陕西宝鸡地区黄土工程边坡分类及防治现状

2019-02-10王存良

世界地质 2019年4期

王存良

内蒙古第二水文地质工程地质勘查院，内蒙古鄂尔多斯017000

0 引言

近年来，实施西部大开发成为中国促进地区协调发展的一项重要战略任务。在这一背景下，西部黄土地区经济高速发展，不同规模的城镇持续扩容，对土地资源的需求日益旺盛，建设用地供需矛盾十分突出。目前，对黄土丘陵区及黄土塬边依山切坡增加建设用地已成为缓解当地土地供需矛盾的重要手段，由此产生了大量的黄土工程边坡，正是由于人类工程活动对自然地质环境的过度改造，诱发了大量的地质灾害，尤其是工程滑坡。本文黄土工程边坡是指由于工程开挖或填筑施工所形成的人工边坡；工程滑坡系指由于工程行为而诱发的滑坡[1]。世界范围统计资料显示，高达70%的滑坡不同程度地与人类工程活动相关；中国20世纪50～60年代某些滑坡集中区，概率统计显示与人工活动相关的滑坡总体在80%以上[2]。

宝鸡地区与城镇化建设相关的人类活动十分活跃，随着宝鸡市城镇化进程的推进，形成了众多与人类活动密切相关的黄土工程边坡，加之原本脆弱的地质生态，导致地质灾害频发，给当地居民生命财产和经济建设造成重大地质灾害隐患。这些黄土工程边坡在降雨、地震等诱发因素作用下斜坡类地质灾害频发，以黄土工程滑坡尤甚。据对宝鸡地区地质灾害统计资料显示，2006年至2012年间宝鸡市滑坡灾害中与人类活动有关的滑坡约占70%[3]。围绕黄土滑坡的分类、诱发因素、成因机制及预测预报等方面众多学者开展了大量的研究工作，取得了丰硕的研究成果[4-14]。但受各种因素影响，黄土滑坡的治理及有关基础研究并未得到足够视，防治措施的选择及使用仍处于探索阶段[15]，这在一定程度上制约了黄土滑坡防治工作的进展。为了解决这一现实问题，急需对黄土滑坡防治相关的基础工作开展系统研究。

边坡坡体结构及其几何形态特征是滑坡分布规律及其发生和运动机制的重要研究内容[16]，总结不同类型边坡与其多发灾害种类之间的内在关系、分析边坡防治工程的适宜性及改进方向，对于边坡防护或者滑坡防治研究而言是十分基础而又重要的工作。宝鸡地区上述工作存在薄弱环节，笔者在对宝鸡地区开展野外地质灾害详查的基础上，对黄土工程边坡类型及主要防护手段进行系统分类，梳理、总结了不同类型边坡的特点与常见的灾害类型，以及已防治的边坡存在的一些常见问题，并结合这些共性问题进行了防治对策探讨，针对性地提出解决和改进这些问题的方向，旨在为本区黄土工程边坡的防治及滑坡综合治理层次的提升提供必要的技术支撑。

1 宝鸡市黄土工程边坡分类及主要特征

宝鸡市黄土主要分布在渭河谷地以北和龙山山地以东的地区，总面积约占辖区总面积的46%[3]。根据不同的研究需要，可按坡体结构类型、物质组成以及工程类别等指标对边坡进行分类。宝鸡地区由于地质环境及发展阶段的特殊性，人工扰动的类型较多，根据详细地质调查结果，按工程扰动类型可将宝鸡地区黄土工程边坡划分为建筑工程边坡、线性工程边坡、水利工程边坡和采矿工程边坡4大类。

