水土保持方案中大型棄渣場地質勘察與評價探討

劉素君，王玉濤，鐘 笑，孫 鵬

(遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110006)

1 工作背景

2015年12月20日，深圳市光明新區紅坳渣場發生大型滑坡事故，造成73人死亡、4人失蹤、17人受傷，直接經濟損失達8.81億元，被國務院認定為特別重大安全生產責任事故。紅坳渣場場址原為采石場凹坑，實際堆渣量達583萬m3，大部分為棄土，分9級堆置，堆渣體高差達103m，棄渣滑坡事故主要是超設計棄渣、堆渣超高、排水系統缺失、設計缺陷等造成的，事故發生后，大型棄渣場選址、防護及穩定分析工作引起了國家相關部門的高度重視，摸清大型棄渣場場址處地質情況是保證棄渣場防護工程及整體穩定的基礎工作。

2020年5月，水利部水利水電規劃設計總院印發《關于加強水利水電工程水土保持方案編制與技術審查工作的通知》，明確水土保持方案技術審查不予通過的幾種情形，其中“棄渣場未開展地質與勘察工作，4級及以上棄渣場未提供地質勘察報告或報告內容存在嚴重技術問題的”是不予通過審查情形之一，可見棄渣場工程地質評價工作在棄渣場防護設計和安全穩定評估中的重要性。

GB/T51297—2018《水土保持工程調查與勘測標準》明確規定：可行性研究階段對四級以上棄渣場及防護工程應進行地質勘察，規定了地質勘察應包括的工作內容。標準實施后，地質評價工作內容和工作深度一直是建設項目水土保持方案中的重點和難點之一。現以八里營子棄渣場為例，闡明棄渣場地質勘察工作深度及工作內容。

2 棄渣場概況

八里營子棄渣場位于遼寧省朝陽市雙塔區他拉皋鎮里八里營子村西940m的一溝谷內，棄渣場占地面積8.36hm2，占地類型為林地和草地。棄渣場有鄉級公路相連，交通便利。

該棄渣場堆渣量37.83萬m3，設計堆渣高度22m，為4級渣場，棄渣主要為隧洞TBM掘進開挖洞渣，水保設計在渣場堆渣體下游修建漿砌石重力式擋土墻，擋墻長224m，設計堆渣邊坡1∶2.5，擋墻高4.5m，基礎埋入地下1.5m。棄渣場地理位置如圖1所示。

圖1 八里營子棄渣場地理位置圖

3 地質勘察內容

3.1 初步查明棄渣場場址工程地質條件、主要問題

查明棄渣場以及棄渣場外圍匯水區域地形地貌特征，評價棄渣場堆渣后存在泥石流等次生災害的可能性，并應提出渣場排水與防沖刷的工程措施建議方案。查明堆渣區滑坡、泥石流等不良地質現象，范圍應包括影響渣場穩定的區域。

3.2 對場地穩定性和適應性分析與評價

評價場地穩定性、適宜性及堆渣后的整體穩定性，進行穩定性與適宜性分區，并提出優先堆載分區的建議；評價攔渣工程地基抗滑穩定、不均勻沉降、滲透變形等間題，并應提出處理建議。

3.3 查明地下水類型、水位和出露情況

查明防洪排導工程沿線工程地質條件，提出主要巖土體的物理力學參數，評價防洪排導工程沿線建(構)筑物地基、排水洞圍巖及進出口邊坡的穩定性，并應提出處理建議。

3.4 提供渣場處巖土的抗剪強度參數指標

根據堆渣來源及組成情況，類比提出堆渣體物理力學參數建議值；并提出堆渣高度以及坡比的建議。

3.5 需要提供相關地質圖件

包括區域構造及地震震中分布圖，棄渣場工程地質圖，棄渣場攔渣工程、防洪導排工程區地質圖，建筑物軸線工程地質圖等。

4 地質勘察方法

地質勘察采用測繪和鉆探相結合，工作在收集區域地質資料基礎上，對場區進行了1:2000地質測繪。根據現場地形，在堆渣場內布置勘1條探線，4個鉆孔，孔距150m左右；沿漿砌石擋墻中心線布置鉆孔10個，孔距100m左右，鉆孔孔深按進入擋墻基礎下5m或進入基巖2m控制。

5 棄渣場區地質條件

5.1 基本地質條件

本渣場區地形地貌為剝蝕隆褶低山和沖溝。低山山頂呈尖圓頂狀，山坡為凹坡，巖石裸露；堆渣區布置在沖溝內，沖溝呈南北向，為向源侵蝕，沖溝深3～5m，寬20～50m，溝底高程為250～255m，工程區附近山坡坡角為22°～25°，溝底覆蓋層較厚，植被發育。

根據地質測繪，本棄渣場覆蓋層為碎石夾粉質黏土，黃褐色，以碎石為主，溝壁和溝底出露，一般厚度在1.0～2.0m；基巖為白堊系大凌河組安山巖，灰色，局部溝壁出露以強風化為主。工程區未見有較大規模斷層構造通過。渣場區現狀無滑坡、泥石流、崩塌等不良地質現象。

5.2 地層巖性

根據勘察鉆孔揭露及工程地質測繪，本棄渣場出露巖性自上而下分別為：

(1)第四系全新統洪坡積(Q4pld)

