高速公路沿线黄土滑坡群(带)的利导与整治*

赵　华

(山西省交通科学研究院 黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室，山西 太原 030006)



高速公路沿线黄土滑坡群(带)的利导与整治*

赵华

(山西省交通科学研究院 黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室，山西 太原 030006)

摘要:岢(岚)—临(县)高速公路地处黄土高原腹地的吕梁山脉中北段，沿线近80 km范围内有百余个成带或成群分布的黄土滑坡。初勘和详勘查明了沿线滑坡群产生的地质环境条件和诱发因素，论证了滑坡群的成因机理与活动特征针对不同路段滑坡群(带)的发育特征和活动性，提出了相应的利导建议与防治措施：对滑坡危害特别严重且有备选路线的路段，建议采取选线避让措施；对滑体小、滑坡相对稳定的路段，提出了公路建设与沿线土地利用有效结合的削方减载回填压脚的措施；对稳定性差且无备选线路避让的滑坡，采用线路微调结合一定的支挡措施;对滑坡间存在相互牵制，或规模较大、稳定性差的滑坡，需开展专项治理设计。所得结论为科学、经济地整治沿线滑坡灾害提供了技术支撑。

关键词:岢-临高速；黄土滑坡；成因机制；灾害防治

滑坡是黄土地区主要的地质灾害之一，黄土滑坡占到了全国滑坡灾害总量的三分之一，特别是以山西西部、陕西中北部、甘肃东南部为代表的黄土丘陵沟壑区由于其特殊的工程地质特征，成为了我国黄土滑坡最为密集的地区。该地区黄土梁蜿蜒起伏、冲沟发育明显，坡陡沟深，底部部分基岩裸露，使上覆黄土层易于失稳，黄土滑坡发育，加之此处降雨多集中于7、8月份，地震烈度为6度以上[1]。山西省仅在2003-2005年，发生滑坡灾害54起，占到全省地质灾害发生总量(总计231起)的23.4%[2]；陕西省2001-2014年发生伤亡性地质灾害63起，其中黄土滑坡12起，占到总数的19%，2014年10月份发生在黄延高速的马岔沟滑坡造成19人死亡的重大损失[3]；甘肃省在1950-2005年间，由于人类工程活动导致的滑坡灾害2 000余次，造成上百人死亡，直接经济损失达到数亿元[4]。

尽管如此，随着中部崛起西部大开发等战略的深入推进，黄土地区公路、铁路等基础设施建设正在如火如茶地进行着。根据《国家高速公路网规划》及地方高速公路发展规划的要求，处于黄土高原的晋、陕、甘三省，未来5至10年将新增高速公路里程5 000 km以上[5-7]，这些公路的建设不可避免地需要穿越滑坡相对集中的黄土丘陵地区。比照山西省的相关数据，高速公路基建投资平均每公里需增加约60万元用于滑坡的专项治理，如果合计起来，三个省份未来需增加超过30亿元的公路基建投资。

因此在高速公路勘察阶段，对黄土滑坡做出科学、详尽的勘察、预测，并提出合理的利导和整治方案，对保证公路建设、运营、工程造价的优化，具有重要的现实意义和社会价值[8]。

本文以岢岚至临县高速公路(以下简称岢-临高速公路)为例，对其沿线黄土滑坡群的形成、破坏机理进行分析，并根据线路与滑坡相对位置关系以及滑坡变形破坏特点提出了不同的利导与整治方案[9]。

1吕梁山脉中北段工程地质特征

项目区地处黄河中游东岸，吕梁山脉北段西侧，属于西北黄土高原地带，黄土丘陵沟壑区，整体地势东高西低，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。

沿线地层结构基本一致，地层产状稳定，近乎水平，上部普遍为较厚的第四系风积黄土(Q3eol)，下伏第三系红黏土(N2)，下部为三叠系砂岩(T2er)。地层结构如图1所示。下伏第三系红黏土在干燥状态下强度较高，土层中含有的多层钙质结核板，对斜坡稳定具有类似“加筋土”的趋利作用，在一定程度上提高了土体的抗剪强度和稳定性，有利于边坡的稳定；另一方面，红黏土易风化且浸水极易软化，特别是在坡脚位置，受水流的作用，表覆黄土冲刷后导致红黏土裸漏，坡脚进一步被剥蚀、软化，土体强度急剧降低，斜坡抗力短时大幅减小，使滑坡稳定性降低，最终失稳破坏。

