淺析濕陷性黃土地區(qū)高邊坡治理

歐 勇

（中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司 合肥 230601）

1 概述

黃土古稱“黃壤”，是一種第四紀(jì)沉積物，具有一系列內(nèi)部物質(zhì)成分和外部形態(tài)特征，根據(jù)其特性，可分為濕陷性黃土和非濕陷性黃土，根據(jù)其形成年代的早晚，又可分為老黃土和新黃土。濕陷性黃土根據(jù)其濕陷類型，可分為自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土，我國的濕陷性黃土大部分分布在甘肅、陜西、山西省等地區(qū)。陜西省銅川市龍?zhí)端畮熳蟀度⊥翀鰹辄S土斜坡區(qū)，地形上為一近南北向的突出的黃土梁，黃土梁西側(cè)為趙氏河，東側(cè)為一沖溝，梁頂寬度65～95m，北高南低，梁頂上部自然坡度約15°～30°，坡頂較緩，經(jīng)龍?zhí)端畮旖ㄔO(shè)取土后形成了長度約360m，總坡高約70～80m 的邊坡，邊坡地面高程介于742～820m，高差為78m，其中上部20～30m 為原始的邊坡，下部35～58m 為人工已開挖邊坡，坡長約310m，邊坡傾向255°，開挖綜合坡比約1∶1.01～1∶1.07，邊坡最大高度約58m。

2 邊坡安全評估分析

2.1 工程地質(zhì)勘察方法

為了確保龍?zhí)端畮烊⊥翀龈哌吰掳踩€(wěn)定運(yùn)行，對各段邊坡進(jìn)行了工程地質(zhì)勘察，通過試驗(yàn)確定了邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算分析的參數(shù)和依據(jù)，勘察采用平、剖面地質(zhì)測繪，野外地質(zhì)調(diào)查、鉆探、坑探、原位測試及室內(nèi)試驗(yàn)等綜合方法完成。工程地質(zhì)測繪以路線穿越為主，采用定點(diǎn)觀測方法，對邊坡區(qū)的地層分界線、巖性分界線、巖層走向及外側(cè)沖溝等追索調(diào)查，最終形成邊坡區(qū)工程地質(zhì)平面圖。鉆探采用DPP100-4E 型車載式鉆機(jī)，以靜壓的方法鉆進(jìn)，采用?120mm 黃土薄壁取土器靜壓取土，在鉆孔中粘性土做標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，標(biāo)貫錘質(zhì)量63.5kg，鉆桿直徑42mm，落距76cm，貫入器長度76cm，采用自動(dòng)脫鉤裝置進(jìn)行。在鉆探過程中遇碎石土進(jìn)行重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)，落錘質(zhì)量63.5kg，落距76cm，探頭直徑74mm，錐角60°，采用自動(dòng)脫鉤的自由落錘法。挖探采用人工挖探及機(jī)械洛陽鏟相結(jié)合，取樣采用人工取樣。室內(nèi)土工試驗(yàn)對不擾動(dòng)粘性土試樣進(jìn)行了一般物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)、原狀快剪、飽和快剪等試驗(yàn)，并重點(diǎn)取樣進(jìn)行了原狀慢剪和飽和慢剪等試驗(yàn)。

2.2 工程地質(zhì)條件

通過勘察，取土場勘探深度內(nèi)地層主要為二層，自上而下分別為：第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積物（Q3eol）、第四系中更新統(tǒng)風(fēng)洪積物（Q2eol+pl），各層土特性如下：第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積物（Q3eol）：黃土及一層古土壤層，黃土呈灰黃色，具大孔隙，疏松，垂直節(jié)理發(fā)育，古土壤呈棕紅色，具團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，分布于塬梁頂部，隨地形傾斜，天然密度1.58g/cm3，孔隙比0.956，塑性指數(shù)12.8，原狀快剪：凝聚力33.8kPa、內(nèi)摩擦角26.3°，飽和快剪：凝聚力18.0kPa、內(nèi)摩擦角19.7°。

