陜西寶雞地區(qū)黃土工程邊坡分類(lèi)及防治現(xiàn)狀

王存良

內(nèi)蒙古第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘查院，內(nèi)蒙古鄂爾多斯017000

0 引言

近年來(lái)，實(shí)施西部大開(kāi)發(fā)成為中國(guó)促進(jìn)地區(qū)協(xié)調(diào)發(fā)展的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略任務(wù)。在這一背景下，西部黃土地區(qū)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，不同規(guī)模的城鎮(zhèn)持續(xù)擴(kuò)容，對(duì)土地資源的需求日益旺盛，建設(shè)用地供需矛盾十分突出。目前，對(duì)黃土丘陵區(qū)及黃土塬邊依山切坡增加建設(shè)用地已成為緩解當(dāng)?shù)赝恋毓┬杳艿闹匾侄?，由此產(chǎn)生了大量的黃土工程邊坡，正是由于人類(lèi)工程活動(dòng)對(duì)自然地質(zhì)環(huán)境的過(guò)度改造，誘發(fā)了大量的地質(zhì)災(zāi)害，尤其是工程滑坡。本文黃土工程邊坡是指由于工程開(kāi)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(fā)的滑坡[1]。世界范圍統(tǒng)計(jì)資料顯示，高達(dá)70%的滑坡不同程度地與人類(lèi)工程活動(dòng)相關(guān)；中國(guó)20世紀(jì)50～60年代某些滑坡集中區(qū)，概率統(tǒng)計(jì)顯示與人工活動(dòng)相關(guān)的滑坡總體在80%以上[2]。

寶雞地區(qū)與城鎮(zhèn)化建設(shè)相關(guān)的人類(lèi)活動(dòng)十分活躍，隨著寶雞市城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，形成了眾多與人類(lèi)活動(dòng)密切相關(guān)的黃土工程邊坡，加之原本脆弱的地質(zhì)生態(tài)，導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，給當(dāng)?shù)鼐用裆?cái)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)造成重大地質(zhì)災(zāi)害隱患。這些黃土工程邊坡在降雨、地震等誘發(fā)因素作用下斜坡類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，以黃土工程滑坡尤甚。據(jù)對(duì)寶雞地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)資料顯示，2006年至2012年間寶雞市滑坡災(zāi)害中與人類(lèi)活動(dòng)有關(guān)的滑坡約占70%[3]。圍繞黃土滑坡的分類(lèi)、誘發(fā)因素、成因機(jī)制及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等方面眾多學(xué)者開(kāi)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(guān)基礎(chǔ)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(jìn)展。為了解決這一現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，急需對(duì)黃土滑坡防治相關(guān)的基礎(chǔ)工作開(kāi)展系統(tǒng)研究。

邊坡坡體結(jié)構(gòu)及其幾何形態(tài)特征是滑坡分布規(guī)律及其發(fā)生和運(yùn)動(dòng)機(jī)制的重要研究?jī)?nèi)容[16]，總結(jié)不同類(lèi)型邊坡與其多發(fā)災(zāi)害種類(lèi)之間的內(nèi)在關(guān)系、分析邊坡防治工程的適宜性及改進(jìn)方向，對(duì)于邊坡防護(hù)或者滑坡防治研究而言是十分基礎(chǔ)而又重要的工作。寶雞地區(qū)上述工作存在薄弱環(huán)節(jié)，筆者在對(duì)寶雞地區(qū)開(kāi)展野外地質(zhì)災(zāi)害詳查的基礎(chǔ)上，對(duì)黃土工程邊坡類(lèi)型及主要防護(hù)手段進(jìn)行系統(tǒng)分類(lèi)，梳理、總結(jié)了不同類(lèi)型邊坡的特點(diǎn)與常見(jiàn)的災(zāi)害類(lèi)型，以及已防治的邊坡存在的一些常見(jiàn)問(wèn)題，并結(jié)合這些共性問(wèn)題進(jìn)行了防治對(duì)策探討，針對(duì)性地提出解決和改進(jìn)這些問(wèn)題的方向，旨在為本區(qū)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(shù)支撐。

1 寶雞市黃土工程邊坡分類(lèi)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(qū)，總面積約占轄區(qū)總面積的46%[3]。根據(jù)不同的研究需要，可按坡體結(jié)構(gòu)類(lèi)型、物質(zhì)組成以及工程類(lèi)別等指標(biāo)對(duì)邊坡進(jìn)行分類(lèi)。寶雞地區(qū)由于地質(zhì)環(huán)境及發(fā)展階段的特殊性，人工擾動(dòng)的類(lèi)型較多，根據(jù)詳細(xì)地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，按工程擾動(dòng)類(lèi)型可將寶雞地區(qū)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(lèi)。