项目区人类活动主要为坡体上长期的农业生产活动和已经进行或即将进行的公路建设。农业生产活动虽然改造了滑坡体的表面形态，改变了坡面原有的天然截、排水系统，一定程度上影响了滑坡体的稳定性，但不足以产生破坏变形；而公路建设，从初期选线勘察设计对滑坡的扰动，到中期道路施工对滑坡的挖填破坏，以及后期运营对滑坡的动荷载影响，都将对沿线滑坡的稳定产生较大的影响，甚至诱发滑坡的发生[10]。

图1　岢—临高速黄土边坡典型剖面

2公路沿线滑坡群的工程地质特征

岢—临高速公路全长125 km，其中岢岚境内35 km，兴县境内64 km，临县境内26 km。沿途约有55处滑坡，主要分布在k10～k12与k60～k123处，其中单体滑坡8处、滑坡群7处，此外高速公路沿线还分布着规模不等的崩塌47处(具体分布见图2)。从图2中可以看出，岢—临高速公路沿线的黄土滑坡呈现区域分布密集的特征，形成了东豹峪沟滑坡群(k10～k12)、范家沟滑坡群(k60～k61)、土贞滑坡群(k67～k68)、台子梁滑坡群(k69～k71)、花子村滑坡带[11](k86～k87)、弓家沟滑坡带(k88～k93)、张家湾滑坡群(k121～k123)等7处滑坡群。

图2　岢-临高速沿线重要滑坡分布图

通过工程地质调研、现场勘察对沿线滑坡的发育特征从定量及定性两个方面进行了分析(详见表1)。从表1中可以看出，对于同一区域的滑坡，无论是滑坡的规模亦或是平面形态等工程特征都具有相似性。例如k88～k93范围内的弓家沟滑坡带，河道两岸密集分布着7处滑坡、2处崩塌。滑坡多因河流冲蚀坡脚诱发所致，滑面发育普遍较深(主体滑面均在20～30 m之间)，同时发现滑坡后壁较为高陡、前缘受河流冲蚀严重(图3a)、两侧多有冲沟发育(图3b)、坡面破碎严重等特征，在部分滑坡还发现有落水洞存在。滑坡目前多处于稳定-欠稳定状态，降雨、坡脚开挖、坡面堆载、河流冲刷等都会加剧滑坡变形。

图3　沿线滑坡发育特征

滑坡体里程名称滑坡的平面形态滑坡规模滑体长/m滑体宽/m滑体厚/m滑坡与岩土层的接触关系滑坡主要特征描述与公路工程位置关系稳定性评价k60+600～k60+900扇贝形237.85298.1227.83红粘土切层滑动后壁陡坎、滑坡平台、错位等滑体后部挖方基本稳定k60+850～k61+320扇贝形175.3468.2120.98黄土顺层滑动地层错位、挤出距滑舌42.8m基本稳定k61+240～k61+450扇形100.34210.1222.23黄土顺层滑动后壁陡坎、滑坡平台、错位等前缘3m、填方基本稳定k61+440～k61+690扇形195.21247.8722.76黄土顺层滑动滑坡平台、错位等前缘路基填方基本稳定k61+350～k61+580扇形176.25230.3414.62黄土顺层滑动后壁陡坎、滑坡平台、错动挤出滑体前部以挖方为主欠稳定k64+510～k64+750圆弧形157.26241.2523.9红粘土切层滑动后壁陡坎、滑坡平台、错动挤出滑体后部切坡挖方基本稳定k64+650～k64+850圆弧形39.9198.566.78灰岩切层滑动后壁陡坎、层位错动滑坡后缘、填方为主基本稳定k64+650～k64+850圆弧形26.49200.343.61顺基岩面滑动岩层错位、植被差异、马刀树等滑体后缘、填方欠稳定k67+650～k67+700台阶状15220812.4黄土顺层滑动后缘高陡、错落平台滑体前部填方为主欠稳定k67+600～k68+000台阶状14634912.6黄土顺层滑动后缘高陡、冲沟发育滑体前部填方为主欠稳定k67+700～k67+900圆弧形10818111.86黄土顺层滑动后缘高陡、冲沟发育滑体前部填方为主欠稳定k68+110～k68+400扇形156.23287.3419.4红粘土切层滑动后壁陡坎、滑坡平台、落水洞中部挖方为主基本稳定k68+110～k68+400扇形41.72287.698.8红粘土切层滑动错落台、土层挤出、侧缘落水洞通过滑体以填方为主不稳定k73+500～k73+700扇形98.26201.4213.71红粘土切顺层基岩面滑动后壁陡坎、滑坡平台、错动挤出滑体中部挖方基本稳定k73+520～k73+620扇形156.3199.4123.48灰岩切层滑动滑舌挤出直立滑坡前缘73m欠稳定k73+600～k73+840扇形165.2324126.61红粘土切层滑动平台、坡面破碎距前缘50m基本稳定k74+100～k74+500扇贝形186.5386.713.7红粘土切层滑动错落平台等坡脚挖方不稳定k76+760～k76+900扇贝形96.8134.914.6红粘土切层滑动后缘高陡、冲沟发育坡脚挖方不稳定k89+900～k90+300扇贝形94.3285.821.5黄土顺层滑动后壁陡坎、冲沟发育滑体前部填方为主欠稳定k90+393～k90+580扇形45.2266.116.3黄土顺层滑动后壁陡坎滑体上部挖方为主欠稳定