第四系中更新統(tǒng)風(fēng)洪積物（Q2eol+pl）：黃土狀壤土及古土壤層，呈淺黃～灰黃色，硬塑，稍濕，古土壤層為棕紅色，在殘塬溝壑區(qū)一般向溝谷傾斜，天然密度1.68g/cm3，孔隙比0.871，塑性指數(shù)12.6，原狀快剪：凝聚力34.5kPa、內(nèi)摩擦角27.1°，飽和快剪：凝聚力18.8kPa、內(nèi)摩擦角19.0°。

取土場未發(fā)現(xiàn)滑坡、泥石流、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象，邊坡特殊性巖土為濕陷性黃土，濕陷性黃土層厚度約18～20m，地勢較高，無地表水分布。

2.3 邊坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)工程地質(zhì)條件，取土場邊坡位于一黃土梁的西側(cè)，該黃土梁西側(cè)為趙氏河，東側(cè)有一條深切的沖溝，黃土梁排水條件很好；邊坡區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷層、滑坡、泥石流、崩塌及地下采空區(qū)等；黃土梁頂部呈渾圓形，東、西兩側(cè)自然地形較為陡峻，植被覆蓋一般。邊坡所揭示的坡面土體為老黃土，土質(zhì)單一，由粉粒～粘粒組成，稍濕，硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)，有大量鈣質(zhì)結(jié)核。通過對附近相同坡向的自然邊坡的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，在坡高20～25m 時(shí)，自然邊坡的穩(wěn)定坡比約1∶0.98～1∶1.02，且局部有陡坎；在坡高50m 時(shí)，自然邊坡的穩(wěn)定坡比約1∶1.2～1∶1.3，根據(jù)工程地質(zhì)類比定性分析認(rèn)為取土場人工邊坡在自然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在飽和狀態(tài)下土體強(qiáng)度指標(biāo)會大幅降低，易產(chǎn)生滑塌，為不穩(wěn)定狀態(tài)。

取土場邊坡表層Q3黃土已被全部挖除，坡面均為Q2eol+pl黃土狀壤土夾古土壤，濕陷性黃土位于坡頂?shù)淖匀贿吰聟^(qū)，而下部的邊坡多為非濕陷性黃土，在邊坡穩(wěn)定分析時(shí)可不考慮濕陷性黃土。且邊坡兩側(cè)沖溝較深，不具備儲水的地形條件，僅在降雨時(shí)存在暫時(shí)性面流，在勘探深度內(nèi)未見地下水位，可不考慮地表水和地下水邊坡的影響。根據(jù)邊坡巖土層原位測試及室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，黃土狀壤土和古土壤層的物理性質(zhì)和力學(xué)指標(biāo)很相近，邊坡的破壞模式為圓弧破壞，因此，在邊坡穩(wěn)定計(jì)算時(shí)可按一層老黃土取值，通過采用畢肖普法對人工邊坡在不同工況條件下的穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析得出：天然狀態(tài)下邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.086，暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為0.785。最危險(xiǎn)滑弧處于坡腳附近。

3 邊坡設(shè)計(jì)方案

根據(jù)邊坡穩(wěn)定性分析及現(xiàn)狀情況，針對性邊坡防治方案有以下幾類：

（1）削坡減載法：主要是采用削坡方式，清除不穩(wěn)定巖土體，放緩邊坡，加寬平臺，以增加邊坡穩(wěn)定性的方法。

（2）排水法：主要是通過設(shè)置截排水溝，減少地表水入滲、排出地下水，使地下水位降低，減少地下水對土體物理力學(xué)性能的影響，同時(shí)減少土層的附加荷載，對邊坡有一定穩(wěn)定作用。排水法常作為一種輔助方法，通常結(jié)合其他方法一起使用。

