某高陡弃土场边坡防护设计研究

廖健宗

摘要：工程建设常伴随着大量岩土体开挖，目前对这些岩土体利用较少，其往往被倾倒堆砌于施工场地周边，形成弃土场边坡。而该类边坡的天然稳定性较差，在不利条件下易失稳破坏，会对当地环境造成较大风险。本文以梅州抽水蓄能电站断掌凹移民安置区入口处的弃土场边坡为例，通过对边坡稳定性进行评价，根据边坡稳定性特征进行防护方案设计，并对防护后的衡重式挡墙和边坡的稳定性进行验算，结果表明，该防护设计方法具有明显的治理效果。

关键词：弃土场；边坡稳定性；防护设计；衡重式挡墙

受地形地貌限制，建设施工常伴随着大量岩土体开挖，导致产生许多岩土渣体。目前只有10%～20%的岩土体被利用，利用率较低。由于施工场地建设环境和交通的不完善，以及工程投资和地形条件的限制，绝大部分弃土被随意倾倒堆积于施工场地周边，形成不同规模的弃土场边坡。弃土场边坡是一种常见的人为潜在灾害体，对当地环境具有不可忽视的影响，一旦失稳将会对区域内建筑、道路及居住人员造成极大的威胁。因此，对弃土场边坡进行稳定性分析，并根据边坡特征采取对应的防护治理措施是十分必要的。

本文以梅州抽水蓄能电站断掌凹移民安置区入口处的弃土场边坡为例，对高陡弃土场边坡防护设计进行研究，为高陡弃土场边坡有效防治提供一定的实践参考。

1.工程概况

梅州抽水蓄能电站位于梅州市五华县南部龙村镇黄狮村境内，该弃土场边坡位于梅州抽水蓄能电站断掌凹移民安置区入口处，主要为平整移民安置区场地时堆填而成，边坡高40.37m，呈倒扇形分布，横向长约60m，边坡坡度为30°～40°，局部较陡。边坡坡脚有公路穿过，坡顶为移民安置区，边坡堆填时已在坡顶处修建支护桩，目前填土边坡未出现明显的变形破坏迹象，但由于前期填土堆积未经压实，且边坡局部坡体较高、坡比较大，在持续强降雨作用下该边坡极易出现失稳破坏，不仅威胁坡脚公路，还对安置区人员的安全造成极大的潜在风险，需要采取防治措施。

2.工程地质条件

2.1地层岩性

（1）人工填土：主要分布于边坡表层。灰黄色、褐色，主要成份为块石和碎石，含少量粘性土，欠压实，稍湿—湿。层厚0.42m～1.2m，层顶埋深314.4m～318.15m。（2）砂质粘性土：浅黄色、黄色，主要由花岗岩风化残积而成，原岩结构无法分辨，岩芯呈土状，稍湿，稍具粘性，可塑—硬塑。厚度为0.78m～1.0m，层顶埋深315.47m～322.78m。（3）全风化花岗岩：仅局部场地分布。黄褐色、褐色，岩石结构基本已破坏，原岩结构尚可辩认，岩芯呈坚硬土状或砂土状，手捻易碎散，水浸软化。层厚0.5m～0.6m，层顶埋深314.69m～ 321.78m。（4）强风化花岗岩：全场地分布。褐黄、灰青色，岩石结构大部分已破坏，矿物成分已明显变化，风化裂隙发育，岩芯基本被磨成砂砾状，少许碎石、碎块状，碎块易击碎。层厚0.7m～1.6m，层顶埋深312.59m～320.48m。（5）中風化花岗岩：褐黄、灰青、黄白色，细粒结构，块状构造，岩体较完整，岩石风化裂隙稍发育，岩芯主要呈块—短柱状，岩质新鲜坚硬，不易击碎，RQD=25%。岩层揭露厚度（未揭穿）12.40m～14.86m，层顶埋深312.59m～320.48m。

