濮聲榮

(陜西省水利電力勘察設(shè)計(jì)研究院,陜西西安 710001)

黃土工程邊坡設(shè)計(jì)的討論

濮聲榮

(陜西省水利電力勘察設(shè)計(jì)研究院,陜西西安 710001)

針對(duì)《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)黃土邊坡設(shè)計(jì)成“陡坡寬?cǎi)R道”的形式,提出了討論意見(jiàn)。從陜西省黃土地區(qū)工程邊坡實(shí)踐來(lái)看,除風(fēng)成新黃土外,老黃土的工程特性與一般粘性土基本相近。由于邊坡土體受含水量和構(gòu)造結(jié)構(gòu)面的影響,邊坡不宜太陡。認(rèn)為采用畢肖普法進(jìn)行計(jì)算,在滿足總坡比穩(wěn)定的前提下,黃土單級(jí)坡比不宜陡于1∶0.5,單級(jí)坡高宜為8～10 m,馬道的寬度以5 m左右為好,以利于邊坡穩(wěn)定和施工方便。

設(shè)計(jì)規(guī)范;黃土邊坡;設(shè)計(jì)形式

0 引言

在學(xué)習(xí)《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL386—2007)時(shí),牽涉到黃土工程邊坡的設(shè)計(jì)。規(guī)范6.2.6中提出“在邊坡的平均坡度滿足抗滑穩(wěn)定性要求的前提下,黃土邊坡宜開(kāi)挖成‘陡坡寬?cǎi)R道’的形式。馬道間的高度為5～10 m時(shí),兩馬道間的開(kāi)挖坡度可陡于1∶0.5。邊坡總高度>40 m時(shí),可在坡高1/2稍高處設(shè)計(jì)寬平臺(tái)。平臺(tái)寬度應(yīng)根據(jù)邊坡的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定要求,經(jīng)計(jì)算確定”。

規(guī)范提出的“陡坡寬?cǎi)R道”的邊坡形式,其要點(diǎn)有二:①單級(jí)坡高為5～10 m時(shí),單級(jí)坡比可陡于1∶0.5;②當(dāng)坡高>40 m時(shí),在1/2稍高處設(shè)置寬平臺(tái)(馬道)。

上述意見(jiàn)值得討論,并由此想到黃土工程邊坡設(shè)計(jì)的其他問(wèn)題。

1 陜西省早期在黃土工程邊坡設(shè)計(jì)中的認(rèn)識(shí)

1.1 20世紀(jì)50～60年代渠道黃土邊坡的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

單級(jí)坡高低,一般為5～8 m;馬道(平臺(tái))窄,一般寬2 m;坡度陡,單級(jí)坡比一般為3∶1～4∶1。當(dāng)坡高為40～50 m時(shí),總坡比一般陡于1∶1。之所以如此設(shè)計(jì),與當(dāng)時(shí)對(duì)黃土的認(rèn)識(shí)和穩(wěn)定計(jì)算方法有關(guān)。

在提到黃土邊坡時(shí),給人們的印象是黃土可以保持直立狀的陡坡,認(rèn)為設(shè)計(jì)的工程邊坡也可以陡一些。例如:我們?cè)趯氹u峽引渭塬邊渠道黃土邊坡設(shè)計(jì)時(shí),曾先后采用8種計(jì)算公式或圖解法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算,設(shè)計(jì)邊坡均較陡。但隨著黃土工程邊坡的施工及運(yùn)用,邊坡的變形破壞現(xiàn)象也逐步發(fā)生。從70～80年代,人們認(rèn)識(shí)到除表層黃土(Q3-Q4新黃土)可以具備較陡的邊坡外,Q2及其以前的黃土與一般粘性土基本相近,自然邊坡均較緩。

從工程實(shí)踐和土工試驗(yàn)研究得到證明,黃土強(qiáng)度與其含水量關(guān)系密切,這一結(jié)論已被大家接受。我們?cè)趯氹u峽等塬邊渠道研究中,曾得到如下結(jié)論:

