某山区公路弃土场稳定性分析
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某山区公路弃土场稳定性分析
摘要:随着山区公路建设步伐的加快,由于其地形地势及地质条件的特点,不
可避免地产生大量弃方,故弃土场的选址及设计成为一个项目的重点及难点。
弃
土场设计的不合理,会造成工程隐患及事故,轻则水土流失、堵塞河道,重则冲
毁农田房屋,造成生命财产的巨大损失。
本文依托国道G108、G248、G348西昌
市过境公路PPP项目,以边坡稳定性分析理论为基础,采用数值模拟分析方法,
对沿线某个典型弃土场进行稳定性分析,研究提出了山区弃土场的设计原则及工
程措施,并从工程安全及环保角度提出相关建议。
关键词:弃土场;稳定性分析;数值模拟;设计原则;工程措施
前言
随着公路建设的快速发展,山区公路建设成为西南部公路建设的主要趋势,
由于其地形地势及地质条件的特点,不可避免地产生大量弃方,弃土场的选址及
设计成为项目的重点及难点。
结合国家绿色交通理念,科学合理地进行弃土场选址,做好弃土场防护、排水、环保绿化及复垦等工作,在公路建设工程中对环境
保护及水土保持有着重要意义。
因此,弃土场的稳定性分析尤为重要。
本文依托
工程实例,采用数值模拟的分析方法,对典型弃土场进行稳定性验算分析,提出
相关设计原则及工程措施,供类似项目参考。
1.弃土场选址原则
路基施工中清除的耕植土、高(低)液限粘土(粉土)、堰塘及河沟挖淤部
分除可用作公路用地边界设置土埂植树绿化、拱形护坡填隙植草外,均集中弃置
于附近弃土场内。
弃土场一般集中弃置在荒芜地坳沟中,并根据需要设置完善的
排水、防护措施,以确保水土不流失,同时为防止水土流失和恢复原环境自然植
被面,还需进行“还林”和“还耕”绿化设计。
1.1 基本选址原则
弃土场的位置应尽量选择在行车视线范围以外的荒地或小山包(凹地),应
综合考虑以下因素:(1)避免选择在雨水汇流量大,冲刷严重,有潜在次生地
质灾害的地方;(2)应避免布置于斜坡体上,尽量不占或少占耕地,选择在荒
山或荒地;(3)选择在锁口位置小,有利于布置拦渣工程的地形位置;(4)尽
量控制在经济运距内,选择在桥隧构造物的下游。
1.2 环境保护原则
结合国家相关规范,落实“安全、环保、舒适、和谐”的建设理念,按照“预防为主、保护优先、防治结合、综合治理”的原则,牢固树立“不破坏就是最大保护”的思想,坚持最大限度地保护、最小程度地影响、最强力度地恢复,实现公路建
设与环保水保并重,公路项目与自然环境和谐。
弃土场应采取有利环境保护、水
土保持及防止水土流失的措施,保证弃土场的整体稳定;弃土场应注意节约用地,应尽量整平复耕还林,归还地方使用,与周边环境相协调;弃土应综合利用,不
得在江河、湖泊,建成水库及河道管理范围设置弃土场。
2.工程实例
2.1 工程概况
国道G108、G248、G348西昌市过境公路一期工程(北环路),全长15.016
公里,采用双向六车道一级公路标准建设,设计速度60km/h,全线设置简易互通
2处,管养区1处,加油站1处。
建设区内为昔格达组地层,强度极低,基本无
法用作路基填料,致使弃方量较大,达328.645万m3,且西昌市为旅游城市,如何合理的选择取弃土场位置,不致产生水土流失和泥石流且不影响市容市貌及生
态环境,是本项目特难点之一。
根据总体选址原则,该项目设置弃土场5处。
2.2 典型弃土场设计方案
1#弃土场位于K0+800右侧1.5km处,容量约为15万方,平均堆高约8m。
1#弃土场位于自然冲沟中,冲沟较深,沟内无水,两侧较陡,沟底上覆冲洪积含
碎石粉质粘土,下伏基岩主要为昔格达组的砂岩、泥岩、页岩。
沟内以荒杂草为主,锁口条件较窄,沟谷两岸边坡相对稳定,无较大的地质病害,锁口位置工程
地质条件较好,基岩出露,为粉砂质泥岩。
运输条件:新建便道250m。
图2.2-1 1#弃土场现场照片
2.2.1 场地稳定性及适应性评价
根据详勘报告,该弃土场地质构造简单,无断裂通过,场区内无明显的大型
