西寧市頁溝村不穩(wěn)定斜坡治理措施分析

索榮輝

前言

青海省西寧市頁溝村賽維農(nóng)場不穩(wěn)定斜坡位于湟中區(qū)甘河灘鎮(zhèn)頁溝村北側(cè)，地處康城川南側(cè)頁溝溝道岸坡處。該不穩(wěn)定斜坡所在區(qū)域?qū)儆诘蜕角鹆陞^(qū)，全區(qū)海拔高度在2400～2510 m，高差約110 m，其中不穩(wěn)定斜坡區(qū)海拔2410～2435 m，高差25 m。不穩(wěn)定斜坡后壁呈陡坡狀，坡體上可見黃土柱狀節(jié)理及拉張裂縫。不穩(wěn)定斜坡體前緣坡形呈“凸”形，由不穩(wěn)定斜坡局部垮落堆積體形成（圖1）。

由于不穩(wěn)定斜坡坡底頁溝溝道河水長期侵蝕沖刷以及坡體頂部農(nóng)場灌溉水長期入滲，該斜坡體長期處于不穩(wěn)定狀態(tài)。2020 年3 月，該不穩(wěn)定斜坡部分區(qū)段發(fā)生垮塌，坡體后緣裂縫加寬、加深，出現(xiàn)險(xiǎn)情。

雖然總的垮落方量不大，未造成人員傷亡和較大的經(jīng)濟(jì)損失，但此次不穩(wěn)定斜坡體出現(xiàn)險(xiǎn)情給頁溝村賽維農(nóng)場人員生命財(cái)產(chǎn)安全造成極大威脅。鑒于該不穩(wěn)定斜坡坡體頂部為一農(nóng)場，在生產(chǎn)生活中會(huì)產(chǎn)生大量廢水，不穩(wěn)定斜坡坡體底部為頁溝河河道，河水會(huì)經(jīng)常沖刷侵蝕不穩(wěn)定斜坡坡腳，不穩(wěn)定斜坡環(huán)境較復(fù)雜，工程難度較大。通過查閱相關(guān)資料，勘查、設(shè)計(jì)單位經(jīng)反復(fù)研究，決定對(duì)該不穩(wěn)定斜坡采取“減載、壓腳、排水、攔擋”相結(jié)合的綜合整治措施。

不穩(wěn)定斜坡概況

不穩(wěn)定斜坡坡頂高程為2435 m，潛在滑動(dòng)面最低處高程為2415 m，坡高約20 m，坡度60°～90°，滑坡體長70 m，寬25 m，厚約20 m，方量約35000 m3，不穩(wěn)定斜坡主要變形跡象為岸坡后緣裂縫發(fā)育，滑坡堆積體堆覆在坡腳處，未堵塞溝道。裂縫位于1#～3#棚之間，垂直于溝道方向呈弧狀發(fā)育，走向280°～360°，裂縫長5～20 m，寬10～45 cm，可見深0.5～1.9 m，下錯(cuò)0.1～0.45 m，無填充，大棚墻體上豎向裂縫發(fā)育，寬5～15 cm。目前造成四座大棚墻體變形，局部破損，屬小型黃土淺層滑坡。

不穩(wěn)定斜坡后壁呈陡坡狀，高約10 m，滑坡體兩側(cè)邊界以分水嶺為界。不穩(wěn)定斜坡體上可見黃土柱狀節(jié)理及拉張裂縫。不穩(wěn)定斜坡體上植被稀疏，由于土體崩落，在不穩(wěn)定斜坡體上形成了多級(jí)陡坡。不穩(wěn)定斜坡體后緣發(fā)育高5 m～10 m 的高陡臨空面，坡面黃土裸露，滑坡體前緣坡形呈“凸”形，由不穩(wěn)定斜坡局部滑動(dòng)堆積體形成。不穩(wěn)定斜坡地質(zhì)剖面圖見圖2。

