某海島漁港邊坡崩塌墜石應急治理案例分析

朱智勇，曹玉蘋

（浙江省工程勘察院，浙江 寧波 315012）

1 引言

海島工程建設多數為圍繞丘陵山體進行，岸邊工程或山地工程在建設過程或建設后不可避免地要涉及邊坡問題。坡前建（構）筑物中有部分在建設前后均未對臨近的山體邊坡采取治理加固措施。隨著時間的推移，邊坡巖體風化程度逐漸加劇，結構面發育程度加深、強度降低，在一定的內外地質營力作用下可能引發邊坡失穩，危及坡前建筑物及人員的安全。對于失穩邊坡或即將失穩的邊坡，采取必要的應急治理措施，一方面可以減少災害對坡前建筑物及人員的威脅，另一方面也可以為邊坡的系統治理施工提供一定的防護功能。

2 工程概況

2008年初某海島漁港后方的山體邊坡發生崩塌墜石，墜石停留于坡腳與斜坡上，墜石軸長為1~6 m不等，厚度0.5~1 m，總方量約30 m3。其中約10 m3墜落至坡腳，造成坡腳相鄰的住宅樓外墻倒塌和人員傷亡。根據現場情況及踏勘結果，邊坡整體處于穩定狀態，但不能滿足長期（永久）穩定條件的要求，且目前邊坡仍存在墜石的隱患，需進行加固治理。考慮到邊坡整體治理施工工期較長，為避免再次墜石危及坡前建筑及人員的安全，在對邊坡進行系統加固治理前，對現有邊坡采取應急治理措施。

3 邊坡崩塌墜石地質災害的成因與特征

3.1 地形地貌條件

邊坡區地貌屬構造剝蝕丘陵，山丘走向北東，丘頂最大高程64.6 m，坡前為采石形成的平地，距坡頂最大高差近60 m，距坡緣最大高差近50 m。崩塌墜石邊坡由人工采石開挖形成，邊坡長約50 m，總體傾向北西，邊坡下部坡度較緩 （30°～50°），上部為陡坡、陡崖 （坡度大于70°），局部呈向內傾的負坡，坡面上局部有危石分布。坡前平地建筑物密布，為2～7層，建筑邊界與坡腳距離為1.0～4.0 m。該邊坡位于丘陵西北坡，基巖出露情況良好，植被不發育。

3.2 氣象、水文條件

該邊坡位于亞熱帶南緣海洋型季風氣候區，冬季溫和，夏季涼爽，常年溫暖濕潤。年平均氣溫15.8℃，極端最低氣溫-7℃，極端最高氣溫36.7℃，年平均降水量921～948 mm。在發生墜石的前7~10 d連續陰雨，且溫度較低（最低至零下），早晚出現冰凍現象。

場地附近無大的地表水系、水庫等分布。坡面排水條件良好，水流匯集于坡麓后流入市政雨水管道。

3.3 地質環境條件

3.3.1 地層巖性

其次，安山玄武巖巖脈（αβ） 較發育，灰綠、灰黑色，安山玄武結構，具氣孔構造、塊狀構造，巖石堅硬，主要分布在邊坡北東段，脈寬0.2～1.2 m。

3.3.2 地質構造與區域穩定性

本區所處的大地構造位置為華南褶皺系浙東南褶皺帶、浙閩粵沿海燕山期火山活動帶北段。工程場地區域位于浙東沿海中生代火山巖帶的北段，區域性斷裂對該區無直接影響，構造形跡主要為節理[1]。

節理發育以走向NNE為主，分別形成內傾、外傾的二組優勢結構面，NW、EW向發育的二組節理，傾角一般大于65°，構成失穩巖塊的兩側邊界。節理面以剪切與壓扭性質為主，面較平直，除近地表或表層呈微張，充填少量泥質外，多以閉合為主（節理調查情況見表1）。

表1 節理調查統計表

表2 結構面（節理面）力學參數表

3.3.3 水文地質特征

根據地下水賦存條件、含水介質和埋藏特征，該邊坡地下水類型主要為基巖裂隙水。含水層組為燕山晚期侵入巖體，地下水呈脈狀賦存于淺部基巖構造裂隙中，連通性差，難以形成統一的地下水位。地下水接受大氣降水補給，多以沿裂隙發育帶向低洼處徑流或在坡麓呈間歇性泉的形式排泄。調查未見基巖裂隙水集中出露，僅個別裂隙面具濕潤狀，水量總體貧乏。

3.4 邊坡崩塌墜石成因與邊坡失衡形式分析

3.4.1 成因分析

邊坡崩塌墜石災害的形成是與地形地貌、氣候、水文地質、巖性和構造條件等密切相關的，不同的地形地貌與構造發育情況決定了巖體的破壞形式。從以上分析來看，本邊坡產生崩塌墜石的原因主要為：

