碎石灰土樁防治黃土滑坡設計的研究

苗貴華，張海瑞

（1.山西省交通科學研究院，山西 太原 030006；2.河北省唐山市曹妃甸區城鄉規劃局，河北 唐山 063200）

中國黃土主要分布于習稱黃土高原區的黃河中上游的甘肅、陜西、寧夏、山西、河南與青海等省區。地處黃河中游，黃土高原東部的山西省，約占黃土高原地區總面積的24.38%[1]。由于經濟快速增長，豐富的煤炭資源加快了山西省高速公路的發展。黃土丘陵溝壑區高速公路的建設不可避免地要穿越一些黃土滑坡區，一旦誘發滑坡體復活，將會影響高速公路的正常運營。建設中的岢嵐至臨縣高速公路沿線構造活動強烈，老滑坡非常發育，路線選線期間，通過現場地質調查及專家論證線位內避讓了大量滑坡，但由于項目區內滑坡成群分布，對于一些路線無法避讓的滑坡體，設計單位仍需考慮合理設計方案對滑坡進行專門的治理。

1 工程概況

項目區地處黃河中游東岸，呂梁山中北段西側，屬西北黃土高原地帶，黃土丘陵溝壑區，整個地勢東高西低。沿線普遍覆蓋厚層黃土，地面缺少植被覆蓋，大部黃土裸露；由于流水切割，溝壑縱橫，黃土丘陵地形破碎，溝谷走向多由東向西，南北羽毛狀排列。

花子村2號滑坡區位于興縣康寧鎮，滑坡場區地形起伏較大，地面相對高差最大為107.64 m?；聟^所處地貌類型按成因及形態為剝蝕侵蝕的黃土丘陵溝壑區，上覆為風積、坡積成因的黃土梁。路線中線從滑坡體中部穿過，路基為半填半挖方式。該滑坡體特征主要表現為規模大、平面形狀整體為方形、滑面呈圓弧形、巖土組合為第四系坡積物、風積物、第三系紅黏土組征等。宏觀變形表現為因拉裂下滑而形成高陡邊坡、錯落下滑形成陡壁或陡坎以及推移擠出形成滑舌等，詳見圖1。

圖1 花子村2號滑坡地形圖

2 地質條件與地層結構

a）水文地質條件 根據鉆孔資料顯示，該滑坡區內地下水埋藏較深，對滑坡穩定基本沒有影響。對滑坡穩定產生影響的主要為季節性降雨滲水。

b）地層結構 從上至下依次分布有黃土狀粉土、紅黏土，現將巖土層結構與巖性特征由上至下分別描述如下：

（a）黃土狀粉土（Q3eol）顏色為淡黃色，狀態為稍濕，密實程度為中密，含云母碎片，夾有卵石，有少許黏性；厚度10.9～27.1 m，平均厚度19.01 m。

（b）紅黏土（N2） 顏色為紅褐色，狀態為稍濕，硬塑，光澤反應為有光澤，干強度高，韌性高，含云母、菌絲和少量鈣質結核等。該層未穿透。

3 滑坡定性分析

該滑坡區屬半干旱氣候，年降水量主要集中在6—9月，暴雨多，強度大。另外根據《山西省工程抗震設防烈度圖》，滑坡區地震基本烈度屬于Ⅵ度，滑坡區動峰值加速度為0.05g，反應譜特征周期為0.40 s?？紤]該項目區斷裂構造發育，地震活動時有發生，新構造活動強烈。綜合以上因素，該滑坡應考慮不同工況的穩定性。通過野外地質勘查、鉆孔、滑坡現狀并結合線位與滑坡相對位置關系，經與會專家論證及地勘單位提供詳勘報告，可定性推斷該滑坡在工況一（天然條件下）應處于基本穩定狀態，在工況二（天然條件+暴雨條件下）、工況三（天然條件+暴雨條件+地震條件下）將處于不穩定狀態。因此，設計方案建議首先在滑坡區周界設置截水溝，在滑坡坡面上設置樹枝狀多級排水溝，盡量減少地表水下滲對滑坡穩定產生不利影響，尤其是防止雨季滑坡發生滑塌。然后根據滑坡穩定性計算結果采取相應的工程措施。

