华南山地丘陵区高速公路弃渣场稳定性分析评价

申云康，胡封兵，蒋小权

(广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029)

0 引言

华南山地丘陵区高速公路具有桥隧比高、挖填方大、运距远、运费高等特征，在建设过程中会产生大量的弃渣。受地形地貌的限制，山区公路弃渣主要堆放在沿线沟谷地设置的弃渣场内[1]。弃渣场作为高速公路建设的临时性工程，目前建设单位、施工单位和监理单位等对其重视程度尚待提高[2]。若弃渣场堆置方式随意，防护措施缺失，容易出现破坏环境和水土流失等生态问题，甚至出现滑坡和泥石流等安全问题[3-4]。保证弃渣场的安全稳定，是弃渣场选址和堆放的首要任务。

呼和浩特-北海国家高速公路(G59)广西荔浦至玉林段位于华南山地丘陵区，该项目路线较长，弃渣场较多，本文选取其中一个典型弃渣场，通过现场勘察和建模计算，从定性和定量两方面对其安全稳定性进行分析评价。

1 项目背景简介

1.1 项目概况

呼和浩特-北海国家高速公路(G59)广西荔浦至玉林段属新建高速公路项目，位于广西桂林市、梧州市、贵港市和玉林市境内，路线起自荔浦市城东北蒙村，接在建汕头至昆明国家高速公路阳朔至鹿寨段，止于玉林市新桥镇，接已建呼和浩特至北海国家高速公路玉林至铁山港段，全长261.736 km[5]。项目采用双向四车道高速公路标准建设，设计速度为100 km/h、120 km/h，路基宽度为26 m、27 m。项目于2018年12月开工建设，2020年12月建成通车，建设工期约24个月(不含沿线设施的施工)，建设征占地面积为2 186.25 hm2，共产生弃渣391.33万m3。

1.2 弃渣场概况

呼和浩特-北海国家高速公路(G59)广西荔浦至玉林段工程建设实际使用的弃渣场共计51个，均为沟谷型弃渣场，本文选取其中的K100+100弃渣场作典型分析。

K100+100弃渣场位于路线K100+100～K100+280段右侧约200 m，地属贵港市平南区官成镇朝新村，占地面积为1.01 hm2，最大堆高为25 m，堆渣量为10.02 万m3。弃渣场的潜在威胁对象为其下游的冲沟林地，对周边环境危害较轻[6]。根据《水土保持工程设计规范》(GB 51018-2014)[7]，判定该弃渣场属于4级弃渣场。

2 研究方法

通过现场调查和原始资料收集，查明该弃渣场地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、弃渣成分等，分析不同因素对该弃渣场稳定性的影响程度。在收集附近已有勘察资料、区域地质资料和进行现场踏勘的基础上，采用地质调查与钻探、标准贯入试验、重型圆锥动力触探试验、室内试验和工程地质类比等相结合的方法，勘察弃渣场堆积体厚度、物质组成等，根据实测剖面，建立计算模型，对场地工程地质条件进行综合计算和分析评价。

3 弃渣场现场调查

3.1 弃渣场地形情况

根据施工资料及现场调查数据，K100+100弃渣场位于贵港市平南区官成镇朝新村的一条冲沟，地势总体为西高东低，原始斜坡坡度为10°～35°。场地左右两侧及后缘均以冲沟周边的山坡地形为边界，前缘以冲沟沟口为界，整个弃渣场沿原山间冲沟地形堆填，为典型的沟谷型弃渣场。场地下游为林草地，无公共设施、基础设施、工业企业或居民点。弃渣场占地面积为1.01 hm2，最大堆高为25 m，堆渣量为10.02万m3。

3.2 弃渣场堆积体特征

K100+100弃渣场堆积体是由路基挖填弃渣沿山间冲沟堆积而成，堆填后的平面形态大致为长方形，纵断面有明显边坡和平台。其平台坡度<5°；边坡坡度为25°～40°，局部>40°。弃渣成分主要为粉质黏土，局部含少量的粉砂岩块石，块石粒径为1～5 cm不等，棱角分明，无分选，其含石量约为15%～20%。弃渣场堆积体在堆积过程中未严格自下而上逐级堆放，未进行系统压实，密度不一，多呈松散-稍密状，未完成自重固结。

