水土保持方案中大型弃渣场地质勘察与评价探讨

刘素君，王玉涛，钟 笑，孙 鹏

(辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110006)

1 工作背景

2015年12月20日，深圳市光明新区红坳渣场发生大型滑坡事故，造成73人死亡、4人失踪、17人受伤，直接经济损失达8.81亿元，被国务院认定为特别重大安全生产责任事故。红坳渣场场址原为采石场凹坑，实际堆渣量达583万m3，大部分为弃土，分9级堆置，堆渣体高差达103m，弃渣滑坡事故主要是超设计弃渣、堆渣超高、排水系统缺失、设计缺陷等造成的，事故发生后，大型弃渣场选址、防护及稳定分析工作引起了国家相关部门的高度重视，摸清大型弃渣场场址处地质情况是保证弃渣场防护工程及整体稳定的基础工作。

2020年5月，水利部水利水电规划设计总院印发《关于加强水利水电工程水土保持方案编制与技术审查工作的通知》，明确水土保持方案技术审查不予通过的几种情形，其中“弃渣场未开展地质与勘察工作，4级及以上弃渣场未提供地质勘察报告或报告内容存在严重技术问题的”是不予通过审查情形之一，可见弃渣场工程地质评价工作在弃渣场防护设计和安全稳定评估中的重要性。

GB/T51297—2018《水土保持工程调查与勘测标准》明确规定：可行性研究阶段对四级以上弃渣场及防护工程应进行地质勘察，规定了地质勘察应包括的工作内容。标准实施后，地质评价工作内容和工作深度一直是建设项目水土保持方案中的重点和难点之一。现以八里营子弃渣场为例，阐明弃渣场地质勘察工作深度及工作内容。

2 弃渣场概况

八里营子弃渣场位于辽宁省朝阳市双塔区他拉皋镇里八里营子村西940m的一沟谷内，弃渣场占地面积8.36hm2，占地类型为林地和草地。弃渣场有乡级公路相连，交通便利。

该弃渣场堆渣量37.83万m3，设计堆渣高度22m，为4级渣场，弃渣主要为隧洞TBM掘进开挖洞渣，水保设计在渣场堆渣体下游修建浆砌石重力式挡土墙，挡墙长224m，设计堆渣边坡1∶2.5，挡墙高4.5m，基础埋入地下1.5m。弃渣场地理位置如图1所示。

图1 八里营子弃渣场地理位置图

3 地质勘察内容

3.1 初步查明弃渣场场址工程地质条件、主要问题

查明弃渣场以及弃渣场外围汇水区域地形地貌特征，评价弃渣场堆渣后存在泥石流等次生灾害的可能性，并应提出渣场排水与防冲刷的工程措施建议方案。查明堆渣区滑坡、泥石流等不良地质现象，范围应包括影响渣场稳定的区域。

3.2 对场地稳定性和适应性分析与评价

评价场地稳定性、适宜性及堆渣后的整体稳定性，进行稳定性与适宜性分区，并提出优先堆载分区的建议；评价拦渣工程地基抗滑稳定、不均匀沉降、渗透变形等间题，并应提出处理建议。

3.3 查明地下水类型、水位和出露情况

查明防洪排导工程沿线工程地质条件，提出主要岩土体的物理力学参数，评价防洪排导工程沿线建(构)筑物地基、排水洞围岩及进出口边坡的稳定性，并应提出处理建议。

3.4 提供渣场处岩土的抗剪强度参数指标

根据堆渣来源及组成情况，类比提出堆渣体物理力学参数建议值；并提出堆渣高度以及坡比的建议。

3.5 需要提供相关地质图件

包括区域构造及地震震中分布图，弃渣场工程地质图，弃渣场拦渣工程、防洪导排工程区地质图，建筑物轴线工程地质图等。

4 地质勘察方法

地质勘察采用测绘和钻探相结合，工作在收集区域地质资料基础上，对场区进行了1:2000地质测绘。根据现场地形，在堆渣场内布置勘1条探线，4个钻孔，孔距150m左右；沿浆砌石挡墙中心线布置钻孔10个，孔距100m左右，钻孔孔深按进入挡墙基础下5m或进入基岩2m控制。

5 弃渣场区地质条件

5.1 基本地质条件

本渣场区地形地貌为剥蚀隆褶低山和冲沟。低山山顶呈尖圆顶状，山坡为凹坡，岩石裸露；堆渣区布置在冲沟内，冲沟呈南北向，为向源侵蚀，冲沟深3～5m，宽20～50m，沟底高程为250～255m，工程区附近山坡坡角为22°～25°，沟底覆盖层较厚，植被发育。

根据地质测绘，本弃渣场覆盖层为碎石夹粉质黏土，黄褐色，以碎石为主，沟壁和沟底出露，一般厚度在1.0～2.0m；基岩为白垩系大凌河组安山岩，灰色，局部沟壁出露以强风化为主。工程区未见有较大规模断层构造通过。渣场区现状无滑坡、泥石流、崩塌等不良地质现象。

5.2 地层岩性

根据勘察钻孔揭露及工程地质测绘，本弃渣场出露岩性自上而下分别为：

(1)第四系全新统洪坡积(Q4pld)

