溝谷型棄土場滑坡地質災害治理探究

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摘要：陜南某地泥石流治理過程中將其物源清理運至臨近地沖溝內集中堆放，為徹底消除滑坡地質災害，擬在溝口擬修建攔渣壩一座，擋渣壩的高度約為20m，從下而上分多個棄土平臺，并結合截排水等工程措施，保證棄土場的穩(wěn)定性。

關鍵詞：棄土場；滑坡；地質災害；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。該處擬作為棄土場堆積廢土，本文通過野外地質勘查及設計驗算，分析探討棄土堆積的可能性，并提出治理區(qū)滑坡地質災害綜合治理方案。

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，全長約400m，高差99.2m，坡降24.8%。兩側谷坡基本對稱，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季風氣候，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)及影響范圍內無常年性河流。1.1.3土壤及植被。治理區(qū)土壤以坡積土為主，上部風化土層薄，夾雜部分碎石，場地溝谷區(qū)域堆積風化層相對較厚，植被覆蓋良好，主要以槐樹為主的喬木林地［1］。

1.2地質環(huán)境

1.2.1區(qū)域地質背景。治理區(qū)位于南秦嶺之康縣—略陽華里西褶皺帶南緣，褶皺構造呈緊密線狀，軸向N75~80°W，勉略大斷裂從治理區(qū)南側通過，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強風化千枚巖（D3j）：灰色，千枚狀構造，片理面上見絹絲光澤，主要礦物為石英、絹云母，其中石英含量達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中風化千枚巖（D3j）：灰色，千枚狀構造，片理面上見絹絲光澤，主要礦物為石英、絹云母，其中石英含量達55%、云母約40%。節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，巖質較軟，該層最大揭露厚度為17.0m，未揭穿。1.2.3地下水?？辈槠陂g，各勘探點在勘探深度范圍內均未遇見地下水。據(jù)調查，勘查區(qū)潛水位埋深較大，可不考慮其對該工程的影響［2］。

2棄土場治理工程設計

根據(jù)GB50421-2007《有色金屬礦山排土場設計規(guī)范》表4.0.5劃分，綜合確定棄土場的設計等級為二級。為了保證棄土場的穩(wěn)定性，消除滑坡地質災害，設計在棄土場下游設置攔渣壩，在棄土場堆積境界外修建截、排水溝，對場地進行整平覆土種植，恢復其生態(tài)環(huán)境。

2.1排土技術

棄土場屬多臺階式溝谷型排土場，汽車運輸后采用推土機逐層臺階堆積，設計臺階高度8.0~10.0m，臺階堆土坡比為1：1.5，臺階最終寬度20.0~50.0m，由下向上按照設計位置及標高逐層堆積，不可多級臺階同時堆積。隨著各級臺階逐步達到設計堆積高度，場地原始巖土體隨壓力增大逐漸被壓實，當棄土場堆積到一定程度時，雖底部巖土體壓實程度達到其最大承載力，但根據(jù)計算結果，尚未達到巖土體壓實極限。H1=式中：H1—場地堆土最大允許高度，m；C—場地底部巖土體粘結力，根據(jù)測試及經(jīng)驗，取值3.5×104Pa；φ—底部巖土體內摩擦角，取30°；γ—場地堆積土石方容重，取樣測試后取值1.80t/m3。根據(jù)上述公式，棄土場地基最大的承載能力允許堆置高度為23.4m，而本次設計排土場第一層堆積高度為20m，小于計算得到的最大允許堆積高度，按照設計堆積時底部巖土體承載力，未達到最大承載力，棄土場基底處于穩(wěn)定狀態(tài)。同時參考設計規(guī)范，本次第一級臺階堆積高度小于規(guī)范要求的25m，滿足規(guī)范要求。

