北方某鐵路棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

北方某鐵路棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)摘要:為了避免鐵路工程棄渣對(duì)環(huán)境的破壞，減少水土流失，對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響，需合理選址設(shè)計(jì)棄渣場(chǎng)，并保證棄渣場(chǎng)的安全穩(wěn)定性。驗(yàn)收前對(duì)棄渣場(chǎng)區(qū)域、場(chǎng)地、邊坡及支擋工程穩(wěn)定性評(píng)估很有必要。關(guān)鍵詞:棄渣場(chǎng)；水土保持；工程地質(zhì)剖面；穩(wěn)定分析；隨著地球環(huán)境的惡化，生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和改善工作逐漸被加強(qiáng)，國(guó)家對(duì)水土保持工作日益重視。為了貫徹落實(shí)水土保持法等有關(guān)法律、法規(guī)，協(xié)調(diào)開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目與環(huán)境的關(guān)系，體現(xiàn)預(yù)防為主的水土保持工作方針，最大限度地減少工程項(xiàng)目建設(shè)對(duì)沿線水土保持帶來(lái)的負(fù)面影響，全國(guó)各地對(duì)各種大型工程項(xiàng)目區(qū)環(huán)境現(xiàn)狀均組織各級(jí)管理人員進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、踏勘，并組織環(huán)保、水利等部門(mén)進(jìn)行多次驗(yàn)收，嚴(yán)格控制工程項(xiàng)目對(duì)環(huán)境的破壞及對(duì)水土造成的流失。隨著我國(guó)山區(qū)鐵路的高速發(fā)展，必不可少對(duì)項(xiàng)目沿線整體環(huán)境造成不良影響，其中沿線棄渣場(chǎng)更是影響較大的分項(xiàng)工程之一。棄渣場(chǎng)的穩(wěn)定性對(duì)水土保持工作具有重大意義。本文以北方某鐵路的大尖山一號(hào)隧道進(jìn)口棄渣場(chǎng)為工程背景，對(duì)棄渣場(chǎng)進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。1工程概況大尖山一號(hào)隧道進(jìn)口棄渣場(chǎng)位于馬市口村北約750m處溝谷內(nèi)，位于北方某鐵路DK65+300右側(cè)約700m，距離隧道進(jìn)口較近，用地類型為荒地，棄渣場(chǎng)〔1〕占地面積約40畝。棄渣場(chǎng)〔1〕棄渣總量約21.2萬(wàn)方，主要堆棄大尖山一號(hào)隧道進(jìn)口棄渣，大尖山二號(hào)隧道出口清理廢渣。棄渣場(chǎng)堆高約6.0?38.0m，邊坡坡率為1:2?1:2.5。1.1地形地貌棄渣場(chǎng)整體位于山間谷地，三面環(huán)山，靠西北側(cè)傍山而棄。土場(chǎng)區(qū)域范圍內(nèi)最高海拔1199.9m，最低海拔1143.0m。該區(qū)域?yàn)榈蜕角鹆甑孛?，相?duì)高差約為47m，山坡自然坡度17?26°，地勢(shì)較陡。沖溝植被一般，覆蓋率約60%。1.2地質(zhì)概況1.2.1地層情況該場(chǎng)地底部覆蓋層主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積(Q4al+pl)細(xì)圓礫土層，雜色，中密-密實(shí)，土質(zhì)不純，含粗圓礫土。該層主要分布于山間谷地，厚度不一，局部夾粗圓礫土；下伏基巖主要為太古界(Ar)麻粒巖，灰白色，強(qiáng)~弱風(fēng)化。1.2.2地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造〔2〕不發(fā)育，未見(jiàn)影響棄渣場(chǎng)穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造。地震：根據(jù)GB18306-2015《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，本區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，地震基本烈度為VII度，本區(qū)地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期是0.40s。1.2.3水文地質(zhì)地表水主要為棄渣場(chǎng)西側(cè)西洋河支流，距離棄渣場(chǎng)下游約1300m，受大氣降水補(bǔ)給，水位及水量隨季節(jié)變化大，雨季流量較大，平時(shí)有少量溪流。棄渣場(chǎng)位于上游沖溝支溝盡頭，匯水面積約為0.30km2。地下水本區(qū)地下水主要為孔隙潛水、基巖裂隙水兩類?？紫稘撍旱叵滤饕獮榭紫稘撍?，分部于山間谷地，水位埋深大于10m?；鶐r裂隙水：通過(guò)工程地質(zhì)測(cè)繪、調(diào)查和鉆孔揭露，下伏基巖為大理巖。無(wú)統(tǒng)一水位，其流量受季節(jié)性變化影響較大，主要接受大氣降水和覆蓋層孔隙水的補(bǔ)給。1.2.4氣象特征擬建工程地處中高緯度區(qū)，屬暖溫帶大陸性氣候區(qū)，氣候適宜，四季分明，雨量充沛。春季干燥多風(fēng)，夏季涼爽多雨，秋季秋高氣爽，冬季寒冷干燥，晝夜溫差大。