陜西寶雞地區黃土工程邊坡分類及防治現狀

王存良

內蒙古第二水文地質工程地質勘查院，內蒙古鄂爾多斯017000

0 引言

近年來，實施西部大開發成為中國促進地區協調發展的一項重要戰略任務。在這一背景下，西部黃土地區經濟高速發展，不同規模的城鎮持續擴容，對土地資源的需求日益旺盛，建設用地供需矛盾十分突出。目前，對黃土丘陵區及黃土塬邊依山切坡增加建設用地已成為緩解當地土地供需矛盾的重要手段，由此產生了大量的黃土工程邊坡，正是由于人類工程活動對自然地質環境的過度改造，誘發了大量的地質災害，尤其是工程滑坡。本文黃土工程邊坡是指由于工程開挖或填筑施工所形成的人工邊坡；工程滑坡系指由于工程行為而誘發的滑坡[1]。世界范圍統計資料顯示，高達70%的滑坡不同程度地與人類工程活動相關；中國20世紀50～60年代某些滑坡集中區，概率統計顯示與人工活動相關的滑坡總體在80%以上[2]。

寶雞地區與城鎮化建設相關的人類活動十分活躍，隨著寶雞市城鎮化進程的推進，形成了眾多與人類活動密切相關的黃土工程邊坡，加之原本脆弱的地質生態，導致地質災害頻發，給當地居民生命財產和經濟建設造成重大地質災害隱患。這些黃土工程邊坡在降雨、地震等誘發因素作用下斜坡類地質災害頻發，以黃土工程滑坡尤甚。據對寶雞地區地質災害統計資料顯示，2006年至2012年間寶雞市滑坡災害中與人類活動有關的滑坡約占70%[3]。圍繞黃土滑坡的分類、誘發因素、成因機制及預測預報等方面眾多學者開展了大量的研究工作，取得了豐碩的研究成果[4-14]。但受各種因素影響，黃土滑坡的治理及有關基礎研究并未得到足夠視，防治措施的選擇及使用仍處于探索階段[15]，這在一定程度上制約了黃土滑坡防治工作的進展。為了解決這一現實問題，急需對黃土滑坡防治相關的基礎工作開展系統研究。

邊坡坡體結構及其幾何形態特征是滑坡分布規律及其發生和運動機制的重要研究內容[16]，總結不同類型邊坡與其多發災害種類之間的內在關系、分析邊坡防治工程的適宜性及改進方向，對于邊坡防護或者滑坡防治研究而言是十分基礎而又重要的工作。寶雞地區上述工作存在薄弱環節，筆者在對寶雞地區開展野外地質災害詳查的基礎上，對黃土工程邊坡類型及主要防護手段進行系統分類，梳理、總結了不同類型邊坡的特點與常見的災害類型，以及已防治的邊坡存在的一些常見問題，并結合這些共性問題進行了防治對策探討，針對性地提出解決和改進這些問題的方向，旨在為本區黃土工程邊坡的防治及滑坡綜合治理層次的提升提供必要的技術支撐。

1 寶雞市黃土工程邊坡分類及主要特征

寶雞市黃土主要分布在渭河谷地以北和龍山山地以東的地區，總面積約占轄區總面積的46%[3]。根據不同的研究需要，可按坡體結構類型、物質組成以及工程類別等指標對邊坡進行分類。寶雞地區由于地質環境及發展階段的特殊性，人工擾動的類型較多，根據詳細地質調查結果，按工程擾動類型可將寶雞地區黃土工程邊坡劃分為建筑工程邊坡、線性工程邊坡、水利工程邊坡和采礦工程邊坡4大類。

1.1 建筑工程邊坡

建筑工程邊坡是寶雞地區最為常見的工程邊坡類型。為滿足居住及經濟發展的要求，需進行建(構)筑物和市政工程的挖填施工，形成大量的建筑工程邊坡。在以農業經濟為主的時代，窯居是人們解決住房問題的主要手段，也是一種獨特的黃土文化，削坡建窯形成眾多的窯洞邊坡；隨著城鎮化的發展，當地質環境條件受限時，采取因勢利導、依山切坡的手段解決建設用地短缺問題在寶雞地區普遍存在，由此形成大量的帶有城鎮化標簽的建筑工程邊坡。