除此之外，沿线单体滑坡还表现出滑坡规模大、岩土结构复杂、稳定性差、易受降水影响等 特征；人类的工程活动会对这些坡体的稳定产生较大影响，甚至诱发滑坡。如台子梁2号滑坡(k70+450～k70+900)，该滑坡位于分水岭与两沟口的交汇处，宏观上该滑坡属于黄土切层滑坡：滑坡后缘高陡，由于下挫滑动，目前可观察到两级陡坎，受雨水、沟谷水流的冲蚀作用，滑坡两侧冲沟下切较深，滑坡前缘由于掏蚀严重，形成了高陡的临空面。通过选取滑坡典型剖面(图4a)进行定量分析，认为目前滑坡处于蠕变欠稳定状态，滑体基本稳定；但受沟谷水流对滑坡前缘进一步的冲蚀作用及对坡脚处的掏蚀作用，将会使滑坡前缘的阻挡作用减弱并会诱发滑坡。

又如王家嫣1号滑坡(k68+110～k68+400)，该滑坡因三面临空平面上呈“扇形”展布，根据平面分布及滑动位置可看出两个主要的滑体(图4b、4c)，两滑体有共同的滑坡错落平台和联通的滑坡后壁，可以认为现有地形地貌是由两滑体“同时”滑动形成。根据相关勘察资料，该滑坡群(含两滑体)为黄土顺层与前缘红黏土切层滑坡，虽然在反倾平台上发育有几处直径约0.8m的落水洞和残留的剥蚀土柱，但落水洞没有贯通至地表，同时滑体表面目前已整理成梯田，地表相对完整，天然排水条件较好，因此判断该处滑坡目前处于基本稳定状态。但在滑体东北侧发现的两处次生滑坡目前正处于蠕动变形-加速变形阶段，滑动变形的外在迹象非常明显，图3c、3d展示了此处次生滑坡的各种变形迹象。通过对滑坡进行定量分析，认为工程活动对两滑体的稳定影响不大；但由于公路从1号次生滑坡与k60～k123处滑体上通过，其中该路段单体滑坡8处，工程活动会直接诱发其失稳；而2号次生滑体在降水等因素的影响下，易诱发滑坡，一旦失稳将威胁路基边坡的稳定性。

图4　岢—临高速沿线典型滑坡剖面图

由此可见，提出合理的治理方案，不仅可以保证公路建设期及运营期的路基安全，同时也能在施工难度不变的情况下控制工程建设成本。

3黄土滑坡群利导与整治方法

由于沿线滑坡发育特征、活动特性各不相同，选择合理的治理方案，需要在考虑线路安全性和经济最优化的前提下，针对滑坡不同的诱发因素，结合路堑边坡实际情况，制定经济、合理、可行的方案。根据岢-临高速公路沿线各个滑坡的工程地质特征，针对性地提出选线避让、削方减载回填压脚、线路微调、专项治理四种利导与整治的方法。