不穩(wěn)定斜坡工程地質(zhì)特征

（一）地層巖性特征

（1）上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土（Q3eol）：分布于項(xiàng)目區(qū)滑坡頂部，厚度15 m左右，土黃色，大孔隙和垂直節(jié)理發(fā)育，含鈣質(zhì)結(jié)核，土質(zhì)疏松，具濕陷性，工程地質(zhì)性質(zhì)差。

（2）上更新統(tǒng)沖洪積沙礫卵石（Q3al+pl）：分布于項(xiàng)目區(qū)滑坡底部，砂礫卵石厚1 m 左右，膠結(jié)性差，較松散，磨圓較好，呈次圓狀—次棱角狀，分選較差，沙礫石間為泥沙充填，礫石最大粒徑10 cm 左右。

（3）中更新統(tǒng)風(fēng)積黃土（Q2eol）：分布于項(xiàng)目區(qū)滑坡底部，黃褐色，土質(zhì)較均勻，結(jié)構(gòu)密實(shí)堅(jiān)硬。濕陷性較弱，工程地質(zhì)性質(zhì)較好。

（4）全新統(tǒng)崩積物（Q4col）：分布于項(xiàng)目區(qū)不穩(wěn)定斜坡中部，主要為不穩(wěn)定斜坡頂部上更新統(tǒng)黃土崩落堆積形成。（5）全新統(tǒng)沖洪積物（Q4al+pl）：分布于項(xiàng)目區(qū)滑坡底部溝道中，為頁溝河漫灘及階地的組成物質(zhì)，主要為粉沙及黏土。根據(jù)鉆探資料揭露該段厚度為4～5 m。

（6）新近系咸水河組（N1x）：根據(jù)頁溝溝底鉆探資料，該段地層巖性為淺紅色、磚紅色泥巖夾青灰色、灰白色礫巖、沙礫巖和石膏。

（二）水文地質(zhì)特征

1.地下水類型

頁溝內(nèi)基巖裂隙水主要賦存于碎屑巖巖體中，接受大氣降水補(bǔ)給，一般以下降泉形式排泄于山體坡腳，左岸山體中下部多處泉眼出露。

工程區(qū)第四系松散巖類孔隙潛水賦存于第四系松散層中，呈條帶狀分布于河谷及沖溝中，分布連續(xù)，主要接受地表水補(bǔ)給，少數(shù)接受基巖裂隙水補(bǔ)給，向河谷下游徑流，排泄于地勢低洼處。含水層一般為河谷第四系全新統(tǒng)沖洪積物中。地下水位埋深較淺，根據(jù)勘探點(diǎn)揭露地下水位埋深為0.5～1.5 m，季節(jié)性變幅一般為0.5～1.5 m。

2.水文地質(zhì)條件與不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性

項(xiàng)目區(qū)周邊地形支離破碎，黃土覆蓋的低山丘陵區(qū)水土流失嚴(yán)重，地下水十分貧乏。但由于黃土節(jié)理裂隙發(fā)育，在斜坡地帶，在原生節(jié)理和構(gòu)造節(jié)理的基礎(chǔ)上，發(fā)育了密集的風(fēng)化、卸荷裂隙，甚至演化為黃土陷穴、落水洞，在暴雨或大雨過程中，降水匯集后，沿節(jié)理、裂隙、陷穴、落水洞等通道快速下滲，在上古近紀(jì)泥巖之上形成局部上層滯水，甚至潛水。地下水活動(dòng)降低了黃土強(qiáng)度，改變了坡體應(yīng)力狀態(tài)，常常觸發(fā)斜坡變形失穩(wěn)。據(jù)研究當(dāng)黃土含水量小于18%時(shí)，黃土力學(xué)強(qiáng)度較高，坡體在直立的狀態(tài)下也可保持穩(wěn)定；但如果大于20%，則強(qiáng)度降低很快，坡體穩(wěn)定性亦變差?？傮w來說地下水活動(dòng)對(duì)斜坡變形失穩(wěn)的影響作用主要表現(xiàn)在：一是斜坡上的上層滯水的形成與存在，降低了土體強(qiáng)度，增加了土體的重量，易觸發(fā)斜坡變形失穩(wěn)；二是在連陰雨過程中或大雨之后，水分入滲途中在下部泥巖或較為完整基巖層受阻，使其上部的巖、土體含水量增大，雖尚未飽和或形成上層滯水，但由于含水量增大，降低了土體強(qiáng)度，也同樣觸發(fā)斜坡變形失穩(wěn)。