極端最低氣溫-26.3°C，極端最高氣溫40.3°C；最冷月平均氣溫-9.9°C，最熱月平均氣溫22.5C，年平均降水量383.5mm；主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸蔽飨?；土壤最大凍結(jié)深度1.38m。2施工情況及現(xiàn)狀勘察棄渣場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)截水天溝、渣頂水溝、邊坡排水、綠化均已實(shí)施完成。棄渣場(chǎng)東南側(cè)坡腳設(shè)置70m擋土墻，墻高8m，墻前已封閉處理。棄渣施工時(shí)間為2014年8月?2016年1月。棄渣底部標(biāo)高為1154.0?1189.0m，頂部高程為1162.5?1191.5m，底部堆放占面積約105x154m2,棄渣場(chǎng)頂部堆放碾壓較平坦。堆渣臨空面一般堆高為6?38m，放坡坡度一般為22°?26°。棄渣場(chǎng)綠化已完成。植草夏季生長(zhǎng)較好，冬季較稀疏。其它部位未發(fā)現(xiàn)影響邊坡失穩(wěn)的不利因素及狀況。坡面未見(jiàn)明顯的雨水沖刷槽。3工程地質(zhì)剖面根據(jù)堆土的規(guī)模及其空間展布特征，沿最不利方向布置2條工程地質(zhì)剖面線，根據(jù)原有地形、當(dāng)前實(shí)測(cè)地形，繪制工程地質(zhì)剖面圖〔3〕，分別見(jiàn)圖1、圖2、圖3。圖32#DM工程地質(zhì)剖面圖4巖土工程參數(shù)棄渣來(lái)源主要為大尖山一號(hào)隧道進(jìn)口棄渣、大尖山二號(hào)隧道出口清理的廢渣。成份由細(xì)角礫土、粗角礫土、塊石土構(gòu)成，原巖成份為強(qiáng)~弱風(fēng)化麻粒巖，其中粗角礫土、塊石土，占比達(dá)50%以上。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆探、原位測(cè)試，參考《鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)》〔4〕(1999年版)及結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值等，同時(shí)考慮到棄渣的松散性、不均勻性，雨季雨水下滲土體力學(xué)參數(shù)降低等不利因素，提出本工程評(píng)價(jià)所采用的巖土工程參數(shù)，如表1。表1巖土工程參數(shù)推薦值表5穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與分析棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)包括區(qū)域穩(wěn)定性、場(chǎng)地穩(wěn)定性、邊坡穩(wěn)定性及支擋工程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)該棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性，應(yīng)根據(jù)其地形地貌、棄渣形態(tài)特征、巖土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)、匯水面積等各因素綜合確定。該棄渣場(chǎng)位于VD區(qū)，需考慮地震因素。5.1棄渣場(chǎng)區(qū)域穩(wěn)定性評(píng)價(jià)根據(jù)區(qū)域地質(zhì)圖及現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)測(cè)繪，場(chǎng)地范圍無(wú)區(qū)域構(gòu)造斷裂通過(guò)，場(chǎng)地范圍也無(wú)不良地質(zhì)問(wèn)題。5.2場(chǎng)地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)棄渣場(chǎng)范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育，未見(jiàn)影響棄渣場(chǎng)穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造。棄渣場(chǎng)位于馬市口上游沖溝支溝盡頭，距離村莊北約700m，渣場(chǎng)排水通過(guò)自然沖溝流向下游，由于距離較遠(yuǎn)，且棄渣場(chǎng)本身匯水面積??；同時(shí)根據(jù)《鐵路工程地質(zhì)手冊(cè)》，從地貌因素、河溝因素、地質(zhì)因素對(duì)因棄土可能產(chǎn)生的泥石流嚴(yán)重程度進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)無(wú)泥石流危害，對(duì)馬市口村無(wú)影響。5.3棄渣場(chǎng)邊坡及底部穩(wěn)定性分析棄渣場(chǎng)邊坡的穩(wěn)定性受多種因素的影響，可分為內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素主要為填筑料的巖土工程性質(zhì)，即物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，其次還受到地下水、地震作用等因素的影響；外部因素包括工程荷載條件、振動(dòng)、斜坡形態(tài)、臨空條件、氣候條件、周邊環(huán)境和表層植被發(fā)育情況等。綜合現(xiàn)場(chǎng)條件，該棄渣場(chǎng)位于VII度區(qū)，需考慮地震因素。評(píng)價(jià)該棄渣場(chǎng)穩(wěn)定性，應(yīng)根據(jù)其地形地貌、周邊環(huán)境、棄渣形態(tài)特征、巖土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)、匯水面積等各因素綜合確定。