某巖質(zhì)陡崖邊坡崩塌地質(zhì)災(zāi)害成因及治理設(shè)計(jì)分析

歐 煜

(湖南化工地質(zhì)工程勘察院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 430100)

0 引 言

福建省是一個(gè)多山的省份，素有“八山一水一分田”之稱。全省海拔80 m以上的丘陵和山地占全省土地面積的89.3%，地勢(shì)總體上西北高東南低，橫斷面略成馬鞍形。因受新華夏構(gòu)造的控制，在西部和中部形成北東向斜貫全省的閩西大山帶和閩中大山帶。由于福建省地質(zhì)、地形環(huán)境較復(fù)雜，加上地處東南沿海，每年在臺(tái)風(fēng)暴雨的直接影響下，各類地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。

崩塌是指較陡斜坡上的巖土體在重力的作用下突然脫離母體崩落、滾落堆積在坡腳的地質(zhì)現(xiàn)象，屬于常見的山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害之一[1-2]。崩塌一般發(fā)生在厚層堅(jiān)硬的脆性巖體中，具有速度快、沖擊力強(qiáng)、破壞性大，危害嚴(yán)重等特點(diǎn)。通常而言，崩塌失穩(wěn)破壞方式有五種，即滑移式崩塌、傾倒式崩塌、拉裂式崩塌、錯(cuò)斷式崩塌和鼓脹式崩塌。崩塌災(zāi)害的防治工程不同于一般建筑工程，其防治工程是對(duì)致災(zāi)地質(zhì)作用的調(diào)整和崩塌變形體的改造工程，施工難度大，施工要求高。

本文以三明市菩薩山某巖質(zhì)陡崖邊坡崩塌地質(zhì)災(zāi)害治理設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目為依托，從崩塌形成的機(jī)理入手，對(duì)崩塌地質(zhì)災(zāi)害形成的地形條件、地層巖性、降雨以及人類活動(dòng)等主要誘發(fā)因素進(jìn)行了比較詳細(xì)的闡述，為事故原因的定性提供相關(guān)依據(jù)，并針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況提出一系列防治措施，為今后具體工程實(shí)踐提供相關(guān)理論依據(jù)及技術(shù)參考。

1 工程概況

本邊坡位于福建省三明市區(qū)西南部，泉三高速公路安置地西側(cè)。此處原有一座采石場(chǎng)，后來(lái)關(guān)停。因村民自行開采石料，該處形成了長(zhǎng)約210 m，最高約22 m的巖質(zhì)陡崖。陡崖臨空面近乎直立，部分段落巖體倒懸，甚至塌落，形成凹型巖腔。陡崖坡腳場(chǎng)地為已建成的安置片房小區(qū)，坡頂靠近正在施工的205國(guó)道沙縣后底至永安吉山公路改線工程(三元區(qū)茶林尾至荊東段)。

2016年1月6日，G205線K13+755～K13+805段左側(cè)路基下邊坡長(zhǎng)約25 m范圍巖體發(fā)生崩塌，崩塌面積約450 m2，崩塌飛石造成坡腳下方部分安置房屋受到不同程度的損壞，未造成人員傷亡(如圖1～圖2所示)。

圖1 崩塌現(xiàn)場(chǎng)

圖2 居民房屋受情況

2 工程地質(zhì)條件

2.1 場(chǎng)地地形地貌

本段落屬于剝蝕丘陵區(qū)地貌，山坡自然坡度約20～30°，原始山坡植被發(fā)育，自然邊坡穩(wěn)定。項(xiàng)目所在地主要為經(jīng)過人為改造后的呈直立陡崖狀或倒傾狀的巖體邊坡，最高約22 m；巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，滲水嚴(yán)重。坡腳距離安置房外墻約4.0～12.0 m，坡頂靠近正在施工的205國(guó)道工程。

2.2 地質(zhì)地層概況

1)坡積粉質(zhì)粘土(Qdl)：灰黃色，硬塑，粘粉粒為主，含少量角礫，巖土工程分級(jí)為Ⅰ級(jí)松土。

2.3 節(jié)理裂隙面發(fā)育特征

通過現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)繪可以發(fā)現(xiàn)，整個(gè)場(chǎng)區(qū)巖體節(jié)理裂隙面十分發(fā)育，巖體受多組結(jié)構(gòu)面切割形成楔形塊體，且局部位置發(fā)育“探頭”危巖和凹型巖腔。具體如圖3所示。