(1)选线避让。即在考虑工程可行性、经济合理性的条件下，尽量避让地质灾害点，在有备选路线的情况下对高速公路进行重新选线设计。岢-临高速k88～k93(图5)，位于兴县弓家沟，原线路位于河道东岸，经过实地勘察发现，此处发育了7处滑坡(弓家沟1号滑坡～弓家沟7号滑坡)、2处崩塌，边坡多数处于欠稳定状态，通过技术及经济可行性分析，认为公路从东岸通过的施工及后期维护难度大、工程费用高。而对河道西岸踏勘后，仅发现1处滑坡(弓家沟7号滑坡)，且目前处于稳定状态。综合各种因素分析，高速公路选择在西岸通行，避让东岸滑坡带，这样不仅降低了工程难度、减少了工程量，使工程费用得到节约，同时也满足了工程可行性、经济合理性的要求。

(2)削方减载回填压脚。通过削坡方式，清除上部不稳定岩土体，减小上覆荷载质量，同时对坡脚进行回填、加固处理，增加边坡抗力，提高边坡稳定性。如k70+450～k70+900，拟建线路在台子梁2号滑坡的上、中、下部均有通过，适合采用削方减载回填压脚的方案，即：对于公路上方不稳定坡体，依据规范要求进行分级削坡处理；坡体中部即公路通过部分则采用半填半挖的方式进行坡面修整；公路下方不稳定坡脚及冲沟进行大回填处理，进一步增加坡脚的稳定性；由于削方、回填将会改变原有区域的径流系统，设计时需在考虑汇水面积、最大降雨量等条件下，合理设置人工排水系统，如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等，最终将地表水引排到滑坡区以外，以减少地表水下渗对滑坡稳定性的影响。按照上述原则进行布置设计的方案，可以在保证挖、填土方量基本平衡的情况下，使坡体进一步趋于稳定，减少不必要的工程及土方外运，大大节约了工程建设成本。

图5　弓家沟滑坡群分布地形图

(3)线路微调。在线路通过的区域有重大地质灾害隐患又无备选线路的情况下，结合适当的工程措施，将公路建设利用与滑坡防治相结合对线路进行局部微调，从而在保证路基边坡稳定的情况下，使工程可行性、费用合理性达到最优的方法。以王家嫣1号滑坡(K74+100～K74+500)为例(图4b)，滑坡本身处于稳定状态，工程的实施不会产生较大影响，但其东北侧发现的两处滑坡将会直接影响路基边坡稳定。根据平面图所反映的边坡与路线的位置关系，虽然可以避让直接从次生滑坡滑体上通过，但降雨、工程等都会对其产生直接或间接的影响，最终导致滑坡失稳，威胁到公路安全，因此必须对这两处次生滑坡进行治理以保证公路的安全。根据现场情况，提出自然放坡、支挡加固两套方案进行比选，通过工程可行性、费用合理性进行比对，确定最优方案。

图6　土贞滑坡群分布地形图

(4)专项治理。岢—临高速沿线成群(带)分布的滑坡，往往彼此存在相互牵制等，单纯治理某一个滑坡可能会诱发周边滑坡的失稳，所以考虑联合治理的方案，同时对几个滑坡进行治理，确保滑坡裙、带的稳定；同时沿线发现的几处大型、复杂滑坡，需在初勘的基础上，进一步进行详勘，分析其诱发因素、滑坡机理，提出合理有效的治理方案；对于一些稳定性极差的滑坡，需尽快提出合理方案进行治理等。对于这类地质条件较为复杂、治理难度较大，或施工成本较高的滑坡，应纳入专项治理的范围，避免不当处置诱发滑坡失稳。例如土贞7、9、10、11号滑坡(图6)，此四处滑坡较为集中，且目前没有备选线路可供选择，而滑坡目前都处于欠稳定状态，无论选择哪个滑坡优先治理，都将会对其周边滑坡产生直接或间接影响，进而产生链式反应，导致此四处滑坡失稳破坏。因此需进行专项勘查，综合考虑各滑坡自身特征及滑坡间关系，提出合理的治理方案，保证滑坡的稳定。