4 設計方案的比選

通過詳細調查分析黃土滑坡所處的地質環境、地質構造和地層巖性，水文地質和工程地質條件，滑坡范圍及其主要屬性與要素特征。綜合考慮技術可行性和經濟合理性，提出采用抗滑樁支擋、削坡減載與反壓以及碎石灰土樁加固滑坡體3種防治黃土滑坡的設計方案。

a）第一種設置抗滑樁支擋方案。抗滑樁是目前廣泛采用的防治滑坡的有效措施，具有布置靈活、施工簡單、施工對滑坡穩定影響小等優點，但是抗滑樁設計中樁長設計非常重要，尤其是錨固深度確定。若錨固段不足，將引起樁的失效，不能抵抗滑坡下滑力?；ㄗ哟?號滑坡的滑帶埋深大于25 m，若采用抗滑樁，樁長將達到30 m以上，需充分論證抗滑樁阻滑的可行性。所以本工程采用抗滑樁方案適用性較差。

b）第二種削坡減載與反壓方案。此方案雖然對減緩滑坡變形有明顯作用，但是此滑坡若采用削坡減載與反壓方案治理，削坡會增加新的暴露面，引起產生次生滑坡；同時很大程度上破壞了原有植被和植草綠化，對黃土高原地區的生態環境和水土保持影響較大。因此對于大型滑坡，削坡減載與反壓方案可行性較小，尚需要與支擋工程結合采用。

c）第三種碎石灰土樁加固滑坡體方案。碎石灰土樁通過加固樁周圍土體，尤其是提高了滑動面范圍內土體的抗剪強度，使樁、土共同作用形成復合地基起到阻滑的目的。碎石灰土樁方案造價較抗滑樁節省。因此本滑坡治理考慮采用碎石灰土樁方案可行。

5 設計方案的選定

經過以上方案研究比選、結合具體工程特點及專家建議。本項目采用碎石灰土樁對滑坡土體進行改良，以提高滑坡土體抗剪強度指標，從而增加滑坡的穩定安全系數。碎石灰土樁采用直徑為60 cm，樁間距為1.8 m，梅花型布置。樁長根據滑坡土體厚度從路基左側至右側依次為2×18 m+3×17 m+3×16 m+3×15 m。具體設計見圖2。此外為攔截、引離地面水，防止其滲入滑坡體內,該滑坡治理設計方案中還設置了一定數量的截水溝和排水溝，并對路基兩側滑坡體范圍內的所有裂縫、陷穴采用6%灰土進行夯填處理，以防止雨水或地表水直接通過裂縫下滲至滑面。這些完善地表排水設施的合理設置對預防滑坡產生滑動取得了良好效果,是治理黃土滑坡不可缺少的重要措施。

圖2 碎石灰土樁治理滑坡設計圖

6 滑坡穩定性計算

6.1 巖土計算參數的選取

根據地勘單位提供的鉆孔、探井等資料，結合該項目區域內的其他工程參數取值及規范建議取值范圍，再依據該滑坡的定性分析，在反演算的基礎上合理確定滑帶巖土初始強度參數，參數的取值見表1。

表1 計算參數取值表

6.2 不同工況的穩定性安全系數

本文計算采用理正巖土的邊滑坡穩定性分析軟件包，選取1-1＇和2-2＇剖面（見圖3、圖4）。分別在天然狀態下工況、天然+暴雨（飽和）工況以及天然+暴雨（飽和）+地震工況進行穩定性計算[2]，計算穩定安全系數結果見表2。

圖3 花子村2號滑坡1-1＇剖面設計圖

圖4 花子村2號滑坡2-2＇剖面設計圖

表2 花子村2號滑坡穩定性計算結果

6.3 計算參數的修正

復合土層的抗剪強度參照公式（1）、公式（2）、公式（3）進行計算修正[3]，修正后計算參數取值見表3。

式中：φsp為復合土層的內摩擦角標準值；m為面積置換率；μp為應力集中系數；φp為樁體材料內摩擦角標準值；cp為樁黏聚力標準；φs為樁間土的內摩擦角標準值；csp為復合土層黏聚力標準值；cs為樁間土黏聚力標準；n為樁土應力比。

表3 計算參數修正后取值表

6.4 參數修正后穩定性計算

按照修正后計算參數，分別在天然狀態下工況、天然+暴雨（飽和）工況以及天然+暴雨（飽和）+地震工況進行計算滑坡穩定安全系數，計算結果見表4。

表4 參數修正后穩定性計算結果

7 結論與建議

黃土滑坡作為土質滑坡一種，具有規模大、發生突然、滑速較快、崩塌性以及破壞力強、危害嚴重等特點，應針對不同類型滑坡性質、原因、規模、穩定狀態和發展趨勢等，結合具體工程特點與要求，將常用的方法結合新的防滑、治滑措施，做到安全可靠、經濟合理，以保證滑坡穩定[4]。本文黃土滑坡穩定性計算采用復合土層修正后的強度參數，計算安全系數滿足規范取值，達到阻滑的目的；但是目前巖土體強度參數的取值仍是巖土計算中的難點，下一步需進一步加強黃土地區滑坡防治設計中合理選取強度參數的理論研究。此外，碎石灰土樁施工質量不易控制，現場實際參數與理論計算取值可能會有較大差距，建議結合現場實驗對土體參數進行合理修正。以此為今后黃土地區滑坡防治中積累豐富的設計與施工經驗。