圖3 巖體中節(jié)理裂隙面發(fā)育情況

3 地災(zāi)成因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，分析本次崩塌體的形成與發(fā)展受多種因素的影響，主要包括地形、地質(zhì)條件、降雨影響以及人類活動(dòng)等作用。

3.1 地形、地質(zhì)條件

該處原為一村民采石廠，后來(lái)關(guān)停；采石廠廢棄后，形成了高陡臨空面，高達(dá)15～24 m，為崩塌的形成提供了有力地形條件。同時(shí)，從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況來(lái)看，該邊坡為巖質(zhì)坡，坡體中節(jié)理裂隙面及軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)育(如圖3所示)，為地表水的滲透提供了通道。此外，巖體在多組結(jié)構(gòu)面的(組合)切割下，穩(wěn)定性大大降低，容易發(fā)生整體失穩(wěn)破壞或巖沿組合節(jié)理裂隙面發(fā)生楔形破壞。因此，巖體中軟弱節(jié)理裂隙面發(fā)育是本次崩塌形成的主要原因。

3.2 降雨影響

很多地區(qū)的邊坡失穩(wěn)都與降雨入滲有著密切的關(guān)系[3-4]。2015年12月份，三明地區(qū)發(fā)生連續(xù)強(qiáng)降雨，雨水沿裂隙面滲入巖體結(jié)構(gòu)面間，導(dǎo)致巖體中裂隙水壓力增大，基巖裂隙面擴(kuò)大，在較大水壓力作用下，節(jié)理面擴(kuò)張，進(jìn)一步軟化，從而大大降低了節(jié)理裂隙面間的力學(xué)強(qiáng)度，促使了變形的發(fā)展。因此，降雨是本次崩塌形成的直接原因。

3.3 人類活動(dòng)的影響

崩塌地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生之前，坡頂上方205國(guó)道路基(巖質(zhì))開挖施工還未完成，機(jī)械開挖產(chǎn)生的震動(dòng)外力會(huì)使邊坡巖體發(fā)生變化或破壞，出現(xiàn)新的結(jié)構(gòu)面，或使原有結(jié)構(gòu)面張裂、松弛。在震動(dòng)力反復(fù)作用下，邊坡巖體會(huì)沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生位移變形或破壞。因此，人類活動(dòng)是本次崩塌發(fā)生的誘因之一。

4 治理設(shè)計(jì)分析

4.1 地質(zhì)災(zāi)害治理原則

本次地質(zhì)災(zāi)害區(qū)內(nèi)居民集中，治理原則為在確保安全的情況下，綜合治理方案達(dá)到“有效可靠、簡(jiǎn)易快速、經(jīng)濟(jì)合理”的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，邊坡治理原則為：

1)確保綜合根治崩塌及坡體整體不穩(wěn)定可能引發(fā)的巖體再次崩塌、掉塊、滑移等地質(zhì)災(zāi)害及其隱患點(diǎn)；

2)進(jìn)行崩塌的整體布局設(shè)計(jì)，結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害綜合整治，達(dá)到生態(tài)環(huán)保及美化環(huán)境相統(tǒng)一和諧的原則，以取得良好的社會(huì)效益；

3)設(shè)計(jì)工程措施應(yīng)有利于施工的安全與環(huán)保。

4.2 巖體中節(jié)理裂隙產(chǎn)狀特征

根據(jù)4.1節(jié)的分析可知，巖體中節(jié)理裂隙面發(fā)育是本次崩塌地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要原因，由于整個(gè)場(chǎng)區(qū)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)繪現(xiàn)場(chǎng)量取的巖體節(jié)理裂隙產(chǎn)狀，繪制了巖體裂隙等密度圖，結(jié)構(gòu)面傾向、走向玫瑰花圖及傾角分布直方圖，分別如圖4(a)～4(d)所示。

圖4 巖體中節(jié)理裂隙產(chǎn)狀分布特征圖

4.3 巖體穩(wěn)定性分析

本次治理設(shè)計(jì)考慮該段邊坡不同區(qū)段巖體形態(tài)和分布上差異較大，為使防護(hù)加固工程設(shè)計(jì)更具針對(duì)性，現(xiàn)分3個(gè)區(qū)段來(lái)分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)，根據(jù)野外實(shí)測(cè)的節(jié)理統(tǒng)計(jì)，利用優(yōu)勢(shì)節(jié)理及邊坡產(chǎn)狀，繪制各區(qū)邊坡巖體優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面的上半球赤平極射投影圖，分別如圖5～圖7所示。

