西南復(fù)雜山區(qū)國(guó)省干線公路養(yǎng)護(hù)地質(zhì)病害特征及處治原則

李金標(biāo)， 黃厚罡

(四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司， 四川 成都 610017)

中國(guó)西南地區(qū)山高谷峽，走廊單一，路網(wǎng)密度小，國(guó)省道干線往往是某一地區(qū)進(jìn)出的生命通道。西南地區(qū)位于地勢(shì)由第一階梯的青藏高原向第二階梯的四川盆地過(guò)渡帶，屬橫斷山脈，岸坡陡峻，氣象條件惡劣，地層巖組多樣，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，活動(dòng)斷裂發(fā)育，地震頻繁，發(fā)育大量的崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)病害。運(yùn)營(yíng)的國(guó)省道干線公路在峽谷中展布，抗災(zāi)能力差。G213線川汶(川主寺—汶川)段公路是西南地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下國(guó)省干線公路的典型路段，在2008年“5·12”汶川地震中損害嚴(yán)重，于2009年采用二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)恢復(fù)重建，全長(zhǎng)192.1 km，于2012年交工。平時(shí)車(chē)流量達(dá)1.5萬(wàn)～1.6萬(wàn) 輛/d，旅游旺季可達(dá)2.1萬(wàn)輛/d，道路暢通及行車(chē)安全尤為重要。2017年8月6日，K112+600石大關(guān)舊關(guān)樓發(fā)生新的山坡高位坍方，土方達(dá)5萬(wàn)m3，造成道路中斷；2017年8月8日，K150+500渭門(mén)鄉(xiāng)發(fā)生山坡高位坍方，土方達(dá)1 000 m3，造成道路中斷。在復(fù)雜地質(zhì)背景、氣象條件下，G213川汶段沿線極易發(fā)生類(lèi)似病害，直接沖擊道路，給過(guò)往車(chē)輛及乘客帶來(lái)巨大威脅，災(zāi)害輕則導(dǎo)致道路中斷，重則車(chē)毀人亡。該文以該路段為例，分析沿線地質(zhì)病害發(fā)育特征，提出運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)中對(duì)復(fù)雜多樣地質(zhì)病害的處治原則。

1 工程地質(zhì)環(huán)境

1.1 氣象水文

G213川汶段沿線屬半干旱河谷型氣候，5—9月降雨集中，年降水量496.1 mm，最大日降水量75.2 mm，年蒸發(fā)量1 344.7 mm；年日照時(shí)間1 557.4 h；年相對(duì)濕度71.7%；年霜期57.3 d；年平均氣溫5.7～11.1 ℃，最高氣溫32 ℃，最低氣溫-11.6 ℃，晝夜溫差高達(dá)10～15 ℃。屬岷江水系，支流發(fā)育。

1.2 地形地貌

沿線屬剝蝕～侵蝕中高山深切河谷地貌。岷江河谷深切，河谷形態(tài)及展布方向受地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造控制，山體基本呈北東向展布，由堅(jiān)硬巖漿巖、沉積變質(zhì)巖系組成。山頂海拔2 600～3 800 m，山勢(shì)巍峨，多基巖裸露，谷坡陡峻，斷崖層出，植被較少，高陡邊坡發(fā)育。

1.3 地層巖性

沿線出露三疊系、泥盆系、志留系及奧陶系淺變質(zhì)巖系地層，巖性為板巖、千枚巖、變質(zhì)砂巖，第四系松散堆積層廣泛分布于坡麓緩坡一帶，大型崩滑堆積體沿岷江河谷發(fā)育。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造及地震

該道路位于松潘-甘孜褶皺系的巴顏喀拉冒地槽褶皺帶內(nèi)，東靠龍門(mén)山臺(tái)緣褶皺帶。該地區(qū)在三疊紀(jì)晚期印支運(yùn)動(dòng)地槽回返形成地槽褶皺帶，隨著青藏高原的抬升和地殼物質(zhì)的東移，燕山運(yùn)動(dòng)使之逐步形成推覆構(gòu)造帶，喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)使之構(gòu)造變形最后定型，褶皺及斷裂構(gòu)造極其發(fā)育。路線沿南北向岷江斷裂展布后在茂縣南側(cè)沿北東向茂縣-汶川斷裂展布(見(jiàn)圖1)。

