碎石灰土桩防治黄土滑坡设计的研究

苗贵华，张海瑞

（1.山西省交通科学研究院，山西 太原 030006；2.河北省唐山市曹妃甸区城乡规划局，河北 唐山 063200）

中国黄土主要分布于习称黄土高原区的黄河中上游的甘肃、陕西、宁夏、山西、河南与青海等省区。地处黄河中游，黄土高原东部的山西省，约占黄土高原地区总面积的24.38%[1]。由于经济快速增长，丰富的煤炭资源加快了山西省高速公路的发展。黄土丘陵沟壑区高速公路的建设不可避免地要穿越一些黄土滑坡区，一旦诱发滑坡体复活，将会影响高速公路的正常运营。建设中的岢岚至临县高速公路沿线构造活动强烈，老滑坡非常发育，路线选线期间，通过现场地质调查及专家论证线位内避让了大量滑坡，但由于项目区内滑坡成群分布，对于一些路线无法避让的滑坡体，设计单位仍需考虑合理设计方案对滑坡进行专门的治理。

1 工程概况

项目区地处黄河中游东岸，吕梁山中北段西侧，属西北黄土高原地带，黄土丘陵沟壑区，整个地势东高西低。沿线普遍覆盖厚层黄土，地面缺少植被覆盖，大部黄土裸露；由于流水切割，沟壑纵横，黄土丘陵地形破碎，沟谷走向多由东向西，南北羽毛状排列。

花子村2号滑坡区位于兴县康宁镇，滑坡场区地形起伏较大，地面相对高差最大为107.64 m。滑坡区所处地貌类型按成因及形态为剥蚀侵蚀的黄土丘陵沟壑区，上覆为风积、坡积成因的黄土梁。路线中线从滑坡体中部穿过，路基为半填半挖方式。该滑坡体特征主要表现为规模大、平面形状整体为方形、滑面呈圆弧形、岩土组合为第四系坡积物、风积物、第三系红黏土组征等。宏观变形表现为因拉裂下滑而形成高陡边坡、错落下滑形成陡壁或陡坎以及推移挤出形成滑舌等，详见图1。

图1 花子村2号滑坡地形图

2 地质条件与地层结构

a）水文地质条件 根据钻孔资料显示，该滑坡区内地下水埋藏较深，对滑坡稳定基本没有影响。对滑坡稳定产生影响的主要为季节性降雨渗水。

b）地层结构 从上至下依次分布有黄土状粉土、红黏土，现将岩土层结构与岩性特征由上至下分别描述如下：

（a）黄土状粉土（Q3eol）颜色为淡黄色，状态为稍湿，密实程度为中密，含云母碎片，夹有卵石，有少许黏性；厚度10.9～27.1 m，平均厚度19.01 m。

（b）红黏土（N2） 颜色为红褐色，状态为稍湿，硬塑，光泽反应为有光泽，干强度高，韧性高，含云母、菌丝和少量钙质结核等。该层未穿透。

3 滑坡定性分析

该滑坡区属半干旱气候，年降水量主要集中在6—9月，暴雨多，强度大。另外根据《山西省工程抗震设防烈度图》，滑坡区地震基本烈度属于Ⅵ度，滑坡区动峰值加速度为0.05g，反应谱特征周期为0.40 s。考虑该项目区断裂构造发育，地震活动时有发生，新构造活动强烈。综合以上因素，该滑坡应考虑不同工况的稳定性。通过野外地质勘查、钻孔、滑坡现状并结合线位与滑坡相对位置关系，经与会专家论证及地勘单位提供详勘报告，可定性推断该滑坡在工况一（天然条件下）应处于基本稳定状态，在工况二（天然条件+暴雨条件下）、工况三（天然条件+暴雨条件+地震条件下）将处于不稳定状态。因此，设计方案建议首先在滑坡区周界设置截水沟，在滑坡坡面上设置树枝状多级排水沟，尽量减少地表水下渗对滑坡稳定产生不利影响，尤其是防止雨季滑坡发生滑塌。然后根据滑坡稳定性计算结果采取相应的工程措施。

