淺析濕陷性黃土地區高邊坡治理

歐 勇

（中水淮河規劃設計研究有限公司 合肥 230601）

1 概述

黃土古稱“黃壤”，是一種第四紀沉積物，具有一系列內部物質成分和外部形態特征，根據其特性，可分為濕陷性黃土和非濕陷性黃土，根據其形成年代的早晚，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。陜西省銅川市龍潭水庫左岸取土場為黃土斜坡區，地形上為一近南北向的突出的黃土梁，黃土梁西側為趙氏河，東側為一沖溝，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，經龍潭水庫建設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 工程地質勘察方法

為了確保龍潭水庫取土場高邊坡安全穩定運行，對各段邊坡進行了工程地質勘察，通過試驗確定了邊坡穩定性驗算分析的參數和依據，勘察采用平、剖面地質測繪，野外地質調查、鉆探、坑探、原位測試及室內試驗等綜合方法完成。工程地質測繪以路線穿越為主，采用定點觀測方法，對邊坡區的地層分界線、巖性分界線、巖層走向及外側沖溝等追索調查，最終形成邊坡區工程地質平面圖。鉆探采用DPP100-4E 型車載式鉆機，以靜壓的方法鉆進，采用?120mm 黃土薄壁取土器靜壓取土，在鉆孔中粘性土做標準貫入試驗，標貫錘質量63.5kg，鉆桿直徑42mm，落距76cm，貫入器長度76cm，采用自動脫鉤裝置進行。在鉆探過程中遇碎石土進行重型動力觸探試驗，落錘質量63.5kg，落距76cm，探頭直徑74mm，錐角60°，采用自動脫鉤的自由落錘法。挖探采用人工挖探及機械洛陽鏟相結合，取樣采用人工取樣。室內土工試驗對不擾動粘性土試樣進行了一般物理力學性質試驗、原狀快剪、飽和快剪等試驗，并重點取樣進行了原狀慢剪和飽和慢剪等試驗。

2.2 工程地質條件

通過勘察，取土場勘探深度內地層主要為二層，自上而下分別為：第四系上更新統風積物（Q3eol）、第四系中更新統風洪積物（Q2eol+pl），各層土特性如下：第四系上更新統風積物（Q3eol）：黃土及一層古土壤層，黃土呈灰黃色，具大孔隙，疏松，垂直節理發育，古土壤呈棕紅色，具團粒結構，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12.8，原狀快剪：凝聚力33.8kPa、內摩擦角26.3°，飽和快剪：凝聚力18.0kPa、內摩擦角19.7°。

第四系中更新統風洪積物（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，在殘塬溝壑區一般向溝谷傾斜，天然密度1.68g/cm3，孔隙比0.871，塑性指數12.6，原狀快剪：凝聚力34.5kPa、內摩擦角27.1°，飽和快剪：凝聚力18.8kPa、內摩擦角19.0°。

取土場未發現滑坡、泥石流、崩塌等不良地質現象，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 邊坡穩定性分析

根據工程地質條件，取土場邊坡位于一黃土梁的西側，該黃土梁西側為趙氏河，東側有一條深切的沖溝，黃土梁排水條件很好；邊坡區內未發現斷層、滑坡、泥石流、崩塌及地下采空區等；黃土梁頂部呈渾圓形，東、西兩側自然地形較為陡峻，植被覆蓋一般。邊坡所揭示的坡面土體為老黃土，土質單一，由粉粒～粘粒組成，稍濕，硬塑～堅硬狀態，有大量鈣質結核。通過對附近相同坡向的自然邊坡的調查統計，在坡高20～25m 時，自然邊坡的穩定坡比約1∶0.98～1∶1.02，且局部有陡坎；在坡高50m 時，自然邊坡的穩定坡比約1∶1.2～1∶1.3，根據工程地質類比定性分析認為取土場人工邊坡在自然狀態下處于基本穩定狀態，在飽和狀態下土體強度指標會大幅降低，易產生滑塌，為不穩定狀態。

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的自然邊坡區，而下部的邊坡多為非濕陷性黃土，在邊坡穩定分析時可不考慮濕陷性黃土。且邊坡兩側沖溝較深，不具備儲水的地形條件，僅在降雨時存在暫時性面流，在勘探深度內未見地下水位，可不考慮地表水和地下水邊坡的影響。根據邊坡巖土層原位測試及室內試驗結果，黃土狀壤土和古土壤層的物理性質和力學指標很相近，邊坡的破壞模式為圓弧破壞，因此，在邊坡穩定計算時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定性進行定量分析得出：天然狀態下邊坡抗滑穩定安全系數為1.086，暴雨或連續降雨狀態下邊坡抗滑穩定安全系數為0.785。最危險滑弧處于坡腳附近。

3 邊坡設計方案

根據邊坡穩定性分析及現狀情況，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，清除不穩定巖土體，放緩邊坡，加寬平臺，以增加邊坡穩定性的方法。

（2）排水法：主要是通過設置截排水溝，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性能的影響，同時減少土層的附加荷載，對邊坡有一定穩定作用。排水法常作為一種輔助方法，通常結合其他方法一起使用。

（3）支擋法（抗滑擋墻、抗滑樁）：通過被動受力方法，阻擋滑坡移動；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（預應力錨索、格構錨固）：利用錨桿（索）周圍地層巖土的抗剪強度來保持開挖面的自身穩定的方法，是一種淺層支護的有效方法，通常和掛網噴漿一起稱為錨噴。

（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性質的方法，通過注漿使漿液凝固后，使巖土層強度大大提高，從而增強巖土體的穩定性。

根據邊坡穩定性分析，在天然狀態下邊坡處于基本穩定狀態，在暴雨或連續降雨狀態下邊坡處于不穩定狀態。通過土層物理力學指標可以看出，暴雨或連續降雨狀態下邊坡穩定安全系數迅速降低，原因是雨季地表水下滲導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定性。根據工程地質條件，工程區周邊在坡高50m 時，自然邊坡的穩定坡比約1∶1.2～1∶1.3，本工程現狀綜合坡比已達1∶1.01～1∶1.07，已接近穩定坡比，因此，設計方案選取削坡減載法，施工方便，節省投資。另外，由于降水是誘發本工程黃土邊坡失穩的一個主要因素，在消方減載的基礎上，設計方案應利于排水，將暴雨或連續降雨的水從坡面迅速排走，防止雨水下滲，避免邊坡土體進入飽和狀態。所以在綜合坡比滿足穩定的條件下，設計采用陡坡比、多級寬平臺消坡方案，為進一步保障邊坡安全，在坡頂設截水措施，在坡面及平面設排水措施，設計方案見圖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。在坡頂設置一道截水溝，在每級平臺布設一道排水渠，沿坡面設置兩道縱向排水溝，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，通過計算，各工況下最小抗滑穩定安全系數為1.36，滿足要求。目前，邊坡治理完成已兩年多，工程運行良好。

4 結語

綜上所述，該工程通過地質勘察及試驗數據分析了邊坡地層巖土特性，調查了工程區周邊自然穩定邊坡現狀，為工程設計提供了可靠的基礎數據和參考。陡坡比、多級寬平臺的設計方案既充分利用了黃土直立性特點，又有利于坡面排水，能確保濕陷性黃土地區高邊坡安全穩定運行，可以為類似工程提供參考。同時，建議運行期對高邊坡加強監測，監測異常情況應及時向有關部門匯報