5.3.1棄渣場(chǎng)級(jí)別劃分及穩(wěn)定系數(shù)控制棄渣場(chǎng)下游雖為橋梁工程，但土場(chǎng)滑動(dòng)方向與工程平行，并非正對(duì)，不會(huì)造成嚴(yán)重危害。據(jù)《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》該棄渣場(chǎng)級(jí)別定為4級(jí)，安全穩(wěn)定系數(shù)按表3控制。表3棄渣場(chǎng)穩(wěn)定安全系數(shù)表計(jì)算結(jié)果如下：一般工況：滑面上下滑力的總和：Fa=155.737kN/m滑面上抗滑力的總和：Fp=218.162kN/m邊坡穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.401，邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定。暴雨工況：滑面上下滑力的總和：Fa=155.737kN/m滑面上抗滑力的總和：Fp=209.918kN/m邊坡穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.348，邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定。地震工況：滑面上下滑力的總和：Fa=163.764kN/m滑面上抗滑力的總和：Fp=204.828kN/m邊坡穩(wěn)定性系數(shù)Fs=1.251，邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定。5.3.3棄渣場(chǎng)底部整體穩(wěn)定性分析對(duì)2#DM、4#DM土底采用瑞典折線滑動(dòng)法進(jìn)行穩(wěn)定性分析。折線形滑動(dòng)面的邊坡采用傳遞系數(shù)法〔6〕，穩(wěn)定性系數(shù)可按下列公式計(jì)算：Pn=0Pi=Pi-1pi-1+Ti-Ri/Fsipi-1=cos（0i-1-0i）-sin（0i-1-0i）tanpi/FsTi=（Gi+Gbi）sin0i+Qicos0iRi=cili+[（Gi+Gbi）cos0i-Qisin0i-Ui]tanpi式中：Pn—第n條塊單位寬度剩余下滑力（kN/m）;Pi—第i計(jì)算條塊與i+1計(jì)算條塊單位寬度剩余下滑力（kN/m）；當(dāng)PiV0（iVn）時(shí)取Pi=0；Ti—第i計(jì)算條塊單位寬度重力及其他外力引起的下滑力（kN/m）；Ri—第i計(jì)算條塊單位寬度重力及其他外力引起的抗滑力（kN/m）；Pi-1—第i-1計(jì)算條塊對(duì)第i計(jì)算條塊的傳遞系數(shù)。取Pi=0時(shí)計(jì)算得出穩(wěn)定系數(shù)Fs>K（邊坡及土底穩(wěn)定安全系數(shù)），認(rèn)為該邊坡在當(dāng)前工況條件下可以保持長(zhǎng)期穩(wěn)定，否則說(shuō)明邊坡欠穩(wěn)定。圖64#DM計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖5、圖6,三種工況下棄渣沿基底滑動(dòng)安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果均大于1.5,表明渣體不會(huì)沿著原地面滑動(dòng)，整體性穩(wěn)定。5.4棄渣場(chǎng)擋土墻穩(wěn)定〔7〕性分析（1） 據(jù)施工圖本渣場(chǎng)下游設(shè)置擋渣墻，墻高8m，頂寬0.4m，底寬4.0m，墻胸坡坡率1:0.25，背坡直立，擋渣墻埋深不小于1.63m。（2） 該棄渣場(chǎng)擋墻基底為細(xì)角礫土，基底摩擦系數(shù)取0.40，基底承載力300?350kPa。經(jīng)驗(yàn)算得出8m擋渣墻基底抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于1.3，抗傾覆安全系數(shù)均大于1.4,擋渣墻尺寸滿足規(guī)范〔8〕穩(wěn)定安全系數(shù)要求。6結(jié)論（1） 本渣場(chǎng)綠化撒草籽已完成，植草夏季生長(zhǎng)較好，但冬季較稀疏，需加強(qiáng)綠化。（2） 棄渣場(chǎng)排水工程已完成。（3） 目前現(xiàn)狀條件下，未發(fā)現(xiàn)整體失穩(wěn)的現(xiàn)象，經(jīng)驗(yàn)算邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定。（4） 棄渣場(chǎng)土底穩(wěn)定，不會(huì)沿原地面滑動(dòng)。（5） 由于距離較遠(yuǎn)，棄渣場(chǎng)對(duì)附近北方某鐵路、馬市口村無(wú)影響。（6） 棄渣場(chǎng)下游坡腳擋渣墻基底抗滑、抗傾覆安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。參考文獻(xiàn)：水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司.水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2014中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司.鐵路工程不良地質(zhì)勘察規(guī)范[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2012建設(shè)部綜合勘察研究設(shè)計(jì)院.巖土工程勘