4结论

本文介绍了黄土沟壑区岢-临高速公路建设过程出现的滑坡灾害的利导与整治的情况，主要得出了以下认识。

(1) 通过对岢-临高速公路沿线滑坡群的工程地质勘察,科学地分析和论证了滑坡群(带)的成因机理及与活动特征。

(2) 根据高速公路沿线工程地质特征结合线路规划的空间位置关系，分析并提出了黄土地区公路工程线路治理的科学方法：四种利导和治理方案。

(3) 实践工程证明，基于整体分析和规划的黄土滑坡群的整治和利导方案是经济可行的，节省了大量的财政投入，本文提出的滑坡群分类的方法，对于滑坡群的总结对同类型黄土地区公路建设有着指导借鉴意义，具有重要的社会价值。

参考文献：

[1]王念秦，张倬元.黄土滑坡研究[M].兰州：兰州大学出版社, 2005:1-7.

[2]徐张建，林在贯，张茂省. 中国黄土与黄土滑坡岩土工程学报,2007, 27(7): 1297-1312

[3]范立民,李勇,宁奎斌,等.黄土沟壑区小型滑坡致大灾及其机理[J].灾害学，2015,30(3):67-70.

[4]山西省地图集编纂委员会办公室.山西省灾害地图集[M].济南：山东省地图出版社,2007.

[5]山西省交通运输厅.山西：高速公路网规划总规模将新增938km[EB/OL].(2013-8-6)[2014-9-28]. http://www.chinahighway.com/news/2013/767749.php.

[6]陕西省人民政府办公厅.陕西省人民政府关于进一步加快全省公路建设的决定[EB/OL].(2011-9-11) [2014-9-28].http://www.shaanxi.gov.cn/0/103/8638.htm.

[7]甘肃省公路网规划办公室.甘肃省高速公路网布局规划(2009年调整)[EB/OL]. (2010-6-24) [2014-9-28].http://www.gsjtgh.cn/Item/show.asp?M=1&d=981.

[8]成永刚.山西省高速公路不同滑坡类型的贡献率研究[J].地下空间与工程学报,2009,5(1):188-191.

[9]文宝萍,李媛,王兴林,等.黄土地区典型滑坡预测预报及减灾对策研究[M].北京：地质出版社，1997.

[10]于慧丽,龙建辉,刘海松，等.吕梁山区黄土边坡工程地质分区及强度参数选取[J]. 工程地质学报，2014,22(1):152-159.

[11]宋飞.花子村黄土滑坡稳定性及变形机理研究[J].山西交通科技，2012(3)：9-11.

*收稿日期：2015-12-21修回日期：2016-02-18

基金项目：山西省交通交通厅科技项目“黄土冲沟区桩基受力特性、设计理念及防护技术研究”(2014-1-9)

作者简介：赵华(1978-)，女，山西长子人，高级工程师，主要从事黄土地区公路工程地质灾害研究. E-mail：zhaohua1634@163.com

中图分类号：X43；P642

文献标志码：A

文章编号：1000-811X(2016)03-0060-06

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.03.010

Discussion on Mechanism and Control of Loess Landslide along Kelan-Linxian Highway

ZHAO Hua

(KeyLabofHighwayConstruction&MaintenanceTechnologyinLoessRegion,TransportationScience

ResearchInstitutionofShanxiProvince,Taiyuan030006,China)

Abstract:The highway from Kelan to Linxian is located in the north section of Lvliang Mountain which lies in central region of Loess Plateau. In the range of nearly 80km along the highway, there are hundreds of loess landslides in zonal distribution, which have significant impact on route optimization, safety construction and maintenance operation of highway, so it is crucial for engineering. Through the first exploration and the detailed exploration, the geological environment and inducing factors have been found out, and the genetic mechanism and activity characteristics of landslides have been demonstrated. According to the different development characteristics and activities of different sections of highway, we proposed corresponding suggestion and the control measures. We should combine the route fine-tuning with some retaining measures to ensure the stability of landslides and roadbed. To sum up, the conclusion provides technical support for the scientific and economic improvement of landslides.

Key words:Kelan-Linxian Highway; loess landslide; mechanism; disaster prevention

赵华. 高速公路沿线黄土滑坡群(带)的利导与整治[J].灾害学, 2016,31(3):60-65.[ ZHAO Hua. Discussion on Mechanism and Control of Loess Landslide along Kelan-Linxian Highway[J].Journal of Catastrophology, 2016,31(3)：60-65.]