黄土地区公路工程弃渣场稳定性评估方法探讨

胡 永 春

(山西省交通科学研究院，山西 太原 030006)

0 引言

随着我国经济建设步伐的加快，基础设施建设的投入也不断加大，这些建设项目在施工过程中往往对原地貌造成剧烈扰动，并产生大量弃土弃渣。这些弃土弃渣结构松散，且在堆积的过程中形成较陡的坡面[1]，在黄土地区其自然坡度大都在25°～45°之间，极不稳定，遇降雨易发生细沟侵蚀甚至坡面整体滑移。因此弃土弃渣的防护及稳定性评估便成为开发建设项目水土流失治理的不可或缺的组成部分，特别在高速公路建设过程中弃渣场更是水土流失防治的重点区域[2]。

1 工程概况

某高速公路全线设置弃渣场3处，弃渣量非常大，其中1处弃渣量为88万m3，超过了50万m3。根据相关规定，需要对公路全线范围内弃渣量超过50万m3或堆高超过20 m的弃渣场进行稳定性评估，该类弃渣场失事后会对主体工程或环境造成危害。该弃渣场原始地形为西—东方向的沟道地形，弃渣场沿沟道设置，堆渣组成物质主要为公路建设过程中边坡开挖形成的土石渣，前缘坡脚设置浆砌片石挡墙，弃渣场范围内已经进行复耕，并设置了截水沟、排水沟等排水设施。三级坡均成S字形走向，两级坡成一字形走向。弃渣场周围地形相对平缓，以耕地为主。

2 弃渣场稳定性调查评估

2.1 弃渣场现状调查

该弃渣场位于公路东侧，原始沟道地形为西—东向的沟道，弃渣场沿沟道设置，为沟道型弃渣场。堆渣组成物质主要为公路建设过程中边坡路基开挖形成的土石渣，最大堆积高度约24 m，渣体将沟道后缘填平，前缘坡脚处设置浆砌片石挡渣墙，弃渣范围内已经进行复耕。

从弃渣场平面分布形态看，弃渣场沿山体采用分级放坡加挡渣墙护坡，范围内两侧放坡，一侧设置三级坡，一侧设置两级坡，第一级坡率为1∶2.0，坡高8 m，均做了浆砌片石护坡；第二级及以上的坡率为1∶1.75～1∶1.5，坡面未做防护，仅复耕处理。

2.2 边坡支护工程调查

弃渣场边坡支护工程主要为分级放坡加浆砌片石挡渣墙防护，一侧分两级，一侧分三级，分级放坡主要为沟道原始地形上，放坡总高差24 m，第一级坡率1∶2.0，坡高8 m，平台2 m～4 m，坡脚接挡渣墙，挡渣墙一侧成一字形，一侧成S字形。第二级及以上坡面坡率为1∶1.75～1∶1.5，坡高12 m，坡面未设置护面墙，做覆土复耕处理。弃渣场整体放坡坡度较缓。

2.3 边坡排水工程调查

在弃渣顶与原地形结合处，设置了截水沟，减少了雨水对弃渣的冲刷；截水沟与坡面排水沟相接，并采取了防冲刷措施。

2.4 弃渣场现状稳定性评估

1)外部形态方面：弃渣场堆渣坡率在1∶1.5～1∶2.0之间，弃渣堆放稳定，坡顶及坡面未见裂缝。堆渣体无贯穿牵引裂隙，无临空面、挤压和滑动现象，无松散堆积物，无下滑外在条件。

2)内在条件方面：弃渣场目前堆渣体堆放时间约4年，堆放物质内摩擦力能克服渣体自重而产生自身稳定，大部分渣体属于自然稳定状态，无内在产生滑动条件。

3 弃渣场稳定性发展趋势评估

3.1 边坡支护稳定性发展趋势评估

1)挡渣墙工程稳定性发展趋势。

现状弃渣场范围内，挡渣墙墙体结构尺寸低、厚度较小，利于挡渣墙结构稳定；从岩体力学角度分析，该挡渣墙主要承受墙顶有限范围内的土压力，边坡堆墙体作用力较小，土体压力作用引起挡渣墙变形破坏可能性小。

现状调查，弃渣场范围内挡渣墙未出现明显结构损坏现象，预测该段挡渣墙产生变形破坏的可能性小，地质灾害危险性低。

2)弃渣体放坡边坡稳定性发展趋势。

该弃渣场的弃渣体主要为公路建设过程中边坡开挖等形成的弃渣，物质成分主要为土石混合物，经约4年的自然堆积固结后已达到稍密状态。

根据相关规范，弃渣场抗滑稳定安全系数，采用瑞典圆弧法、改良圆弧法计算，三级弃渣场正常运营工况下，抗滑稳定安全系数取1.15。

同时结合弃渣场稳定性相关研究，弃渣场稳定性主要受堆积物的岩土性质影响，根据规范及相关工程经验，稍密弃渣体等效内摩擦角一般为30°～35°。经计算，当弃渣场放坡坡率为1.75时，弃渣场安全系数为1.15，满足规范要求。

3.2 排水工程稳定性发展趋势

弃渣场主要堆积物为土石混合物，物质成分相对均匀，堆渣在形成初期将会产生固结沉降，随着时间的推移，固结沉降量逐渐减小，直至渣体趋于密实，调查时，渣体固结已基本完成。弃渣场所处地形较为平缓，弃渣以黄土为主，渣体范围内已复耕，截排水设施完善。随着固结沉降的进一步完成，排水设施会更加稳定可靠。

3.3 弃渣场整体稳定性发展趋势

弃渣场的长期整体稳定性主要受弃渣堆积物坡率、含水量、坡脚挡渣墙支护结构稳定性等方面控制。

根据前述分析、预测，在渣体饱水的极端情况下，坡脚挡渣墙局部会产生变形破坏的可能，变形破坏形式主要表现为失稳、坍塌。此类局部的变形失稳，若能及早发现，及时处置，其造成的破坏影响不大且可控，地质灾害危险性较小。

在弃渣体堆积期内，弃渣场范围内若能保持良好的复耕状态，保证截排水设施正常使用，则能避免渣体堆积物处于饱水的危险状态，同时堆渣体进行长期的联合监测，确保弃渣场坡脚挡渣墙运行状态良好，则本弃渣场的长期整体稳定是有保障的。

4 结语

运用现场调查、搜集设计资料等手段，通过对边坡支护结构的稳定性分析及排水设施的变形预测分析，获得以下几点结论：

1)现状评估该弃渣场已构成分级放坡加挡渣墙边坡支护结构，现状支护排水工程运行良好，弃渣场整体变形不明显，现状整体稳定性较好。

2)弃渣堆积运行期内，边坡支护结构、排水设施若能有效发挥作用，本弃渣场的长期稳定性有保障，发生整体滑坡变形破坏的可能性小，地质灾害危险性小。

3)运用现场调查分析手段，对弃渣场进行稳定性分析预测，结论基本可靠，可期类似工程借鉴。