（1）連日的降雨滲入與浸泡，降低了巖體結構面的強度，增加了巖石塊體的重量，同時，低溫凍融對節理面產生了擴張和加深的作用，是邊坡崩塌墜石災害產生的自然氣候條件。

（2） 邊坡巖體發育的節理將巖體切割成不穩定的塊體，其中走向NNE的內傾、外傾的二組節理面構成了該邊坡的優勢結構面，使邊坡巖塊具有了向外傾倒或滑移的可能，而NW、EW向發育的陡傾節理，將巖塊與相鄰的巖體切割開來，構成失穩巖塊的兩側邊界。

（3）節理面以剪切與壓扭性質為主，面較平直，近地表或表層呈微張，充填少量泥質為地表水或降水的滲入提供了有利的條件。

由于本段邊坡在短時間內同時具備了上述條件，當邊坡巖體（塊）的受力狀態超過極限平衡時，就產生了邊坡失穩地質災害。

3.4.2 邊坡產生的災害類型分析

（1）該坡段上坡緣已近坡頂，節理面以剪切與壓扭性質為主，面較平直，多以閉合為主，邊坡沿優勢結構面產生整體滑移的可能性不大，其主要破壞形式應為崩塌。崩塌按其形成機理可分為傾倒式崩塌、滑移式崩塌、鼓脹式崩塌、拉裂式崩塌、錯斷式崩塌[4]。

（2）邊坡巖體被內傾的結構面與EW向的陡傾結構面切割后，形成的巖石塊體重心微向外側傾斜，在降水滲入等情況下，使邊坡具備了發生傾倒式崩塌的可能。

（3） 邊坡巖體發育的一組外傾35°左右的節理面，構成了邊坡的優勢結構面，以及邊坡巖體被2~3組陡傾節理面切割成塊體，使該邊坡具備了滑移式崩塌的可能。

（4） 產狀 125°～130°∠60°～77°內傾的節理面其發育間距為0.5~2.0 m，將巖體切割成厚度不大的片狀體，在巖體自重作用下，在最大剪應力處將會使巖體產生剪切破壞，使該邊坡發生錯斷式崩塌的可能。

（5） 邊坡局部為反傾（負坡）部分巖體突出，在重力和風化營力作用下，可能發生拉裂式崩塌破壞。

由以上分析可以看出，本段邊坡可能產生的主要破壞形式為崩塌地質災害，其主要類型可能為傾倒式、拉裂式、滑移式或錯斷式4種。

3.5 邊坡穩定性分析

為了確定該邊坡的破壞類型，為應急方案與系統治理的設計提供可靠的依據，對邊坡的穩定性加以分析。

3.5.1 赤平投影分析

赤平投影可以將坡面、巖體結構面等同時投影到一個平面上，通過分析之間的關系，直觀地對邊坡的穩定性進行初步判定。

根據赤平投影結果：產狀 285°～297°∠35°～56°的一組節理為邊坡的優勢結構面，其傾向、傾角與下部坡面基本一致，下部邊坡受其制約形成基本穩定類型，上部邊坡由優勢結構面構成巖塊的潛在滑面，屬不穩定類型（見表3）。

表3 赤平投影邊坡穩定性分析表

3.5.2 數值計算法穩定性驗算

赤平投影分析時未考慮邊坡高度、巖體的風化程度對邊坡穩定性的影響，據其判定邊坡的穩定程度有一定的局限性。就上述分析的該邊坡可能發生的傾倒式、錯斷式、拉裂式或滑移式4種崩塌可能形式，對上部邊坡穩定性進行驗算。

（1） 基本假設

①在崩塌發展過程中，特別是在突然崩塌運動以前，將崩塌體視為整體；

②將崩塌體復雜的空間運動問題簡化成平面問題，即取單位寬度的崩塌體進行計算；

③不考慮崩塌體兩側和穩定巖體之間，以及各部分崩塌體之間的摩擦力。

（2）按傾倒、錯斷、拉裂式破壞驗算[4]

穩定驗算結果見表4。

表4 穩定性驗算結果表

（3）按滑移式破壞驗算

根據優勢結構面發育特征及風化程度，以優勢結構面為可能滑動面，并考慮直立節理的切割影響，按結構面發育特征、風化帶厚度與裂隙張開度等條件，按直線（平面）滑動方式計算的上部邊坡的穩定系數[2]見表5。

表5 邊坡穩定性計算表

驗算段位于坡體上部，地下水和地表水排泄條件良好，故不考慮靜水壓力和滲透力影響。對地震作用按烈度7度考慮。按沿坡腰剪出方式計算。

穩定性驗算表明，邊坡上部坡體按1∶0.3綜合坡率為后緣邊界，有可能產生傾倒式崩塌；在外傾優勢結構面影響下，有可能產生滑移式崩塌。

3.6 崩塌墜石地質災害特征

通過上述崩塌災害的類型、穩定性分析和墜石事故的現場調查，該邊坡墜石地質災害的發生具有以下特征：

（1）采石開挖而成的邊坡，過高過陡的坡形破壞了山體的平衡，在坡前土地利用之前，未進行適當整治。建筑緊臨坡腳，未預留安全空間。

（2） 邊坡高度較大，最大相對高度達50 m，坡面不平整，坡形呈上陡下緩折線狀以及上部局部為負坡，為墜石發生提供了地形地貎條件。

（3）邊坡巖體節理較發育，NW、EW向發育的二組節理，傾角一般大于65°，構成失穩巖塊的兩側邊界，在二組優勢結構面中，內傾結構面往往形成負坡面，是傾倒發生時的臨空面或后方拉裂面，而外傾結構面構成巖塊失穩的滑移面。