不穩(wěn)定斜坡成因

該不穩(wěn)定斜坡的形成既有自身地質(zhì)環(huán)境條件的內(nèi)在因素，也與人類工程活動(dòng)密不可分。其成因如下所述。

（一）地形條件

不穩(wěn)定斜坡發(fā)育于溝谷岸坡，岸坡相對(duì)高差25 m 左右，坡度40°～70°，坡體頂部近直立，斜坡體高陡的臨空面為不穩(wěn)定斜坡災(zāi)害的形成提供了有利的地形條件。

（二）地層巖性

組成不穩(wěn)定斜坡頂部的巖性為晚更新世黃土，黃土呈稍密狀，垂直節(jié)理發(fā)育，大孔隙發(fā)育，具濕陷性和自重濕陷性，濕陷等級(jí)為Ⅲ級(jí)（嚴(yán)重），降雨入滲可影響一定的深度，降低土體的抗剪強(qiáng)度，易發(fā)生滑塌。

（三）降水

區(qū)內(nèi)降水集中、強(qiáng)度大，暴雨多集中在6—9 月，尤以7—8 月最多，年平均降雨量369.1 mm，是全省暴雨強(qiáng)度最大的地區(qū)之一，降水入滲增大了表層巖土體容重，減小了土體抗剪強(qiáng)度，容易產(chǎn)生崩塌及滑坡。

（四）人類工程活動(dòng)

在不穩(wěn)定斜坡頂部平臺(tái)上現(xiàn)為賽維農(nóng)場，近年來賽維農(nóng)場規(guī)模不斷擴(kuò)大，建筑物、構(gòu)筑物不斷增多，增加了土體頂部的壓重，而且農(nóng)場定期灌溉苗木，且主要灌溉方式為大水漫灌。部分灌溉用水滲入坡體內(nèi)，增大了表層巖土體容重，減小抗剪強(qiáng)度。

另外，不穩(wěn)定斜坡頂部邊緣建有賽維農(nóng)場的排水渠和排水管，農(nóng)場排水降低了斜坡的穩(wěn)定性。

不穩(wěn)定斜設(shè)計(jì)參數(shù)及穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測試成果、工程類比地區(qū)經(jīng)驗(yàn)及參數(shù)反演，確定巖土體相關(guān)計(jì)算參數(shù)，見表1。

表1 不穩(wěn)定斜坡計(jì)算參數(shù)表

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（GB/T 32864-2016）、《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（DZ/T 0219-2006）和《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 05330-2013），本次穩(wěn)定性計(jì)算采用圓弧形滑面分析計(jì)算，其穩(wěn)定性計(jì)算模型見圖3。

圖3 分塊計(jì)算示意圖

穩(wěn)定性計(jì)算公式如下：

其中孔隙水壓力Nwi=γw hiw Li，即近似等于浸潤面以下土體的面積hiw Li乘以水的容量γw（kN/m3）；

滲透壓力產(chǎn)生的平行滑面分力TDi：

式中：Wi— 第i條塊的重量（kN/m）；

Ci— 第i條塊的內(nèi)聚力（kPa）；

Фi— 第i條塊內(nèi)摩擦角（°）；

Li— 第i條塊滑面長度（m）；

αi—第i條塊滑面傾角（°）；

βi— 第i條塊地下水流向（°）；

A— 地震加速度（重力加速度g）

Kf— 穩(wěn)定系數(shù)。

通過計(jì)算，對(duì)不穩(wěn)定斜坡在不同工況下的穩(wěn)定性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，為不穩(wěn)定斜坡的治理設(shè)計(jì)提供參數(shù)依據(jù)。

