房山區(qū)賈金路邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與治理方法研究

張 碩

(北京市地質(zhì)工程勘察院，北京 100048)

1 工程概況

賈金路位于北京市房山區(qū)史家營(yíng)鄉(xiāng)，路東南頭與108公路相接(見圖1)。賈金路兩側(cè)目前地質(zhì)災(zāi)害潛在隱患點(diǎn)共有6處，主要分布在K3+500～K12+380路段，地質(zhì)災(zāi)害類型主要為崩塌。本次研究的地質(zhì)災(zāi)害崩塌點(diǎn)有6處。各治理點(diǎn)基本情況詳見表1。

圖1 賈金路地質(zhì)災(zāi)害治理段地理位置示意圖

2 地災(zāi)治理段區(qū)域工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

賈金路位于北京市西部山區(qū)賈峪口村北西大堰臺(tái)溝溝谷內(nèi)，總體呈北西、南東向展布(見圖2)。路兩側(cè)為中低山區(qū)，區(qū)域海拔高程為320～920 m。地災(zāi)治理段大堰臺(tái)溝溝谷區(qū)域海拔高程為282～515 m。路兩側(cè)沿線沖溝較發(fā)育，溝兩側(cè)局部發(fā)育少量坡洪積臺(tái)地。

賈金路地災(zāi)治理段區(qū)域地形地貌現(xiàn)狀見圖3、圖4。

2.2 地層概述

治理路段區(qū)域主要分布有第四系、寒武系、青白口系和薊縣系地層。分述如下。

圖2 賈金路地災(zāi)治理段區(qū)域衛(wèi)星影像圖

圖3 賈金路地災(zāi)治理段區(qū)域地貌現(xiàn)狀

圖4 賈金路地災(zāi)治理段區(qū)域地貌現(xiàn)狀

第四系：主要為洪沖積和坡洪積地層，洪沖積地層分布于大堰臺(tái)溝內(nèi)，主要巖性為卵石。坡洪積地層分布于山坡坡腳地帶，主要巖性為漂石、塊石、碎石和少量粘性土。

寒武系：主要分布于K8+200～K12+400路段，主要巖性為粉砂質(zhì)泥巖夾白云巖，表層風(fēng)化程度中等，風(fēng)化層厚度1.5～2.50 m，裂隙發(fā)育中等。

青白口系：主要分布于K5+800～K8+200路段，主要巖性為泥晶灰?guī)r、硅質(zhì)泥晶灰?guī)r夾少量頁(yè)巖，表層風(fēng)化程度中等，風(fēng)化層厚度0.5～2.0 m。裂隙發(fā)育中等。

薊縣系：主要分布于K3+200～K5+800路段，主要巖性為泥質(zhì)白云巖，硅質(zhì)條帶白云巖和泥晶白云巖，表層風(fēng)化程度中等，風(fēng)化層厚度0.5～2.0 m。裂隙發(fā)育中等。

2.3 地下水概述

治理路段目前無(wú)地下潛水，只有基巖裂隙水，水位埋深大于20.0 m?；鶐r裂隙水補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水。治理路段及附近區(qū)域內(nèi)無(wú)地表水體，治理路段一側(cè)為大堰臺(tái)溝，目前溝內(nèi)無(wú)水，只在雨季時(shí)有暫時(shí)性流水。在目前自然環(huán)境條件下，治理施工可不考慮地下水影響。

2.4 不良地質(zhì)作用

據(jù)調(diào)查，道路沿線邊坡的不良地質(zhì)作用為崩塌、落石。場(chǎng)地自然斜坡一般處于穩(wěn)定狀態(tài)。因筑路開挖而形成的人工邊坡，多數(shù)為反向坡，邊坡中普遍發(fā)育高陡節(jié)理，其中與坡向走向近乎平行的節(jié)理對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響最大，在風(fēng)化、重力及水動(dòng)力作用下，易發(fā)生崩塌與掉塊危險(xiǎn)。巖石表面普遍遭受風(fēng)化，多為強(qiáng)風(fēng)化-中等風(fēng)化，強(qiáng)風(fēng)化帶厚度一般為1.00～2.00 m。受構(gòu)造條件及巖性的影響，風(fēng)化程度及風(fēng)化帶厚度不均一。

2.5 建筑抗震設(shè)計(jì)條件

場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本震動(dòng)加速度值為0.15g，設(shè)計(jì)震動(dòng)分組為第一組。

3 邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及赤平投影分析，邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)如下。