表層黃土0～5 m范圍內(nèi),黃土含水量<10%,一般為4%～8%;深5～15 m范圍內(nèi)黃土含水量為8%～12%,黃土呈堅(jiān)硬狀,強(qiáng)度高,?？杀３纸浦绷⑦吰?跨度3～5 m的窯洞也可保持穩(wěn)定;深15～20 m的黃土含水量為12%～19%,呈半堅(jiān)硬狀,具備較高的強(qiáng)度;深20～30 m的黃土含水量為20%～25%,一般為22%～23%,黃土呈硬塑狀;接近潛水位時(shí)黃土含水量為25%～28%以上。當(dāng)坡體黃土含水量達(dá)到25%以上時(shí),黃土強(qiáng)度接近飽和黃土強(qiáng)度。但我們過(guò)去進(jìn)行黃土邊坡勘察試驗(yàn)時(shí),取樣常采用淺的試坑,所得樣品含水量較低,試驗(yàn)黃土的強(qiáng)度較高,故穩(wěn)定計(jì)算所得的邊坡較陡。

1.2 20世紀(jì)70年代以后對(duì)黃土工程邊坡設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)

從陜西省引渭塬邊渠道、馮家山水庫(kù)總干渠道和抽黃總干渠道等黃土邊坡的破壞變形事件調(diào)查資料中得到如下認(rèn)識(shí)[1]。

(1)單級(jí)坡比不宜太陡。當(dāng)單級(jí)坡比為1∶0.5～1∶0.6時(shí),一般不產(chǎn)生崩塌;坡比陡于1∶0.5時(shí),一般會(huì)產(chǎn)生崩塌;當(dāng)坡比達(dá)到3∶1～4∶1時(shí),破壞變形則較為常見(jiàn)。這與區(qū)域發(fā)育的構(gòu)造裂隙傾角多為60°左右有關(guān),即坡比為1∶0.5～1∶0.6時(shí),邊坡坡角小于裂隙傾角,裂隙切割土體而不會(huì)在坡面上逸出,不會(huì)造成邊坡土體坍塌或滑動(dòng)。相反,如邊坡過(guò)陡,則裂隙切割邊坡土體會(huì)產(chǎn)生滑塌。

(2)總坡比也不宜太陡。實(shí)踐證明,只有表層黃土(Q3與Q4黃土)在自然環(huán)境條件下,常可保持較陡的邊坡。而Q2黃土及其以前的黃土的特性與一般粘性土相似,形成的自然邊坡為34°～42°(坡高75～45 m),一般≤42°(1∶1.10)。當(dāng)工程邊坡>42°時(shí),常易發(fā)生變形破壞事件。這與我們采用圓弧條分法(瑞典法、畢肖普法)計(jì)算結(jié)果相近。

(3)水對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響既是制約因素,也是誘發(fā)原因。大氣降水、地表水和地下水的滲入,使邊坡土體強(qiáng)度降低,特別是沿?cái)鄬恿严稘B入,使裂隙兩邊土體飽和,裂隙上面的c值為0,值甚低,容易促發(fā)滑塌現(xiàn)象。一般在久雨和暴雨之后,易發(fā)生此種事情。

筆者在寶雞峽引渭塬渠道施工后期和總結(jié)時(shí),曾提出“陡坡寬平臺(tái)”的設(shè)計(jì)方案[2]。出發(fā)點(diǎn)是認(rèn)為這種坡形既能節(jié)省開(kāi)挖方量,又能滿足穩(wěn)定計(jì)算的要求。但從實(shí)際運(yùn)用效果看,這不是最優(yōu)方案。在工程施工后期和運(yùn)行初期,發(fā)生了多起邊坡破壞事件。后經(jīng)補(bǔ)充勘察和試驗(yàn)研究,修改了原先的設(shè)計(jì)。最后采取對(duì)邊坡土體深層取樣—開(kāi)挖平洞深達(dá)30～50 m來(lái)取樣品,采用圓弧形條分法進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算,在滿足總坡比穩(wěn)定的情況下,采用不陡于1∶0.5的單級(jí)坡比,單級(jí)坡高不高于10 m,馬道寬5～6 m,并做好排水設(shè)計(jì)和坡面砌護(hù)的設(shè)計(jì)原則,事后證明是合適的。