（4）墜石塊徑主要受節理的發育程度、空間延伸長度、發育密度等控制；目前已發生段的墜石軸長為1~6 m不等，厚度0.5~1 m。

（5）風化作用、水的滲透壓力等地質營力，使巖體結構面強度下降。

在上述因素的綜合作用下，邊坡產生了以墜石形式為主的崩塌。邊坡坡腳緊臨現有建筑物，現狀條件下不允許削坡減載。

4 應急治理方案

4.1 應急方案設計思路

（1）崩塌的防治應以根治為原則，但作為應急治理，應在一定階段起到防護、減緩的作用。

（2）其治理措施可考慮采用遮擋、設置落石平臺或擋石墻（網）、支撐加固、鑲補勾縫、護面、排水、刷坡等方法[4]。

（3）應急治理方案應結合場地現狀、施工安全因素，因地置宜。

（4）應急治理方案應能快速實施。

4.2 應急方案設計

該邊坡高約50 m，上坡緣距坡腳距離約30 m，高陡段邊坡高約25 m，水平向有一定的距離適于墜石運動。而崩塌墜石的下落及運動是無規律的，在崩落過程中猛烈地翻滾、跳躍、互相撞擊，最后堆積于坡腳[3]。該邊坡呈上陡下緩形態，應急治理時的有利條件為：邊坡整體穩定性目前尚好，但存在局部墜石危險，應急治理的主要防治對象為陡坡上的崩落巖塊；水平向有一定的距離可供墜石滾落、堆積；下段邊坡坡面上有一定厚度的采石棄渣，可暫時作為墜石緩沖材料。其不利條件為：邊坡坡腳緊臨現有建筑物，不具備刷坡減載的條件，且再次發生的墜石及清理邊坡過程中的落石還可能危及坡腳建筑物的安全。

因此，應急治理以設置落石平臺、擋石網為主要手段，避免近期墜石的危害，主要應急處理措施如下（見圖1）：

（1） 拆除坡腳處簡易建（構） 筑物和影響施工的障礙及危險物等，形成便于施工的空間和出渣通道。對臨近坡腳的建筑物墻體壘砌砂包保護體。

（2）消除山體懸空與易塌落的危巖，消除應急處理施工期間的安全隱患。

（3）利用緩坡30 m左右的水平距離，設置落石平臺：清理斜坡上的倒石堆及采石殘留棄渣，形成兩道落石平臺，在平臺上鋪設50 cm厚度的袋裝砂，使平臺起到緩沖消能和滯留墜石的作用。所鋪設的砂包可在平臺和清坡結束后，利用坡腳墻體保護體的砂包。

（4）坡腳采取攔擋措施：根據巖體結構面特征（節理間距一般為1~5 m，厚度0.4~1 m，已有墜石軸長1~6 m），在坡腳向上2.0 m位置設置一道500 kJ柔性被動攔石防護網，網高度3 m，總長度約60 m（單跨長度10 m），東、西兩側分別至已處理邊坡。防護網鋼柱采用鋼筋混凝土基礎，基礎應嵌入中風化花崗巖內不少于1.0 m，防護網分別設置上拉錨桿、中間加固拉錨桿和側拉錨桿進行加固。

4.3 效果反應

邊坡采取了上述應急治理措施后，至邊坡整體治理加固竣工期間，起到了有效的作用，陡坡墜石及治理施工期間的落石均停留在坡面上或被攔石網攔擋，保證了坡腳建筑物的安全。

圖1 應急治理方案斷面（單位：m）

5 結語

通過該段邊坡崩塌墜石應急治理實例分析，總結如下幾條經驗：

（1）對于災害邊坡，應開展必要的調查工作，查清災害發生的條件、原因，明確災害的類型，查明邊坡周邊的環境條件，為應急治理方案的設計提供必要的依據。

（2） 根據調查結果，對邊坡的穩定性進行初步的分析，并推斷再次發生災害的可能性與類型。

（3）應急治理方案應因地置宜，方案應具有短期可實施性，盡可能就地取材，并考慮邊坡整體系統治理階段防護功能的需要。

[1] 浙江省地質礦產局.浙江省區域地質志[M].地質出版社，1989.

[2]GB50330-2002，建筑邊坡工程技術規范[S].

[3] 鄭穎人，陳祖煜，王恭先，等.邊坡與滑坡工程治理[M].人民交通出版社，2007.

[4] 常士驃，張蘇民.工程地質手冊（第三版）[M].中國建筑工業出版社，1992.