浅析湿陷性黄土地区高边坡治理

欧 勇

（中水淮河规划设计研究有限公司 合肥 230601）

1 概述

黄土古称“黄壤”，是一种第四纪沉积物，具有一系列内部物质成分和外部形态特征，根据其特性，可分为湿陷性黄土和非湿陷性黄土，根据其形成年代的早晚，又可分为老黄土和新黄土。湿陷性黄土根据其湿陷类型，可分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土，我国的湿陷性黄土大部分分布在甘肃、陕西、山西省等地区。陕西省铜川市龙潭水库左岸取土场为黄土斜坡区，地形上为一近南北向的突出的黄土梁，黄土梁西侧为赵氏河，东侧为一冲沟，梁顶宽度65～95m，北高南低，梁顶上部自然坡度约15°～30°，坡顶较缓，经龙潭水库建设取土后形成了长度约360m，总坡高约70～80m 的边坡，边坡地面高程介于742～820m，高差为78m，其中上部20～30m 为原始的边坡，下部35～58m 为人工已开挖边坡，坡长约310m，边坡倾向255°，开挖综合坡比约1∶1.01～1∶1.07，边坡最大高度约58m。

2 边坡安全评估分析

2.1 工程地质勘察方法

为了确保龙潭水库取土场高边坡安全稳定运行，对各段边坡进行了工程地质勘察，通过试验确定了边坡稳定性验算分析的参数和依据，勘察采用平、剖面地质测绘，野外地质调查、钻探、坑探、原位测试及室内试验等综合方法完成。工程地质测绘以路线穿越为主，采用定点观测方法，对边坡区的地层分界线、岩性分界线、岩层走向及外侧冲沟等追索调查，最终形成边坡区工程地质平面图。钻探采用DPP100-4E 型车载式钻机，以静压的方法钻进，采用ϕ120mm 黄土薄壁取土器静压取土，在钻孔中粘性土做标准贯入试验，标贯锤质量63.5kg，钻杆直径42mm，落距76cm，贯入器长度76cm，采用自动脱钩装置进行。在钻探过程中遇碎石土进行重型动力触探试验，落锤质量63.5kg，落距76cm，探头直径74mm，锥角60°，采用自动脱钩的自由落锤法。挖探采用人工挖探及机械洛阳铲相结合，取样采用人工取样。室内土工试验对不扰动粘性土试样进行了一般物理力学性质试验、原状快剪、饱和快剪等试验，并重点取样进行了原状慢剪和饱和慢剪等试验。

2.2 工程地质条件

通过勘察，取土场勘探深度内地层主要为二层，自上而下分别为：第四系上更新统风积物（Q3eol）、第四系中更新统风洪积物（Q2eol+pl），各层土特性如下：第四系上更新统风积物（Q3eol）：黄土及一层古土壤层，黄土呈灰黄色，具大孔隙，疏松，垂直节理发育，古土壤呈棕红色，具团粒结构，分布于塬梁顶部，随地形倾斜，天然密度1.58g/cm3，孔隙比0.956，塑性指数12.8，原状快剪：凝聚力33.8kPa、内摩擦角26.3°，饱和快剪：凝聚力18.0kPa、内摩擦角19.7°。

第四系中更新统风洪积物（Q2eol+pl）：黄土状壤土及古土壤层，呈浅黄～灰黄色，硬塑，稍湿，古土壤层为棕红色，在残塬沟壑区一般向沟谷倾斜，天然密度1.68g/cm3，孔隙比0.871，塑性指数12.6，原状快剪：凝聚力34.5kPa、内摩擦角27.1°，饱和快剪：凝聚力18.8kPa、内摩擦角19.0°。

取土场未发现滑坡、泥石流、崩塌等不良地质现象，边坡特殊性岩土为湿陷性黄土，湿陷性黄土层厚度约18～20m，地势较高，无地表水分布。

2.3 边坡稳定性分析

根据工程地质条件，取土场边坡位于一黄土梁的西侧，该黄土梁西侧为赵氏河，东侧有一条深切的冲沟，黄土梁排水条件很好；边坡区内未发现断层、滑坡、泥石流、崩塌及地下采空区等；黄土梁顶部呈浑圆形，东、西两侧自然地形较为陡峻，植被覆盖一般。边坡所揭示的坡面土体为老黄土，土质单一，由粉粒～粘粒组成，稍湿，硬塑～坚硬状态，有大量钙质结核。通过对附近相同坡向的自然边坡的调查统计，在坡高20～25m 时，自然边坡的稳定坡比约1∶0.98～1∶1.02，且局部有陡坎；在坡高50m 时，自然边坡的稳定坡比约1∶1.2～1∶1.3，根据工程地质类比定性分析认为取土场人工边坡在自然状态下处于基本稳定状态，在饱和状态下土体强度指标会大幅降低，易产生滑塌，为不稳定状态。