第①层：碎石土，杂色，主要为碎石、风化砂、黏(粉)粒，粒径一般2～30mm，最大为60mm，细粒土含量一般小于10%。干～潮湿，松散～稍密。该层分布连续，钻孔揭露层底高程248.3～267.5m，钻孔揭露层厚1.0～2.0m。

(2)中生界白垩系下统大凌河组(K1d)

第②层：强风化安山岩，紫灰色，岩芯呈碎块状、短柱状，钻孔最大揭露厚度4.0m。

八里营子渣场综合地质各地层空间展布情况如图2所示，工程地质剖面如图3—4所示。

图2 八里营子渣场综合地质图(比例尺1∶2000)

图3 八里营子渣场工程地质纵向剖面图

5.3 地质构造

(1)根据地质测绘，工程区未见有较大规模断层构造通过。本次勘察钻孔内未见明显断层。

(2)节理裂隙：工程区弱-微风化岩体，节理不发育-较发育。从测绘及钻孔揭露情况可知：强风化安山岩节理较发育-发育，多微张-张开，平直-起伏粗糙状，岩屑填充或泥质充填。

图4 八里营子渣场工程地质横向剖面图

5.4 水文地质条件

本次勘察钻孔BK4揭露地下水，水位高程245.8m，工程区地下水主要受冲沟上游及大气降水补给，并向冲沟下游排泄。渣场所处冲沟上游汇流面积较大，在雨季可形成大规模汇流，建议对堆渣体外围及堆渣体进行防水、排水设计。

本次勘察共取碎石土试样3组进行室内试验，试验数据见表1。

表1 颗粒分析试验成果统计表

5.5 地基岩土体承载力及力学参数

根据现状边坡的地质测绘及类比相似工程的经验等，综合确定边坡稳定性计算所采用的各岩土层的物理力学参数，各岩土层物理力学参数见表2。

表2 各岩土层物理力学参数

6 工程地质条件评价结论及指导作用

6.1 场地适宜性及稳定性评价

堆渣区所处冲沟沟底坡度约5°～10°，较平缓，地貌简单，场地稳定。场地岩土种类单一，覆盖层薄，且无软土层，基本不存在稳定性差的顺向坡。场地地表排水条件好，经现场地质测绘及调查，场区及周边未发现有泥石流、滑坡及岩溶等不良地质作用或地质害分布，适宜堆渣。

6.2 场地拟堆渣稳定性评价

本工程堆渣后可形成土质堆渣边坡，堆放的砂砾石、安山岩和砾岩混合料形成的碎石、块石多呈松散状，其抗冲性和稳定性较差，并且堆渣高，建议分级堆放并采取合适的放坡坡比(一般采用坡比小于1∶2)，以提高堆渣体的整体稳定性。本工程堆渣后建议对堆渣体和周边布设截、排水沟，将汇水排入下游沟道或河道内。

6.3 挡墙地基稳定性评价

拟建挡土墙地基土层主要为松散-稍密状碎石土，清除表层耕植土后，该层承载力建议值为120kPa，其下为强风化安山岩，地基承载力均满足修建浆砌石挡渣墙要求。工程区标准冻深1.4m深度范围内部分碎石土为冻胀土，建议挡渣墙基础置于冻胀土以下。

6.4 指导作用

根据地质条件评价结论，水土保持进行弃渣场选址合理性论证，并开展弃渣场防护措施设计。

(1)渣场选址合理性

根据上述地质条件评价结论，本弃渣场场区及周边未发现有泥石流、滑坡及岩溶等不良地质作用或地质灾害分布，整体场地适宜堆渣，弃渣场选址是合理的。·

(2)截排水沟设计

本次勘察钻孔BK4揭露地下水水位高程245.8m，建议对堆渣体外围及堆渣体进行防水、排水设计。水土保持在渣场上游设计截排水沟1580m，以排泄上游20年一遇设计洪水，在渣场内部布设排水沟，疏导渣场内部汇水。

(3)拦渣工程设计

拟建挡土墙地基土层主要为松散～稍密状碎石土，工程区标准冻深1.4m深度范围内部分碎石土为冻胀土，建议挡渣墙基础置于冻胀土以下。水土保持在渣场下游侧设计修建浆砌石挡墙长224m，挡墙基础埋深1.5m。

(4)弃渣场稳定和挡渣墙稳定计算分析

根据地基岩土体承载力及力学参数，水土保持进行了弃渣场稳定分析和挡渣墙稳定计算，计算出的稳定系数均满足规范规定的最小安全系数允许值，均满足稳定要求。

7 结语

大型弃渣场工程地质勘察评价内容应包括区域地质构造及地震稳定性评价，场区稳定性及适宜性评价，不良工程地质问题评价及处理方案，未来弃渣材料物理力学指标及堆填建议等。

本文以辽宁境内某大型输水工程的八里营子弃渣场为例，通过合理布置地质勘探线、钻探点和钻探深度，揭露弃渣场处的地质岩性，查明了场址工程地质条件、主要工程地质问题和地下水情况，提供渣场处岩土的抗剪强度参数指标等，对场地稳定性和适应性给出分析评价结论，为此类弃渣场地质分析评价和水土保持工程防护设计提供借鉴经验。