某弃渣场挡渣墙及边坡安全稳定计算

董 俐

(贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司，贵阳 550002)

0 前 言

弃渣场是项目建设过程中产生水土流失的重要区域，特别是在暴雨等特殊天气条件下，容易产生滑坡、垮塌现象，毁坏下游农田、道路，造成严重不利影响。根据渣体的性质和弃渣场所在位置的地质条件，制定合理的堆渣方案及有效拦挡是保证弃渣场安全稳定的关键，文章依照相关技术规范及标准的要求，对罗甸县某水库枢纽区弃渣场在不同工况下的抗滑、抗倾覆及边坡稳定性进行了计算，确保挡渣墙及堆渣体安全稳定，正常发挥水土保持效益，减少水土流失。

1 工程概况

1.1 弃渣场基本情况

弃渣场位于宽缓冲沟内，属冲沟型弃渣场，距离水库坝址2km，有通村公路直达，交通便利。工程弃渣量19.60万m3(松方)，设计库容19.76万m3，能够满足工程弃渣堆放要求，渣场下游有通村公路，距离挡渣墙29m，根据《水利水电工程水土保持技术规范》(SL575-2012)，需考虑1.5倍堆渣高度的安全防护距离。渣场堆渣高度19m，安全防护距离为28.5m，满足规范要求，此外，渣场下游无居民点及其他重要基础设施等敏感点。弃渣场级别确定为5级，挡渣墙工程建筑物级别为4级(提级)、截排水工程排水设计标准采用防洪标准取10a一遇设计。

渣场占地面积2.85hm2，集雨面积为0.27km2，在下游垭口采用M7.5浆砌石重力式挡渣墙进行拦挡，墙顶以上按1∶2放坡堆渣，间隔10m设一级2m宽马道，堆渣总高度19m。

1.2 地质条件评价

弃渣场所在冲沟近SN向呈“Y”型展布，长约200m，宽50-110m，最大深度20m，底部地形平缓，沟底及岸坡多为第四系残坡积层(Qeld)黏土夹碎石，厚2-7m，下伏基岩为二叠系上统(P2w+c+d)灰绿色层状火山碎屑岩、硅质岩、硅质页岩及燧石灰岩，推测强风化层厚5-6m，冲沟两侧边坡地形坡度30°-40°，自然边坡稳定；场地内无活动性断裂通过，也无滑坡、泥石流等不良地质体分布，场址稳定，适宜弃渣堆放。据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2015)，该区地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应谱特征周期值为0.35s，地震基本烈度为Ⅶ度，须按相关规范进行抗震设防。

2 计算过程

2.1 计算荷载

根据《水土保持工程设计规范》(GB51018-2014)，对挡渣墙及渣场整体稳定计算分为正常工程、非常工况，因渣场所在区域地震基本烈度为Ⅶ度，故非常工况考虑长期降雨和地震两种情况，具体荷载组合详见表2。

图1 挡渣墙典型断面图

图2 弃渣场剖面图

表2 荷载组合表

2.2 计算参数

计算参数主要包括挡渣墙尺寸及渣体物理参数，详见表3。

表3 挡渣墙尺寸及物理参数

2.3 计算内容

1)抗滑稳定计算：

(1)

式中：∑Fx为墙基底面平行力；∑Fy为墙基底面垂直力；μ为基底摩擦系数。

2)抗倾覆稳定计算：

(2)

式中：My为抗倾覆力矩；Mx为倾覆力矩。

3)边坡稳定分析：

采用瑞典圆弧法进行分析，计算公式如下：

(3)

式中：K为稳定系数；MR为抗滑力矩；MT为滑动力矩；R为滑动圆弧半径；φ为土体内摩擦角；Qi为第i条土条的自重；αi为第i条土条的滑动角；c为土体黏聚力；l为滑动总弧长。

瑞典圆弧法条分土条的宽度为1m，试算圆心使用的步长为0.5m，试算半径使用的步长为1.0m。计算时分部考虑积水和地震影响，不考虑边坡外侧护坡的有利影响。

2.4 计算结果

各工况计算结果如表4，经计算，各工况安全稳定系数均满足标准要求。

表4 各工况计算结果

3 结 语

弃渣场安全稳定主要考虑两个方面，一是挡渣墙稳定，二是堆渣体边坡的整体稳定性，需计算正常工况和暴雨工况，地震烈度大于等于Ⅶ度时，还需对地震情况下的渣场的安全稳定进行分析，并考虑抗震设计。稳定计算的结果和挡渣墙断面尺寸、堆渣方案及渣体物理参数息息相关，因此，合理选用技术参数和堆渣方案显得尤为重要，要做到有效拦挡，减少或避免水土流失，也要做到经济安全，有利于施工。