3.1 K3+500～600段

該段邊坡坡長(zhǎng)100 m，高約25～30 m。邊坡坡向?yàn)?40°∠80°，巖層產(chǎn)狀為20°∠40°。巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育，外觀破碎，邊坡巖體結(jié)構(gòu)類型以碎裂結(jié)構(gòu)為主，局部塊狀結(jié)構(gòu)，坡體頂部有植被發(fā)育。共發(fā)育了3組裂隙，包含一組X形節(jié)理(圖5)，一組產(chǎn)狀為150°∠70°，延伸平直，裂面粗糙，弱風(fēng)化，閉合。另一組產(chǎn)狀為200°∠40°，延伸平直，裂面粗糙，弱風(fēng)化，微張。裂隙產(chǎn)狀為30°∠89°，間距0.3～0.6，中等風(fēng)化。

選取J1(150°∠70°)，J2(200°∠40°)，J3(30°∠89°)三組節(jié)理進(jìn)行赤平投影分析(圖6)。在赤平投影圖中，通過坡面ns與巖層面cs的產(chǎn)狀可以判斷出邊坡為反向坡，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，X形節(jié)理面交點(diǎn)在赤平投影中處于邊坡投影的一側(cè)，且軟弱面組合交線傾向坡里，軟弱組合面傾角小于坡面傾角，局部可能有崩塌、掉塊的發(fā)生。

圖5 K3+500～600段邊坡巖體結(jié)構(gòu)圖

圖6 K3+500～600段節(jié)理赤平投影

綜上所述，邊坡整體穩(wěn)定性較好，但由于巖體破碎，裂隙較為發(fā)育，在降雨或震動(dòng)作用下容易發(fā)生局部崩塌與掉塊等破壞現(xiàn)象。

3.2 K3+620～640段

該段邊坡坡長(zhǎng)20 m，高約20～25 m。邊坡坡向?yàn)?60°∠60°，巖層產(chǎn)狀為16°∠38°。巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育，邊坡上部巖體結(jié)構(gòu)為碎裂結(jié)構(gòu)，底部完整性較好為塊狀結(jié)構(gòu)，坡體局部有植被覆蓋(圖7)。主要發(fā)育兩組裂隙，一組產(chǎn)狀為210°∠65°，延伸平直，弱風(fēng)化，閉合。另一組產(chǎn)狀為185°∠70°，卸荷裂隙，波狀延伸，裂隙間距0.4～0.6 m，中等風(fēng)化，張開0.05～0.1 m。

選取J1(210°∠65°)，J2(185°∠70°)兩組節(jié)理進(jìn)行赤平投影分析(圖8)。在赤平投影圖中，通過坡面ns與巖層面cs的產(chǎn)狀可以判斷出邊坡為反向坡，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，J1和J2節(jié)理面交點(diǎn)在赤平投影中處于邊坡投影的一側(cè)，且軟弱面組合交線傾向坡里，軟弱組合面傾角大于坡面傾角，說(shuō)明此段邊坡整體穩(wěn)定性較好，但由于邊坡上部巖體結(jié)構(gòu)為碎裂結(jié)構(gòu)，且有卸荷裂隙發(fā)育，在降雨或震動(dòng)等外部作用下容易發(fā)生局部巖體崩落的危險(xiǎn)。

圖7 K3+620～640段邊坡巖體結(jié)構(gòu)圖

圖8 K3+620～640段節(jié)理赤平投影

3.3 K3+660～665段

該段邊坡坡向?yàn)?70°∠50°，巖層產(chǎn)狀為16°∠40°，為反向坡。巖體整體完整性好，為塊狀結(jié)構(gòu)。存在局部危巖體(圖9)，危巖體四周臨空。主要受后緣卸荷裂隙控制，裂隙產(chǎn)狀為20°∠65°。

圖9 K3+660～665段邊坡結(jié)構(gòu)圖

邊坡結(jié)構(gòu)完整，整體穩(wěn)定性好，但是存在局部危巖體，在降雨或震動(dòng)作用下容易發(fā)生危巖體掉落現(xiàn)象。

3.4 K4+435～490段

該段邊坡坡長(zhǎng)55 m，高約18～25 m。邊坡坡向?yàn)?30°∠71°，巖層產(chǎn)狀為0°∠38°。巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育，巖體破碎，邊坡巖體結(jié)構(gòu)為層狀結(jié)構(gòu)，巖層厚度約為0.1～0.3 m，坡體局部有植被覆蓋(圖10)。主要發(fā)育兩組裂隙，一組產(chǎn)狀為180°∠50°，波狀粗糙，張開0.7～1 cm。另一組產(chǎn)狀為250°∠80°，平直粗糙，閉合。