1.1 建筑工程边坡

建筑工程边坡是宝鸡地区最为常见的工程边坡类型。为满足居住及经济发展的要求，需进行建(构)筑物和市政工程的挖填施工，形成大量的建筑工程边坡。在以农业经济为主的时代，窑居是人们解决住房问题的主要手段，也是一种独特的黄土文化，削坡建窑形成众多的窑洞边坡；随着城镇化的发展，当地质环境条件受限时，采取因势利导、依山切坡的手段解决建设用地短缺问题在宝鸡地区普遍存在，由此形成大量的带有城镇化标签的建筑工程边坡。

(1)边坡特征

边坡的基本特征很大程度上取决于所依附自然斜坡的地形地貌、地层结构、地质构造及施工等影响因素。宝鸡地区黄土、古土壤序列发育较完整，贾村剖面揭示马兰黄土、离石黄土和午城黄土均有分布，厚度及工程性质差异较大[17]。宝鸡地区建筑工程边坡多位于马兰和离石黄土层中，其主要特征见表1。

(2) 主要灾害类型

调查显示，宝鸡地区建筑工程边坡存在的主要地质灾害类型包括滑坡、崩塌(危岩)及泥石流(主要是坡面泥流)。其中窑洞边坡以崩塌(危岩)最为常见，如扶风县南台村老窑洞边坡在开挖卸荷及降雨作用下发生崩塌(图1)，窑洞现已鲜有人居，多为堆放杂物之所，该类边坡坡高往往不高，其灾害规模一般不大，但窑前有新建房屋时将会构成一定的安全隐患。宝鸡地区城镇化建筑工程边坡以上3种灾害比较常见，如金台区罗家楞滑坡(图2)，此类边坡灾害因多集中分布于居民点或人员聚集区，因此常造成重大灾情或安全隐患。

表1 宝鸡地区建筑工程边坡主要特征

图1 扶风县南台村老窑洞边坡崩塌Fig.1 Old cave collapse in Nantai village,Fufeng County

图2 宝鸡市金台区罗家楞滑坡Fig.2 Luojialeng landslide in Jintai district, Baoji area

1.2 线性工程边坡

宝鸡辖区内路网比较发达，高速公路、国道和省道构成了四通八达的公路网，村村通公路更是基本实现了境内全覆盖；铁路线主要包括陇海、宝成和宝中铁路，交通十分便利。高密度的线性工程穿越山区、黄土丘陵区和塬边地带，形成了数目众多

的工程边坡。

(1) 边坡特征

线性工程边坡也是宝鸡地区常见的边坡类型，线路穿越的地貌单元类型多变是其中一个显著特点，形成的工程边坡地层结构、边坡几何形态特征及稳定性等差异显著，其主要特征见表2。

表2 宝鸡地区线性工程边坡主要特征

(2) 主要灾害类型

线性工程边坡主要地质灾害类型有崩塌(危岩)、滑坡及泥石流(主要是坡面泥流)，线性分布及危险性和危害性大是其重要特征。其中山区和丘陵地带崩塌(危岩)、滑坡及泥石流灾害非常普遍。低丘陵和平原地带常见崩塌(危岩)和滑坡灾害，如扶风县绛帐公路和蔡岐公路边坡受裂隙切割和边坡坡高且陡等因素影响，危岩体较发育(图3、4)。

图3 扶风县绛帐公路边坡Fig.3 Slope along Jiangzhang road in Fufeng county

图4 蔡岐公路边坡(蔡家坡附近)Fig.4 Slope along Caijiapo-Qishan road(near Caijiapo town)

线性工程往往是当地经济发展和居民生活的重要生命补给线，边坡灾害威胁对象主要包括道路本身、行人以及交通车辆等，一旦发生地质灾害带来的经济损失难以估量。

1.3 水利工程边坡

引渭渠开挖形成的边坡是宝鸡地区最典型的水利工程边坡，除此之外还有兴修水库形成的库岸边坡，但相对比较少见。引渭渠灌溉工程贯穿宝鸡全境，沿线形成了大量的人工边坡。边坡高度变化很大，既有1～2 m的低矮边坡，也有超过60 m的超高边坡(如蔡家坡段引渭渠高边坡，图5)，边坡坡度集中分布在50°～70°之间，地层以黄土、古土壤互层结构为主。边坡高度在10 m以下的低矮边坡大多没有进行防护，10 m以上的不稳定或欠稳定边坡进行了工程治理，视其稳定情况和危害性分别采取了分级削坡、排水、抗滑挡墙和绿化等工程措施进行防治。