根据试验结果，结合地区经验对弃土场边坡各岩土体的物理力学参数进行取值，结果见表1。

2.2水文地质条件

通过对场地的工程地质勘察，研究区内地下水主要为填土上层滞水、第四系松散岩类孔隙水以及基岩裂隙水三类。填土上层滞水赋存于第四系人工填土层中，主要以大气降水补给为主，赋水状态随季节变化，属弱含水、弱透水层；第四系松散岩类孔隙水主要赋存于残积层砂质粘性土及全风化花岗岩中，含水性及透水性较弱，可视为相对隔水层，水量贫乏。基岩裂隙水主要赋存于花岗岩中，以潜水为主，具有承压性，主要接受上覆孔隙水的越流补给和上游地下水的侧向补给。

2.3地质构造

本区地处粤东丘陵地带，以构造侵蚀地貌为主，大地构造位于华南褶皱系紫金～惠阳凹褶断束中的莲花山断裂构造带中部。区内地质构造较发育，断裂纵横交错，形状规模不一，分布于全区，断裂走向主要为NNE和NE向，区域构造稳定性较好。

3.边坡稳定性分析

为确定弃土场边坡的稳定性，预测其未来的发展趋势，根据表1中勘查区岩土体的物理力学参数值，对弃土场边坡稳定性系数进行计算，从数值上确定边坡稳定性。边坡属于土质边坡，主要的岩土体为人工填土、砂质粘性土、全风化和强风化岩。根据现场调查和边坡特征分析，选取图1中1-1′剖面为代表进行边坡稳定性计算，对边坡采用规范推荐的简化Bishop法计算边坡的稳定性系数公式如下：

根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2015），勘查区域地震烈度为VI度，计算不考虑地震作用。地下水位位于边坡坡体内，需要考虑地下水作用。将相关岩体参数代入公式计算求得，边坡抗滑力为3007.2kN，下滑力为2919.6kN，稳定性系数K =抗滑力/下滑力=3007.2/2919.6=1.03<1.05，边坡处于欠稳定状态。在强降雨等不利条件下，该弃土场边坡极易发生失稳滑塌，对下方坡脚公路和坡顶移民安置区的安全造成威胁，需要采取有效的防治措施进行治理。

4.边坡防护设计方案

根据边坡的地质条件和稳定性状况，本着保障安全、经济技术合理、施工可行，减少治理工程对周边环境的影响的原则，防护设计采用“工程治理+监测”的综合治理方案。

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+坡脚挡土墙支护+挂网植草”。

（1）坡面修整：坡面设计为4级放坡。对于坡比小于1∶1.5的坡段，对坡面上的松动石块、土体进行清理；对于坡比大于1∶1.5的边坡段则进行削方减载，使坡面整体上坡比均小于或等于1∶1.5。最终，从上至下各级边坡放坡坡比分别为1∶2.5、1∶2、1∶1.5、1∶1.5，各级边坡坡高分别为5.5m、8m、8m、8m。各级边坡之间都修建了一个2m宽的马道，分别在坡面高程331m、339m和347m处。（2）截排水：主要通过设置排水沟形成排水系统，避免地表水对边坡的冲刷浸润。排水系统包括边坡坡顶设置截水沟、坡脚设置排水沟、坡中设置竖向排水沟（跌水沟，兼做伸缩缝），从而形成分区、分片汇集坡面降水，最后连接市政排水系统排出边坡汇水。排水沟尺寸为300mm×300mm，采用钢筋混凝土浇筑。（3）坡脚挡土墙支护：在坡脚设置衡重式挡土墙进行支挡，为核心治理工程措施。墙体高11m，基础埋深1.5m，地基为中风化岩地基，挡墙采用C25片石混凝土浇筑，片石粒径不大于20cm，均匀分布，片石体积总含量不超过15%，墙体设置泄水孔，梅花形布置。墙后填料宜用碎石土回填，回填顺序为自下而上分层压实，压实系数均不小于0.94。墙顶平台宽度为2.5m。挡土墙每隔10m设置一道沉降缝，缝宽2cm，缝内用沥青木板塞填，填塞深度大于20cm。（4）坡面挂网绿化植草：边坡为残坡积土和全风化岩、强风化岩堆积而成的填土边坡，为了达到绿化防护及恢复生态的目的，本设计在坡面采用挂网喷播植草加种植灌木的防护方法进行坡面绿化，处理步骤为：坡面处理→挂网→喷射底层凝固层→挂网→喷播植草→覆盖无纺布→养护管理。其中，凝固层喷射厚度应不小于8cm，植草喷播浆喷射厚度应不小于5cm，加植灌木应在草坪长成3cm～5cm高后，撤去无纺布进行穴植，并浇水养护。