圖1 項(xiàng)目區(qū)構(gòu)造位置

沿線地層總體走向N10°～50°W，傾向南西或北東，傾角40°～80°。邊坡巖體受風(fēng)化及地質(zhì)構(gòu)造作用的強(qiáng)烈影響，巖石擠壓破碎，節(jié)理裂隙十分發(fā)育，很多地段由于巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，裂隙密集，呈碎塊狀，緩傾角裂隙少，陡傾角裂隙多，一般為50°～85°。裂隙面較平直、光滑、緊閉，多數(shù)無(wú)充填物，延長(zhǎng)2～20 m，間距0.1～5 cm，巖石多沿裂隙面風(fēng)化崩解。

路線距離龍門(mén)山地震帶最近約160 km，該地震帶曾發(fā)生M≥4級(jí)地震14次，最近的為2008年5月12日汶川8.0級(jí)特大地震。沿線地震動(dòng)峰值加速度0.20g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.35～0.40 s。

1.5 水文地質(zhì)

沿線為半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，地下水補(bǔ)給主要來(lái)源為大氣降水和冰雪融水，隨季節(jié)變化十分明顯，全年降雨量500～800 mm，降雨多集中在6—10月，旱、雨季節(jié)分明，這種降雨集中、氣候分帶、深谷地形等條件對(duì)地下水的交替循環(huán)有明顯影響。地下水按其賦存形式有松散堆積層孔隙水和基巖裂隙水兩類(lèi)，其中：松散堆積層孔隙水零星分布于溝谷、谷坡及山間盆地，以潛水為主；基巖裂隙水主要貯存于谷坡兩岸及谷底巖體中，多受構(gòu)造控制，并與巖體風(fēng)化、卸荷有關(guān)，由大氣降雨和地下水側(cè)向補(bǔ)給，向河谷排泄。

2 地質(zhì)病害發(fā)育特征

道路沿線地質(zhì)災(zāi)害共計(jì)8 870 m、75處，主要為崩塌碎落和滑坡滑塌，其次為泥石流、水毀和路面病害等。

2.1 崩塌碎落

沿線共調(diào)查崩塌碎落4 121 m、37處，強(qiáng)風(fēng)化、卸荷巖體表層小塊碎落257 m、4處，幾方至上百方的基巖整體垮塌33處，其中高位崩塌3 333 m、22處。危害方式為崩塌體形成飛石或大方量垮塌砸向公路，威脅行車(chē)安全(見(jiàn)圖2)。

圖2 K112+600石大關(guān)舊關(guān)樓垮塌

2.2 滑坡滑塌

沿線共調(diào)查滑坡2 685 m、19處，其中淺層滑塌11處、中深層滑坡8處。滑坡多發(fā)生于河谷岸坡覆蓋層分布地帶，主要沿覆蓋層內(nèi)或下伏巖面產(chǎn)生滑動(dòng)(見(jiàn)圖3)。危害方式為滑塌堆積體堆積路面造成斷道或滑體滑動(dòng)錯(cuò)斷路基等，危害公路運(yùn)營(yíng)。

圖3 K183+900—K184+540文鎮(zhèn)滑坡

2.3 泥石流

沿線調(diào)查泥石流475 m、5處，其中高位泥石流1處?？傮w上泥石流物源區(qū)、形成區(qū)與路面高程高差大、縱坡陡，沖出物直接堆積路面，爆發(fā)頻繁(見(jiàn)圖4)。危害方式為堆積路面斷道。

圖4 K188+955—K189+155段高位泥石流

2.4 水毀及路基沉降

沿線調(diào)查水毀822 m、10處。雨季岷江水位上漲，洪水流速快、流量大、泥沙含量高，沖刷路堤坡腳或路肩墻基礎(chǔ)，導(dǎo)致下部掏空，引起路基下錯(cuò)、擋墻損毀(見(jiàn)圖5)。危害方式為路基垮塌斷道。

