《工程管理前沿》 高速公路 弃土场稳定性分析及风险响应研究

张小波 赵丽平

中交一公局第三工程有限公司 北京市通州区 101102

摘要：山区高速公路弃土场引发的滑坡和泥石流等地质灾害较为普遍，以济阳高速某弃土场为例基于数值法对弃土场边坡不同工况下的稳定性进行了分析，并对改善稳定性及安全性提出了建议，为类似工程提供了参考。

关键词：弃土场，稳定性分析，风险响应

1. 引言

公路弃土场作为人工堆积体，一般由土石等工程废弃物构成，其本身具有多孔隙、欠固结、非饱和的结构特点。若弃土处置不当或者集中弃土场的防护和排水等措施没有及时跟进，就很可能引发系列严重的生态环境问题。弃土场已经成为公路建设中水土流失的主要来源和生态环境的主要新增污染源。

为了尽可能减小弃土场的潜在破坏性，同时积极响应“将公路建设成为环保路、生态路”、“在公路建设中贯彻保护生态环境”等政策，公路建设者需要全面了解掌握有关弃土弃渣的物理力学性质和弃土场的相关特征，同时对弃土场的稳定性作出可靠的分析，以便能安全、环保、经济地处置弃土场。

2. 工程概况

济源至阳城段高速公路济源段位于河南省济源市境内，是规划的济源至阳城公路的济源境内段，是河南与山西对接的省际高速公路通道之一。项目起于山西与河南交界的牛角洞附近，向南经焦树坪、营盘、桃源岭、马沟岭、老李树腰、五龙池、马踏坪西、柳村沟、东沟，终点于庙前附近接长济高速，路线全长19.82km(左、右幅平均)。

3. 稳定性数值分析

弃土场稳定性分析只计算垂直于边坡走向的A-A剖面。建模的边界，需把握“既能保证精度，又能充分消除边界效应的影响”的原则，通常按照郑颖人的理论建立边坡分析的有限元模型：当坡脚到右端边界距离为坡高的1.5倍，坡顶到左端边界的距离为坡高的2.5倍，且上下边界总高不低于2倍坡高时，计算精度最为理想。在充分顾及边坡尺寸效应和工程实际情况后，弃土场的计算剖面图及网格划分示意图见图1。

图1 弃土场的计算剖面图及网格划分示意图

采用莫尔-库仑本构模拟岩土体材料的力学特性，六个弃土场的地层岩型主要为人工填土和基岩。根据勘察资料及相关工程经验，岩土层的相关参数如表1所示。

表1 材料信息表

经计算，弃土场边坡的正常工况下稳定性为1.02，暴雨状况下为0.98，其稳定性不满足要求，建议施工时将边坡设计为台阶式边坡。在原设计坡面的基础上增设一级台阶，台阶宽度10m，如图2。

图2弃土场边坡设计修改

通过软件计算得到边坡的安全系数为1.21，较原始设计方案提高了0.19。潜在滑面如图3，相较于原设计方案，增加一级台阶后，边坡潜在滑面的位置明显加深，不再分布在浅表，边坡的下滑阻力增加，提高了边坡的安全性。

图3 设计优化后计算结果

4. 结论及建议

（1）ZK43+725弃土场的主要断面长度较长，高度也较高，坡顶和坡底的高度差有226m，虽然坡率为1:2，但安全系数仍较低，且潜在滑面位于浅表，稍有扰动边坡就会产生滑动。建议坡面形式采用台阶式，经建模计算，在原设计方案的基础上增设一级台阶，边坡的安全系数便增加了0.19，效果较为显著。

（2）弃土场适当位置增加变形监测点（每个台面不少于2点），以进一步观测其稳定性，一旦发生险情当立即处治。

（3）定期检查弃土场上游的截排水设施，保证其正常有效。

（4）对弃土场堆载完成后应尽快开展植被恢复工作，以减轻边坡遭受大气降水的冲刷和坡面片流的洗刷作用。

参考文献

[1] 任永强. 三峡库区公路建设弃土场选址规划及稳定性评价[D]. 中国地质大学, 2013.

[2] 潘元, 邹飞. 贵州省山区高速公路弃土场边坡稳定性分析[J]. 土工基础, 2019(4):414-417.

[3] 鱼欢, 徐光政, 鲁美. 高速公路弃土场的稳定性数值分析[J]. 公路交通科技:应用技术版, 2019, 000(006):P.158-160.