某黃土邊坡滑塌機理分析及治理方案研究

李守升

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

近年來，隨著我國基礎設施建設的飛躍發展，路塹邊坡穩定性也顯得越來越突出。據有關資料顯示，滑坡災害是僅次于地震和火山之后的全球性三大地質災害之一，可見滑坡帶來的問題非常嚴重。國內外許多學者針對黃土路塹邊坡做了相關研究，其中文獻［1-4］對黃土路塹邊坡變形機理進行了研究，文獻［5-7］對黃土滑坡成因進行了分析并提出了加固措施。本文以山西境內某黃土邊坡滑塌為例，深入分析其形成機理，并提出治理方案，以期對類似工程提供一定參考價值。

1 工程概述

圖1 滑塌平面示意

圖2 滑塌全貌

2 滑塌性質及機理分析

2.1 滑塌性質

滑塌區位于呂梁山西坡黃土丘陵區梁峁前緣，地形起伏較大，溝壑縱橫，沖溝較發育，沖溝部分覆蓋層較薄，甚至溝下部基巖裸露。該滑塌南北長約170 m，東西最寬處約90 m，平面面積約為1.4萬m2。滑塌主滑方向為263°，基本垂直于線路方向，第一、二次滑塌主要在土石界面及全風化泥巖中，第三次滑塌主要在泥質砂巖中。滑塌區地層結構為上下二元結構，上部為新黃土、老黃土，局部夾卵石土。下部為三疊系下統劉家溝組(T1l)泥巖、泥質砂巖，土石界面處基巖以全風化的泥巖為主，且基巖面總體垂直線路方向傾斜。經地質資料揭示，土石界面附近老黃土層含水量較大，且土石界面處有強～全風化的泥巖及泥質砂巖，巖土較軟。

2.2 滑塌機理分析

通過滑塌性質可知，地表覆蓋黃土層，垂直節理、裂隙發育，下伏泥巖、泥質砂巖隔水性能較好，地表水下滲在土石界面處富集，造成土石界面上部黃土含水量較高，且對土石界面處的泥巖進行軟化，抗剪強度迅速降低。當山坡開挖后形成臨空面，在上部土體壓力作用下臨空面上土層含水量較高處附近邊坡發生向外鼓起，加之黃土豎向裂隙發育，滑動面極易貫通，如圖3所示。發生滑塌后破壞邊坡整體穩定性，增加防護難度，嚴重時影響鐵路安全運營。

圖3 滑塌模型

3 治理方案研究

3.1 方案研究

方案一:于二級邊坡坡頂設抗滑樁，樁頂滑體部分設一級邊坡，高8 m，坡率1∶2，三級邊坡坡頂設大平臺，寬10～20 m，大平臺以上邊坡坡率1∶1.25，每級邊坡高8 m，級間交錯設置3、10、3 m寬平臺。代表橫斷面如圖4(a)所示。

方案二:側溝平臺外設樁板墻，樁頂滑體部分設一級邊坡，高8 m，坡率1∶2，坡頂設大平臺，寬20～44 m，大平臺以上邊坡坡率1∶1.25，每級邊坡高8 m，級間交錯設置3、10、3 m寬平臺。代表橫斷面如圖4(b)所示。

圖4 方案示意

通過現場調查結合勘探綜合分析可知，滑塌體滑面發生在土石界面附近，前緣切入全風化泥巖中，而方案一中抗滑樁能有效加固土石界面，但樁位選擇未充分利用滑動體前緣滑面較平緩的阻滑段，作用在樁上的滑坡推力較大，且樁前部分滑體穩定性較差。方案二樁位選擇考慮了滑體前緣平緩滑面的阻滑作用，作用在樁上的滑坡推力較小，但樁沒能發揮對土石界面附近軟弱巖土加固作用。另外，由于土石界面附近巖土體抗剪強度較低，采用清方方案工程費用雖小，但仍然存在沿土石界面滑動的可能性。同時文獻［8］對抗滑樁樁位分析得出，抗滑樁位于斜坡中部比兩端安全系數高。綜上所述，治理方案采用方案一。