如表1及圖5所示，A段邊坡發(fā)育三組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面，其中J1、J3結(jié)構(gòu)面與邊坡傾向相同，傾角小于邊坡傾角，屬于不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；J2結(jié)構(gòu)面與邊坡呈大角度斜交，屬于基本穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。同時(shí)，J1與J2、J1與J3、J2與J3結(jié)構(gòu)面組合交線傾向與邊坡傾向相同，傾角小于邊坡傾角，邊坡可能會(huì)沿組合結(jié)構(gòu)面交線方向發(fā)生滑移破壞，屬于不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。此外，坡頂上方有一層厚約0.5～1.5 m的土層，在降雨或其它外部荷載作用下可能會(huì)沿著土巖交界面發(fā)生滑移，需要進(jìn)行必要的加固。

圖5 A段優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面赤平極射投影圖

表1 A段邊坡優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀

如表2及圖6所示，B段邊坡發(fā)育三組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面，其中J4結(jié)構(gòu)面與邊坡傾向相反，J6結(jié)構(gòu)面與邊坡傾向相同，傾角大于邊坡傾角，J4結(jié)構(gòu)面與邊坡呈大角度斜交；因此可以判斷在單組結(jié)構(gòu)面作用下，該段邊坡整體上基本穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生整體失穩(wěn)破壞。但是，在各組結(jié)構(gòu)面組合切割下，形成大小不一的楔形塊體，巖體較為破碎，局部呈倒懸狀，在外荷載作用下易發(fā)生掉塊等危害，從而威脅到下方居民區(qū)的安全，需要進(jìn)行必要的治理。

表2 B段邊坡邊坡優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀

圖6 B段優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面赤平極射投影圖

如表3及圖7所示，C段邊坡發(fā)育三組優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面，其中J9結(jié)構(gòu)面與邊坡傾向相同，傾角小于邊坡傾角，屬于不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；J7、J8結(jié)構(gòu)面與邊坡呈大角度斜交，屬于基本穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。同時(shí)，J7與J9結(jié)構(gòu)面組合交線傾向與邊坡傾向相同，傾角小于邊坡傾角，邊坡可能沿組合交線傾向方向發(fā)生滑移失穩(wěn)破壞，需要進(jìn)行必要的加固治理。

表3 C段邊坡優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀

圖7 C段優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面赤平極射投影圖

4.4 防護(hù)加固措施

綜合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)繪及各區(qū)穩(wěn)定性分析結(jié)果，分別采取有針對(duì)性的防護(hù)加固措施，具體如下：

4.4.1 A段邊坡

1)清除頂部不穩(wěn)定土體，然后垂直順坡向結(jié)構(gòu)面施做巖栓錨桿進(jìn)行串聯(lián)加固；

2)坡面采用系統(tǒng)錨桿結(jié)合掛網(wǎng)錨噴對(duì)表層巖體進(jìn)行加固，防止邊坡巖體掉塊。

具體設(shè)計(jì)剖面如圖8所示。

圖8 A段邊坡剖面設(shè)計(jì)圖

4.4.2 B段邊坡

1)清除坡面不穩(wěn)定巖體，采用巖栓錨桿對(duì)淺層不穩(wěn)定塊體進(jìn)行預(yù)加固；

2)路基下方凹腔采用C15片砼擋墻進(jìn)行嵌補(bǔ)支撐。

3)坡面施作預(yù)應(yīng)力錨桿地梁對(duì)坡體深部不穩(wěn)定巖體進(jìn)行加固。

具體設(shè)計(jì)剖面如圖9所示。

圖9 B段邊坡剖面設(shè)計(jì)圖

4.4.3 C段邊坡

根據(jù)C段穩(wěn)定性分析結(jié)果，該區(qū)巖體主要受多組結(jié)構(gòu)面組合切割，巖體較為破碎，不會(huì)發(fā)生整體失穩(wěn)破壞，主要防止淺層巖體掉塊。因此，主要采用系統(tǒng)錨桿結(jié)合掛網(wǎng)錨噴進(jìn)行防護(hù)。