圖5 K140+590—K140+660段水毀

2.5 路面病害

沿線調(diào)查路面病害767 m、4處。道路長(zhǎng)期使用或路基內(nèi)部排水不暢，發(fā)生不均勻沉陷，車(chē)轍明顯，路面開(kāi)裂。危害方式為行車(chē)顛簸。

2.6 災(zāi)害等級(jí)劃分

G213線災(zāi)害點(diǎn)多、災(zāi)害發(fā)生頻繁，對(duì)公路運(yùn)營(yíng)危害有大有小，為便于集中人力、物力處治迫在眉睫的災(zāi)害點(diǎn)，對(duì)災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行危害程度等級(jí)分類(lèi)(見(jiàn)表1、表2)。

表1 危害等級(jí)劃分

表2 災(zāi)害點(diǎn)危害等級(jí)統(tǒng)計(jì)

2.7 災(zāi)害發(fā)育特征

沿線75處地質(zhì)災(zāi)害整體呈現(xiàn)以下特征：

(1) 災(zāi)害種類(lèi)多樣，規(guī)模大小不一。

(2) 全線分布，局部集中。不良地質(zhì)病害類(lèi)型、分布規(guī)律與地層巖性及組合、地形地貌、地下水等因素緊密相關(guān)。沿線松潘、茂縣、汶川各段地形地貌、地層巖性等具有一定差異，導(dǎo)致沿線地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)發(fā)育數(shù)量、類(lèi)別、規(guī)模及分布離散程度存在差異。松潘段地形較開(kāi)闊，以小規(guī)模坡面滑塌、路基沉降及水毀為主，局部高位崩塌；茂縣、汶川段屬于高山峽谷地貌，病害以高位崩塌及碎落為主，并有早期古滑坡(文鎮(zhèn)滑坡、蘇村滑坡)局部失穩(wěn)。如茂縣K122+200—K136+500段14.3 km發(fā)育災(zāi)害點(diǎn)16處，汶川K183+800—K194+600段10.8 km發(fā)育災(zāi)害點(diǎn)11處。

(3) 高危、高位災(zāi)害體較多，危害性大，一旦發(fā)生，輕則斷道，重則車(chē)毀人亡，屬于沿線災(zāi)害整治的重中之重。沿線高位崩塌及滑坡發(fā)育22處，多數(shù)造成過(guò)斷道及人員傷亡。

(4) 已發(fā)病害與隱蔽災(zāi)害并存，舊的災(zāi)害仍在發(fā)生，新的災(zāi)害仍在發(fā)育，災(zāi)害預(yù)防及治理是長(zhǎng)期的。沿線坡體中上部多無(wú)人居住，山體陡峭，人員無(wú)法達(dá)到，災(zāi)害不易判別，存在尚未發(fā)現(xiàn)的災(zāi)害點(diǎn)，地質(zhì)病害的整治需做好長(zhǎng)期預(yù)算及方案準(zhǔn)備。

2.8 高位崩塌成因分析

沿線高位崩塌共3 333 m、22處，占崩塌碎落病害長(zhǎng)度的80%。這類(lèi)病害占比高、危害大、處治難，需在查明成因背景的基礎(chǔ)上論證處治方案。

(1) 氣象水文。岷江河谷為典型干旱河谷，10月至翌年4月，天氣以干燥、晴朗為主，晝夜溫差高達(dá)10～15 ℃，5—9月降雨集中，雨量豐沛，最大日降水量75.2 mm，年降水量496.1 mm，年蒸發(fā)量1 344.7 mm，蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降雨量，平時(shí)坡體中上部地層賦水貧乏。但到每年6—8月集中以暴雨出現(xiàn)，巖土體內(nèi)驟然飽水，加之坡體陡峻，勢(shì)必造成山體崩塌掉塊、垮塌下錯(cuò)等病害。