1.1 建筑工程邊坡

建筑工程邊坡是寶雞地區(qū)最為常見(jiàn)的工程邊坡類(lèi)型。為滿足居住及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，需進(jìn)行建(構(gòu))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(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)為主的時(shí)代，窯居是人們解決住房問(wèn)題的主要手段，也是一種獨(dú)特的黃土文化，削坡建窯形成眾多的窯洞邊坡；隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，當(dāng)?shù)刭|(zhì)環(huán)境條件受限時(shí)，采取因勢(shì)利導(dǎo)、依山切坡的手段解決建設(shè)用地短缺問(wèn)題在寶雞地區(qū)普遍存在，由此形成大量的帶有城鎮(zhèn)化標(biāo)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(jié)構(gòu)、地質(zhì)構(gòu)造及施工等影響因素。寶雞地區(qū)黃土、古土壤序列發(fā)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(zhì)差異較大[17]。寶雞地區(qū)建筑工程邊坡多位于馬蘭和離石黃土層中，其主要特征見(jiàn)表1。

(2) 主要災(zāi)害類(lèi)型

調(diào)查顯示，寶雞地區(qū)建筑工程邊坡存在的主要地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)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(jiàn)，如扶風(fēng)縣南臺(tái)村老窯洞邊坡在開(kāi)挖卸荷及降雨作用下發(fā)生崩塌(圖1)，窯洞現(xiàn)已鮮有人居，多為堆放雜物之所，該類(lèi)邊坡坡高往往不高，其災(zāi)害規(guī)模一般不大，但窯前有新建房屋時(shí)將會(huì)構(gòu)成一定的安全隱患。寶雞地區(qū)城鎮(zhèn)化建筑工程邊坡以上3種災(zāi)害比較常見(jiàn)，如金臺(tái)區(qū)羅家楞滑坡(圖2)，此類(lèi)邊坡災(zāi)害因多集中分布于居民點(diǎn)或人員聚集區(qū)，因此常造成重大災(zāi)情或安全隱患。

表1 寶雞地區(qū)建筑工程邊坡主要特征

圖1 扶風(fēng)縣南臺(tái)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(tái)區(qū)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(qū)內(nèi)路網(wǎng)比較發(fā)達(dá)，高速公路、國(guó)道和省道構(gòu)成了四通八達(dá)的公路網(wǎng)，村村通公路更是基本實(shí)現(xiàn)了境內(nèi)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(qū)、黃土丘陵區(qū)和塬邊地帶，形成了數(shù)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(qū)常見(jiàn)的邊坡類(lèi)型，線路穿越的地貌單元類(lèi)型多變是其中一個(gè)顯著特點(diǎn)，形成的工程邊坡地層結(jié)構(gòu)、邊坡幾何形態(tài)特征及穩(wěn)定性等差異顯著，其主要特征見(jiàn)表2。

表2 寶雞地區(qū)線性工程邊坡主要特征

(2) 主要災(zāi)害類(lèi)型

線性工程邊坡主要地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)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(xiǎn)性和危害性大是其重要特征。其中山區(qū)和丘陵地帶崩塌(危巖)、滑坡及泥石流災(zāi)害非常普遍。低丘陵和平原地帶常見(jiàn)崩塌(危巖)和滑坡災(zāi)害，如扶風(fēng)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(fā)育(圖3、4)。

圖3 扶風(fēng)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(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活的重要生命補(bǔ)給線，邊坡災(zāi)害威脅對(duì)象主要包括道路本身、行人以及交通車(chē)輛等，一旦發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失難以估量。

1.3 水利工程邊坡

引渭渠開(kāi)挖形成的邊坡是寶雞地區(qū)最典型的水利工程邊坡，除此之外還有興修水庫(kù)形成的庫(kù)岸邊坡，但相對(duì)比較少見(jiàn)。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(guò)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(jié)構(gòu)為主。邊坡高度在10 m以下的低矮邊坡大多沒(méi)有進(jìn)行防護(hù)，10 m以上的不穩(wěn)定或欠穩(wěn)定邊坡進(jìn)行了工程治理，視其穩(wěn)定情況和危害性分別采取了分級(jí)削坡、排水、抗滑擋墻和綠化等工程措施進(jìn)行防治。

引渭渠水利工程邊坡常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型有崩塌(危巖)及滑坡，一旦發(fā)生災(zāi)害，會(huì)導(dǎo)致引渭渠淤塞，影響下游灌溉用水，甚至導(dǎo)致積水漫渠引發(fā)次生災(zāi)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(shí)期重要的建筑材料，寶雞地區(qū)開(kāi)采黏土礦燒制黏土磚現(xiàn)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(zhì)災(zāi)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(fā)育(圖6)。

