線性引調水工程棄渣場穩(wěn)定性評估方法初探

□曹廣月 楊潤澤

生態(tài)文明建設是事關我國永續(xù)發(fā)展的根本大計，近些年隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國的環(huán)境問題愈發(fā)突出，生產(chǎn)建設項目的水土保持工作也變得愈發(fā)重要。線性引調水工程由于引調水線路較長，在施工過程中會產(chǎn)生大量的棄渣，為減輕棄渣對周邊環(huán)境的不良影響，需將棄渣單獨堆放，并做好防護措施。為保證棄渣場的安全，需要對棄渣場的穩(wěn)定性進行評估。

1.研究區(qū)概況

引黃入冀補淀工程輸水線路自河南省濮陽市渠村引黃閘引水，入南湖干渠后穿金堤河，沿第三濮清南干渠經(jīng)順河閘、范石村閘，走第三濮清南西支至陽邵節(jié)制閘，向西北自清豐縣南留固村穿衛(wèi)河入東風渠支漳河、老漳河等最終入白洋淀；途經(jīng)河南、河北兩省6市22個縣（市、區(qū)）。工程主輸水線路總長482km（河南省境內(nèi)84km，河北省境內(nèi)398km），滏陽河支線長27km。工程以明渠為主，由于工程建設過程中會產(chǎn)生大量棄土棄渣，因此保障棄渣場的安全穩(wěn)定將作為此工程的一個重要部分。

目前，引黃入冀補淀工程已基本完工，工程即將進入水土保持設施專項驗收階段。根據(jù)水利部2016年3月印發(fā)的《水利部水土保持設施驗收技術評估要點》（水保監(jiān)便字〔2015〕20號），對堆渣量超過50萬m3或最大堆渣高度超過20m的棄渣場，在驗收前應進行穩(wěn)定性評估工作，并提供棄渣場穩(wěn)定性評估報告。根據(jù)要求，引黃入冀補淀工程棄渣場穩(wěn)定性評估項目共評估沿線20個棄渣場，棄渣場棄方量45萬m3～156萬m3，最大堆高3～16m，涉及臨河型、平地型（含填坑型）和坡地型3種類型，渣場等級為3～4級。

2.棄渣場邊坡穩(wěn)定計算方法

首先在現(xiàn)場調查和初步計算的基礎上，對棄渣場穩(wěn)定性進行初步分析和判斷，并對棄渣場開展地質勘察工作，根據(jù)棄渣來源、渣體組成成分、地基及渣體巖（土）物理力學參數(shù)，采用不計條塊間作用力的瑞典圓弧法進行計算。

2.1 計算方法

棄渣場抗滑穩(wěn)定計算采用不計條塊間作用力的瑞典圓弧滑動法，計算公式如下：

式中：

b—條塊寬度，m；

W—條塊重力，kN；

Q、V—水平和垂直地震慣性力，（向上為負，向下為正）；

u—作用于土條底面的孔隙壓力，kPa；

a—條塊的重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角，（°）；

c'、φ'—土條底面的有效應力抗剪強度指標；

Mc—水平地震慣性力對圓心的力矩；

R—圓弧半徑；

K—圓弧滑動穩(wěn)定的安全系數(shù)（工況不同，取值不同）。

2.2 計算工況

棄渣場穩(wěn)定性評估分為3種工況：

正常工況：棄渣場在正常和持久條件下運用，渣體內(nèi)無滲流或穩(wěn)定滲流；

非常工況1：棄渣場在正常工況下遭遇Ⅶ度以上（含Ⅶ度）地震；

非常工況2：多雨地區(qū)，計算連續(xù)降雨期邊坡的抗滑穩(wěn)定。

2.3 執(zhí)行標準

棄渣場的抗滑穩(wěn)定安全標準執(zhí)行《水土保持工程設計規(guī)范》（GB51018-2014）的相應規(guī)定，采用瑞典圓弧法計算時，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不應小于表1中數(shù)值。

2.4 參數(shù)選擇

評估范圍內(nèi)棄渣場穩(wěn)定性參數(shù)（主要包括土容重γs、粘聚力系數(shù)cc、內(nèi)摩擦角φc、滲透系數(shù)k等）均采用實測地質實驗指標。

