劉 鍇，張 宇，邢仕文，曹小紅，2

(1.新疆工程學(xué)院，烏魯木齊 830000； 2.新疆地質(zhì)災(zāi)害防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830000)

0 引言

新疆地處亞歐大陸腹地，地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，氣候條件多樣，需有效應(yīng)對(duì)新疆地區(qū)滑坡災(zāi)害，建立合理的邊坡防護(hù)體系。烏魯木齊市位于亞歐大陸腹地，地處北天山北麓、準(zhǔn)噶爾盆地南緣，東經(jīng)86°46′10″～88°59′48″，北緯42°54′16″～44°58′16″。全市面積13 787.6萬 km2，建區(qū)面積339 km2，海拔680～920 m，自然坡度12‰～15‰。楊永清等人針對(duì)石料缺乏地區(qū)選用一種混凝土拱形截水骨架護(hù)坡形式，遵循了因地制宜、經(jīng)濟(jì)合理的原則[1]。張銳等人在施工原理及方法中對(duì)加筋麥克墊進(jìn)行研究，其為一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保的新型材料，具有較大推廣價(jià)值[2]。侯倩在河水與降雨誘發(fā)的貓子山滑坡中提出了排水加支護(hù)的方法[3]。王衛(wèi)等人解釋了砂質(zhì)黏性土吸水飽和后自重增加、抗滑力急劇下降、坡腳剪應(yīng)力集中等重要特性[4]。

外動(dòng)力地質(zhì)作用中，水對(duì)斜坡體改造較為突出，經(jīng)常成為滑坡滑動(dòng)的主導(dǎo)因素。以新疆工程學(xué)院文冠谷北坡堆積層滑坡為實(shí)例，基于文獻(xiàn)[5]在該地區(qū)滑坡前期的相應(yīng)研究，查閱相應(yīng)規(guī)范，對(duì)灌溉+降雨作用下堆積層滑坡進(jìn)行防護(hù)，以達(dá)到增加坡體穩(wěn)定性、減少施工成本的目的。

水土流失是指由于自然或人為因素的影響，雨水不能就地消納，順勢(shì)下流，沖刷土壤，造成水分和土壤同時(shí)流失的現(xiàn)象。水是導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的重要因素，也是危害各類邊坡、公路路基、路面的主要自然因素。暴雨徑流會(huì)破壞公路及相關(guān)設(shè)施，邊坡是為了保證路基穩(wěn)定，在路基兩側(cè)做成的具有一定坡度的坡面。不良地質(zhì)段多發(fā)育于松散崩坡基層和構(gòu)造發(fā)育的軟硬質(zhì)巖互層路塹高邊坡和滑坡地段，其長期處于蠕變狀態(tài)，難以發(fā)現(xiàn)和預(yù)防，且現(xiàn)有的土質(zhì)邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)可復(fù)制性差，不能長期對(duì)坡面進(jìn)行防護(hù)，一旦坡面巖土風(fēng)化剝落，極可能沿坡面滾落，存在安全隱患。邊坡積水的滲透和土體毛細(xì)水的上升可導(dǎo)致邊坡濕軟，強(qiáng)度降低，重者會(huì)引起邊坡塌方、垮塌，甚至導(dǎo)致整個(gè)路基邊坡沿傾斜基底滑動(dòng)，嚴(yán)重影響路基路面安全穩(wěn)定。現(xiàn)有的邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)常難以與土體協(xié)調(diào)變形，水土保持效果不好，亟需改進(jìn)。

1 滑坡特征

文冠谷堆積層滑坡位于新疆烏魯木齊頭屯河區(qū)新疆工程學(xué)院主校區(qū)東側(cè)溝谷一帶，地理位置坐標(biāo)為N43°50′44″ E87°25′17″，高程851 m，屬于新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市頭屯河區(qū)，烏魯木齊市西北部，東鄰新市區(qū)，西至昌吉，南靠天山北麓，北與烏魯木齊縣接壤。頭屯河區(qū)有旅游景點(diǎn)小綠谷水景公園、大綠谷生態(tài)公園等。頭屯河區(qū)地勢(shì)南高北低，地形平坦，南端海拔高度751 m，北端海拔高度697 m，南北坡度17‰，東西坡度3‰。頭屯河區(qū)屬中亞溫帶大陸性干旱氣候，無霜期176 d，最大凍土深度162 cm，年平均降水量236 mm，極端最高溫度42.1℃，極端最低溫度-41.5℃。文冠谷滑坡周邊多為低山丘陵，沖溝發(fā)育，侵蝕作用明顯，斷裂構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，且地下水受烏魯木齊河和水磨河影響。