不穩(wěn)定斜坡治理措施

根據(jù)不穩(wěn)定斜坡的特點(diǎn)，采取不穩(wěn)定斜坡區(qū)土方削填工程、格構(gòu)綠化護(hù)坡工程、拋石擠淤工程、坡體排水工程、斜坡底部設(shè)置格賓網(wǎng)箱擋墻以及溝道底部格賓石籠壩工程等綜合治理措施對(duì)其進(jìn)行治理，工程布置平面圖和剖面圖如圖4、圖5 所示。

圖4 不穩(wěn)定斜坡治理工程平面分布圖

圖5 不穩(wěn)定斜坡治理工程部署剖面圖

（一）土方削填工程

為增加不穩(wěn)定斜坡的穩(wěn)定性，對(duì)不穩(wěn)定斜坡實(shí)施土方削填工程，在不穩(wěn)定斜坡頂部進(jìn)行削坡，減輕頂部土體的自重，在斜坡體坡腳進(jìn)行回填壓腳，增加底部土體的自重。土方回填過程中，分層壓實(shí)，采用碾壓機(jī)或推土機(jī)分層碾壓，分層厚度30 cm，壓實(shí)度0.92。土方削填工程實(shí)施后，斜坡體的坡度在1∶0.8～1∶1.5，每級(jí)斜坡高度8m 左右，在兩級(jí)斜坡之間設(shè)置3 m 寬的馬道。整體坡形為前緩后陡，前緣坡體與格賓網(wǎng)箱擋墻墻頂形成自然坡度。

（二）拋石擠淤

由于在斜坡底部部分區(qū)域坡腳滲水，使該部分黃土呈軟塑狀，根據(jù)場地實(shí)際情況，對(duì)該部分區(qū)域進(jìn)行拋石擠淤，拋石擠淤平均深度5 m。

（三）滲水盲溝

根據(jù)坡腳實(shí)際滲水情況，在場地坡腳共設(shè)置五條滲水盲溝，以排出坡腳滲水。

（四）格賓擋墻工程

斜坡下方的溝道底部設(shè)置格賓網(wǎng)箱擋墻，防止溝道中流水對(duì)坡腳的沖刷，格賓擋墻基礎(chǔ)部分為0.5 m 的拋石擠淤，頂部共分三層，最下層和最頂層規(guī)格為長×寬×高=1 m×1.5 m×1 m，中間層規(guī)格為長× 寬× 高=1 m×1 m×1 m，格賓網(wǎng)箱內(nèi)填料容重要求達(dá)到18～19 kN·m-3，填石為MU30 以上硬質(zhì)巖質(zhì)塊石或卵石，粒徑以100～400 mm 為宜。格賓擋墻墻后須設(shè)置無紡?fù)凉げ?，高? m，施工折邊不小于0.3 m。

（五）格構(gòu)護(hù)坡工程

對(duì)自上而下的斜坡實(shí)施方格式格構(gòu)工程進(jìn)行支護(hù)，格構(gòu)梁采用C25 混凝土澆筑，間距2.50 m，設(shè)置底梁和頂梁，截面尺寸為40 cm×30 cm，配筋為6Φ12（HRB400 級(jí)），箍筋直徑為8 mm，間距500 mm，每隔5 個(gè)框架設(shè)豎向伸縮縫，伸縮縫寬度2 cm，伸縮縫填充材料為瀝青油毛氈。格構(gòu)埋置與坡面平齊。在最底部斜坡底部進(jìn)行寬1 m、深1.5 m的拋石，作為底部斜坡格構(gòu)底梁的基礎(chǔ)，在兩級(jí)斜坡的馬道上進(jìn)行寬1 m、深1 m 的拋石，作為頂部斜坡格構(gòu)底梁的基礎(chǔ)（圖6、圖7）。