3.2 設計與計算

(1)計算方法

邊坡穩定性分析采用Morgenstern-Price法［9］，該方法同時滿足整體力矩平衡、土條力矩平衡、土條法向力和切向力平衡。滑坡推力采用傳遞系數法計算，錨固樁采用彈性地基梁法，滑動面以下樁身內力和變位計算采用 K 法［10］。

(2)計算參數的選取

各土層物理力學參數采用標準值，滑帶巖土抗剪強度指標采用反算法［10-12］，邊坡穩定性計算指標如表1 所示。抗滑樁計算參數:γ =22 kN/m3，φ0=40°，K=150 MN/m3，樁底支承條件為自由。

表1 邊坡穩定性計算指標

3.3 治理措施

(1)抗滑樁防護

①為提高邊坡穩定性于邊坡較高段第二級邊坡坡頂設抗滑樁，樁間距6.0 m，樁截面尺寸2 m×3 m，樁長20～22 m。如圖5所示。

②樁身采用C30鋼筋混凝土澆筑，受力鋼筋采用HRB400級。

③樁基挖孔采用鎖口及護壁進行支撐，鎖口以下每開挖1 m澆筑護壁直至孔底。鎖口及護壁采用C20鋼筋混凝土澆筑。

圖5 典型橫斷面

(2)清方減載

路塹邊坡高度較低段將滑塌體進行清除，以減少支擋工程。邊坡較高段將抗滑樁樁頂以上滑塌體上部進行清方，以減小作用在樁上的下滑力。

(3)邊坡坡面防護

①路塹邊坡在滑體上時坡率采用1∶2，其余邊坡坡率1∶1.25～1∶1.50。

②為確保樁前滑塌體穩定，采用框架錨索格梁防護，每片錨索框架由3根橫梁和2根肋柱連接組成，在結點處設置預應力錨索，每片框架設3排錨索，每孔由4根φ15.2 mm高強度、低松弛預應力鋼絞線組成，錨索下傾角25°，錨索孔徑130 mm，錨索錨固段長度10 m，設計預應力200 kN。框架內鋪C25正六邊形混凝土空心塊，空心塊內客土植草并種植紫穗槐。

③其余路塹邊坡采用拱形骨架和肋條護坡，骨架內或肋條間種紫穗槐并植草防護。

(4)排水

為保證路塹邊坡穩定，塹頂設天溝攔截塹頂外地表水;邊坡大平臺上設截水溝將水引入天溝或橋下沖溝內;滑塌區周圍裂縫采用三七灰土封閉并整平夯實，避免坡面水滲入;邊坡上土石界面處設深部泄水孔，孔深5～15 m，縱向間距3～5 m。

4 結語

通過對黃土邊坡滑塌治理綜合分析，筆者對黃土路塹邊坡勘察設計有以下建議。

(1)黃土路塹邊坡設計應根據地形地貌及地層巖性定性判斷邊坡的穩定性，對于存在潛在的不穩定因素，設計中需加強工程措施確保工程安全，施工中必須采取合理的開挖方法并及時防護，防止造成工程滑坡。

(2)黃土高邊坡勘察過程中應注意土石界面附近土體的含水量變化情況，全風化巖石以上巖土體應干鉆。對于土石界面附近出現的含水量大于20%的土體應在勘察報告中作為特殊土提出加固措施建議。

(3)對于土石界面傾向線路，特別是土石界面有軟弱巖土體的黃土路塹邊坡，土石界面應采取錨固樁或錨索格梁預加固處理方可開挖土石界面附近土體。

(4)黃土路塹邊坡要加強防排水系統設計，邊坡平臺及塹頂應設截水溝、天溝，防止地表水下滲加劇土石界面附近巖土體的軟化。

(5)應重視土石界面排水，可在土石界面處設深部泄水孔，及時疏導土石界面地下水。

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