平利至镇坪高速公路K72+...0右侧弃渣场稳定性分析研究_刘斌.pdf

甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横2022 年（第 51 卷）第 12 期doi:10.3969/j.issn.1672-6375.2022.12.011收稿日期：2022-06-07作者简介：刘斌（1988-），男，硕士，工程师，主要从事道路工程路基路面工程相关工作。0 引言公路相关设计规范对弃渣场等级及稳定性验算方法的内容很少，本论述主要参考 水土保持设计规范（GB 51018-2014）1中针对弃渣场及拦挡工程相关技术要求，对平镇高速公路一处弃渣场进行稳定性验算。通过两种验算方法，互相验证该弃渣场是否存在安全隐患，安全储备是否满足设计要求。目前已经有很多学者对弃渣场稳定性及安全性进行了探讨，张华等2以攀西地区某高速公路一处斜坡弃渣场为例，对该弃渣场的稳定性进行了验算，并增加了补强措施；王光辉3针对一铁路沿线隧道施工弃渣场，基于边坡地质模型分析了该弃渣场在降雨条件下的边坡稳定性；王晓军等4以山阴县小娘娘山采石场为例，提出了一套因地制宜的弃渣场边坡稳定技术；姬同旭5结合仁赤高速公路某处桥下弃渣场，分析了山区斜坡地段桥下弃渣场对桥墩稳定性的影响；田永铸6针对中南部铁路通道沿线某一黄土隧道弃渣场，利用室内试验与理论分析，对该弃渣场的稳定性进行了计算和分析，并提出该弃渣场防护措施建议；柏淼7针对某隧道出口弃渣场存在的安全隐患，采用Geoslope岩土和MIDAS-NX数值模拟对治理后的渣场进行评价；刘军军8结合临县至离石高速公路某一弃渣场，进行了稳定性计算和水土保持设计，并从防护和排水两方面进行了分析。虽然对于弃渣场稳定性的研究已经很多，但是在设计阶段提高弃渣场稳定性验算结果准确性的研究却很少。本论述主要通过两种稳定性验算方法对平镇高速公路一处弃渣场稳定性验算结果进行相互验证，为今后广大设计工作者在设计阶段重视弃渣场设计及简便验算弃渣场稳定性提供了可供参考的案例。1工程概况该弃渣场位于平镇高速公路主线上游K72+750右侧镇坪县关庙村干湿溪沟内，原沟道沟底平均纵坡约6.2%，沟内常流水。锁口位置距主线约390 m，主要弃渣为隧道弃渣及路基挖余方，以板岩、片岩及辉绿岩为主要成份，夹杂少量土方。该弃渣场属于变更弃渣场（弃渣场位置未变，弃渣场堆放台阶高度、宽度及坡率变更调整），目前该弃渣场已完成表面覆土施工，如图1所示。平利至镇坪高速公路K72+750右侧弃渣场稳定性分析研究刘斌（陕西省交通规划设计研究院有限公司，陕西西安710075）摘要：弃渣场的渣体是由松散的岩质或土质堆积而成的三相介质体（固体颗粒、水、空气）。弃渣场在自重力和外力作用下产生压缩沉降、变形、滑坡，给弃渣场下游的构造物及人的安全带来隐患。分析弃渣场的稳定性对完善弃渣场设计及采用合理的治理措施十分重要。本论述以陕西省平利至镇坪高速公路一处弃渣场为研究对象，通过现场勘查，讨论并分析弃渣场稳定性验算的方法，采用剩余下滑力反算法对极限平衡分析法进行验证，确保弃渣场抗滑稳定性满足规范要求。本工程可为同类弃渣场稳定性验算提供借鉴。关键词：道路工程；弃渣场；稳定性验算；剩余下滑力反算法中图分类号：U417文献标志码：A建筑设计402022 年（第 51 卷）第 12 期甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横2 弃渣场稳定性现场调查2.1弃渣场现状情况该弃渣场实际弃渣量约35.0万m3，占地3.09104m2，弃渣场长度645.8 m，堆渣最大高度约为39.6 m。