圖10 K4+435～490段邊坡結(jié)構(gòu)圖

選取J1(180°∠50°)，J2(250°∠80°)兩組節(jié)理進(jìn)行赤平投影分析(圖11)。在赤平投影圖中，通過坡面ns與巖層面cs的產(chǎn)狀可以判斷出邊坡為反向坡，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，J1和J2節(jié)理面交點(diǎn)在赤平投影中處于邊坡投影的一側(cè)，且軟弱面組合交線傾向坡里，軟弱組合面傾角大于坡面傾角，說(shuō)明此段邊坡整體穩(wěn)定性較好。但是由于邊坡巖體破碎，裂隙發(fā)育密集，在降雨或震動(dòng)作用下容易發(fā)生局部崩塌與掉塊等破壞現(xiàn)象。

圖 11 K4+435～490段赤平投影

3.5 K4+555～570段

該段邊坡坡長(zhǎng)15 m，高約20 m。邊坡坡向?yàn)?95°∠75°，巖層產(chǎn)狀為5°∠45°。下部巖體結(jié)構(gòu)破碎，坡面中等風(fēng)化，主要發(fā)育兩組裂隙，一組產(chǎn)狀為165°∠65°，波狀粗糙，中等風(fēng)化。另一組產(chǎn)狀為62°∠85°，波狀延伸，裂面粗糙(圖12)。

圖12 K4+555～570段邊坡結(jié)構(gòu)圖

選取J1(165°∠65°)，J2(62°∠85°)兩組節(jié)理進(jìn)行赤平投影分析(圖13)。在赤平投影圖中，通過坡面ns與巖層面cs的產(chǎn)狀可以判斷出邊坡為反向坡，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，兩組節(jié)理面交點(diǎn)在赤平投影中處于邊坡投影的一側(cè)，且軟弱面組合交線傾向坡里，軟弱組合面傾角小于坡面傾角。由于巖體破碎，局部風(fēng)化作用，邊坡在降雨或震動(dòng)作用下容易發(fā)生局部掉塊現(xiàn)象。

圖13 K4+555～570段節(jié)理赤平投影

3.6 K4+690～720段

該段邊坡坡長(zhǎng)30 m，高16～18 m。邊坡坡向?yàn)?90°∠85°，巖層產(chǎn)狀為10°∠40°。該段邊坡坡面破碎，結(jié)構(gòu)類型為薄層狀結(jié)構(gòu)，受層面控制。主要發(fā)育兩組裂隙，一組產(chǎn)狀為15°∠25°，平直延伸，層間距0.1～0.2 m。另一3/4產(chǎn)狀為170°∠60°，卸荷裂隙，波狀粗糙，微張，強(qiáng)風(fēng)化(圖14)。

圖14 K4+690～720段邊坡結(jié)構(gòu)圖

選取J1(15°∠25°)，J2(170°∠60°)兩組節(jié)理進(jìn)行赤平投影分析(圖15)。在赤平投影圖中，通過坡面ns與巖層面cs的產(chǎn)狀可以判斷出邊坡為反向坡，兩組軟弱面交點(diǎn)在赤平投影中處于邊坡投影的另一側(cè)，說(shuō)明軟弱面組合交線傾向坡里。由于卸荷裂隙的存在邊坡存在局部危巖體，在降雨或震動(dòng)作用下容易發(fā)生危巖體掉落現(xiàn)象，但邊坡整體穩(wěn)定性好。

圖15 K4+690～720段節(jié)理赤平投影

4 現(xiàn)狀人工邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

現(xiàn)狀人工各邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分析見表2。

表2 現(xiàn)狀人工各邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分析

5 治理措施方案比選

治理措施方法比選見表3。

6 工程治理措施

6.1 防治工程措施

表3 邊坡治理方法比選分析

6.1.1 坡面浮石清理

坡面巖體完整穩(wěn)定，斜坡上部崩落物體積數(shù)量、不大，危巖的數(shù)量不多，其母巖的破碎程度不嚴(yán)重，僅局部存在部分浮石危及線路、車輛、行人的坡面采取清理的原則。對(duì)于停留于坡面上或已完全脫離母體、與母體已經(jīng)開裂且裂縫長(zhǎng)度已超過危石同向尺寸50%的浮石、危石、孤石應(yīng)予以清除，同時(shí)宜結(jié)合平日養(yǎng)護(hù)部門的反饋意見，該路段易產(chǎn)生巖體崩落，現(xiàn)場(chǎng)觀察有繼續(xù)發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)列入清理范圍。