引渭渠水利工程边坡常见的地质灾害类型有崩塌(危岩)及滑坡，一旦发生灾害，会导致引渭渠淤塞，影响下游灌溉用水，甚至导致积水漫渠引发次生灾害。

图5 高度H=65 m，坡度θ=60°的引渭渠蔡家坡段高边坡Fig.5 High slope along the diversion canal from Wei River near Caijiapo town (height H=65 m，angle θ=60°)

图6 眉县郭何村砖窑厂边坡Fig.6 Brickkiln factory slope in Guohe village，Meixian county

1.4 采矿工程边坡

黏土砖是特定历史时期重要的建筑材料，宝鸡地区开采黏土矿烧制黏土砖现象比较普遍，大量挖掘黏土形成的人工边坡，易于形成崩塌(危岩)和滑坡地质灾害，如眉县郭何村砖窑厂边坡受裂隙切割影响，危岩体十分发育(图6)。

另外，由于宝鸡地区构造部位特殊，区内矿产丰富。凤县、太白县等矿业比较发达的区县开采大理石矿和金矿等遗留了许多规模不等的人工边坡。采矿弃渣无序堆放易于诱发泥石流、采空区地面塌陷次生灾害，例如2001年9月18日凤县铅硐山蒋家沟发生的泥石流灾害。

2 宝鸡市黄土工程边坡防治现状

中国对于地质灾害的防治起源于20世纪50年代。灾害防治水平主要受两方面因素影响：①防治理论和技术的成熟度；②经济发达程度。宝鸡地区地处中国西北黄土高原，经济属欠发达地区，调查发现该区对于灾害的防治程度总体上处于较低水平。

2.1 工程边坡防治现状

(1)防治技术

广义滑坡是指斜坡岩土体顺坡向下运动的一切现象[18]，包括崩塌、滑坡和泥石流等灾害，因此滑坡防治技术对于边坡灾害的防治具有通用性和可移植性。经过五十多年防治滑坡的实践，中国在借鉴国外先进经验的基础上，结合中国实际情况形成一套切实可行的防治办法，分为绕避、排水、力学平衡和滑带土改良4大类(表3)[19]。

在边坡防治方面，调查显示宝鸡地区目前运用的工程措施主要有削坡、排水、抗滑挡墙、格构梁护坡、护坡墙、绿化和SNS柔性防护系统。

(2)防治实例

蔡岐公路蔡家坡段施工开挖形成了一处长近100 m，高约32 m的路堑边坡，坡度70°～80°。依据边坡的稳定状态分段采取了分级削坡+坡脚抗滑挡墙+排水+坡面绿化的综合防治措施(图7)，目前除局部坡脚由于开挖卸荷导致的表层脱皮、小规模失稳崩落外，整体稳定性较好。

宝鸡市蟠龙塬公路切坡导致道路沿线形成多处路堑边坡，且多处为40 m以上的高边坡，坡度普遍在65°以上，边坡采取了分级削坡+格构梁护坡+格间绿化+排水+局部抗滑挡墙支档的综合防治措施(图8)，依据坡高分1～4级进行削坡处理，每级卸荷平台上均修有排水沟，重要节点处坡脚加修了浆砌石挡墙支护。调查期间正执施工收尾阶段，前期完成的施工段坡面绿化工程已发挥生态效应，整体防治效果良好，在宝鸡地区工程边坡防治上具有一定的推广借鉴意义。