(1)邊坡特征

邊坡的基本特征很大程度上取決于所依附自然斜坡的地形地貌、地層結構、地質構造及施工等影響因素。寶雞地區黃土、古土壤序列發育較完整，賈村剖面揭示馬蘭黃土、離石黃土和午城黃土均有分布，厚度及工程性質差異較大[17]。寶雞地區建筑工程邊坡多位于馬蘭和離石黃土層中，其主要特征見表1。

(2) 主要災害類型

調查顯示，寶雞地區建筑工程邊坡存在的主要地質災害類型包括滑坡、崩塌(危巖)及泥石流(主要是坡面泥流)。其中窯洞邊坡以崩塌(危巖)最為常見，如扶風縣南臺村老窯洞邊坡在開挖卸荷及降雨作用下發生崩塌(圖1)，窯洞現已鮮有人居，多為堆放雜物之所，該類邊坡坡高往往不高，其災害規模一般不大，但窯前有新建房屋時將會構成一定的安全隱患。寶雞地區城鎮化建筑工程邊坡以上3種災害比較常見，如金臺區羅家楞滑坡(圖2)，此類邊坡災害因多集中分布于居民點或人員聚集區，因此常造成重大災情或安全隱患。

表1 寶雞地區建筑工程邊坡主要特征

圖1 扶風縣南臺村老窯洞邊坡崩塌Fig.1 Old cave collapse in Nantai village,Fufeng County

圖2 寶雞市金臺區羅家楞滑坡Fig.2 Luojialeng landslide in Jintai district, Baoji area

1.2 線性工程邊坡

寶雞轄區內路網比較發達，高速公路、國道和省道構成了四通八達的公路網，村村通公路更是基本實現了境內全覆蓋；鐵路線主要包括隴海、寶成和寶中鐵路，交通十分便利。高密度的線性工程穿越山區、黃土丘陵區和塬邊地帶，形成了數目眾多

的工程邊坡。

(1) 邊坡特征

線性工程邊坡也是寶雞地區常見的邊坡類型，線路穿越的地貌單元類型多變是其中一個顯著特點，形成的工程邊坡地層結構、邊坡幾何形態特征及穩定性等差異顯著，其主要特征見表2。

表2 寶雞地區線性工程邊坡主要特征

(2) 主要災害類型

線性工程邊坡主要地質災害類型有崩塌(危巖)、滑坡及泥石流(主要是坡面泥流)，線性分布及危險性和危害性大是其重要特征。其中山區和丘陵地帶崩塌(危巖)、滑坡及泥石流災害非常普遍。低丘陵和平原地帶常見崩塌(危巖)和滑坡災害，如扶風縣絳帳公路和蔡岐公路邊坡受裂隙切割和邊坡坡高且陡等因素影響，危巖體較發育(圖3、4)。

圖3 扶風縣絳帳公路邊坡Fig.3 Slope along Jiangzhang road in Fufeng county

圖4 蔡岐公路邊坡(蔡家坡附近)Fig.4 Slope along Caijiapo-Qishan road(near Caijiapo town)

線性工程往往是當地經濟發展和居民生活的重要生命補給線，邊坡災害威脅對象主要包括道路本身、行人以及交通車輛等，一旦發生地質災害帶來的經濟損失難以估量。

1.3 水利工程邊坡

引渭渠開挖形成的邊坡是寶雞地區最典型的水利工程邊坡，除此之外還有興修水庫形成的庫岸邊坡，但相對比較少見。引渭渠灌溉工程貫穿寶雞全境，沿線形成了大量的人工邊坡。邊坡高度變化很大，既有1～2 m的低矮邊坡，也有超過60 m的超高邊坡(如蔡家坡段引渭渠高邊坡，圖5)，邊坡坡度集中分布在50°～70°之間，地層以黃土、古土壤互層結構為主。邊坡高度在10 m以下的低矮邊坡大多沒有進行防護，10 m以上的不穩定或欠穩定邊坡進行了工程治理，視其穩定情況和危害性分別采取了分級削坡、排水、抗滑擋墻和綠化等工程措施進行防治。