4.2边坡监测工程

边坡防护工程的建设过程同时也是边坡地质信息被逐步揭示的过程，由于技术条件、资金成本等限制，在勘测期间对边坡深部地质条件和岩土体力学参数不可能完全准确地测定，而施工扰动对岩体结构特征的影响则更难以预测，因此，应在施工期间及完工后对边坡进行变形监测，通过及时了解施工过程中边坡岩土层的实际情况，做到信息化施工，同时作为动态设计的依据。边坡的监测方法分为位移监测和人工巡视。

（1）位移监测：在边坡顶部及坡面上每间隔约25m设置变形观测点（水平兼沉降位移监测点），水平和沉降位移控制值为30mm，报警值为20mm；在坡脚挡土墙上每间隔约10m设置变形观测点（水平兼沉降位移监测点），水平和沉降位移控制值为20mm，报警值为10mm。边坡变形观测点总设置11个，其中，边坡顶部和边坡坡面分别设置变形观测点4个，坡脚挡土墙上设置变形观测点3个。（2）监测频率：施工期间至少每3天1次，项目竣工后总监测期为2年，第1年内每个月观测2次，第2年则降至1个月观测1次。在使用期间，根据对边坡的人工巡视情况进行具体的监测要求。（3）人工巡视：主要是对岩土体状态、植被状态和防护工程状态的巡视。

根据防护设计方案，梅州抽水蓄能电站断掌凹安置区入口处弃土场边坡治理工程平面布置图见图1。

5.防护后边坡稳定性验算

为确保衡重式挡墙能够安全使用以及验证防护工程措施的治理效果，对挡墙的滑移稳定性、倾覆稳定性、地基承载力以及结构强度和边坡的稳定性系数分别进行验算。衡重式挡墙的物理力学参数见表2。

根据表2中的衡重式挡墙物理力学参数，带入公式进行稳定性验算，计算结果见表3。

根据表中计算可得滑动稳定性系数=抗滑力/滑移力= 597.1/385.7=1.548≥1.3；倾覆稳定性系数=抗倾覆力矩/倾覆力矩=5359.5/1770.3=3.027≥1.5；边坡整体稳定性系数=抗滑力/下滑力=3405.2/2336=1.458≥1.25。根据计算结果分析可知，该衡重式挡墙各指标均能满足规范要求，能够安全使用。边坡稳定性极大提高，处于稳定状态，本项目防护设计措施具有明显的治理效果。

6.结论

本文基于梅州抽水蓄能电站断掌凹移民安置区入口处弃土场边坡的岩土工程勘察结果，对该边坡的防护设计进行研究，得出了以下结论：

（1）该弃土场边坡填土未经压实，岩土体风化强烈，边坡稳定性较差，处于欠稳定性状态，在强降雨作用下极易失稳崩滑，危及下方坡脚公路和坡顶移民安置区，需要进行治理。（2）本着治理措施经济原则，根据该弃土场边坡的地质环境条件和变形破坏特征，防护设计采用“工程治理+监测”的综合治理方案，其中，工程治理方案主要采用“坡面修整+截排水+坡脚挡土墙支护+挂网植草”，监测工程方案为“位移（水平兼沉降）监测和人工巡视”，确保工程的安全性和稳定性。（3）通过对衡重式挡墙的滑移稳定性、倾覆稳定性、地基承载力以及结构强度和边坡的整体稳定性分别进行验算，结果表明该挡墙各指标均满足规范要求，能够安全使用，本项目防护设计方案具有明显的治理效果，研究成果可供同类工程借鉴使用。

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