2.2攔渣壩設計

2.2.1設計參數(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、強風化千枚巖及中風化千枚巖組成，壩基持力層位于中風化層，力學性質穩(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，基礎埋深6.0m。為及時排除匯水，在墻身預留排水管，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，擋墻內排水管坡比8%，同時在擋土墻底部埋設涵管。2.2.2穩(wěn)定性驗算。（1）破壞模式分析本次棄土場穩(wěn)定性破壞方式主要分為兩類，一類為堆積體內部發(fā)生滑動，此類滑動主要為邊坡內部圓弧形滑動，主要原因是本次堆積體主要以粉質粘土為主，局部夾雜少量碎石，土體松散，內部粘結性差，抗剪強度低，當堆積高度超過設計標高，在降雨及堆積體本身自重的作用下，內部土體發(fā)生滑動。另一類為堆積體沿基底接觸面發(fā)生滑動，此類滑動主要為折線形滑動，主要原因為基底巖土體類型與堆積物差別較好，兩者物理性質差異較大，且接觸面為風化坡積土，屬于軟弱結構面，在降雨及堆積體本身自重的作用下，沿接觸面發(fā)生滑動［3］。（2）棄土場穩(wěn)定性計算公式根據(jù)棄土場巖石、土層性質及現(xiàn)場調查，穩(wěn)定性計算依據(jù)GB50330-2002《建筑邊坡工程技術規(guī)范》中5.2.3圓弧形和折線滑動模式。（3）計算剖面和參數(shù)選取棄土場前部設置了擋渣壩，分多級平臺依次向后而建，根據(jù)溝底的地質剖面結合設計堆載標高進行計算。該段回填厚度最大，地層物理力學相對較差，故計算結果具有較強的代表性。在計算中采用計算機自動搜索最危險圓弧滑面，進行剖面穩(wěn)定性計算［4-6］。（4）穩(wěn)定性驗算結果滑移驗算滿足：Kc=1.942＞1.30傾覆驗算滿足：K0=5.097＞1.50攔渣壩地基承載力與墻體強度計算結果見表1。根據(jù)計算結果，攔渣壩設計滿足規(guī)范技術要求。棄土場堆積物主要為坡殘積碎石土，自然安息角平均值約為35°，設計最終棄土場的邊坡角為33.7°，小于其然安息角，滿足規(guī)范要求。2.2.3壩底預埋排水管道設計壩底預埋管道作用水頭H為8.0m，管路長度L為15.0m，管道流量按50年一遇流量取5.67m3/s，根據(jù)水力計算簡化公式計算后，選用預埋管道型號為DN700鑄鐵管。

2.3排水系統(tǒng)設計

該棄土場的設計等級為二級，防洪標準為50年一遇，根據(jù)區(qū)域資料和實測地形圖，場地匯水面積為0.13km2，平均坡降為248‰，徑流長度486m。治理區(qū)50年一遇地表水匯流量為4.41m3/s。根據(jù)現(xiàn)場實際，采用自流明溝排水，排水溝采用漿砌塊石結構，梯形截面，每間隔10m設伸縮縫一條，縫寬為10mm，坡腳匯水處設消能池。場地頂部設置截水溝，截水溝與周邊排水溝相連接，直接排入攔渣壩下游溝道（見圖1）。2.3.1排水溝設計排水溝安全超高取0.1m，設計排水溝呈梯形，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。由于臺階匯水面積過小，設計截水溝呈矩形，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庫區(qū)滲水管道設計。為防止棄土場雨水下滲造成庫區(qū)積水壓力，在庫區(qū)溝道底部預埋設滲水管道，管道采用無砂混凝土管，規(guī)格為Ф700，基礎采用C20混凝土找平。2.3.3截排水溝工程水文地質條件。排水溝沿棄土場外圍設置，地基土主要以粉質粘土和碎石土為主，無不良地質條件，未發(fā)現(xiàn)地下水出露，工程水文地質條件較好。

2.4生態(tài)恢復設計

對棄土場進行工程平整，然后覆土0.3m厚，平臺種植刺槐，規(guī)格為Ф30mm，間距為4.0m；斜坡表面種植狗尾草，行距為30cm。

3結語

溝谷型棄土場存在著嚴重的邊坡失穩(wěn)、滑坡等地質災害隱患，對治理區(qū)周邊工業(yè)設施構成了潛在威脅。只有經(jīng)過嚴格的穩(wěn)定性驗算，并輔以分臺階堆存、擋渣壩支護及截排水等工程措施，才能徹底消除滑坡等地質災害隱患，改善治理區(qū)的工作環(huán)境，保障項目生產(chǎn)生活安全。

參考文獻

［1］喬東亮，張永貴，商啟蒙，等.露天煤礦外排土場邊坡滑坡治理［J］.露天采礦技術，2021，36（1）：93-95.

［2］陳劍橋，許萬忠.淺談昆明石馬哨排土場滑坡綜合治理［J］.中國水運（下半月），2019，19（10）：235-237.

［3］李曉晨.礦山排土場泥石流形成機理及其防治對策［J］.化工礦物與加工，2014，43（5）：37-39.

［4］王邦陽.溝谷型泥石流形成、演化及治理方案研究［D］.昆明：昆明理工大學，2016.

［5］龔興祥，丁堅平.龍井灣磷石膏堆場的地質災害成因分析［J］.西部探礦工程，2013，25（1）：124-126.

［6］王培武.露天礦排土場堆排方式探析［J］.黃金，2012，33（1）：28-31.

作者:吳維洋 單位:中國建筑材料工業(yè)地質勘查中心河南總隊