根据水土保持设计规范（GB 51018-2014）相关技术规定，由于堆渣量VH20m，故该弃渣场级别为4级，属沟道型弃渣场。弃渣场下游锁口位置设计采用4.5 m高M7.5浆砌片石拦渣墙，墙后设置挡土坝，挡土坝每层摊铺厚度不大于50 cm，挡土坝孔隙率不大于24%，挡土坝大样图如图2所示。为保证弃渣场整体稳定，挡土坝后弃渣孔隙率不大于30%。弃渣场沿沟道纵向呈阶梯状弃土，拦渣墙顶设置5.0 m宽平台，一级坡面坡率1:2，坡高6.0 m，一级平台宽80.0 m；二级坡面坡率1:3，坡高8.0 m，二级平台宽60.0 m；三级坡面坡率1:3，坡高8.0 m，三级平台宽440.84 m。弃渣场每级边坡采用片石码砌防护，片石应采用强度大于30 MPa的不易风化的石料，码砌石块最小尺寸不应小于30 cm，石块应规整；边坡码砌厚度为60 cm，码砌片石应紧贴、密实、无明显空洞、松动、砌块间承接面向内倾斜，坡面平顺。平台回填0.5 m厚种植土复耕。2.2 地表及地下排水沿沟心设置纵向渗沟，排除施工期间沟道内汇水及弃渣场下渗水，在弃渣场右侧靠山侧设置一道1.5 m1.5 m（底宽高）梯形排水沟，排水沟沟壁坡率分别为1 1.5和1 1，采用M7.5浆砌片石砌筑。排水沟及渗沟大样如图3所示。图3官庙村干湿溪沟弃渣场排水沟及渗沟大样图该弃渣场已施工完成，表面覆土已施工完成，并在弃渣场左侧靠山侧设置有3.5 m宽水泥混凝土路面，满足当地居民农耕需要。该弃渣场通过现场调查未发现裂缝、沉陷等不稳定因素，坡面平整，排水设施完善，定性分析该弃渣场处于稳定状态。3稳定性计算校核水土保持设计规范（GB 51018-2014）中对于弃渣场抗滑稳定性验算主要有两种方法：（1）采用简化毕肖普法、摩根斯顿-普赖斯法；（2）采用瑞典圆弧法、改良圆弧法。两种方法都根据弃渣场等级、正常运用及非常运用提出抗滑稳定安全稳定系数。用极限平衡法进行边坡稳定性分析，需要分两步进行计算。第一步，确定可能的滑动面形态，选用相应的公式分析其稳定性安全系数；图1官庙村干湿溪沟弃渣场航拍图图2官庙村干湿溪沟弃渣场挡土坝大样图建筑设计41甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横2022 年（第 51 卷）第 12 期第二步，从许多可能的滑动面中，确定最小安全系数的临界滑动面，并计算出安全系数等参数。上述方法均以条分法和极限平衡原理为基础的极限平衡分析法。现假定原状地面线为下滑面，在弃渣场稳定性验算时可参照滑坡稳定验算时采用的剩余下滑力法反算9安全系数。采用该方法主要有两方面考虑：（1）多数弃渣场很难做到对渣体压实到设计要求值；（2）新填筑底面与原有地面接触面本来就是软弱面，受后期降水下渗影响，该接触面发生滑动概率较高。本论述通过两种方法，分别计算安全系数，相互验证，确保弃渣场抗滑稳定性满足规范要求。剩余下滑力计算公式10为：Ti=FsWisini+iTi-1-Wicositani-ciLi；（1）Ti=cos()i-1-i-sin()i-1-itani；（2）式中：Ti、Ti-1-第i和第i-1滑块剩余下滑力（kN/m）；Fs-稳定安全系数；Wi-第i滑块自重力（kN/m）；i、i-1-第i和第i-1滑块对应滑面的倾角；i-传递系数；i-第i滑块滑面内摩擦角；ci-第i滑块滑面岩土粘聚力（kN/m）；Li-第i滑块滑面长度（m）。