引渭渠水利工程邊坡常見的地質災害類型有崩塌(危巖)及滑坡，一旦發生災害，會導致引渭渠淤塞，影響下游灌溉用水，甚至導致積水漫渠引發次生災害。

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

圖6 眉縣郭何村磚窯廠邊坡Fig.6 Brickkiln factory slope in Guohe village，Meixian county

1.4 采礦工程邊坡

黏土磚是特定歷史時期重要的建筑材料，寶雞地區開采黏土礦燒制黏土磚現象比較普遍，大量挖掘黏土形成的人工邊坡，易于形成崩塌(危巖)和滑坡地質災害，如眉縣郭何村磚窯廠邊坡受裂隙切割影響，危巖體十分發育(圖6)。

另外，由于寶雞地區構造部位特殊，區內礦產豐富。鳳縣、太白縣等礦業比較發達的區縣開采大理石礦和金礦等遺留了許多規模不等的人工邊坡。采礦棄渣無序堆放易于誘發泥石流、采空區地面塌陷次生災害，例如2001年9月18日鳳縣鉛硐山蔣家溝發生的泥石流災害。

2 寶雞市黃土工程邊坡防治現狀

中國對于地質災害的防治起源于20世紀50年代。災害防治水平主要受兩方面因素影響：①防治理論和技術的成熟度；②經濟發達程度。寶雞地區地處中國西北黃土高原，經濟屬欠發達地區，調查發現該區對于災害的防治程度總體上處于較低水平。

2.1 工程邊坡防治現狀

(1)防治技術

廣義滑坡是指斜坡巖土體順坡向下運動的一切現象[18]，包括崩塌、滑坡和泥石流等災害，因此滑坡防治技術對于邊坡災害的防治具有通用性和可移植性。經過五十多年防治滑坡的實踐，中國在借鑒國外先進經驗的基礎上，結合中國實際情況形成一套切實可行的防治辦法，分為繞避、排水、力學平衡和滑帶土改良4大類(表3)[19]。

在邊坡防治方面，調查顯示寶雞地區目前運用的工程措施主要有削坡、排水、抗滑擋墻、格構梁護坡、護坡墻、綠化和SNS柔性防護系統。

(2)防治實例

蔡岐公路蔡家坡段施工開挖形成了一處長近100 m，高約32 m的路塹邊坡，坡度70°～80°。依據邊坡的穩定狀態分段采取了分級削坡+坡腳抗滑擋墻+排水+坡面綠化的綜合防治措施(圖7)，目前除局部坡腳由于開挖卸荷導致的表層脫皮、小規模失穩崩落外，整體穩定性較好。

寶雞市蟠龍塬公路切坡導致道路沿線形成多處路塹邊坡，且多處為40 m以上的高邊坡，坡度普遍在65°以上，邊坡采取了分級削坡+格構梁護坡+格間綠化+排水+局部抗滑擋墻支檔的綜合防治措施(圖8)，依據坡高分1～4級進行削坡處理，每級卸荷平臺上均修有排水溝，重要節點處坡腳加修了漿砌石擋墻支護。調查期間正執施工收尾階段，前期完成的施工段坡面綠化工程已發揮生態效應，整體防治效果良好，在寶雞地區工程邊坡防治上具有一定的推廣借鑒意義。

表3 滑坡防治工程措施

a.東側邊坡;b.西側邊坡。圖7 蔡岐公路路塹邊坡防治現狀Fig.7 Current situation of prevention and control of cutting slope alone Caijiapo--Qishan road

圖8 蟠龍塬公路綜合防治效果Fig.8 Comprehensive control effect of Panlongyuan road

2.2 存在問題

跟據調查數據概略統計，寶雞地區工程邊坡已采取有效防護措施的比例不高，約占35%。黃土工程特性決定了邊坡具有較好的自穩能力，因此低矮工程邊坡大多未采取有效的工程防護措施，對于已經采取防護措施的工程邊坡，調查分析發現存在一些不當防治現象，不利于永久邊坡的穩定，主要包括3個方面：

工程措施選擇不恰當集中表現在3個方面：①一些高邊坡未進行分級卸荷，而是采用單級坡的削坡方式；②部分采取分級削坡的邊坡，卸荷平臺及坡面不設排水；③坡腳抗滑擋墻不設泄水孔等(圖9)。工程防治措施不合理極易導致防治失效，嚴重的將引發災難性的后果。