滑坡地層由淺黃色礫石砂土組成，礫石均呈角礫狀，磨圓度差，多呈扁平棱角狀，分選性差，大小混雜。滑坡體積約150 m3，屬于小型淺層堆積推移式土質(zhì)滑坡，形狀呈簸箕狀，向東西向延展，沿溝向西運(yùn)移150 m，向北沖壞分界圍欄，形成4.6 m高的沖擊堆?；轮骰较?02°，傾角約23°，縱長約27.1 m，寬20.3～25 m，坡高約14 m，厚度1.1～3.2 m，整體下滑距離4～5 m，呈“圈椅狀”[5]。

2021年7月2日夜間發(fā)生滑坡，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘查與初步調(diào)查，該滑坡由夏季降雨和人工大量澆灌綠化植物所致，由于右岸人工棄碴堆積，原有的溝谷中水被擠向左岸而浸泡坡腳，起到了軟化坡腳的作用，滑坡發(fā)生后沖壞了地界圍欄。7月該區(qū)域進(jìn)入雨季，加上夏季干旱連續(xù)的人工灌溉易使坡腳迅速積水，坡體自重急劇增加，斜坡裂隙加寬向深發(fā)展產(chǎn)生滲透壓力，抗剪強(qiáng)度減弱，從而易導(dǎo)致坡體變形、下滑[1,5]。

通過近3年對(duì)該區(qū)土體觀察發(fā)現(xiàn)，春季融雪過程中大量融雪水出現(xiàn)下滲或成為地表徑流，如果最大下滲能力或最大下滲率不夠大，使所有可利用的水都進(jìn)入到土壤中，那么就會(huì)產(chǎn)生地表徑流。下滲能力由土壤質(zhì)地和土壤含水量決定。土壤是否凍結(jié)也是影響下滲的另一重要因子。凍結(jié)作用對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響因子主要有土壤類型、土壤含水率、凍結(jié)溫度、凍結(jié)速率等，因此土壤結(jié)構(gòu)較差，由于冰晶的擠壓作用，土壤結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)聚集現(xiàn)象。如果土壤結(jié)構(gòu)較好，凍結(jié)水在土壤塊體中會(huì)出現(xiàn)膨脹，從而可以分解土壤結(jié)構(gòu)。凍結(jié)影響下滲，在春季氣溫上升后逐漸使斜坡土體在坡腳產(chǎn)生蠕動(dòng)變形，致使土體強(qiáng)度劣化。土壤中的冰晶會(huì)阻礙下滲速率，部分凍土的下滲率受到影響，這是冰晶和土壤結(jié)構(gòu)、土壤溫度共同作用的結(jié)果。

根據(jù)融雪期有無凍土存在條件下的土壤濕度變化監(jiān)測(cè)，將融雪期分為融雪前期和融雪后期兩個(gè)階段。融雪前期有凍土存在的土壤含水量要低于沒有凍土存在的，且土壤含水量也在一個(gè)較低水平，這是由于融雪前期氣溫和土層溫度都比較低，融雪過程還沒開始，沒有融雪水下滲到土壤中。融雪后期有凍土的土壤含水量和沒有凍土的土壤含水量數(shù)量級(jí)別相當(dāng)，這是因?yàn)殡S著氣溫回升和土壤溫度不斷升高，凍土開始融化，伴隨著融雪水的產(chǎn)生，融雪水出現(xiàn)下滲。有凍土的土壤含水量要低于沒有凍土的，這是由于受到凍土的影響，土壤中的冰晶阻礙了土壤水分向深層土壤運(yùn)移，融雪期土壤濕度變化不大。融雪前期有凍土條件下的土壤含水量低于沒有凍土的，融雪后期有無凍土存在條件下的土壤含水量相當(dāng)。

2 防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用混凝土做拱形截水骨架，并在骨架兩側(cè)打入近于垂直坡面的錨桿，使用強(qiáng)度相對(duì)高的混凝土封錨。截水骨架中加入加筋麥克墊，在加筋麥克墊和邊坡坡頂植草，同時(shí)設(shè)置合理的排水溝。離邊坡坡腳2 m處開挖梯形排水溝，將水引流至文冠谷西側(cè)(距滑坡中心點(diǎn)約200 m)的蓄水池，灌溉季通過水泵將蓄水池內(nèi)的水抽調(diào)至邊坡植被覆蓋處，適時(shí)澆灌邊坡植被，以達(dá)到水資源循環(huán)利用的目的[4-5]。

2.1 混凝土拱形截水骨架設(shè)計(jì)

混凝土拱形截水骨架采用C25混凝土澆筑主骨架。主骨架使用“凹”字型結(jié)構(gòu)，主骨架延伸至坡腳總長16 m，主骨架間距8 m，垂直于坡面深60 cm。截水板厚度10 cm，垂直坡面高度10 cm，兩板間距40 cm。