(2) 地形地貌。據(jù)據(jù)文獻(xiàn)[4-5]對(duì)茂縣、汶川區(qū)域?yàn)?zāi)害特征的統(tǒng)計(jì)，約83.3%的崩塌發(fā)育在較陡的斜坡、河谷地帶。路線地處龍門(mén)山中段，地形以高山、中山V形峽谷為主，橫坡陡峻，道路上方存在大量高位巖體，高程達(dá)數(shù)百至上千米，具有高位崩塌發(fā)育良好的空間條件。K124+080—380石大關(guān)高位崩塌區(qū)坡度約67°，與路面高差約370 m(見(jiàn)圖6)。地形坡度與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的關(guān)系見(jiàn)表3。

圖6 K124+080—380石大關(guān)垮塌災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)

表3 地形坡度與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的關(guān)系

(3) 地層巖性。地層巖性以三疊系西康群新都橋組、侏倭組、志留系茂縣群的粉砂巖、變質(zhì)砂巖、千枚巖為主，受層面及節(jié)理裂隙切割巖體破碎，具有良好的物質(zhì)條件。K124+080—380石大關(guān)垮塌區(qū)為志留系茂縣群第四巖組千枚巖、變質(zhì)砂巖。

(4) 地質(zhì)構(gòu)造。區(qū)內(nèi)經(jīng)歷印支期以來(lái)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，復(fù)式背斜、向斜及斷層較發(fā)育，造成區(qū)內(nèi)巖體節(jié)理裂隙密集、巖性破碎。沿線整體地處龍門(mén)山推覆構(gòu)造上盤(pán)，地震活動(dòng)強(qiáng)烈而頻繁。地震導(dǎo)致高陡斜坡及山脊部位抗震不利地段巖體進(jìn)一步損傷破壞，為高位崩塌形成演化提供了可能(見(jiàn)圖7)。

圖7 路線與龍門(mén)山斷裂帶的位置關(guān)系

(5) 巖體及坡體結(jié)構(gòu)。地殼劇烈抬升，岷江水系強(qiáng)烈下切，河谷陡峻，沖溝短而比降大，岸坡卸荷強(qiáng)烈；地震及高地應(yīng)力作用下深層巖體損傷嚴(yán)重；特殊的區(qū)域地質(zhì)環(huán)境造成巖體破碎，陡傾節(jié)理面易形成貫通軟弱帶，具有不利的坡體結(jié)構(gòu)。

(6) 降雨集中。根據(jù)文獻(xiàn)[4]，幾乎所有的滑坡、崩塌及泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生集中在每年6—9月。對(duì)區(qū)內(nèi)1973—2002年中有時(shí)間記載的地質(zhì)災(zāi)害事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，地質(zhì)災(zāi)害波動(dòng)曲線與降雨量波動(dòng)曲線成正相關(guān)關(guān)系(見(jiàn)圖8)。沿線年降雨量不大，但降雨集中，4—10月降雨量444.4 mm，占全年降雨量的91%，單月最大降雨量168.1 mm，單日最大降雨量75.2 mm，集中性降雨更易達(dá)到災(zāi)害發(fā)生的降雨臨界閾值，具有良好的誘發(fā)條件。K124+080—380石大關(guān)垮塌及“8·6”石大關(guān)舊關(guān)樓垮塌均是在降雨后發(fā)生。

圖8 地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻率和降雨量的關(guān)系

3 地質(zhì)病害處治原則

3.1 處治難點(diǎn)

(1) 高位、高危泥石流和崩塌的規(guī)模、穩(wěn)定性等量化評(píng)價(jià)困難。因地形、地質(zhì)條件限制，對(duì)災(zāi)害的調(diào)查、資料收集困難，造成對(duì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)機(jī)、規(guī)模等因素的量化預(yù)測(cè)困難。需多方面收集資料，包括國(guó)土部門(mén)資料、沿線養(yǎng)護(hù)單位災(zāi)害記錄等，為災(zāi)害穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

