必要时应采取一定的抗滑加固措施。

江淮沟通段前半段各弃渣场广泛分布①层中、重粉质壤土，工程地质条件总体一般，渠道边坡稳定计算时需考虑弃渣堆载影响。局部存在淤泥质软土下卧层，工程地质条件均较差，弃渣堆载后可能使渠道边坡揭露的软土层挤出引起边坡失稳，渣场需要进行稳定验算并采取相应措施。后半段各渣场地层以①或⑤层中、重粉质壤土为主，地基土强度高，渗透性弱，一般不易产生垮塌、大面积沉降等问题，工程地质条件较好。

江水北送段渣场地形平坦，地基土强度中等，弱—微透水性。渠道开挖的淤泥质软土渣料，强度低，建议采取拦渣措施。

3 渣场稳定计算参数

根据勘探孔揭露及地质测绘成果，试验段弃渣场揭露的土层共2层，各土层分布情况自上而下依次为：

人工填土（Qml4）：为试验段工程弃土，成分主要为灰黄、褐黄、灰色，可塑～硬塑的重粉质壤土；其中QZ8孔的4.05～4.50m段为砂壤土及粉砂夹碎石；QZ9孔3.0m上下为淤泥质土，4.05～10.5m段为全～强风化，暗红色、紫红色、棕红色细砂岩、粉砂岩；QZ10孔多数孔段均为全～强风化细砂岩、粉砂岩。填筑质量一般，局部较差。压缩性和填筑质量有关，填筑厚度5.80～11.55m，层底高程（原地面高程）为31.50～32.70m。

⑤层重粉质壤土、粉质粘土（Qal3）：含铁锰质结核，棕黄、灰黄色，硬塑，属中等偏低压缩性土。该层本次未揭穿，可见最大层厚6.04m。

根据勘探资料和室内试验成果资料，依照GB50487附录E的相关规定对本工程区各土层进行指标统计：土的物理性质指标以算术平均值为标准值，渗透系数根据对工程的最不利原则确定标准值，抗剪强度指标采用直剪试验峰值强度的小值平均值作为标准值。综合野外勘察和原位测试结果及室内土工试验成果，并结合地区经验提出各岩土层参数建议值。

4 渣场抗滑稳定分析

4.1 渣场概况

引江济淮工程（安徽段）废弃土石方2.5亿m3（不包括疏浚冲填方），全线共布置84个弃渣场，其中引江济巢段28个、江淮沟通段32个、江水北送（安徽段）24个。根据SL575，引江济巢段菜子湖线9#和江淮沟通段2#、3#弃渣场的堆渣量均超过2000万m3，渣场级别参考1级；江淮沟通段1#和引江济巢段菜子湖线10#弃渣场堆渣量在1500～2000万m3之间，其级别均 1 级；菜子湖线 5#、6#、13#、15#、试验段弃渣场、江淮沟通段9#、13#等7个弃渣场级别为2级，其余3级弃渣场39个，4级弃渣场15个，5级弃渣场18个。

本文以江淮沟通段JHGT-QT-1#渣场为例。该渣场属沟道型弃渣场，位于合肥市肥西县紫蓬镇境内，距新开江淮运河河渠直线距离最近处约7km，分两个堆渣区，占地面积分别为196.31hm2和43.13hm2，分别堆置金寨南路桥至铁路桥（J003单元）以及铁路桥（J004单元）两个施工标段的弃渣1690.63万m3。该弃渣场地质条件良好，一般不会产生大面积滑塌、沉降不均等工程地质问题。渣场占地以耕地为主，设计对占用的耕园地进行表土剥离，弃渣结束后回覆渣场顶面复垦。

表1 JHGT-QT-1#弃渣场各土层物理力学指标取值表

表2 JHGT-QT-1#弃渣场抗滑稳定计算结果表

4.2 稳定计算

为便于稳定计算结果对比，本文分别以试验段地勘专业推荐值和渣场本身地勘所获得的地基人工填土层物理指标对JHGT-QT-1#渣场进行渣体稳定分析。算例中假定堆渣体台阶高度、马道宽度和堆渣坡比等堆置要素完全相同。

按照设计规范要求，抗滑稳定计算采用瑞典圆弧法。非正常工况包括地震和连续降雨两种，其中连续降雨工况参考有关资料雨水入渗深度按3m考虑。工程区位于Ⅶ度地震带，地震动峰值加速度为0.10g。渣场物理力学指标见表1。计算结果见表2，计算简图见图1～图2。

表3 JHGT-QT-1#弃渣场各土层指标取值表

表4 JHGT-QT-1#弃渣场抗滑稳定计算成果表

图1 JHGT-QT-1#弃渣场稳定计算简图（试验段地勘指标计算）

图2 JHGT-QT-1#弃渣场稳定计算简图（人工填土指标计算）

图3 江淮沟通段JHGT-QT-1#弃渣场稳定计算简图

计算结果表明，在堆渣体边坡、马道宽度等堆置要素相同的情况下，采用渣场本身地层勘探之人工填土层指标进行抗滑稳定计算时，各工况抗滑稳定系数均可达到规范要求，堆渣体是稳定的；而当采用试验段渣场堆渣体实际地勘指标计算，各工况抗滑稳定系数均达不到规范要求，堆渣体呈不稳定状态，亦即在这种情况下，拟定的各堆置要素是不合理的。因此，在进行渣场稳定计算分析时，合理确定渣场各项物理力学指标对于稳定计算结果非常重要，涉及渣场的稳定与安全，应慎重对待和高度重视。

4.3 堆置要素复核

规范规定，应根据地形地质条件、弃渣岩体组成及物理力学参数等，在渣场稳定分析的基础上，综合确定渣场各堆置要素。JHGT-QT-1#弃渣场各地层指标取值（试验段渣场获得数据）见表3所示。计算结果见表4，计算简图见图3。

由表4可以看出，当采用试验段渣场指标进行稳定计算时，JHGT-QT-1#渣场的堆渣边坡至少应达到1∶3～1∶5，马道宽度应达到20～30m，其正常工况和非正常工况的稳定系数才能满足规范要求，渣场堆渣体是稳定的。

对引江济淮工程（安徽段）84处渣场的稳定复核结果表明，当堆渣体临空面9m以下的渣场采用试验段指标或渣场本身地勘人工填土层指标计算时，稳定安全系数均能满足规范要求；堆渣体临空面9m以上的渣场，需放缓边坡和加宽马道宽度才能满足稳定要求。

5 结语

JHGT-QT-1#弃渣场场地地质条件较好，最大堆渣高度17.4m，堆渣体坡比为1∶3～1∶5，此坡角缓于堆渣体的自然休止角（36°～40°），一般不会发生通过渣体的剪切破坏而导致堆渣体整体失稳，但不同的地质参数对渣场的抗滑稳定计算结果以及堆置要素的确定影响很大。限于设计阶段深度和试验资料缺乏等，实际工作中，往往采用渣场本身地基各物理力学指标来进行渣场的抗滑稳定计算，计算结果是稳定的，但实际上可能存在不稳定安全隐患。因此，《水利部关于加强事中事后监管规范生产建设项目水土保持设施自主验收的通知》中提出，原则上4级（堆渣量50万～100万m3，堆渣最大高度20～60m）以上渣场应开展必要的稳定性评估工作是十分必要的■