表3 滑坡防治工程措施

a.东侧边坡;b.西侧边坡。图7 蔡岐公路路堑边坡防治现状Fig.7 Current situation of prevention and control of cutting slope alone Caijiapo--Qishan road

图8 蟠龙塬公路综合防治效果Fig.8 Comprehensive control effect of Panlongyuan road

2.2 存在问题

跟据调查数据概略统计，宝鸡地区工程边坡已采取有效防护措施的比例不高，约占35%。黄土工程特性决定了边坡具有较好的自稳能力，因此低矮工程边坡大多未采取有效的工程防护措施，对于已经采取防护措施的工程边坡，调查分析发现存在一些不当防治现象，不利于永久边坡的稳定，主要包括3个方面：

工程措施选择不恰当集中表现在3个方面：①一些高边坡未进行分级卸荷，而是采用单级坡的削坡方式；②部分采取分级削坡的边坡，卸荷平台及坡面不设排水；③坡脚抗滑挡墙不设泄水孔等(图9)。工程防治措施不合理极易导致防治失效，严重的将引发灾难性的后果。

高危边坡防治不彻底对中小型滑坡及潜在灾情严重的滑坡通常强调“一次根治、不留后患”的防治原则。扶风县胜利小区29 m的高边坡(图10)，分3～4级进行了削坡处理，但坡面未进行有效支档，也未做有效的截排水系统，坡顶村路距坡肩仅几米之遥，坡脚约8 m处即为小区居民楼，边坡一旦失稳后果不堪设想。

过度防治一些潜在灾情和险情小的工程边坡采取简单的预防或治理措施即能满足稳定性要求，调查显示，个别该类边坡存在过度治理现象。过度防治不仅增加了防治成本，同时也会影响防治资金的合理分配，不利于科学部署防灾减灾战略。

图9 金顶寺路堑边坡抗滑挡墙Fig.9 Anti-sliding retaining wall of Jinding temple cutting slope

图10 胜利小区高边坡Fig.10 High slope in Shengli community

2.3 防治对策讨论

中国对于边坡灾害的防治，在理论和技术应用上与国外并无本质差别，甚至在某些方面，如抗滑桩的受力模式和计算方法等研究已经走在了世界前列[16]。国内很多学者对于黄土边坡的临界冲刷坡度、植被防护以及黄土滑坡的整治等方面进行了大量有意义的研究[20]，黄土地区灾害防治实践中力学平衡、排水等工程措施得到了较好地应用，但整体防治层次并不高，究其原因，主要是受两方面因素制约：①对于黄土工程特性的认识有待深入；②防治资金相对短缺。结合宝鸡地区边坡防治现状，同时借鉴已有防治经验，为了提升本区地质灾害的防治水平，笔者认为仍需在以下3个方面加强研究：

①深入研究黄土的工程特性，尤其是黄土的湿陷性、水敏性和渗透性，对岩土介质工程特性的研究，在一定程度上决定了防治工程的成败。

②针对性进行防治关键技术研究，加强对于黄土边坡灾害具有相对优势的技术应用实践及其理论研究，比如微型桩群、生态护坡等。目前对微型桩的破坏模式和受力机制有一些研究[21]，也取得了一定的成果，但对破坏机理的认识仍不够深入，需要进一步完善以指导实践。需要说明的是，黄土地区无论采用什么样的防治措施，都应注重排水工程，这是黄土本身水敏性所决定的。

③“分期治理”的原则在宝鸡地区尤为重要。对于性质复杂、规模巨大的边坡短期内不易查清其性质，在保证灾情可控的前提下，对其进行分期治理；宝鸡地区属经济欠发达地区，客观上存在治理经费不足的问题，很难确保所有边坡一次根治到位，需对工程边坡重要性进行分级排序，对于人员密集区、重要的生命线工程沿线边坡及灾情和险情严重的边坡优先防治，在寻求政策支持的同时，合理分配防治资金。