(2) 高位崩塌多，坡體陡、高差大，人員、機(jī)械及材料無(wú)法到達(dá)，主動(dòng)處治施工困難。

(3) G213川汶路多數(shù)路段處于峽谷地帶，多數(shù)無(wú)繞避空間，只能原位處治。

(4) 施工保通困難。G213線是重要的出川通道，也是九寨溝旅游環(huán)線的重要組成部分，車(chē)流量大，保通問(wèn)題較突出。

(5) 國(guó)省道養(yǎng)護(hù)資金短缺。

3.2 處治原則

根據(jù)沿線既有防治經(jīng)驗(yàn)、災(zāi)害規(guī)模及對(duì)公路的破壞程度、今后威脅程度、有限的養(yǎng)護(hù)資金條件等提出以下處治原則：

(1) 沿線走廊帶狹窄，對(duì)地質(zhì)病害繞避的空間有限，且繞避投資多、環(huán)境破壞嚴(yán)重，大規(guī)模采用繞避方案的可實(shí)施性不大。

(2) 規(guī)模大的災(zāi)害點(diǎn)(尤其是高位崩塌、泥石流、滑坡)處治困難，對(duì)于高位崩塌防治工程設(shè)置用于預(yù)防常規(guī)性、大概率的崩塌落石，結(jié)構(gòu)安全性可滿(mǎn)足要求，保證行車(chē)安全，對(duì)于小概率、大規(guī)模垮塌下錯(cuò)(強(qiáng)震等因素誘發(fā))可起到緩沖作用，降低風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)于大規(guī)?；拢诓痪邆淅@避條件的情況下，以提高行車(chē)舒適性、加強(qiáng)安全警示為主。

(3) 對(duì)規(guī)模小的災(zāi)害點(diǎn)，如路基沉降、水毀等，因其成因機(jī)制簡(jiǎn)單，災(zāi)害發(fā)展可控，又直接影響公路的暢通，采取主動(dòng)防治、徹底整治的措施；而滑塌、崩塌等，因沿線為高山峽谷地貌、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、巖土類(lèi)型多樣，具有良好的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育條件，且地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育、發(fā)展、失穩(wěn)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，徹底根治較困難，部分災(zāi)害點(diǎn)位于高陡斜坡中上部，不具備施工條件，采取主動(dòng)或被動(dòng)措施，以防護(hù)公路路基及凈空范圍為主，用于改善公路運(yùn)營(yíng)條件，降低運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

(4) 加強(qiáng)地質(zhì)監(jiān)測(cè)、人工巡視瞭望、群測(cè)群防等，避免造成集中性人員傷亡。

(5) 沿線地處龍門(mén)山推覆構(gòu)造帶上盤(pán)，工程地質(zhì)條件極差，地質(zhì)災(zāi)害種類(lèi)發(fā)育多樣、規(guī)模大小不一、危害程度不同，鑒于環(huán)保、新增用地困難及養(yǎng)護(hù)資金有限，應(yīng)建立地質(zhì)病害臺(tái)賬，根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害危害程度合理利用養(yǎng)護(hù)資金，分期處治。

4 結(jié)語(yǔ)

G213川汶段沿線具有長(zhǎng)期干旱、降雨集中的河谷氣候，高陡的峽谷地貌，破碎的變質(zhì)巖巖體，復(fù)雜的復(fù)式褶皺斷層構(gòu)造，強(qiáng)烈的地震活動(dòng)等良好的地質(zhì)災(zāi)害孕育條件，通過(guò)對(duì)病害類(lèi)型、數(shù)量、規(guī)模、危害程度、養(yǎng)護(hù)資金、處治難點(diǎn)等的分析，提出地質(zhì)病害處治方案選取原則。復(fù)雜地質(zhì)背景條件下國(guó)省干線公路養(yǎng)護(hù)面臨類(lèi)型多樣、規(guī)模不一、危害程度不同的地質(zhì)病害，且災(zāi)害的孕育、發(fā)展、發(fā)生是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，目前穩(wěn)定的地帶在未來(lái)演化過(guò)程中，在地表水、地下水、風(fēng)、地震等誘發(fā)下可能發(fā)生新的地質(zhì)病害，公路養(yǎng)護(hù)應(yīng)建立地質(zhì)病害臺(tái)賬，合理利用養(yǎng)護(hù)資金，分期處治，以達(dá)到最好的資金利用效果。