另外，由于寶雞地區(qū)構(gòu)造部位特殊，區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)豐富。鳳縣、太白縣等礦業(yè)比較發(fā)達(dá)的區(qū)縣開(kāi)采大理石礦和金礦等遺留了許多規(guī)模不等的人工邊坡。采礦棄渣無(wú)序堆放易于誘發(fā)泥石流、采空區(qū)地面塌陷次生災(zāi)害，例如2001年9月18日鳳縣鉛硐山蔣家溝發(fā)生的泥石流災(zāi)害。

2 寶雞市黃土工程邊坡防治現(xiàn)狀

中國(guó)對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害的防治起源于20世紀(jì)50年代。災(zāi)害防治水平主要受兩方面因素影響：①防治理論和技術(shù)的成熟度；②經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度。寶雞地區(qū)地處中國(guó)西北黃土高原，經(jīng)濟(jì)屬欠發(fā)達(dá)地區(qū)，調(diào)查發(fā)現(xiàn)該區(qū)對(duì)于災(zāi)害的防治程度總體上處于較低水平。

2.1 工程邊坡防治現(xiàn)狀

(1)防治技術(shù)

廣義滑坡是指斜坡巖土體順坡向下運(yùn)動(dòng)的一切現(xiàn)象[18]，包括崩塌、滑坡和泥石流等災(zāi)害，因此滑坡防治技術(shù)對(duì)于邊坡災(zāi)害的防治具有通用性和可移植性。經(jīng)過(guò)五十多年防治滑坡的實(shí)踐，中國(guó)在借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國(guó)實(shí)際情況形成一套切實(shí)可行的防治辦法，分為繞避、排水、力學(xué)平衡和滑帶土改良4大類(lèi)(表3)[19]。

在邊坡防治方面，調(diào)查顯示寶雞地區(qū)目前運(yùn)用的工程措施主要有削坡、排水、抗滑擋墻、格構(gòu)梁護(hù)坡、護(hù)坡墻、綠化和SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)。

(2)防治實(shí)例

蔡岐公路蔡家坡段施工開(kāi)挖形成了一處長(zhǎng)近100 m，高約32 m的路塹邊坡，坡度70°～80°。依據(jù)邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)分段采取了分級(jí)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(kāi)挖卸荷導(dǎo)致的表層脫皮、小規(guī)模失穩(wěn)崩落外，整體穩(wěn)定性較好。

寶雞市蟠龍塬公路切坡導(dǎo)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(jí)削坡+格構(gòu)梁護(hù)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(jù)坡高分1～4級(jí)進(jìn)行削坡處理，每級(jí)卸荷平臺(tái)上均修有排水溝，重要節(jié)點(diǎn)處坡腳加修了漿砌石擋墻支護(hù)。調(diào)查期間正執(zhí)施工收尾階段，前期完成的施工段坡面綠化工程已發(fā)揮生態(tài)效應(yīng)，整體防治效果良好，在寶雞地區(qū)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(cè)邊坡;b.西側(cè)邊坡。圖7 蔡岐公路路塹邊坡防治現(xiàn)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(wèn)題

跟據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)概略統(tǒng)計(jì)，寶雞地區(qū)工程邊坡已采取有效防護(hù)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(wěn)能力，因此低矮工程邊坡大多未采取有效的工程防護(hù)措施，對(duì)于已經(jīng)采取防護(hù)措施的工程邊坡，調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)存在一些不當(dāng)防治現(xiàn)象，不利于永久邊坡的穩(wěn)定，主要包括3個(gè)方面：

工程措施選擇不恰當(dāng)集中表現(xiàn)在3個(gè)方面：①一些高邊坡未進(jìn)行分級(jí)卸荷，而是采用單級(jí)坡的削坡方式；②部分采取分級(jí)削坡的邊坡，卸荷平臺(tái)及坡面不設(shè)排水；③坡腳抗滑擋墻不設(shè)泄水孔等(圖9)。工程防治措施不合理極易導(dǎo)致防治失效，嚴(yán)重的將引發(fā)災(zāi)難性的后果。

高危邊坡防治不徹底對(duì)中小型滑坡及潛在災(zāi)情嚴(yán)重的滑坡通常強(qiáng)調(diào)“一次根治、不留后患”的防治原則。扶風(fēng)縣勝利小區(qū)29 m的高邊坡(圖10)，分3～4級(jí)進(jìn)行了削坡處理，但坡面未進(jìn)行有效支檔，也未做有效的截排水系統(tǒng)，坡頂村路距坡肩僅幾米之遙，坡腳約8 m處即為小區(qū)居民樓，邊坡一旦失穩(wěn)后果不堪設(shè)想。