坡面浮石清理時(shí)，要采取有效措施，確保路面不被破壞。應(yīng)在處理路段設(shè)置施工圍擋，路面鋪“沙袋+鋼板+竹排”三層防護(hù)。

6.1.2 坡面浮石清理、SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)

對(duì)于坡面巖體完整穩(wěn)定，斜坡上部崩落物體積數(shù)量不大，危巖的數(shù)量不多，僅局部崖面存在零星危石、浮石的路段，采用人工清理，并且其母巖的破碎程度較嚴(yán)重，或母巖風(fēng)化程度雖不嚴(yán)重但其裂隙與坡面組合的隨機(jī)塊體在長(zhǎng)期運(yùn)行、降水等不利因素作用下易掉落，崩塌、落石的物質(zhì)來(lái)源豐富，崩塌規(guī)模雖不大，但可能頻繁發(fā)生的路段，為控制落物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，采用SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)對(duì)坡面進(jìn)行覆蓋，做法見圖16。

說(shuō)明：雙絞六邊形網(wǎng)，網(wǎng)孔50 mm×60 mm，鋼絲直徑2.0 mm；采用鋅-5%鋁-混合稀土合金鍍層防腐。

圖16 SNS網(wǎng)節(jié)點(diǎn)大樣圖

6.1.3 坡面浮石清理、SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、截水溝

對(duì)于頂部較為破碎的坡面，按要求清理完坡面浮石，采用SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)對(duì)坡面進(jìn)行防護(hù)后，在用地條件允許的情況下，在邊坡頂部2 m以外修建截水溝，防止降水對(duì)坡面影響產(chǎn)生新的浮石、危石，詳見圖17。

6.2 工程監(jiān)測(cè)

工程監(jiān)測(cè)包括施工期間監(jiān)測(cè)和防治效果長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，不少于一個(gè)水文年。主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括以下方面，需要施工方予以配合。

6.2.1 坡頂?shù)奈灰票O(jiān)測(cè)

采用地表大地變形監(jiān)測(cè)。在邊坡頂面設(shè)置位移監(jiān)測(cè)網(wǎng)，監(jiān)測(cè)坡頂?shù)乇淼乃轿灰坪拖鲁?。測(cè)點(diǎn)間距一般為20 m左右，采用平面精度指標(biāo)為±(5 mm+1 ppm)的GPS接收機(jī)實(shí)施監(jiān)測(cè)。

6.2.2 巖體的裂縫監(jiān)測(cè)

圖17 邊坡治理剖面圖

地表裂縫位錯(cuò)監(jiān)測(cè)用于監(jiān)測(cè)地裂縫伸縮變化和位錯(cuò)情況。采用伸縮儀、位錯(cuò)儀，或千分卡直接量測(cè)。測(cè)量精度0.1～1.0 mm。監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇在裂縫兩側(cè)，特別是主裂縫(如崩塌母體與崩塌體之間裂縫)兩側(cè)，監(jiān)測(cè)裂縫兩側(cè)相對(duì)張開、閉合、下沉、抬升或錯(cuò)動(dòng)、裂縫充水情況等。共設(shè)置20點(diǎn)。

7 現(xiàn)場(chǎng)治理情況

經(jīng)過設(shè)計(jì)詳細(xì)計(jì)算后，施工現(xiàn)場(chǎng)按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行邊坡治理，治理后邊坡穩(wěn)定性得到顯著改善，該段公路恢復(fù)暢通，治理效果良好(參見圖18)。

圖18 治理區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)工況圖

8 結(jié)論

本文以北京市房山區(qū)G108國(guó)道K3+500～ K4+720路段6處危巖治理為研究目標(biāo)，通過野外調(diào)查、測(cè)量巖石產(chǎn)狀、赤平投影分析等方法查明該區(qū)域基本地質(zhì)條件及邊坡特征。主要研究成果與結(jié)論如下。

(1)應(yīng)用野外地質(zhì)調(diào)查方法，查明了邊坡坡面、坡腳巖體的破碎程度，通過測(cè)量巖石的產(chǎn)狀、節(jié)理，對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性做出了初步判斷。

(2)應(yīng)用赤平投影方法對(duì)6處危巖進(jìn)行了詳細(xì)的穩(wěn)定性分析。

(3)根據(jù)穩(wěn)定性分析結(jié)果及坡面位移監(jiān)測(cè)，對(duì)邊坡工程治理方法進(jìn)行研究比選，從工期、安全、造價(jià)等多個(gè)方面進(jìn)行細(xì)致的分析。確定了采用坡面浮石清理結(jié)合SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的治理方法。治理后邊坡穩(wěn)定性得到了顯著的改善，治理效果良好。