溝谷型棄土場(chǎng)滑坡地質(zhì)災(zāi)害治理探究
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摘要：陜南某地泥石流治理過(guò)程中將其物源清理運(yùn)至臨近地沖溝內(nèi)集中堆放，為徹底消除滑坡地質(zhì)災(zāi)害，擬在溝口擬修建攔渣壩一座，擋渣壩的高度約為20m，從下而上分多個(gè)棄土平臺(tái)，并結(jié)合截排水等工程措施，保證棄土場(chǎng)的穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞：棄土場(chǎng)；滑坡；地質(zhì)災(zāi)害；綜合治理
0引言
治理區(qū)位于陜西省西南部，漢中市西部，秦嶺南麓，地形為自南向北傾斜的干溝。該處擬作為棄土場(chǎng)堆積廢土，本文通過(guò)野外地質(zhì)勘查及設(shè)計(jì)驗(yàn)算，分析探討棄土堆積的可能性，并提出治理區(qū)滑坡地質(zhì)災(zāi)害綜合治理方案。
1治理區(qū)基本情況
1.1自然環(huán)境
1.1.1地形地貌。治理區(qū)為自南向北傾斜的干溝，斷面呈“V”字形，全長(zhǎng)約400m，高差99.2m，坡降24.8%。兩側(cè)谷坡基本對(duì)稱，坡度約20~45°，基巖裸露，整條溝谷植被較發(fā)育。1.1.2氣象與水文。治理區(qū)屬北亞熱帶北緣山地暖溫帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫13.2℃，年平均降水量為802.2mm，24h最大降雨量為234.5mm。治理區(qū)及影響范圍內(nèi)無(wú)常年性河流。1.1.3土壤及植被。治理區(qū)土壤以坡積土為主，上部風(fēng)化土層薄，夾雜部分碎石，場(chǎng)地溝谷區(qū)域堆積風(fēng)化層相對(duì)較厚，植被覆蓋良好，主要以槐樹為主的喬木林地［1］。
1.2地質(zhì)環(huán)境
1.2.1區(qū)域地質(zhì)背景。治理區(qū)位于南秦嶺之康縣—略陽(yáng)華里西褶皺帶南緣，褶皺構(gòu)造呈緊密線狀，軸向N75~80°W，勉略大斷裂從治理區(qū)南側(cè)通過(guò)，產(chǎn)狀15~20°∠69~75°，斷裂帶寬40~50m，主要發(fā)育糜棱巖、碎裂巖。1.2.2地層巖性。場(chǎng)地地層可分為第四系全新統(tǒng)坡殘積碎石土（Q4dl+el）、含碎石粉質(zhì)粘土（Q4dl＋el）和泥盆系三河口群金家河組（D3j）。其巖性特征描述如下：①含碎石粉質(zhì)粘土（Q4dl＋el）：黃褐、灰褐色，可塑~硬塑狀，含碎石20%~30%，碎石粒徑1~20cm。主要分布山谷谷坡地段，層厚2.20~9.00m。②碎石（Q4dl+el）：灰褐，棱角，均勻，稍密，碎石主要由千枚巖碎塊組成，一般粒徑為2~4cm，最大可達(dá)8cm，充填物主要為黏性土，含量為20%~40%。分布在溝谷西邊山坡，層厚1.40~2.90m。③-1強(qiáng)風(fēng)化千枚巖（D3j）：灰色，千枚狀構(gòu)造，片理面上見(jiàn)絹絲光澤，主要礦物為石英、絹云母，其中石英含量達(dá)55%、云母約為40%。巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，呈碎塊狀，用手可折斷。層厚2.60~13.10m。③-2中風(fēng)化千枚巖（D3j）：灰色，千枚狀構(gòu)造，片理面上見(jiàn)絹絲光澤，主要礦物為石英、絹云母，其中石英含量達(dá)55%、云母約40%。節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，巖質(zhì)較軟，該層最大揭露厚度為17.0m，未揭穿。1.2.3地下水?？辈槠陂g，各勘探點(diǎn)在勘探深度范圍內(nèi)均未遇見(jiàn)地下水。據(jù)調(diào)查，勘查區(qū)潛水位埋深較大，可不考慮其對(duì)該工程的影響［2］。
2棄土場(chǎng)治理工程設(shè)計(jì)
根據(jù)GB50421-2007《有色金屬礦山排土場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》表4.0.5劃分，綜合確定棄土場(chǎng)的設(shè)計(jì)等級(jí)為二級(jí)。為了保證棄土場(chǎng)的穩(wěn)定性，消除滑坡地質(zhì)災(zāi)害，設(shè)計(jì)在棄土場(chǎng)下游設(shè)置攔渣壩，在棄土場(chǎng)堆積境界外修建截、排水溝，對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行整平覆土種植，恢復(fù)其生態(tài)環(huán)境。
