某黄土边坡滑塌机理分析及治理方案研究

李守升

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

近年来，随着我国基础设施建设的飞跃发展，路堑边坡稳定性也显得越来越突出。据有关资料显示，滑坡灾害是仅次于地震和火山之后的全球性三大地质灾害之一，可见滑坡带来的问题非常严重。国内外许多学者针对黄土路堑边坡做了相关研究，其中文献［1-4］对黄土路堑边坡变形机理进行了研究，文献［5-7］对黄土滑坡成因进行了分析并提出了加固措施。本文以山西境内某黄土边坡滑塌为例，深入分析其形成机理，并提出治理方案，以期对类似工程提供一定参考价值。

1 工程概述

图1 滑塌平面示意

图2 滑塌全貌

2 滑塌性质及机理分析

2.1 滑塌性质

滑塌区位于吕梁山西坡黄土丘陵区梁峁前缘，地形起伏较大，沟壑纵横，冲沟较发育，冲沟部分覆盖层较薄，甚至沟下部基岩裸露。该滑塌南北长约170 m，东西最宽处约90 m，平面面积约为1.4万m2。滑塌主滑方向为263°，基本垂直于线路方向，第一、二次滑塌主要在土石界面及全风化泥岩中，第三次滑塌主要在泥质砂岩中。滑塌区地层结构为上下二元结构，上部为新黄土、老黄土，局部夹卵石土。下部为三叠系下统刘家沟组(T1l)泥岩、泥质砂岩，土石界面处基岩以全风化的泥岩为主，且基岩面总体垂直线路方向倾斜。经地质资料揭示，土石界面附近老黄土层含水量较大，且土石界面处有强～全风化的泥岩及泥质砂岩，岩土较软。

2.2 滑塌机理分析

通过滑塌性质可知，地表覆盖黄土层，垂直节理、裂隙发育，下伏泥岩、泥质砂岩隔水性能较好，地表水下渗在土石界面处富集，造成土石界面上部黄土含水量较高，且对土石界面处的泥岩进行软化，抗剪强度迅速降低。当山坡开挖后形成临空面，在上部土体压力作用下临空面上土层含水量较高处附近边坡发生向外鼓起，加之黄土竖向裂隙发育，滑动面极易贯通，如图3所示。发生滑塌后破坏边坡整体稳定性，增加防护难度，严重时影响铁路安全运营。

图3 滑塌模型

3 治理方案研究

3.1 方案研究

方案一:于二级边坡坡顶设抗滑桩，桩顶滑体部分设一级边坡，高8 m，坡率1∶2，三级边坡坡顶设大平台，宽10～20 m，大平台以上边坡坡率1∶1.25，每级边坡高8 m，级间交错设置3、10、3 m宽平台。代表横断面如图4(a)所示。

方案二:侧沟平台外设桩板墙，桩顶滑体部分设一级边坡，高8 m，坡率1∶2，坡顶设大平台，宽20～44 m，大平台以上边坡坡率1∶1.25，每级边坡高8 m，级间交错设置3、10、3 m宽平台。代表横断面如图4(b)所示。

图4 方案示意

通过现场调查结合勘探综合分析可知，滑塌体滑面发生在土石界面附近，前缘切入全风化泥岩中，而方案一中抗滑桩能有效加固土石界面，但桩位选择未充分利用滑动体前缘滑面较平缓的阻滑段，作用在桩上的滑坡推力较大，且桩前部分滑体稳定性较差。方案二桩位选择考虑了滑体前缘平缓滑面的阻滑作用，作用在桩上的滑坡推力较小，但桩没能发挥对土石界面附近软弱岩土加固作用。另外，由于土石界面附近岩土体抗剪强度较低，采用清方方案工程费用虽小，但仍然存在沿土石界面滑动的可能性。同时文献［8］对抗滑桩桩位分析得出，抗滑桩位于斜坡中部比两端安全系数高。综上所述，治理方案采用方案一。

3.2 设计与计算

(1)计算方法

边坡稳定性分析采用Morgenstern-Price法［9］，该方法同时满足整体力矩平衡、土条力矩平衡、土条法向力和切向力平衡。滑坡推力采用传递系数法计算，锚固桩采用弹性地基梁法，滑动面以下桩身内力和变位计算采用 K 法［10］。

(2)计算参数的选取

各土层物理力学参数采用标准值，滑带岩土抗剪强度指标采用反算法［10-12］，边坡稳定性计算指标如表1 所示。抗滑桩计算参数:γ =22 kN/m3，φ0=40°，K=150 MN/m3，桩底支承条件为自由。

表1 边坡稳定性计算指标

3.3 治理措施

(1)抗滑桩防护

①为提高边坡稳定性于边坡较高段第二级边坡坡顶设抗滑桩，桩间距6.0 m，桩截面尺寸2 m×3 m，桩长20～22 m。如图5所示。

②桩身采用C30钢筋混凝土浇筑，受力钢筋采用HRB400级。

③桩基挖孔采用锁口及护壁进行支撑，锁口以下每开挖1 m浇筑护壁直至孔底。锁口及护壁采用C20钢筋混凝土浇筑。

图5 典型横断面

(2)清方减载

路堑边坡高度较低段将滑塌体进行清除，以减少支挡工程。边坡较高段将抗滑桩桩顶以上滑塌体上部进行清方，以减小作用在桩上的下滑力。

(3)边坡坡面防护

①路堑边坡在滑体上时坡率采用1∶2，其余边坡坡率1∶1.25～1∶1.50。

②为确保桩前滑塌体稳定，采用框架锚索格梁防护，每片锚索框架由3根横梁和2根肋柱连接组成，在结点处设置预应力锚索，每片框架设3排锚索，每孔由4根φ15.2 mm高强度、低松弛预应力钢绞线组成，锚索下倾角25°，锚索孔径130 mm，锚索锚固段长度10 m，设计预应力200 kN。框架内铺C25正六边形混凝土空心块，空心块内客土植草并种植紫穗槐。

③其余路堑边坡采用拱形骨架和肋条护坡，骨架内或肋条间种紫穗槐并植草防护。

(4)排水

为保证路堑边坡稳定，堑顶设天沟拦截堑顶外地表水;边坡大平台上设截水沟将水引入天沟或桥下冲沟内;滑塌区周围裂缝采用三七灰土封闭并整平夯实，避免坡面水渗入;边坡上土石界面处设深部泄水孔，孔深5～15 m，纵向间距3～5 m。

4 结语

通过对黄土边坡滑塌治理综合分析，笔者对黄土路堑边坡勘察设计有以下建议。

(1)黄土路堑边坡设计应根据地形地貌及地层岩性定性判断边坡的稳定性，对于存在潜在的不稳定因素，设计中需加强工程措施确保工程安全，施工中必须采取合理的开挖方法并及时防护，防止造成工程滑坡。

(2)黄土高边坡勘察过程中应注意土石界面附近土体的含水量变化情况，全风化岩石以上岩土体应干钻。对于土石界面附近出现的含水量大于20%的土体应在勘察报告中作为特殊土提出加固措施建议。

(3)对于土石界面倾向线路，特别是土石界面有软弱岩土体的黄土路堑边坡，土石界面应采取锚固桩或锚索格梁预加固处理方可开挖土石界面附近土体。

(4)黄土路堑边坡要加强防排水系统设计，边坡平台及堑顶应设截水沟、天沟，防止地表水下渗加剧土石界面附近岩土体的软化。

(5)应重视土石界面排水，可在土石界面处设深部泄水孔，及时疏导土石界面地下水。

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