山区高速公路弃土场稳定性分析

文/谢振安

1 前言

山区高速公路隧道和路基深挖方比例大，因填挖不平衡引起弃土石方量多，且受地形、征地限制及运距等因素影响，弃土场大多堆砌于山间沟谷中，容易产生较高的弃土堆筑高度。虽在设计阶段会对弃土场选址及防护做简单设计，但因方案变更等因素，实际堆筑情况会有较大变化，原设计防护措施不一定能满足实际稳定性要求，容易形成水土流失、崩塌、滑坡等灾害，更严重的还有可能引发泥石流等重大灾害。为了保证已堆筑弃土场安全稳定，需对弃土场现状做针对性的稳定性分析。本文以广东省仁新高速K220+650 左侧弃土场为例，介绍已建弃土场稳定性分析思路及方法。

2 工程概况

仁新高速公路K220+650 左侧弃土场所处区域地质背景简单，地震基本烈度属Ⅵ度区。评估区处于低山、丘陵地貌，地形地势起伏较大，山坡自然坡度25°～40°。另外，弃土场约17.66 万m3弃渣，渣顶标高225.95m，渣底标高136.18m，最大高度89.77m。弃土场桩号范围：K220+425～K220+800，基本沿着高速公路线路走向。弃土场现状草木发育良好，位于封闭山谷，对周围居民生产生活影响较小。弃土场所处山间沟谷内水量较少，地下水对场地工程施工影响较小；另外，评估区属中纬度亚热带季风性湿润气候，夏长冬短，多年平均降雨量1400～2400mm，故气象水文条件对弃土场稳定影响程度较大，需考虑暴雨工况稳定情况[1]。

3 坡体现状调查

坡面未见浅层滑塌，但受地表水冲刷影响，部分坡面出现冲沟，对边整体稳定无影响，但长期冲刷易引起浅层滑塌。坡脚局部位置可见水土流失现象，形成坑洼地，坑深0.5～1m 左右，长期积水下渗对坡体稳定不利。坡面未见堆载体整体滑动或浅层滑塌，暂时处于稳定状态；但考虑该弃土场弃土方量大，弃土高度高，强风化砂岩含量较高，遇水易软化、强度降低，存在一定安全隐患，因此需通过计算分析确定。

4 现状测量及勘察

对弃土场现状进行测量，得出1∶500 平面地形图，测量各弃土场的坡形坡率及堆载范围，根据现状地形图并结合堆载前地形图布置2 个勘察钻孔一个勘察断面（见图1）。

地质钻探揭露上覆堆载体主要由第四系素填土（粘性土、碎石）、粉质粘土、坡残积粉质粘土组成；基底主要由石炭系砂岩、炭质砂岩及其风化层组成。

5 稳定性计算分析评价

根据堆载体所在地形沟谷走向及填土厚度等，初步选取地质横断面5-5（见图1）作为主断面进行计算分析。考虑堆载体变形主要有三种可能，分别是堆载体与原地面接触面变形、堆载体自身变形和坡面浅层变形，以下围绕三种变形情况进行稳定性分析计算[2]。

图1 弃土场测量平面图（含勘察断面）

5.1 计算并选定参数

5.1.1 确定弃土与原始地面交界力学参数

弃土与原始地面交界位置较为薄弱，弃土透水性强在交界位置极易富集地下水，所以潜在最危险滑面最有可能发生在弃土与原地面交界位置，因此宜采用折线形滑动法进行边坡稳定性分析。弃土与原地面交界处滑面参数较难确定，通过Φk=arctan(tanΦ+c/γH)求得综合内摩擦角，滑面内聚力根据经验取10kPa，摩擦角取现状地形及原状地形自然休止角，通过上述公式计算得弃土综合内摩擦角约为36°，取安全储备系数1.25，最终综合取值28.5°。

5.1.2 确定弃土（碎石土）力学参数

碎石土由填石和填土组成，参数较难确定，勘察推荐人工填石重度取18kN/m3，内聚力取0kPa，内摩擦角30°～40°，结合重型动力触探试验结果，最终确定碎石土内聚力取0KPa，内摩擦角取38°。

5.1.3 确定岩土层力学参数

结合勘察资料及软件计算等资料，最终确定各层岩土力学参数取值如下表1：

表1 边坡验算选用力学参数表

5.2 边坡稳定计算

根据《水土保持工程设计规范》，弃土场级别应根据堆渣量、堆渣最大高度以及弃渣场失事后对主体工程或环境造成的危害程度确定。K220+650 左侧弃土场约17.66 万m3弃渣，最大高度89.77m，弃土场级别判定为3 级。正常工况下稳定性性安全系数不应小于1.25，非正常工况下稳定性性安全系数不应小于1.1。本边坡采用理政岩土软件的边坡稳定性分析系统进行验算。

针对三种变形方式，选取堆土体与原地面接触面为弃土场边坡最危险性断面，并分别考虑天然工况和暴雨工况，采用扩大自下滑力进行分析计算；考虑堆土体自身稳定性采用圆弧滑动自动搜索不利滑面计算（图2），并分别考虑天然工况及暴雨工况，计算得稳定性分析结果如表2 所示：

图2 稳定性分析计算模型图

表2 弃土场稳定性分析结果一览表

6 防护建议

针对该弃土场，建议加强弃土场边坡日常病害巡查；布设监测点，定期监测边坡变形位移情况；对坡顶平台及坡面局部地段（植被生长不良）进行植草防护或硬化处理，防止地表水冲刷，增强边坡稳定性。现场调查，平台均已硬化但无排水沟，建议增设平台排水沟，修复弃土场的边坡排水设施，急流槽堵塞或破损处应及时疏通并修复，同时急流槽与弃土场场顶排水沟相连。弃土场坡脚以上局部薄弱区处于欠稳定状态，建议采用注浆加固等措施处理，以保证边坡局部稳定性[3]。

7 结语

弃土场稳定性分析可以采用现场踏勘调查、地形测量及补充勘察全面了解弃土场现状情况，然后采用极限平衡法等方法对边坡进行稳定性分析。弃土场边坡的变形类型和破坏模式包括坡面浅层变形、堆载体与原地面接触面滑动变形以及堆载体自身失稳变形。弃土场稳定性分析应结合勘察测量资料确定堆载体各层验算力学参数，并根据不同工况，计算边坡稳定性安全系数，最终确定不同破坏形式边坡稳定状态，并根据分析结果，提出防治建议。