滑坡、泥石流等不良地质现象,拟建弃土场两侧山坡覆盖层约2-3m,自然斜坡较稳定,无地基失效失稳特征,说明拟建区在自然状态下场地总体稳定性较好。
从拟建场地所处地形地质条件分析,场地虽然地形较为复杂,但地质环境未
遭受大的破坏,地基岩土层、沟谷边坡稳定,场地沟谷后缘宽,出口较狭窄对排
土场的稳定有利。
场地内及附近不存在断裂构造、滑坡、崩塌、泥石流、塌陷、
液化土层等不良地质作用,地质条件较好,在充分作好防排水工作后,场地适宜
修建。
2.2.2 设计方案
弃土前自然地面应按宽度1-2米进行挖台阶处理,弃土密实度不低于0.85;
弃土场堆放弃土前,应按设计图位置设置拦渣坝以防止土石滑移,拦渣坝也可以
根据工程进度计划自行调整设置位置;弃土场外侧在山腰位置依山势设置排水沟,将降雨时的地表水进行汇流,做好拦排水,防止雨水在新弃土表面形成径流,对
新地表冲刷造成水土流失,对弃土场下方造成危害及污染;弃土场底部设置片石
盲沟排水,保证渣体内的水能畅通排出;各级弃土堆弃高度为6~8m,坡比1:2,分层填筑分层碾压,严禁未经碾压直接摊铺新土层;各级之间设置反压平台,平
台宽度不小于20m,弃土场前后缘高差约76m,堆砌完毕后整个弃土场为一缓坡;施工完成后,对弃土场进行全面环保绿化处理,坡面、平台及顶面进行植草或灌、乔木绿化防护,尽快恢复生态环境,以减少水土流失及绿地、耕地的损坏。
图2.2-3 1#弃土场主剖面设计图
3.弃土场稳定性分析
3.1 影响弃土场稳定性的因素
影响弃土场边坡稳定性的因素,主要分为内部因素和外部因素。
内部因素主
要包含:边坡坡率、坡高、坡形,组成边坡的岩土体性质、岩土体结构、地应力等,它们决定边坡变形的形式和规模,对边坡稳定起控制性作用,是边坡变形的
先决条件。
外部因素主要包括水的作用、工程作用、振动等,只有通过内在因素,才能对边坡稳定性起破坏作用,或者促进边坡变形的发生和发展。
边坡失稳变形
和破坏一般是内在和外在各种因素综合作用的结果。
3.2 计算模型及工况
根据弃土场设计方案,边坡特点,结合稳定性影响因素,采用基于FLAC3D
有限元分析中的强度折减法进行弃土场的稳定性分析。
基本原理是将场地内渣体
的强度参数C,ψ值通过不同折减系数折减,反复计算分析,直到坡体达到临界
失稳状态,此状态下的折减系数即安全系数。
根据规范要求,满足边坡稳定的抗
滑移稳定安全系数Ks≥1.3。
计算模型模拟了弃土场场地、渣体、拦渣墙,计算域两侧采用法向位移约束,底部采用全约束。
图3.2-2 强度折减系数为1.44时,最大剪应变云图
图3.2-4 临界状态下的强度折减系数K
根据典型监测点的速度和系统最大不平衡力的曲线,当强度折减系数K=1.44时,曲线开始不趋于零,即不收敛,表征坡表监测点开始失稳,边坡处于临界稳
定状态,因此可以判断边坡的稳定安全系数为1.44,大于抗滑移稳定安全系数
1.3,满足边坡稳定性条件。
4.结论与建议
计算结果表明在最不利地震+暴雨工况双重作用下,弃土场在稳定性最不利
的主剖面上整体稳定性均能满足要求。
地震和暴雨是影响弃土场边坡稳定性的主
要因素。
建议精确计算弃土场汇水面积,保质保量完成周围排水沟的设计及施工,雨季加强巡逻,保质排水沟畅通,避免弃渣体局部溜滑或形成泥石流。
弃渣场的
堆填完毕后,建议对弃渣场进行稳定性监测,监测周期不应少于3个水文年,雨
季应加强监测频率。
当今高速公路设计更加注重生态环保理念,弃土场综合设计已成为工程总体
设计的重要组成部分。
本文简要阐述了山区弃土场的选址原则、设计方案及工程
措施,依托工程实例,采用数值模拟分析方法进行了弃土场边坡稳定性分析,可
供类似项目参考。
参考文献:
[1] 陈强公路边坡稳定性研究与分析及综合治理《湖南大学》 2005(4)
[2] 李靖某弃土场边坡稳定性分析技术探讨2015(11)
[3] 许有飞山区高速公路弃土场设计原则与思路探讨公路交通技术2010(5)
[4] 蒋培洲山区高速公路弃土场防护与加固技术河南建材 2011(3)
[5] 陈鹏露天矿排土场边坡稳定性分析辽宁工程技术大学学报 2010(6)
[6] 王志峰六武路弃土场综合设计及成果评价交通标准化 2011(5/6)。