某棄渣場(chǎng)擋渣墻及邊坡安全穩(wěn)定計(jì)算

董 俐

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴陽(yáng) 550002)

0 前 言

棄渣場(chǎng)是項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生水土流失的重要區(qū)域，特別是在暴雨等特殊天氣條件下，容易產(chǎn)生滑坡、垮塌現(xiàn)象，毀壞下游農(nóng)田、道路，造成嚴(yán)重不利影響。根據(jù)渣體的性質(zhì)和棄渣場(chǎng)所在位置的地質(zhì)條件，制定合理的堆渣方案及有效攔擋是保證棄渣場(chǎng)安全穩(wěn)定的關(guān)鍵，文章依照相關(guān)技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)羅甸縣某水庫(kù)樞紐區(qū)棄渣場(chǎng)在不同工況下的抗滑、抗傾覆及邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算，確保擋渣墻及堆渣體安全穩(wěn)定，正常發(fā)揮水土保持效益，減少水土流失。

1 工程概況

1.1 棄渣場(chǎng)基本情況

棄渣場(chǎng)位于寬緩沖溝內(nèi)，屬?zèng)_溝型棄渣場(chǎng)，距離水庫(kù)壩址2km，有通村公路直達(dá)，交通便利。工程棄渣量19.60萬(wàn)m3(松方)，設(shè)計(jì)庫(kù)容19.76萬(wàn)m3，能夠滿(mǎn)足工程棄渣堆放要求，渣場(chǎng)下游有通村公路，距離擋渣墻29m，根據(jù)《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》(SL575-2012)，需考慮1.5倍堆渣高度的安全防護(hù)距離。渣場(chǎng)堆渣高度19m，安全防護(hù)距離為28.5m，滿(mǎn)足規(guī)范要求，此外，渣場(chǎng)下游無(wú)居民點(diǎn)及其他重要基礎(chǔ)設(shè)施等敏感點(diǎn)。棄渣場(chǎng)級(jí)別確定為5級(jí)，擋渣墻工程建筑物級(jí)別為4級(jí)(提級(jí))、截排水工程排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用防洪標(biāo)準(zhǔn)取10a一遇設(shè)計(jì)。

渣場(chǎng)占地面積2.85hm2，集雨面積為0.27km2，在下游埡口采用M7.5漿砌石重力式擋渣墻進(jìn)行攔擋，墻頂以上按1∶2放坡堆渣，間隔10m設(shè)一級(jí)2m寬?cǎi)R道，堆渣總高度19m。

1.2 地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

棄渣場(chǎng)所在沖溝近SN向呈“Y”型展布，長(zhǎng)約200m，寬50-110m，最大深度20m，底部地形平緩，溝底及岸坡多為第四系殘坡積層(Qeld)黏土夾碎石，厚2-7m，下伏基巖為二疊系上統(tǒng)(P2w+c+d)灰綠色層狀火山碎屑巖、硅質(zhì)巖、硅質(zhì)頁(yè)巖及燧石灰?guī)r，推測(cè)強(qiáng)風(fēng)化層厚5-6m，沖溝兩側(cè)邊坡地形坡度30°-40°，自然邊坡穩(wěn)定；場(chǎng)地內(nèi)無(wú)活動(dòng)性斷裂通過(guò)，也無(wú)滑坡、泥石流等不良地質(zhì)體分布，場(chǎng)址穩(wěn)定，適宜棄渣堆放。據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2015)，該區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期值為0.35s，地震基本烈度為Ⅶ度，須按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行抗震設(shè)防。

2 計(jì)算過(guò)程

2.1 計(jì)算荷載

根據(jù)《水土保持工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB51018-2014)，對(duì)擋渣墻及渣場(chǎng)整體穩(wěn)定計(jì)算分為正常工程、非常工況，因渣場(chǎng)所在區(qū)域地震基本烈度為Ⅶ度，故非常工況考慮長(zhǎng)期降雨和地震兩種情況，具體荷載組合詳見(jiàn)表2。

圖1 擋渣墻典型斷面圖

圖2 棄渣場(chǎng)剖面圖

表2 荷載組合表

2.2 計(jì)算參數(shù)

計(jì)算參數(shù)主要包括擋渣墻尺寸及渣體物理參數(shù)，詳見(jiàn)表3。

表3 擋渣墻尺寸及物理參數(shù)

2.3 計(jì)算內(nèi)容

1)抗滑穩(wěn)定計(jì)算：

(1)

式中：∑Fx為墻基底面平行力；∑Fy為墻基底面垂直力；μ為基底摩擦系數(shù)。

2)抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算：

(2)

式中：My為抗傾覆力矩；Mx為傾覆力矩。

3)邊坡穩(wěn)定分析：

采用瑞典圓弧法進(jìn)行分析，計(jì)算公式如下：

(3)

式中：K為穩(wěn)定系數(shù)；MR為抗滑力矩；MT為滑動(dòng)力矩；R為滑動(dòng)圓弧半徑；φ為土體內(nèi)摩擦角；Qi為第i條土條的自重；αi為第i條土條的滑動(dòng)角；c為土體黏聚力；l為滑動(dòng)總弧長(zhǎng)。

瑞典圓弧法條分土條的寬度為1m，試算圓心使用的步長(zhǎng)為0.5m，試算半徑使用的步長(zhǎng)為1.0m。計(jì)算時(shí)分部考慮積水和地震影響，不考慮邊坡外側(cè)護(hù)坡的有利影響。

2.4 計(jì)算結(jié)果

各工況計(jì)算結(jié)果如表4，經(jīng)計(jì)算，各工況安全穩(wěn)定系數(shù)均滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4 各工況計(jì)算結(jié)果

3 結(jié) 語(yǔ)

棄渣場(chǎng)安全穩(wěn)定主要考慮兩個(gè)方面，一是擋渣墻穩(wěn)定，二是堆渣體邊坡的整體穩(wěn)定性，需計(jì)算正常工況和暴雨工況，地震烈度大于等于Ⅶ度時(shí)，還需對(duì)地震情況下的渣場(chǎng)的安全穩(wěn)定進(jìn)行分析，并考慮抗震設(shè)計(jì)。穩(wěn)定計(jì)算的結(jié)果和擋渣墻斷面尺寸、堆渣方案及渣體物理參數(shù)息息相關(guān)，因此，合理選用技術(shù)參數(shù)和堆渣方案顯得尤為重要，要做到有效攔擋，減少或避免水土流失，也要做到經(jīng)濟(jì)安全，有利于施工。