圖1 防護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向剖面圖Fig.1 Lateral profile of protection structure

主骨架中部距離坡腳10 m處與15 m處分別打入錨桿，錨桿入土6 m，與坡面銳夾角約10°，深入紅褐色泥巖約3.9 m。其中預(yù)設(shè)計(jì)采用長6.5 m、直徑36 mm、重量7.99 kg/m、牌號(hào)為HRB400E的錨桿，使用M25水泥砂漿灌注。錨桿設(shè)計(jì)抗拔力150 kN。

主骨架上緊接拱形骨架。拱形骨架采用C25混凝土澆筑，使用“L”型結(jié)構(gòu)與主骨架“凹”字型結(jié)構(gòu)組成一體，起到排除邊坡多余水分的作用。截水板厚度10 cm，距離坡頂7 m。拱形設(shè)計(jì)為半徑為5 m，垂直于坡面深1 m，入土部分寬1 m，并在拱形骨架與主骨架交接處沿拱形骨架鑲?cè)搿癠”形釘，水平向測(cè)距2 m鑲?cè)?個(gè)，“U”形釘與骨架連接處為30 cm，入土40 cm。

邊坡坡頂采用M10 漿砌片石鑲邊，并與下部拱形骨架相連。邊坡坡腳使用M10漿砌片石鑲邊，并設(shè)計(jì)垂直地面深10 cm的高度，方便與排水溝槽相連[1-2]。

2.2 綠色護(hù)坡

鋪設(shè)加筋麥克墊進(jìn)行護(hù)坡，兩種加筋麥克墊分別長23 m、19 m，鋪設(shè)在拱頂和拱腰，加筋麥克墊寬2 m，厚度為0.012 m。加筋麥克墊采用六邊形網(wǎng)格，六邊形縱向長10 cm，橫向?qū)? cm，擬采用直徑2.2 mm、外徑3.3 mm的鋁鋅合金加固。

圖2 防護(hù)結(jié)構(gòu)平面設(shè)計(jì)Fig.2 Plane design of protection structure

加筋麥克墊先于混凝土拱形截水骨架鋪設(shè)。加筋麥克墊最上端離的1 m拱形骨架中鑲嵌的4根“U”形釘固定，并與拱形骨架入土部分緊密貼合，綠化部分“U”形釘間隔1 m進(jìn)行梅花形布置。

加筋麥克墊上鋪設(shè)5 cm種植土。大范圍種植高羊茅，一排中間隔2 m種植1株馬藺，自坡腳向上4 m設(shè)置1排[3-4]。

2.3 綠化用水循壞系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

為方便順利引流，坡腳2 m處開挖梯形排水溝，坡腳至排水溝之間需鋪設(shè)厚10 cm的C25混凝土板。排水溝深60 cm，寬60 cm，梯形坡度60°。排水溝采用M10水泥砂漿磨平，再安裝預(yù)制的C30鋼筋混凝土板。

排水溝西側(cè)開挖人工蓄水池。因新疆地區(qū)降水量較少，蓄水池不大。蓄水池中安裝排水泵，通過地下水管將蓄水池中的水抽調(diào)至邊坡處，再通過滴管方式澆灌邊坡植物，對(duì)緩解新疆地區(qū)用水困難起到了一定的作用。

3 防護(hù)結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

經(jīng)實(shí)驗(yàn)得土粒平均密度為1.97 g/cm3，滑坡體量約150 m3。根據(jù)砂礫土摩擦系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值和砂礫土黏聚力為0，可用式(1)計(jì)算得出。下滑力約為1.107×103N，抗滑力1.36×103N。由此得出，解決滑坡降水軟化坡腳、降水沖刷坡面、增加坡重的問題后，邊坡達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。因?yàn)樵摶禄瑒?dòng)面以上約2 m，滑體側(cè)壁為黃土，具有濕陷性，使用錨桿進(jìn)行錨固，既提高了抗滑力也提高了邊坡整體穩(wěn)定性。

(1)

圖3 邊坡穩(wěn)定性分析Fig.3 Slope stability analysis

4 結(jié)語

針對(duì)文冠谷堆積層滑坡，建議采用拱形混凝土截水骨架與加筋麥克墊相結(jié)合的方式，有助于提高邊坡的穩(wěn)定性和抗沖刷能力。通過開挖排水渠，將多余的水分引流至文冠谷西側(cè)的蓄水池中，再通過水泵將水抽調(diào)至邊坡處，用于邊坡綠化。整個(gè)設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了生態(tài)護(hù)坡和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要性。