3.1弃渣场参数选取由于本项目地处秦巴山区大巴山的北麓，境内以高海拔的石质高中山为主，渣场弃渣多为挖方边坡石质弃渣及隧道石质弃渣，以石方为主，夹杂少量土方。根据碎石土相关技术指标、试验检测结果及各弃渣场现场实际情况，选用计算参数如下：天然容重=19.0 kN/m3，c=10 kPa，=35；饱和容重=21.0 kN/m3，c=8 kPa，=27。3.2 计算工况根据弃渣场实际特点，重点针对水文条件，分别对不同工况下的弃渣场边坡稳定性进行计算分析。由于该弃渣场位于地震烈度度区内，不用考虑地震荷载作用工况，计算工况见表1所列。表1计算工况序号12工况正常工况非常工况工况说明最终弃渣状态时，渣体无渗流或稳定渗流考虑地下水和降雨入渗（五十年一遇暴雨）3.3验算结果从定性分析方面，目前弃渣场处于稳定状态。进一步对该弃渣场进行定量分析，本次计算参考以往同类弃渣场稳定性验算的经验值，采用不利状态下的参数取值。（1）采用简化Bishop法对该弃渣场进行稳定性计算，计算结果见表2所列。表2K72+750右侧干湿溪沟弃渣场简化Bishop法计算结果计算工况正常工况非常工况下滑力/kN445.9371 141.179抗滑力/kN1 135.9641 336.733计算安全系数2.5461.171规范安全系数1.151.05是否满足要求是是（2）采用剩余下滑力反算法对该弃渣场进行稳定性计算，计算结果见表3所列。表3K72+750右侧干湿溪沟弃渣场剩余下滑力反算法计算结果计算工况正常工况非常工况计算安全系数9.4066.370规范安全系数1.251.25是否满足要求是是3.4拦渣墙稳定性验算弃渣场锁口拦渣墙采用4.5 m高仰斜式挡土墙，墙顶宽1.8 m，墙底宽2.0 m，墙趾宽0.3 m，墙趾高0.5 m；面坡及背坡坡率均为1 0.25，底坡坡率为1 5，基底置于土质地基上，拦渣墙大样图如图4所示。图44.5 m高拦渣墙大样图根据 水土保持工程设计规范（GB 51018-2014）要求，拦渣墙工程建筑物级别应按渣场级别确定。当拦渣工程高度不小于15 m，弃渣场等级为1级、2级时，拦渣墙建筑物级别可提高1级。故该处弃渣场拦渣墙工程级别为5级。由于该弃渣场位于地震烈度度区内，且无可变荷载影响，故拦渣墙仅需考虑正常运用情况，拦渣墙稳定性验算结果见表4所列。建筑设计422022 年（第 51 卷）第 12 期甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横甘肃科技纵横表4拦渣墙稳定性验算结果序号12计算工况正常运用验算项目基底抗滑稳定安全系数抗倾覆安全系数拦渣墙级别4计算结果5.7014.349安全系数1.201.40是否满足要求是是4结束语本论述以平利至镇坪高速公路某处弃渣场为研究对象，通过现场勘察，定性分析该处弃渣场基本稳定；然后分别采用极限平衡分析法及剩余下滑力反算法进行定量分析，对该处弃渣场进行抗滑稳定性验算，两种方法验算结果均满足规范要求；并对弃渣场锁口拦渣墙进行稳定性验算，验算结果满足规范要求，由此证明该处弃渣场是安全稳定的。本论述旨在通过剩余下滑力反算法对规范要求的极限平衡分析法的验算结果进行验证，用以提高验算结果的准确性，避免采用一种验算方法得出结果的片面性，两种验算方法互相印证，确保弃渣场是安全稳定的，在今后类似工程中值得借鉴。参考文献：1 水土保持工程设计规范.GB 51018-2014 S.北京：中国计划出版社，2014.2 张华，游宏，黄晚清.山区高速公路高填斜坡弃土场工后稳定性评估的实例分析 J.成都大学学报：自然科学版，