3.3 弃渣场防护措施

弃渣场填筑完毕后，平台经平整后采取乔灌草综合绿化，绿化率约为40%；坡面采取密目网临时苫盖，但尚未开展植被防护措施。弃渣场平台未见裂缝和滑坍的现象，坡面无裂缝，坡底无明显的滑移或剪出。弃渣场坡面局部区域可见受雨水冲刷所形成的侵蚀沟。场地四周沿填土交界面开挖土质排水沟，坡脚修建浆砌石挡土墙。挡土墙高1.0 m、顶宽0.8 m，未出现变形或坍塌现象，拦渣效果明显。

4 岩土力学参数测定

4.1 土石工程分级

对弃渣场各岩土层进行开挖，分析其土石工程分级，按《公路工程地质勘察规范》(JTGC 20-2011)[8]的分级标准，土石类别有普通土、松土、硬土和软石，土石分级为Ⅰ～Ⅳ级，详见表1。

表1 岩土层土石工程分级一览表

4.2 室内试验成果统计

采集填土和粉质黏土样品，通过室内试验，统计其天然含水率、湿密度、干密度、天然孔隙比等参数。填土(Qm1)试验指标统计见表2，粉质黏土(Qe1+dl)试验指标统计见表3。

表2 填土(Qm1)试验指标统计表

表3 粉质黏土(Qe1+dl)试验指标统计表

4.3 原位测试成果统计

采取标准贯入试验，现场测定填土和粉质黏土的地基承载力，判别土层变化和工程性质。岩土层标准贯入试验实测锤击数统计见表4。

表4 标准贯入试验成果统计表

4.4 岩土力学参数建议值

综合室内试验和现场原位测试成果，确定弃渣场岩土层物理力学参数，取值结果见表5。

表5 岩土层物理力学参数取值表

5 稳定性分析评价

5.1 定性分析

K100+100弃渣场原始冲沟斜坡坡度为10°～35°，弃渣场堆放后坡度变陡，增加到25°～40°，局部>40°，边坡高度为25 m。弃渣场顶部平台地表较为平缓，且坡脚修建有浆砌石挡土墙，有利于弃渣场的安全稳定。弃土场堆填后，将原始冲沟填平，但弃土场冲沟汇水面的地表径流仍向冲沟内汇集，并沿填土交界面土质排水沟排泄，且部分水体向填土内入渗，会进一步软化岩土体，从而影响边坡的稳定性。弃渣场堆积体以粉质黏土为主，局部含15%～20%的坚硬、棱角状的粉砂岩块石，土石混杂，且岩块互相嵌挤、咬合，内摩擦角较大，有利于边坡的稳定。同时，场地周边近现代无断层活动形迹，区域地质稳定性较好，地质构造对弃渣场的稳定性无影响。弃渣场平台采取乔灌草综合绿化，具有保水保土功效，但边坡缺少植物防护措施，有可能导致水土流失现象的发生。

综合现场调查后做定性分析，现状条件下，K100+100弃渣场范围内无明显变形破坏迹象，总体稳定性较好。

5.2 定量分析

定量分析采用住建部认证的岩土计算软件GEO5(2020版)，通过建立计算模型，考虑正常工况和非常工况两种应用情况，分析弃渣场边坡在天然及强降雨或持续降雨作用下的稳定性特征。据此建立的稳定性计算模型如图1所示。

图1 弃渣场剖面稳定性计算模型云图

根据确定的计算模型，在最危险滑面情况下计算其稳定性系数。根据《水土保持工程设计规范》(GB 51018-2014)规定的弃渣场抗滑稳定安全系数，K100+100弃渣场在正常工况下稳定性系数为1.24，大于标准值1.15，处于稳定状态；非常工况下稳定性系数为1.06，略大于标准取值1.05，处于基本稳定状态。故K100+100弃渣场受滑坡的危害程度低。不同工况下边坡稳定性系数计算结果见表6，弃渣场剖面稳定性计算结果见图2。

表6 不同工况下边坡稳定性系数表

图2 弃渣场剖面稳定性计算结果云图

6 结语

针对华南山地丘陵区高速公路弃渣场的安全稳定问题，本文从定性和定量两个方面对其进行分析评价。定性分析主要通过多阶段现场调查，根据弃渣场堆积体特征、周边环境和防护措施，判定弃渣场的稳定性，具有方便、快捷、成本低等特点，可以初步判断弃渣场是否具有安全隐患。定量分析则通过地勘建模，可以准确计算

出不同工况下边坡稳定性系数指标，明确弃渣场是否安全稳定，但其费用较高，周期较长。在弃渣选址和堆放过程中，应将定性分析和定量分析结合起来，根据实际需要，做好风险把控，在保证弃渣场安全稳定的前提下，尽可能提高工作效率、降低生产成本。对于稳定的弃渣场，应加强平台和边坡的植被防护措施，以减小水土流失。