過(guò)度防治一些潛在災(zāi)情和險(xiǎn)情小的工程邊坡采取簡(jiǎn)單的預(yù)防或治理措施即能滿足穩(wěn)定性要求，調(diào)查顯示，個(gè)別該類(lèi)邊坡存在過(guò)度治理現(xiàn)象。過(guò)度防治不僅增加了防治成本，同時(shí)也會(huì)影響防治資金的合理分配，不利于科學(xué)部署防災(zāi)減災(zāi)戰(zhàn)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(qū)高邊坡Fig.10 High slope in Shengli community

2.3 防治對(duì)策討論

中國(guó)對(duì)于邊坡災(zāi)害的防治，在理論和技術(shù)應(yīng)用上與國(guó)外并無(wú)本質(zhì)差別，甚至在某些方面，如抗滑樁的受力模式和計(jì)算方法等研究已經(jīng)走在了世界前列[16]。國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)于黃土邊坡的臨界沖刷坡度、植被防護(hù)以及黃土滑坡的整治等方面進(jìn)行了大量有意義的研究[20]，黃土地區(qū)災(zāi)害防治實(shí)踐中力學(xué)平衡、排水等工程措施得到了較好地應(yīng)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(duì)于黃土工程特性的認(rèn)識(shí)有待深入；②防治資金相對(duì)短缺。結(jié)合寶雞地區(qū)邊坡防治現(xiàn)狀，同時(shí)借鑒已有防治經(jīng)驗(yàn)，為了提升本區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的防治水平，筆者認(rèn)為仍需在以下3個(gè)方面加強(qiáng)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(duì)巖土介質(zhì)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(duì)性進(jìn)行防治關(guān)鍵技術(shù)研究，加強(qiáng)對(duì)于黃土邊坡災(zāi)害具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)的技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐及其理論研究，比如微型樁群、生態(tài)護(hù)坡等。目前對(duì)微型樁的破壞模式和受力機(jī)制有一些研究[21]，也取得了一定的成果，但對(duì)破壞機(jī)理的認(rèn)識(shí)仍不夠深入，需要進(jìn)一步完善以指導(dǎo)實(shí)踐。需要說(shuō)明的是，黃土地區(qū)無(wú)論采用什么樣的防治措施，都應(yīng)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(qū)尤為重要。對(duì)于性質(zhì)復(fù)雜、規(guī)模巨大的邊坡短期內(nèi)不易查清其性質(zhì)，在保證災(zāi)情可控的前提下，對(duì)其進(jìn)行分期治理；寶雞地區(qū)屬經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，客觀上存在治理經(jīng)費(fèi)不足的問(wèn)題，很難確保所有邊坡一次根治到位，需對(duì)工程邊坡重要性進(jìn)行分級(jí)排序，對(duì)于人員密集區(qū)、重要的生命線工程沿線邊坡及災(zāi)情和險(xiǎn)情嚴(yán)重的邊坡優(yōu)先防治，在尋求政策支持的同時(shí)，合理分配防治資金。

3 結(jié)論

(1) 寶雞地區(qū)工程邊坡按工程擾動(dòng)類(lèi)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(lèi)，每類(lèi)工程邊坡因其時(shí)空分布的差異，邊坡的基本特征、常見(jiàn)的災(zāi)害類(lèi)型及其危險(xiǎn)性和危害性不盡相同。

(2)調(diào)查結(jié)果顯示，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害整體防治程度較低，究其原因在于：①現(xiàn)階段對(duì)黃土工程特性的研究有待深入，對(duì)于破壞機(jī)理的研究有待深入；②防治經(jīng)費(fèi)相對(duì)短缺所致。已經(jīng)防護(hù)的邊坡采取的工程措施包括削坡、格構(gòu)梁護(hù)坡、抗滑擋墻、護(hù)坡墻、排水和綠化等。

(3)通過(guò)分析調(diào)查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)寶雞地區(qū)已經(jīng)進(jìn)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(dāng)、高危邊坡防治不徹底及對(duì)一些危險(xiǎn)性和危害性較小的邊坡過(guò)度防治3大類(lèi)。

(4)結(jié)合寶雞地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治現(xiàn)狀，提高災(zāi)害整體防治水平，需加強(qiáng)以下3個(gè)方面的工作:加強(qiáng)對(duì)黃土工程特性的研究，從機(jī)理上為防治工作提供技術(shù)支撐；進(jìn)一步加強(qiáng)針對(duì)適宜于寶雞地區(qū)黃土災(zāi)害發(fā)育特點(diǎn)的防治關(guān)鍵技術(shù)研究；結(jié)合實(shí)際，做好分期防治工作，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害防治工作從規(guī)劃源頭上做到合理布局。

致謝本文在野外地質(zhì)調(diào)查及成文過(guò)程中得到了曹春山博士的熱情幫助，在此一并表示感謝！