圖6 治理后的不穩(wěn)定斜坡遠(yuǎn)景

圖7 治理后的不穩(wěn)定斜坡近景

（六）坡面排水工程

根據(jù)場地條件及降雨特征，本次在斜坡頂部每隔20 m 設(shè)置消能池和HDPE 排水管，將坡頂人工排水及降水引入溝道中。為防止斜坡頂部水流入斜坡體，在斜坡體邊緣設(shè)置混凝土擋水墻，擋水墻長410 m、寬0.2 m、高0.3 m。消能池凈長0.80 m、寬0.70 m、深0.80 m，壁厚0.20 m，C20 混凝土澆筑。在消能池底部鋪復(fù)合土工膜進(jìn)行防滲，復(fù)合土工膜為兩布一膜，規(guī)格型號(hào)為200 g·m-2，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)須符合GB/T17642-2008 標(biāo)準(zhǔn)。HDPE 排水管外徑300 mm，壁厚12.1 mm，HDPE 排水管設(shè)置在格構(gòu)梁頂部，排水管出水口伸出賓格網(wǎng)箱擋墻1 m，在HDPE 排水管入口處設(shè)置攔污柵，用于攔阻水流挾帶的水草、漂木等雜物，攔污柵長0.7 m、高0.8 m，鐵質(zhì)材料。

（七）溝道底部格賓石籠壩工程

為提高頁溝溝道河床標(biāo)高，減小頁溝河水對(duì)格賓網(wǎng)箱擋墻的侵蝕，根據(jù)溝道底部實(shí)際情況，共設(shè)置3 處格賓石籠壩，壩頂設(shè)計(jì)高3.0 m、長14.0 m、寬1.0 m，迎水面臺(tái)階寬0.75 m，背水面臺(tái)階寬0.25 m，壩基礎(chǔ)埋深1.0 m，壩肩埋深不小于1.0 m，壩頂預(yù)留寬1.0 m、高1.0 m 的溢流口，壩下游正對(duì)溢流口設(shè)置護(hù)坦，長8.0 m、寬6.0 m、厚1.0 m，壩身及護(hù)坦均采用格賓石籠構(gòu)筑，格賓網(wǎng)箱規(guī)格為長×寬×高=1 m×1 m×1 m，格賓網(wǎng)箱規(guī)格為石籠壩及護(hù)坦底部設(shè)置1 m 的拋石。

（八）綠化工程

在格構(gòu)護(hù)坡坡面、馬道及河道內(nèi)采用種草綠化防護(hù)，在馬道上選用植樹綠化防護(hù)。選用適合當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境的草種和樹種。

依據(jù)項(xiàng)目區(qū)自然條件和已往工作經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)護(hù)坡坡面采用垂穗披堿草、青牧1 號(hào)老芒麥按1∶1 完成植被重建，覆蓋率要求達(dá)到40%以上。人工撒種草籽前進(jìn)行淺耙、耱平。在馬道上選用青海云杉（土球直徑40 cm），青海云杉株距2 m。

結(jié)論

（1）通過對(duì)不穩(wěn)定斜坡進(jìn)行勘查和綜合分析，采取“削坡減載、回填壓腳、坡體排水、格賓石籠網(wǎng)箱擋墻以及格構(gòu)綠化護(hù)坡”等綜合整治措施是行之有效的。

（2）在治理工程實(shí)施后，坡體頂部農(nóng)場生產(chǎn)運(yùn)行過程中，生活、生產(chǎn)廢水和坡頂降水應(yīng)當(dāng)通過HDPE 排水管排入頁溝溝道內(nèi)，嚴(yán)禁廢水直接灌入黃土地層，并且在農(nóng)場灌溉過程中應(yīng)采用節(jié)水灌溉。這是該項(xiàng)治理工程實(shí)施后長久有效的保障。