4 设计方案的比选

通过详细调查分析黄土滑坡所处的地质环境、地质构造和地层岩性，水文地质和工程地质条件，滑坡范围及其主要属性与要素特征。综合考虑技术可行性和经济合理性，提出采用抗滑桩支挡、削坡减载与反压以及碎石灰土桩加固滑坡体3种防治黄土滑坡的设计方案。

a）第一种设置抗滑桩支挡方案。抗滑桩是目前广泛采用的防治滑坡的有效措施，具有布置灵活、施工简单、施工对滑坡稳定影响小等优点，但是抗滑桩设计中桩长设计非常重要，尤其是锚固深度确定。若锚固段不足，将引起桩的失效，不能抵抗滑坡下滑力。花子村2号滑坡的滑带埋深大于25 m，若采用抗滑桩，桩长将达到30 m以上，需充分论证抗滑桩阻滑的可行性。所以本工程采用抗滑桩方案适用性较差。

b）第二种削坡减载与反压方案。此方案虽然对减缓滑坡变形有明显作用，但是此滑坡若采用削坡减载与反压方案治理，削坡会增加新的暴露面，引起产生次生滑坡；同时很大程度上破坏了原有植被和植草绿化，对黄土高原地区的生态环境和水土保持影响较大。因此对于大型滑坡，削坡减载与反压方案可行性较小，尚需要与支挡工程结合采用。

c）第三种碎石灰土桩加固滑坡体方案。碎石灰土桩通过加固桩周围土体，尤其是提高了滑动面范围内土体的抗剪强度，使桩、土共同作用形成复合地基起到阻滑的目的。碎石灰土桩方案造价较抗滑桩节省。因此本滑坡治理考虑采用碎石灰土桩方案可行。

5 设计方案的选定

经过以上方案研究比选、结合具体工程特点及专家建议。本项目采用碎石灰土桩对滑坡土体进行改良，以提高滑坡土体抗剪强度指标，从而增加滑坡的稳定安全系数。碎石灰土桩采用直径为60 cm，桩间距为1.8 m，梅花型布置。桩长根据滑坡土体厚度从路基左侧至右侧依次为2×18 m+3×17 m+3×16 m+3×15 m。具体设计见图2。此外为拦截、引离地面水，防止其渗入滑坡体内,该滑坡治理设计方案中还设置了一定数量的截水沟和排水沟，并对路基两侧滑坡体范围内的所有裂缝、陷穴采用6%灰土进行夯填处理，以防止雨水或地表水直接通过裂缝下渗至滑面。这些完善地表排水设施的合理设置对预防滑坡产生滑动取得了良好效果,是治理黄土滑坡不可缺少的重要措施。

图2 碎石灰土桩治理滑坡设计图

6 滑坡稳定性计算

6.1 岩土计算参数的选取

根据地勘单位提供的钻孔、探井等资料，结合该项目区域内的其他工程参数取值及规范建议取值范围，再依据该滑坡的定性分析，在反演算的基础上合理确定滑带岩土初始强度参数，参数的取值见表1。

表1 计算参数取值表

6.2 不同工况的稳定性安全系数

本文计算采用理正岩土的边滑坡稳定性分析软件包，选取1-1＇和2-2＇剖面（见图3、图4）。分别在天然状态下工况、天然+暴雨（饱和）工况以及天然+暴雨（饱和）+地震工况进行稳定性计算[2]，计算稳定安全系数结果见表2。

图3 花子村2号滑坡1-1＇剖面设计图

图4 花子村2号滑坡2-2＇剖面设计图

表2 花子村2号滑坡稳定性计算结果

6.3 计算参数的修正

复合土层的抗剪强度参照公式（1）、公式（2）、公式（3）进行计算修正[3]，修正后计算参数取值见表3。

式中：φsp为复合土层的内摩擦角标准值；m为面积置换率；μp为应力集中系数；φp为桩体材料内摩擦角标准值；cp为桩黏聚力标准；φs为桩间土的内摩擦角标准值；csp为复合土层黏聚力标准值；cs为桩间土黏聚力标准；n为桩土应力比。

表3 计算参数修正后取值表

6.4 参数修正后稳定性计算

按照修正后计算参数，分别在天然状态下工况、天然+暴雨（饱和）工况以及天然+暴雨（饱和）+地震工况进行计算滑坡稳定安全系数，计算结果见表4。

表4 参数修正后稳定性计算结果

7 结论与建议

黄土滑坡作为土质滑坡一种，具有规模大、发生突然、滑速较快、崩塌性以及破坏力强、危害严重等特点，应针对不同类型滑坡性质、原因、规模、稳定状态和发展趋势等，结合具体工程特点与要求，将常用的方法结合新的防滑、治滑措施，做到安全可靠、经济合理，以保证滑坡稳定[4]。本文黄土滑坡稳定性计算采用复合土层修正后的强度参数，计算安全系数满足规范取值，达到阻滑的目的；但是目前岩土体强度参数的取值仍是岩土计算中的难点，下一步需进一步加强黄土地区滑坡防治设计中合理选取强度参数的理论研究。此外，碎石灰土桩施工质量不易控制，现场实际参数与理论计算取值可能会有较大差距，建议结合现场实验对土体参数进行合理修正。以此为今后黄土地区滑坡防治中积累丰富的设计与施工经验。