2.1排土技術(shù)
棄土場(chǎng)屬多臺(tái)階式溝谷型排土場(chǎng)，汽車運(yùn)輸后采用推土機(jī)逐層臺(tái)階堆積，設(shè)計(jì)臺(tái)階高度8.0~10.0m，臺(tái)階堆土坡比為1：1.5，臺(tái)階最終寬度20.0~50.0m，由下向上按照設(shè)計(jì)位置及標(biāo)高逐層堆積，不可多級(jí)臺(tái)階同時(shí)堆積。隨著各級(jí)臺(tái)階逐步達(dá)到設(shè)計(jì)堆積高度，場(chǎng)地原始巖土體隨壓力增大逐漸被壓實(shí)，當(dāng)棄土場(chǎng)堆積到一定程度時(shí)，雖底部巖土體壓實(shí)程度達(dá)到其最大承載力，但根據(jù)計(jì)算結(jié)果，尚未達(dá)到巖土體壓實(shí)極限。H1=式中：H1—場(chǎng)地堆土最大允許高度，m；C—場(chǎng)地底部巖土體粘結(jié)力，根據(jù)測(cè)試及經(jīng)驗(yàn)，取值3.5×104Pa；φ—底部巖土體內(nèi)摩擦角，取30°；γ—場(chǎng)地堆積土石方容重，取樣測(cè)試后取值1.80t/m3。根據(jù)上述公式，棄土場(chǎng)地基最大的承載能力允許堆置高度為23.4m，而本次設(shè)計(jì)排土場(chǎng)第一層堆積高度為20m，小于計(jì)算得到的最大允許堆積高度，按照設(shè)計(jì)堆積時(shí)底部巖土體承載力，未達(dá)到最大承載力，棄土場(chǎng)基底處于穩(wěn)定狀態(tài)。同時(shí)參考設(shè)計(jì)規(guī)范，本次第一級(jí)臺(tái)階堆積高度小于規(guī)范要求的25m，滿足規(guī)范要求。
2.2攔渣壩設(shè)計(jì)
2.2.1設(shè)計(jì)參數(shù)。攔渣壩位于距溝口位置，為漿砌石重力壩，壩基主要由碎石土、強(qiáng)風(fēng)化千枚巖及中風(fēng)化千枚巖組成，壩基持力層位于中風(fēng)化層，力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、較好，是良好的壩基持力層。壩體采用M10水泥砂漿砌筑，M10水泥砂漿勾縫，墻身尺寸為墻高26.0m，頂寬2.0m，墻面坡比1∶0.5，墻背坡比1∶0.1，基礎(chǔ)埋深6.0m。為及時(shí)排除匯水，在墻身預(yù)留排水管，排水管分上下兩排布置，呈品字形，排水管橫縱向間距均為1.5m，擋墻內(nèi)排水管坡比8%，同時(shí)在擋土墻底部埋設(shè)涵管。2.2.2穩(wěn)定性驗(yàn)算。（1）破壞模式分析本次棄土場(chǎng)穩(wěn)定性破壞方式主要分為兩類，一類為堆積體內(nèi)部發(fā)生滑動(dòng)，此類滑動(dòng)主要為邊坡內(nèi)部圓弧形滑動(dòng)，主要原因是本次堆積體主要以粉質(zhì)粘土為主，局部夾雜少量碎石，土體松散，內(nèi)部粘結(jié)性差，抗剪強(qiáng)度低，當(dāng)堆積高度超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)高，在降雨及堆積體本身自重的作用下，內(nèi)部土體發(fā)生滑動(dòng)。另一類為堆積體沿基底接觸面發(fā)生滑動(dòng)，此類滑動(dòng)主要為折線形滑動(dòng)，主要原因?yàn)榛讕r土體類型與堆積物差別較好，兩者物理性質(zhì)差異較大，且接觸面為風(fēng)化坡積土，屬于軟弱結(jié)構(gòu)面，在降雨及堆積體本身自重的作用下，沿接觸面發(fā)生滑動(dòng)［3］。（2）棄土場(chǎng)穩(wěn)定性計(jì)算公式根據(jù)棄土場(chǎng)巖石、土層性質(zhì)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，穩(wěn)定性計(jì)算依據(jù)GB50330-2002《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》中5.2.3圓弧形和折線滑動(dòng)模式。（3）計(jì)算剖面和參數(shù)選取棄土場(chǎng)前部設(shè)置了擋渣壩，分多級(jí)平臺(tái)依次向后而建，根據(jù)溝底的地質(zhì)剖面結(jié)合設(shè)計(jì)堆載標(biāo)高進(jìn)行計(jì)算。該段回填厚度最大，地層物理力學(xué)相對(duì)較差，故計(jì)算結(jié)果具有較強(qiáng)的代表性。