取土场边坡表层Q3黄土已被全部挖除，坡面均为Q2eol+pl黄土状壤土夹古土壤，湿陷性黄土位于坡顶的自然边坡区，而下部的边坡多为非湿陷性黄土，在边坡稳定分析时可不考虑湿陷性黄土。且边坡两侧冲沟较深，不具备储水的地形条件，仅在降雨时存在暂时性面流，在勘探深度内未见地下水位，可不考虑地表水和地下水边坡的影响。根据边坡岩土层原位测试及室内试验结果，黄土状壤土和古土壤层的物理性质和力学指标很相近，边坡的破坏模式为圆弧破坏，因此，在边坡稳定计算时可按一层老黄土取值，通过采用毕肖普法对人工边坡在不同工况条件下的稳定性进行定量分析得出：天然状态下边坡抗滑稳定安全系数为1.086，暴雨或连续降雨状态下边坡抗滑稳定安全系数为0.785。最危险滑弧处于坡脚附近。

3 边坡设计方案

根据边坡稳定性分析及现状情况，针对性边坡防治方案有以下几类：

（1）削坡减载法：主要是采用削坡方式，清除不稳定岩土体，放缓边坡，加宽平台，以增加边坡稳定性的方法。

（2）排水法：主要是通过设置截排水沟，减少地表水入渗、排出地下水，使地下水位降低，减少地下水对土体物理力学性能的影响，同时减少土层的附加荷载，对边坡有一定稳定作用。排水法常作为一种辅助方法，通常结合其他方法一起使用。

（3）支挡法（抗滑挡墙、抗滑桩）：通过被动受力方法，阻挡滑坡移动；抗滑挡墙是在滑坡中前部修筑的支挡、减重墙，是滑坡治理的有效措施之一，一般采用重力式挡土墙；抗滑桩是用桩的支撑作用稳定滑坡的有效抗滑措施，一般适用于非塑性体浅层和中厚层滑坡前缘。

（4）锚固法（预应力锚索、格构锚固）：利用锚杆（索）周围地层岩土的抗剪强度来保持开挖面的自身稳定的方法，是一种浅层支护的有效方法，通常和挂网喷浆一起称为锚喷。

（5）注浆加固法：用液压或气压把能凝固的浆液注入物体的裂缝或孔隙，以改变注浆对象的物理力学性质的方法，通过注浆使浆液凝固后，使岩土层强度大大提高，从而增强岩土体的稳定性。

根据边坡稳定性分析，在天然状态下边坡处于基本稳定状态，在暴雨或连续降雨状态下边坡处于不稳定状态。通过土层物理力学指标可以看出，暴雨或连续降雨状态下边坡稳定安全系数迅速降低，原因是雨季地表水下渗导致土体孔隙水压力升高、粘聚力降低，加剧边坡的破坏，从而影响到边坡的稳定性。根据工程地质条件，工程区周边在坡高50m 时，自然边坡的稳定坡比约1∶1.2～1∶1.3，本工程现状综合坡比已达1∶1.01～1∶1.07，已接近稳定坡比，因此，设计方案选取削坡减载法，施工方便，节省投资。另外，由于降水是诱发本工程黄土边坡失稳的一个主要因素，在消方减载的基础上，设计方案应利于排水，将暴雨或连续降雨的水从坡面迅速排走，防止雨水下渗，避免边坡土体进入饱和状态。所以在综合坡比满足稳定的条件下，设计采用陡坡比、多级宽平台消坡方案，为进一步保障边坡安全，在坡顶设截水措施，在坡面及平面设排水措施，设计方案见图1。

图1 取土场高边坡治理方案示意图

边坡采用自上而下水平分层、台阶式削坡方法，边坡坡比为1∶0.75，削坡后自上而下形成多级平台，平台高差5m，宽3m，共12 级平台，其中，高程772.5m 平台宽6m，坡顶后移约28～36m。在坡顶设置一道截水沟，在每级平台布设一道排水渠，沿坡面设置两道纵向排水沟，排水沟采用梯形断面，顶宽0.5m，底宽0.3m，深0.5m，壁厚0.15m，材料为C15 混凝土。处理后，通过计算，各工况下最小抗滑稳定安全系数为1.36，满足要求。目前，边坡治理完成已两年多，工程运行良好。

4 结语

综上所述，该工程通过地质勘察及试验数据分析了边坡地层岩土特性，调查了工程区周边自然稳定边坡现状，为工程设计提供了可靠的基础数据和参考。陡坡比、多级宽平台的设计方案既充分利用了黄土直立性特点，又有利于坡面排水，能确保湿陷性黄土地区高边坡安全稳定运行，可以为类似工程提供参考。同时，建议运行期对高边坡加强监测，监测异常情况应及时向有关部门汇报