柴 立

（中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038）

1 排土場概況

該排土場所在區(qū)域的地質(zhì)特征為典型的河流沖洪積Ⅱ級階地平原地貌。地形標(biāo)高是21m～36m，排土場大約可以存放64700萬t，大約占用土地面積是610hm2。

2 排土場安全設(shè)計

針對排土場進(jìn)行有效的安全設(shè)計，對排土場的工作人員安全、設(shè)備安全及下游生命財產(chǎn)安全有著至關(guān)重要作用。排土場安全設(shè)計過程中要充分考慮邊坡穩(wěn)定性、安全措施及相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)的安全防護(hù)距離等因素。

3 排土場邊坡穩(wěn)定性分析及優(yōu)化措施

3.1 影響排土場邊坡穩(wěn)定的主要因素

本排土場中影響邊坡穩(wěn)定性的因素主要包括。

3.1.1 地基土的性質(zhì)

針對本排土場工程做了詳細(xì)全面的地質(zhì)勘探、原位測試和室內(nèi)試驗等工作，得出本排土場的地層巖土性質(zhì)為：勘測深度范圍內(nèi)的排土場表層屬于素填土（Qml），然后是統(tǒng)黃褐色沖積粉土及細(xì)砂（Qal），再往下是統(tǒng)沖洪積（Qal+pl）細(xì)砂及黏性土。排土場的地基土層參數(shù)如表1所示。

表1 排土場地基土層參數(shù)

3.1.2 水文地質(zhì)條件

本排土場工程中水文地質(zhì)的影響作用主要表現(xiàn)在大氣降水、地表水及地下水三個方面。

（1）大氣降水的影響。大量的大氣降水會減弱排土場物料的內(nèi)摩擦角及黏聚力，使穩(wěn)定性不足。本排土場地區(qū)的氣候?qū)儆跍貛Т箨懶詺夂?，不僅降水時間段集中，而且降水量也比較大。據(jù)多年監(jiān)測數(shù)據(jù)得知，該區(qū)域每年的降水量平均是668mm，且6月～9月是降雨集中時間段，且7月、8月多有暴雨。

（2）地表水影響。地表水主要因大氣降水而形成，排土場區(qū)域及周邊地勢屬于北高南低、東高西低的情況，易在北側(cè)和東側(cè)形成比較大的匯水面積。如果降雨比較大的情況下，就易在地表產(chǎn)生徑流而對排土場邊坡腳形成沖刷作用，破壞排土場穩(wěn)定性，增大直線型滑坡幾率。同時，地表水的持續(xù)下滲會減弱排土場基層的黏聚力，易在邊坡上引發(fā)整體滑動。

（3）地下水影響。本排土場鉆孔勘查過程中都遇到地下水。地下水可使土體軟化、強(qiáng)度降低。同時，在土體的毛細(xì)作用下，也會增大地下水的浸濕面積，擴(kuò)大不利影響。另外，地下水位的升降會形成很強(qiáng)的動水壓力及靜水壓力，且也會溶解土層結(jié)構(gòu)內(nèi)的易溶物質(zhì)，進(jìn)而破壞土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定引發(fā)滑坡問題。

3.1.3 地震

本排土場設(shè)計過程中充分考慮了地震因素，設(shè)計抗震防烈度是Ⅶ度區(qū)第一組，基本地震加速度設(shè)計值是0.15g。

3.2 排土場的滑坡類型

本排土場地處平原地區(qū)，平均坡度＜1%。所以排土場自身滑坡和沿地基軟弱層滑坡是本排土場中易發(fā)的滑坡形式。其中，排土場自身滑坡產(chǎn)生的原因是由于降水沖刷排土臺階，減小了場地內(nèi)物流內(nèi)摩擦角和黏聚力引起的土體滑動。沿地基軟弱面滑坡則主要是由于軟土地基、地表水排泄不暢、地下水位上升或總堆置高度太高等原因引起的。