（3）支擋法（抗滑擋墻、抗滑樁）：通過被動(dòng)受力方法，阻擋滑坡移動(dòng)；抗滑擋墻是在滑坡中前部修筑的支擋、減重墻，是滑坡治理的有效措施之一，一般采用重力式擋土墻；抗滑樁是用樁的支撐作用穩(wěn)定滑坡的有效抗滑措施，一般適用于非塑性體淺層和中厚層滑坡前緣。

（4）錨固法（預(yù)應(yīng)力錨索、格構(gòu)錨固）：利用錨桿（索）周圍地層巖土的抗剪強(qiáng)度來保持開挖面的自身穩(wěn)定的方法，是一種淺層支護(hù)的有效方法，通常和掛網(wǎng)噴漿一起稱為錨噴。

（5）注漿加固法：用液壓或氣壓把能凝固的漿液注入物體的裂縫或孔隙，以改變注漿對象的物理力學(xué)性質(zhì)的方法，通過注漿使?jié){液凝固后，使巖土層強(qiáng)度大大提高，從而增強(qiáng)巖土體的穩(wěn)定性。

根據(jù)邊坡穩(wěn)定性分析，在天然狀態(tài)下邊坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。通過土層物理力學(xué)指標(biāo)可以看出，暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)迅速降低，原因是雨季地表水下滲導(dǎo)致土體孔隙水壓力升高、粘聚力降低，加劇邊坡的破壞，從而影響到邊坡的穩(wěn)定性。根據(jù)工程地質(zhì)條件，工程區(qū)周邊在坡高50m 時(shí)，自然邊坡的穩(wěn)定坡比約1∶1.2～1∶1.3，本工程現(xiàn)狀綜合坡比已達(dá)1∶1.01～1∶1.07，已接近穩(wěn)定坡比，因此，設(shè)計(jì)方案選取削坡減載法，施工方便，節(jié)省投資。另外，由于降水是誘發(fā)本工程黃土邊坡失穩(wěn)的一個(gè)主要因素，在消方減載的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)方案應(yīng)利于排水，將暴雨或連續(xù)降雨的水從坡面迅速排走，防止雨水下滲，避免邊坡土體進(jìn)入飽和狀態(tài)。所以在綜合坡比滿足穩(wěn)定的條件下，設(shè)計(jì)采用陡坡比、多級寬平臺消坡方案，為進(jìn)一步保障邊坡安全，在坡頂設(shè)截水措施，在坡面及平面設(shè)排水措施，設(shè)計(jì)方案見圖1。

圖1 取土場高邊坡治理方案示意圖

邊坡采用自上而下水平分層、臺階式削坡方法，邊坡坡比為1∶0.75，削坡后自上而下形成多級平臺，平臺高差5m，寬3m，共12 級平臺，其中，高程772.5m 平臺寬6m，坡頂后移約28～36m。在坡頂設(shè)置一道截水溝，在每級平臺布設(shè)一道排水渠，沿坡面設(shè)置兩道縱向排水溝，排水溝采用梯形斷面，頂寬0.5m，底寬0.3m，深0.5m，壁厚0.15m，材料為C15 混凝土。處理后，通過計(jì)算，各工況下最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.36，滿足要求。目前，邊坡治理完成已兩年多，工程運(yùn)行良好。

4 結(jié)語

綜上所述，該工程通過地質(zhì)勘察及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析了邊坡地層巖土特性，調(diào)查了工程區(qū)周邊自然穩(wěn)定邊坡現(xiàn)狀，為工程設(shè)計(jì)提供了可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考。陡坡比、多級寬平臺的設(shè)計(jì)方案既充分利用了黃土直立性特點(diǎn)，又有利于坡面排水，能確保濕陷性黃土地區(qū)高邊坡安全穩(wěn)定運(yùn)行，可以為類似工程提供參考。同時(shí)，建議運(yùn)行期對高邊坡加強(qiáng)監(jiān)測，監(jiān)測異常情況應(yīng)及時(shí)向有關(guān)部門匯報(bào)