第①層：碎石土，雜色，主要為碎石、風化砂、黏(粉)粒，粒徑一般2～30mm，最大為60mm，細粒土含量一般小于10%。干～潮濕，松散～稍密。該層分布連續，鉆孔揭露層底高程248.3～267.5m，鉆孔揭露層厚1.0～2.0m。

(2)中生界白堊系下統大凌河組(K1d)

第②層：強風化安山巖，紫灰色，巖芯呈碎塊狀、短柱狀，鉆孔最大揭露厚度4.0m。

八里營子渣場綜合地質各地層空間展布情況如圖2所示，工程地質剖面如圖3—4所示。

圖2 八里營子渣場綜合地質圖(比例尺1∶2000)

圖3 八里營子渣場工程地質縱向剖面圖

5.3 地質構造

(1)根據地質測繪，工程區未見有較大規模斷層構造通過。本次勘察鉆孔內未見明顯斷層。

(2)節理裂隙：工程區弱-微風化巖體，節理不發育-較發育。從測繪及鉆孔揭露情況可知：強風化安山巖節理較發育-發育，多微張-張開，平直-起伏粗糙狀，巖屑填充或泥質充填。

圖4 八里營子渣場工程地質橫向剖面圖

5.4 水文地質條件

本次勘察鉆孔BK4揭露地下水，水位高程245.8m，工程區地下水主要受沖溝上游及大氣降水補給，并向沖溝下游排泄。渣場所處沖溝上游匯流面積較大，在雨季可形成大規模匯流，建議對堆渣體外圍及堆渣體進行防水、排水設計。

本次勘察共取碎石土試樣3組進行室內試驗，試驗數據見表1。

表1 顆粒分析試驗成果統計表

5.5 地基巖土體承載力及力學參數

根據現狀邊坡的地質測繪及類比相似工程的經驗等，綜合確定邊坡穩定性計算所采用的各巖土層的物理力學參數，各巖土層物理力學參數見表2。

表2 各巖土層物理力學參數

6 工程地質條件評價結論及指導作用

6.1 場地適宜性及穩定性評價

堆渣區所處沖溝溝底坡度約5°～10°，較平緩，地貌簡單，場地穩定。場地巖土種類單一，覆蓋層薄，且無軟土層，基本不存在穩定性差的順向坡。場地地表排水條件好，經現場地質測繪及調查，場區及周邊未發現有泥石流、滑坡及巖溶等不良地質作用或地質害分布，適宜堆渣。

6.2 場地擬堆渣穩定性評價

本工程堆渣后可形成土質堆渣邊坡，堆放的砂礫石、安山巖和礫巖混合料形成的碎石、塊石多呈松散狀，其抗沖性和穩定性較差，并且堆渣高，建議分級堆放并采取合適的放坡坡比(一般采用坡比小于1∶2)，以提高堆渣體的整體穩定性。本工程堆渣后建議對堆渣體和周邊布設截、排水溝，將匯水排入下游溝道或河道內。

6.3 擋墻地基穩定性評價

擬建擋土墻地基土層主要為松散-稍密狀碎石土，清除表層耕植土后，該層承載力建議值為120kPa，其下為強風化安山巖，地基承載力均滿足修建漿砌石擋渣墻要求。工程區標準凍深1.4m深度范圍內部分碎石土為凍脹土，建議擋渣墻基礎置于凍脹土以下。

6.4 指導作用

根據地質條件評價結論，水土保持進行棄渣場選址合理性論證，并開展棄渣場防護措施設計。

(1)渣場選址合理性

根據上述地質條件評價結論，本棄渣場場區及周邊未發現有泥石流、滑坡及巖溶等不良地質作用或地質災害分布，整體場地適宜堆渣，棄渣場選址是合理的。·

(2)截排水溝設計

本次勘察鉆孔BK4揭露地下水水位高程245.8m，建議對堆渣體外圍及堆渣體進行防水、排水設計。水土保持在渣場上游設計截排水溝1580m，以排泄上游20年一遇設計洪水，在渣場內部布設排水溝，疏導渣場內部匯水。

(3)攔渣工程設計

擬建擋土墻地基土層主要為松散～稍密狀碎石土，工程區標準凍深1.4m深度范圍內部分碎石土為凍脹土，建議擋渣墻基礎置于凍脹土以下。水土保持在渣場下游側設計修建漿砌石擋墻長224m，擋墻基礎埋深1.5m。

(4)棄渣場穩定和擋渣墻穩定計算分析

根據地基巖土體承載力及力學參數，水土保持進行了棄渣場穩定分析和擋渣墻穩定計算，計算出的穩定系數均滿足規范規定的最小安全系數允許值，均滿足穩定要求。

7 結語

大型棄渣場工程地質勘察評價內容應包括區域地質構造及地震穩定性評價，場區穩定性及適宜性評價，不良工程地質問題評價及處理方案，未來棄渣材料物理力學指標及堆填建議等。

本文以遼寧境內某大型輸水工程的八里營子棄渣場為例，通過合理布置地質勘探線、鉆探點和鉆探深度，揭露棄渣場處的地質巖性，查明了場址工程地質條件、主要工程地質問題和地下水情況，提供渣場處巖土的抗剪強度參數指標等，對場地穩定性和適應性給出分析評價結論，為此類棄渣場地質分析評價和水土保持工程防護設計提供借鑒經驗。