3.3 排土場穩(wěn)定性計算

3.3.1 計算參數(shù)

①排土場下部地基土層計算參數(shù)（見表1）；②排土場堆積體計算參數(shù)（見表2）；③抗震設(shè)防烈度為7°，設(shè)計基本地震加速度為0.15g；④根據(jù)排土場工程地質(zhì)勘查報告，17-17斷面處地面標(biāo)高為22.20m，是排土場最危險斷面之一，因此以17-17斷面作為計算斷面。

表2 排土場堆積體參數(shù)

3.3.2 計算模型

在排土場工程中，安全平臺的寬度情況對邊坡穩(wěn)定有著至關(guān)重要的影響。安全平臺寬度越大，則邊坡越穩(wěn)定，但容納量就越小。反而言之，安全平臺寬度越小，邊坡越不穩(wěn)定，然而容納量會增大。因此，設(shè)計排土場邊坡的時候應(yīng)確保安全的基礎(chǔ)上，再盡可能的增大其容積。本排土場17-17斷面位置的堆置高度設(shè)計為103.8m，安全平臺設(shè)計寬度是20m，邊坡自然安息角是35°，這種情況下的17-17斷面的具體計算模型如圖2所示。

圖2 17-17斷面、20m平臺寬度的計算模型

3.3.3 計算方法及安全系數(shù)限值

結(jié)合本排土場整體的邊坡穩(wěn)定性情況，最終確定計算方法為極限平衡法，邊坡穩(wěn)定性設(shè)計計算方法為詹布法，穩(wěn)定性校驗選擇畢肖普法。

設(shè)計：自重。

校核：自重+地下水+地震力。

同時，結(jié)合《有色金屬礦山排土場設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50421的有關(guān)規(guī)定，明確排土場穩(wěn)定性計算的安全系數(shù)限值是1.20，檢驗安全系數(shù)限值是1.10。

3.3.4 計算結(jié)果

經(jīng)計算得出排土場穩(wěn)定性的具體安全系數(shù)為1.61＞限值1.20，檢驗安全系數(shù)為1.19＞1.10，說明本排土場邊坡的安全系數(shù)滿足相關(guān)規(guī)范及現(xiàn)實要求。

3.4 優(yōu)化邊坡穩(wěn)定性的措施

（1）防排水措施。因為本排土場的地勢為北部和東部高、南部和西部比較低，所以在北部和東部設(shè)計了截水溝，來有效控制地表徑流不流入排土場內(nèi)。且選擇公路科學(xué)研究所簡化公式進(jìn)行計算，明確排土場北側(cè)截水溝流量是Q=2.43m3/s，東側(cè)截水溝流量是Q=4.02m3/s。

（2）結(jié)合實際情況合理設(shè)計及控制安全平臺的實際寬度，促使所有邊坡角的設(shè)計都能滿足排土場的實際要求。

（3）選用大塊石對坡角部位實施填筑，增強(qiáng)了坡腳的抗沖刷能力及排水能力，進(jìn)而降低了因坡腳軟弱而引起排土場邊坡失穩(wěn)等情況發(fā)生的幾率。

（4）安全防護(hù)距離。為防止邊坡失穩(wěn)或大塊滾石損害下游居民生命財產(chǎn)的情況發(fā)展，在排土場坡底線和下游建筑物之間設(shè)計預(yù)留足夠的安全防護(hù)距離，并及時有效拆遷了一些不滿足要求的建筑物。

4 結(jié)語

綜上，通過本文對某礦山排土場設(shè)計及優(yōu)化治理的研究，得知現(xiàn)實中影響排土場安全的因素較多，所以相關(guān)技術(shù)人員在排土場設(shè)計中，必須充分考慮各種影響因素，并設(shè)計相應(yīng)的優(yōu)化措施，確保排土場的安全，最終為礦山增產(chǎn)增效奠定基礎(chǔ)。