高危邊坡防治不徹底對中小型滑坡及潛在災情嚴重的滑坡通常強調“一次根治、不留后患”的防治原則。扶風縣勝利小區29 m的高邊坡(圖10)，分3～4級進行了削坡處理，但坡面未進行有效支檔，也未做有效的截排水系統，坡頂村路距坡肩僅幾米之遙，坡腳約8 m處即為小區居民樓，邊坡一旦失穩后果不堪設想。

過度防治一些潛在災情和險情小的工程邊坡采取簡單的預防或治理措施即能滿足穩定性要求，調查顯示，個別該類邊坡存在過度治理現象。過度防治不僅增加了防治成本，同時也會影響防治資金的合理分配，不利于科學部署防災減災戰略。

圖9 金頂寺路塹邊坡抗滑擋墻Fig.9 Anti-sliding retaining wall of Jinding temple cutting slope

圖10 勝利小區高邊坡Fig.10 High slope in Shengli community

2.3 防治對策討論

中國對于邊坡災害的防治，在理論和技術應用上與國外并無本質差別，甚至在某些方面，如抗滑樁的受力模式和計算方法等研究已經走在了世界前列[16]。國內很多學者對于黃土邊坡的臨界沖刷坡度、植被防護以及黃土滑坡的整治等方面進行了大量有意義的研究[20]，黃土地區災害防治實踐中力學平衡、排水等工程措施得到了較好地應用，但整體防治層次并不高，究其原因，主要是受兩方面因素制約：①對于黃土工程特性的認識有待深入；②防治資金相對短缺。結合寶雞地區邊坡防治現狀，同時借鑒已有防治經驗，為了提升本區地質災害的防治水平，筆者認為仍需在以下3個方面加強研究：

①深入研究黃土的工程特性，尤其是黃土的濕陷性、水敏性和滲透性，對巖土介質工程特性的研究，在一定程度上決定了防治工程的成敗。

②針對性進行防治關鍵技術研究，加強對于黃土邊坡災害具有相對優勢的技術應用實踐及其理論研究，比如微型樁群、生態護坡等。目前對微型樁的破壞模式和受力機制有一些研究[21]，也取得了一定的成果，但對破壞機理的認識仍不夠深入，需要進一步完善以指導實踐。需要說明的是，黃土地區無論采用什么樣的防治措施，都應注重排水工程，這是黃土本身水敏性所決定的。

③“分期治理”的原則在寶雞地區尤為重要。對于性質復雜、規模巨大的邊坡短期內不易查清其性質，在保證災情可控的前提下，對其進行分期治理；寶雞地區屬經濟欠發達地區，客觀上存在治理經費不足的問題，很難確保所有邊坡一次根治到位，需對工程邊坡重要性進行分級排序，對于人員密集區、重要的生命線工程沿線邊坡及災情和險情嚴重的邊坡優先防治，在尋求政策支持的同時，合理分配防治資金。

3 結論

(1) 寶雞地區工程邊坡按工程擾動類型可劃分為建筑工程邊坡、線性工程邊坡、水利工程邊坡和采礦工程邊坡4大類，每類工程邊坡因其時空分布的差異，邊坡的基本特征、常見的災害類型及其危險性和危害性不盡相同。

(2)調查結果顯示，區內地質災害整體防治程度較低，究其原因在于：①現階段對黃土工程特性的研究有待深入，對于破壞機理的研究有待深入；②防治經費相對短缺所致。已經防護的邊坡采取的工程措施包括削坡、格構梁護坡、抗滑擋墻、護坡墻、排水和綠化等。

(3)通過分析調查數據發現寶雞地區已經進行防治的邊坡存在一些不足之處，主要是工程措施選擇不恰當、高危邊坡防治不徹底及對一些危險性和危害性較小的邊坡過度防治3大類。

(4)結合寶雞地區地質災害防治現狀，提高災害整體防治水平，需加強以下3個方面的工作:加強對黃土工程特性的研究，從機理上為防治工作提供技術支撐；進一步加強針對適宜于寶雞地區黃土災害發育特點的防治關鍵技術研究；結合實際，做好分期防治工作，對地質災害防治工作從規劃源頭上做到合理布局。

致謝本文在野外地質調查及成文過程中得到了曹春山博士的熱情幫助，在此一并表示感謝！