具體設(shè)計(jì)剖面如圖10所示。

圖10 C段邊坡剖面設(shè)計(jì)圖

4.5 排水工程設(shè)計(jì)

降雨入滲是本次崩塌地質(zhì)災(zāi)害的主要誘因之一，因此，排水工程設(shè)計(jì)也是地質(zhì)災(zāi)害治理設(shè)計(jì)當(dāng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

排水系統(tǒng)應(yīng)充分考慮現(xiàn)場(chǎng)地形條件，并結(jié)合既有排水溝進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)，要對(duì)排水邊溝及地下排水通道進(jìn)行清淤疏通，保證排水通暢。本次排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括地表排水系統(tǒng)和地下排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。

4.5.1 地表排水工程

如圖11所示，地表排水工程主要包括：1)坡頂設(shè)置截水溝，防止205國(guó)道上方地表水排入場(chǎng)區(qū)；2)流水槽：沿坡頂凹部設(shè)置流水槽；3)坡腳位置結(jié)合已有排水溝位置進(jìn)行改擴(kuò)建及修復(fù)；新建排水溝應(yīng)接入已建排水溝，再排入地下排水通道或既有排水管道排出界外。

4.5.2 地下排水工程

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，整個(gè)區(qū)域內(nèi)坡體裂隙比較發(fā)育，同時(shí)裂隙滲水也比較嚴(yán)重，因此必須實(shí)施地下水的引排工程。特別是在B段施作嵌補(bǔ)支撐墻段落，除了在墻身設(shè)置泄水孔外，還應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況沿滲水裂隙面施打排水平孔。

4.6 監(jiān)測(cè)工程設(shè)計(jì)

本邊坡為一級(jí)邊坡，根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330—2013要求，一級(jí)邊坡工程應(yīng)采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)法進(jìn)行治理設(shè)計(jì)，這主要體現(xiàn)在在邊坡施工治理過程中應(yīng)掌握施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)狀況、施工情況和邊坡的變形情況，根據(jù)邊坡的監(jiān)測(cè)反饋信息以便必要時(shí)對(duì)原設(shè)計(jì)做出校核、修改和補(bǔ)充。因此邊坡治理中邊坡監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)重要的工作。

如圖11所示，該段邊坡施工期監(jiān)測(cè)主要采取地表位移監(jiān)測(cè)(包括：水平位移監(jiān)測(cè)、垂直位移監(jiān)測(cè)、地表裂縫監(jiān)測(cè))，以坡體變形數(shù)據(jù)來(lái)修正設(shè)計(jì)，指導(dǎo)施工，以確保施工安全，并且檢驗(yàn)工程效果。

圖11 邊坡排水及監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

5 結(jié) 論

本文基于具體工程實(shí)例，從崩塌地質(zhì)災(zāi)害形成的機(jī)理入手，對(duì)誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的原因及其防治措施進(jìn)行了比較詳細(xì)的闡述，可以得出如下結(jié)論：

1)誘發(fā)崩塌地質(zhì)災(zāi)害的原因往往是多方面的，主要包括地形、地質(zhì)條件、降雨影響以及人類活動(dòng)等。這就要求工程技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行深入調(diào)查分析，找出主控因素，為后期治理設(shè)計(jì)提供方向。

2)巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析應(yīng)對(duì)坡體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀進(jìn)行充分的調(diào)查分析，從而獲得其優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面，然后利用優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面赤平極射投影圖對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性進(jìn)行定性判斷和分析，從而為邊坡防護(hù)加固設(shè)計(jì)提供必要的設(shè)計(jì)依據(jù)。

3)巖質(zhì)邊坡治理設(shè)計(jì)應(yīng)在穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件有針對(duì)性的開展：對(duì)于存在深部不利結(jié)構(gòu)面的巖體，可采用預(yù)應(yīng)力錨桿(錨桿角度需根據(jù)結(jié)構(gòu)面走向靈活調(diào)整)進(jìn)行錨固加固；對(duì)于淺表層的失穩(wěn)破壞，優(yōu)先清除松散體，然后采用短錨桿+掛網(wǎng)噴砼形式進(jìn)行封閉加固；對(duì)于存在“凹形”巖腔部位，建議采用片砼進(jìn)行嵌補(bǔ)回填。此外，需加強(qiáng)場(chǎng)地排水設(shè)計(jì)及施工過程中和使用期的變形監(jiān)測(cè)，注重信息化施工。