在計(jì)算中采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)圓弧滑面，進(jìn)行剖面穩(wěn)定性計(jì)算［4-6］。（4）穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果滑移驗(yàn)算滿足：Kc=1.942＞1.30傾覆驗(yàn)算滿足：K0=5.097＞1.50攔渣壩地基承載力與墻體強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，攔渣壩設(shè)計(jì)滿足規(guī)范技術(shù)要求。棄土場(chǎng)堆積物主要為坡殘積碎石土，自然安息角平均值約為35°，設(shè)計(jì)最終棄土場(chǎng)的邊坡角為33.7°，小于其然安息角，滿足規(guī)范要求。2.2.3壩底預(yù)埋排水管道設(shè)計(jì)壩底預(yù)埋管道作用水頭H為8.0m，管路長(zhǎng)度L為15.0m，管道流量按50年一遇流量取5.67m3/s，根據(jù)水力計(jì)算簡(jiǎn)化公式計(jì)算后，選用預(yù)埋管道型號(hào)為DN700鑄鐵管。
2.3排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
該棄土場(chǎng)的設(shè)計(jì)等級(jí)為二級(jí)，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，根據(jù)區(qū)域資料和實(shí)測(cè)地形圖，場(chǎng)地匯水面積為0.13km2，平均坡降為248‰，徑流長(zhǎng)度486m。治理區(qū)50年一遇地表水匯流量為4.41m3/s。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，采用自流明溝排水，排水溝采用漿砌塊石結(jié)構(gòu)，梯形截面，每間隔10m設(shè)伸縮縫一條，縫寬為10mm，坡腳匯水處設(shè)消能池。場(chǎng)地頂部設(shè)置截水溝，截水溝與周邊排水溝相連接，直接排入攔渣壩下游溝道（見(jiàn)圖1）。2.3.1排水溝設(shè)計(jì)排水溝安全超高取0.1m，設(shè)計(jì)排水溝呈梯形，底寬0.6m，深度0.6m，坡比1∶0.3，采用漿砌石砌筑，壁厚為300mm，渠底厚度為200mm，每間隔100mm留一條伸縮縫。由于臺(tái)階匯水面積過(guò)小，設(shè)計(jì)截水溝呈矩形，斷面尺寸為400mm×400mm，采用C20素混凝土澆筑，壁厚為300mm，排水溝每間隔10m留一條伸縮縫。2.3.2庫(kù)區(qū)滲水管道設(shè)計(jì)。為防止棄土場(chǎng)雨水下滲造成庫(kù)區(qū)積水壓力，在庫(kù)區(qū)溝道底部預(yù)埋設(shè)滲水管道，管道采用無(wú)砂混凝土管，規(guī)格為Ф700，基礎(chǔ)采用C20混凝土找平。2.3.3截排水溝工程水文地質(zhì)條件。排水溝沿棄土場(chǎng)外圍設(shè)置，地基土主要以粉質(zhì)粘土和碎石土為主，無(wú)不良地質(zhì)條件，未發(fā)現(xiàn)地下水出露，工程水文地質(zhì)條件較好。
2.4生態(tài)恢復(fù)設(shè)計(jì)
對(duì)棄土場(chǎng)進(jìn)行工程平整，然后覆土0.3m厚，平臺(tái)種植刺槐，規(guī)格為Ф30mm，間距為4.0m；斜坡表面種植狗尾草，行距為30cm。
3結(jié)語(yǔ)
溝谷型棄土場(chǎng)存在著嚴(yán)重的邊坡失穩(wěn)、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害隱患，對(duì)治理區(qū)周邊工業(yè)設(shè)施構(gòu)成了潛在威脅。只有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的穩(wěn)定性驗(yàn)算，并輔以分臺(tái)階堆存、擋渣壩支護(hù)及截排水等工程措施，才能徹底消除滑坡等地質(zhì)災(zāi)害隱患，改善治理區(qū)的工作環(huán)境，保障項(xiàng)目生產(chǎn)生活安全。
參考文獻(xiàn)
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作者:吳維洋 單位:中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河南總隊(duì)