引江濟淮工程（安徽段）大型棄渣場邊坡穩定分析

馬書國 方增強 桑健生

（安徽省水利水電勘測設計院 合肥 230088）

1 概述

引江濟淮工程地跨皖豫兩省，其中安徽段工程由引江濟巢、江淮溝通、江水北送（安徽段）三段組成，輸水線路長587.4km。輸水規模為引江300m3/s，江淮分水嶺290m3/s，入瓦埠湖280m3/s，出瓦埠湖280m3/s，西淝河線85m3/s。

為對江淮溝通段膨脹土進行處理方案試驗研究，以推薦提出最優的設計方案和施工技術方案，2015年12月先行開工建設引江濟淮試驗段工程。試驗工程位于合肥市蜀山區小廟鎮，南側緊鄰G312，樁號40+700～42+200，長1.5km，一期工程開挖底寬20m小斷面，左岸河道8個護砌試驗區，右岸4個裸坡試驗區，將1.5km河道分為三個試驗分區進行科研試驗；二期工程擴挖至底寬60m的斷面，上口寬220～260m，挖深22～24m左右，河道開挖長度 1.5km，按引江濟淮工程初步設計批復的標準進行護砌。工程設棄渣場1處（試驗段棄渣場），設計棄渣量545萬m3（松方）。

2 工程地質條件

引江濟淮工程區位于中朝準地臺、揚子準地臺及秦嶺地槽褶皺系交接部位，主要為Ⅱ類場地。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2015）和《引江濟淮工程場地地震安全性評價報告》，工程區Ⅱ類場地條件下，各渣場地震動峰值加速度（50年超越概率10%）為0.05～0.10之間。其中：

引江濟巢段渣場地基土以①或⑤層重粉質壤土為主，地基土強度高，滲透性弱，一般不易產生垮塌、大面積沉降等問題，工程地質條件較好。部分渣場涉及填塘，地基土主要為淤泥質土，壓縮變形大，棄渣堆載時，會產生一定的沉降變形，局部沉降量可能偏大，宜放緩邊坡，必要時應采取一定的抗滑加固措施。

江淮溝通段前半段各棄渣場廣泛分布①層中、重粉質壤土，工程地質條件總體一般，渠道邊坡穩定計算時需考慮棄渣堆載影響。局部存在淤泥質軟土下臥層，工程地質條件均較差，棄渣堆載后可能使渠道邊坡揭露的軟土層擠出引起邊坡失穩，渣場需要進行穩定驗算并采取相應措施。后半段各渣場地層以①或⑤層中、重粉質壤土為主，地基土強度高，滲透性弱，一般不易產生垮塌、大面積沉降等問題，工程地質條件較好。

江水北送段渣場地形平坦，地基土強度中等，弱—微透水性。渠道開挖的淤泥質軟土渣料，強度低，建議采取攔渣措施。

3 渣場穩定計算參數

根據勘探孔揭露及地質測繪成果，試驗段棄渣場揭露的土層共2層，各土層分布情況自上而下依次為：

人工填土（Qml4）：為試驗段工程棄土，成分主要為灰黃、褐黃、灰色，可塑～硬塑的重粉質壤土；其中QZ8孔的4.05～4.50m段為砂壤土及粉砂夾碎石；QZ9孔3.0m上下為淤泥質土，4.05～10.5m段為全～強風化，暗紅色、紫紅色、棕紅色細砂巖、粉砂巖；QZ10孔多數孔段均為全～強風化細砂巖、粉砂巖。填筑質量一般，局部較差。壓縮性和填筑質量有關，填筑厚度5.80～11.55m，層底高程（原地面高程）為31.50～32.70m。

⑤層重粉質壤土、粉質粘土（Qal3）：含鐵錳質結核，棕黃、灰黃色，硬塑，屬中等偏低壓縮性土。該層本次未揭穿，可見最大層厚6.04m。

根據勘探資料和室內試驗成果資料，依照GB50487附錄E的相關規定對本工程區各土層進行指標統計：土的物理性質指標以算術平均值為標準值，滲透系數根據對工程的最不利原則確定標準值，抗剪強度指標采用直剪試驗峰值強度的小值平均值作為標準值。綜合野外勘察和原位測試結果及室內土工試驗成果，并結合地區經驗提出各巖土層參數建議值。

4 渣場抗滑穩定分析

4.1 渣場概況

引江濟淮工程（安徽段）廢棄土石方2.5億m3（不包括疏浚沖填方），全線共布置84個棄渣場，其中引江濟巢段28個、江淮溝通段32個、江水北送（安徽段）24個。根據SL575，引江濟巢段菜子湖線9#和江淮溝通段2#、3#棄渣場的堆渣量均超過2000萬m3，渣場級別參考1級；江淮溝通段1#和引江濟巢段菜子湖線10#棄渣場堆渣量在1500～2000萬m3之間，其級別均 1 級；菜子湖線 5#、6#、13#、15#、試驗段棄渣場、江淮溝通段9#、13#等7個棄渣場級別為2級，其余3級棄渣場39個，4級棄渣場15個，5級棄渣場18個。