對(duì)引水渠道黃土邊坡設(shè)計(jì)還有一條非常重要的經(jīng)驗(yàn),就是要預(yù)測(cè)邊坡未來(lái)的水文地質(zhì)環(huán)境,即邊坡被水浸濕后含水量提高及飽和的可能性,如可能飽和,則要用黃土飽和抗剪強(qiáng)度進(jìn)行穩(wěn)定校核。坡面的防水措施和坡體的排水措施一定要做好[3]。

2 對(duì)黃土工程邊坡設(shè)計(jì)的新認(rèn)識(shí)

在總結(jié)了有關(guān)工程的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)之后,考慮到黃土的不均質(zhì)性、不完整性及對(duì)水的敏感性,對(duì)黃土工程邊坡的設(shè)計(jì)得到如下認(rèn)識(shí):

①黃土工程邊坡的總坡比穩(wěn)定計(jì)算宜采用畢肖普法,單級(jí)坡比不宜陡于1∶0.5,以1∶0.6為宜;②黃土邊坡單級(jí)坡高不宜太高,以8～10 m為宜,這樣便于施工,也便于設(shè)置排水系統(tǒng),過(guò)高易受雨水沖刷;③馬道寬度以5 m為宜,便于布設(shè)排水溝,便于行車,施工方便。原設(shè)計(jì)2 m寬度的馬道過(guò)窄,往往因風(fēng)化、雨水沖蝕、凍融及邊坡坍塌等因素影響,平臺(tái)(馬道)很難保持,不便于邊坡的維修,排水設(shè)施容易被破壞。如邊坡高度超過(guò)60 m,為滿足總坡比的要求,可在坡高40 m以上位置設(shè)置寬平臺(tái);④做好坡面排水系統(tǒng):坡頂和平臺(tái)要設(shè)排水溝,坡面也要設(shè)交叉排水溝,使排水順暢;⑤對(duì)坡面裂隙與洞穴要予以封閉,防止降雨和地表水進(jìn)入。

3 結(jié)論

黃土工程邊坡的設(shè)計(jì)不僅要考慮邊坡土體開(kāi)挖后黃土的抗剪強(qiáng)度,而且要考慮未來(lái)環(huán)境地表水和地下水對(duì)邊坡土體強(qiáng)度的影響,同時(shí)還要考慮斷裂結(jié)構(gòu)面對(duì)邊坡土體切割造成的不利影響,以及在設(shè)計(jì)馬道和單級(jí)坡高時(shí)還要考慮施工運(yùn)輸和管理的方便。

[1] 濮聲榮.陜西水利工程地質(zhì)實(shí)踐[M].西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社,2002.

[2] 濮聲榮.寶雞地區(qū)黃土工程邊坡的變形破壞[C]∥第四屆全國(guó)工程地質(zhì)大會(huì)論文選集.北京:海洋出版社,1992.

[3] 濮聲榮.黃土濕度的時(shí)空效應(yīng)對(duì)引渭工程黃土邊坡穩(wěn)定性的影響[C]∥第三十屆國(guó)際地質(zhì)大會(huì)水利系統(tǒng)論文集.鄭州:黃河水利出版社,1996.

(責(zé)任編輯:潘 瀟)

Discussion on the Design of Loess Slope

PU Shengrong
(Institute of Water Resources and Electric Power Investigation and Design,Xi’an,Shaanxi710001)

The paper provides discussion on designing loess slope as a form of steep slope with wide berm,which is mentioned in Design code for engineered slopes in water resources and hydropower projects(SL386-2007).From the view point of practice on the slope engineering in Shaanxi province,the engineering properties of old loess is close to that of cohesive soil,except new aeolian loess.As the slope soil affected by water content and tectonic structure plane,the slope is unsuitable to be steep.Using Bishop method,under the Presupposition of satisfying stability of slope ratio,the single-stage slope ratio is unsuitable exceed 1:0.5,the suitable single-stage slope height is 8～10 m,the suitablewidth of berm is about 5m.It is beneficial for slope stability and convenient for construction.

design code;loess slope;design for ms

P642.13+1

A

1671-1211(2010)03-0287-02

2009-10-09;改回日期:2009-11-20

濮聲榮(1938-),男,教授級(jí)高級(jí)工程師,水文地質(zhì)與工程地質(zhì)專業(yè),曾從事工程地質(zhì)工作。E-mail:psr38@163.com