2.5 穩(wěn)定性計算

采用河海大學軟件Autobank7.7對棄渣場進行邊坡穩(wěn)定驗算，給出評估范圍內(nèi)各棄渣場邊坡穩(wěn)定分析及評估結果。

3.棄渣場防護措施評價方法

棄渣場防護措施類型包括攔渣工程、防洪排導工程、斜坡防護工程、土地整治工程和植被恢復與建設工程等。

3.1 攔渣工程

棄渣場實施的攔渣工程主要為擋渣墻。采用現(xiàn)場調查方法評估攔渣工程的外觀質量、實地測量其幾何尺寸，根據(jù)現(xiàn)場調查情況，對攔渣工程進行評價。

3.2 防洪排導工程

棄渣場實施的防洪排導工程主要為截、排水溝。采用現(xiàn)場調查方法核查防洪排導工程的外觀質量、實地測量其幾何尺寸，評價其是否滿足設計要求，并對需要承擔截、排棄渣場區(qū)域外降雨徑流任務的坡地型棄渣場，周邊匯水面積較大、可能危及棄渣場穩(wěn)定的防洪排導措施，復核其設計標準、流量、斷面及結構穩(wěn)定性。

3.3 其他防護工程

對斜坡防護工程、土地整治工程、植被恢復與建設工程等防護措施，采用現(xiàn)場調查方法核查其外觀質量，核查植物措施生長狀況，檢查水土流失防治效果，評價是否滿足設計要求。根據(jù)現(xiàn)場調查情況，結合地質勘察成果，綜合評價防護措施對棄渣場穩(wěn)定性的影響。

表2 棄渣場與保護對象之間的安全防護距離

表3 引黃入冀補淀工程棄渣場穩(wěn)定性分析成果表

4.棄渣場敏感因素評價方法

在安全評估過程中，針對不同的棄渣場，需要認真研究周邊敏感對象的規(guī)模和重要性、棄渣場與敏感對象的相互位置關系等，才能相對合理地評價安全影響的大小。根據(jù)《水利水電工程水土保持技術規(guī)范》（SL 575-2012），棄渣場與重要基礎設施之間應留有安全防護距離。敏感因素評價中，棄渣場與保護對象之間的安全防護距離取值見表2。

根據(jù)現(xiàn)場調查、實地測量等方法確定各棄渣場周邊的敏感因素，依據(jù)棄渣場與敏感因素之間的距離，并對照表2中安全防護距離評價棄渣場對敏感因素的安全影響。

5.綜合評估結論

根據(jù)棄渣場的場地及邊坡穩(wěn)定性、防護措施、敏感因素3個因素將棄渣場的穩(wěn)定評估綜合評價結論劃分為3類，穩(wěn)定、基本穩(wěn)定和不穩(wěn)定。

棄渣場穩(wěn)定結論，應符合棄渣場場地及邊坡穩(wěn)定，堆渣邊坡和棄渣場整體的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)達到本規(guī)范規(guī)定的要求，渣場防護措施完備且狀況良好，功能正常發(fā)揮；棄渣場安全對周邊敏感對象無影響。

棄渣場基本穩(wěn)定結論，應同時滿足棄渣場的堆置和棄渣場防洪排導工程基本按設計要求實施，棄渣場場地穩(wěn)定，邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)達到規(guī)范規(guī)定的要求；棄渣場防護措施有損毀或部分功能喪失，但總體功能存在，棄渣場運行管理基本正常，棄渣場安全對周邊敏感對象無影響。

棄渣場不穩(wěn)定結論，主要是棄渣場堆渣邊坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)未達到規(guī)范規(guī)定的要求，臨河型棄渣場臨河邊坡超出設計范圍，引起洪水和符合標準超出設計要求，防洪排導工程未按設計要求實施等；評價為不穩(wěn)定，建設單位需聯(lián)系各方，對棄渣場進行整改。

引黃入冀補淀工程棄渣場評估結果見表3。

6.穩(wěn)定性評估方法總結與建議

棄渣場穩(wěn)定評估應采用綜合評價方法，根據(jù)棄渣場穩(wěn)定計算、防護措施評價和敏感因素評價成果，結合現(xiàn)場調查情況，對棄渣場進行綜合評價。

引黃入冀補淀工程棄渣場穩(wěn)定性評估通過對棄渣場場地及邊坡穩(wěn)定計算分析、防護措施對棄渣場穩(wěn)定的影響、渣場周邊敏感因素對棄渣場穩(wěn)定的影響等3個方面進行綜合評價得到棄渣場穩(wěn)定評價結論，技術路線是可行的。

建議在今后的穩(wěn)定評估工作中增加棄渣場防護措施實施與設計的符合性分析及運行管理狀況對棄渣場穩(wěn)定的影響評價等兩個指標，以期更加全面、客觀地分析棄渣場穩(wěn)定情況。