本文以江淮溝通段JHGT-QT-1#渣場為例。該渣場屬溝道型棄渣場，位于合肥市肥西縣紫蓬鎮境內，距新開江淮運河河渠直線距離最近處約7km，分兩個堆渣區，占地面積分別為196.31hm2和43.13hm2，分別堆置金寨南路橋至鐵路橋（J003單元）以及鐵路橋（J004單元）兩個施工標段的棄渣1690.63萬m3。該棄渣場地質條件良好，一般不會產生大面積滑塌、沉降不均等工程地質問題。渣場占地以耕地為主，設計對占用的耕園地進行表土剝離，棄渣結束后回覆渣場頂面復墾。

表1 JHGT-QT-1#棄渣場各土層物理力學指標取值表

表2 JHGT-QT-1#棄渣場抗滑穩定計算結果表

4.2 穩定計算

為便于穩定計算結果對比，本文分別以試驗段地勘專業推薦值和渣場本身地勘所獲得的地基人工填土層物理指標對JHGT-QT-1#渣場進行渣體穩定分析。算例中假定堆渣體臺階高度、馬道寬度和堆渣坡比等堆置要素完全相同。

按照設計規范要求，抗滑穩定計算采用瑞典圓弧法。非正常工況包括地震和連續降雨兩種，其中連續降雨工況參考有關資料雨水入滲深度按3m考慮。工程區位于Ⅶ度地震帶，地震動峰值加速度為0.10g。渣場物理力學指標見表1。計算結果見表2，計算簡圖見圖1～圖2。

表3 JHGT-QT-1#棄渣場各土層指標取值表

表4 JHGT-QT-1#棄渣場抗滑穩定計算成果表

圖1 JHGT-QT-1#棄渣場穩定計算簡圖（試驗段地勘指標計算）

圖2 JHGT-QT-1#棄渣場穩定計算簡圖（人工填土指標計算）

圖3 江淮溝通段JHGT-QT-1#棄渣場穩定計算簡圖

計算結果表明，在堆渣體邊坡、馬道寬度等堆置要素相同的情況下，采用渣場本身地層勘探之人工填土層指標進行抗滑穩定計算時，各工況抗滑穩定系數均可達到規范要求，堆渣體是穩定的；而當采用試驗段渣場堆渣體實際地勘指標計算，各工況抗滑穩定系數均達不到規范要求，堆渣體呈不穩定狀態，亦即在這種情況下，擬定的各堆置要素是不合理的。因此，在進行渣場穩定計算分析時，合理確定渣場各項物理力學指標對于穩定計算結果非常重要，涉及渣場的穩定與安全，應慎重對待和高度重視。

4.3 堆置要素復核

規范規定，應根據地形地質條件、棄渣巖體組成及物理力學參數等，在渣場穩定分析的基礎上，綜合確定渣場各堆置要素。JHGT-QT-1#棄渣場各地層指標取值（試驗段渣場獲得數據）見表3所示。計算結果見表4，計算簡圖見圖3。

由表4可以看出，當采用試驗段渣場指標進行穩定計算時，JHGT-QT-1#渣場的堆渣邊坡至少應達到1∶3～1∶5，馬道寬度應達到20～30m，其正常工況和非正常工況的穩定系數才能滿足規范要求，渣場堆渣體是穩定的。

對引江濟淮工程（安徽段）84處渣場的穩定復核結果表明，當堆渣體臨空面9m以下的渣場采用試驗段指標或渣場本身地勘人工填土層指標計算時，穩定安全系數均能滿足規范要求；堆渣體臨空面9m以上的渣場，需放緩邊坡和加寬馬道寬度才能滿足穩定要求。

5 結語

JHGT-QT-1#棄渣場場地地質條件較好，最大堆渣高度17.4m，堆渣體坡比為1∶3～1∶5，此坡角緩于堆渣體的自然休止角（36°～40°），一般不會發生通過渣體的剪切破壞而導致堆渣體整體失穩，但不同的地質參數對渣場的抗滑穩定計算結果以及堆置要素的確定影響很大。限于設計階段深度和試驗資料缺乏等，實際工作中，往往采用渣場本身地基各物理力學指標來進行渣場的抗滑穩定計算，計算結果是穩定的，但實際上可能存在不穩定安全隱患。因此，《水利部關于加強事中事后監管規范生產建設項目水土保持設施自主驗收的通知》中提出，原則上4級（堆渣量50萬～100萬m3，堆渣最大高度20～60m）以上渣場應開展必要的穩定性評估工作是十分必要的■