丹江口水庫湖北省內安移民點高切坡地質現狀及防治對策研究

程心意, 雷世兵, 白咸勇, 劉海峰, 孟照蔚

(1.長江巖土工程總公司(武漢)，湖北 武漢　430010； 2.國務院 南水北調工程建設委員會辦公室 建管司，北京　100038)

0　引言

丹江口水庫為南水北調中線工程的水源地，丹江口大壩加高后，壩頂高程176.6 m，正常蓄水位170 m(吳淞高程)，目前大壩加高主體工程已完成。隨著水庫170 m(吳淞高程)蓄水的臨近，水庫區內安移民集中居民點和集鎮居民點建設現已完工。

水庫蓄水后，漢江兩岸地勢寬闊平緩的河谷階地多位于蓄水位以下，庫區內安移民集中居民點和集鎮居民點多位于水庫兩岸低山丘陵地區，總體上地質條件適宜移民安置，但由于水庫區周邊地形破碎，山脊與溝谷、洼地相間分布，地形起伏較大，致使環境容量有限，建設用地資源緊張，在內安移民點建設過程中，不可避免地存在大挖大填的情況，形成了高數米—數十米不等的高切坡，易引發崩塌、滑坡等地質災害，危及移民點及高切坡周圍建筑物安全。目前，多處高切坡已出現了局部滑移和崩塌變形，已嚴重危及居民點移民的生命財產安全；隨著時間推移，高切坡巖體風化及松動卸荷進一步加劇，在雨水的沖刷浸泡下，穩定性進一步降低，是移民安穩致富的一個重大隱患，為此對湖北省境內的內安移民點的高切坡進行了調查。

1　地質環境

丹江口水利樞紐處于鄂西北山區與東部平原過渡地帶。丹江口以西為中低山區，其中漢江以北屬秦嶺東段，一般高程1 600～2 000 m，漢江以南為武當山區，一般高程1 500～1 800 m，相對高差300～600 m；丹江口以東為南襄盆地，高程由300 m逐漸降至100 m左右。

漢江主體流向SEE-SE，先后流經鄖縣盆地、石灰窯峽谷、均縣盆地、青山港峽谷，兩岸以中低山為主，山脈延伸方向呈NWW-NW。其中丹江口壩址—鄖縣柳陂鎮何家溝(距壩址111.4 km)兩岸為低山丘陵區，山體高程一般200～500 m，相對高差100～200 m，岸坡坡角一般20°～30°，峽谷、寬谷相間分布，峽谷段水面寬200～300 m，寬谷段水面寬400～600 m，鄖縣盆地、均縣盆地一帶寬達800～4 000 m。何家溝—庫尾(距壩址111.4～181 km)，兩岸山體高程一般400～600 m，相對高差200～400 m，河谷呈“V”字型，水面寬200～300 m。

1.1　地層巖性

湖北省內安移民點高切坡主要分布元古界變質巖類和白堊—古近系紅層，局部分布第四系覆蓋層。

(1)變質巖類主要為灰色、淺灰色云母片巖、絹云母片巖、云母石英片巖、絹云石英片巖、長石云母片巖、云母長石片巖、灰綠色云母綠泥石石英片巖、變質石英砂巖等。分布于武當山地區、鄖縣—丹江口一帶；淺變質基性巖漿巖地層，主要分布于鄖西縣孤山、堵河、張灣區方灘鄉及丹江口附近。其間順層發育有揚子期變質巖漿巖，巖性主要為變質輝長輝綠巖、變質輝綠巖、變質閃長玢巖及變質閃長巖。

(2)沉積巖類白堊系—古近系紅層(K-E)為粘土巖、粉砂質粘土巖、泥質粉砂巖、粉細砂巖、礫巖、砂礫巖等碎屑巖，主要分布于鄖縣、丹江口均縣鎮。

1.2　巖土體的工程地質類型及特征

經過對高切坡地質勘查報告進行分析，統計巖相建造、巖土體結構、強度等地質特征，將巖土體主要劃分為4種工程地質類型，即塊狀堅硬巖類、薄—中厚層狀軟巖—極軟巖類、古近系半膠結巖類、松散土類。各類巖土體工程地質特征如下：

(1)塊狀堅硬巖類此類硬巖在高切坡工程區分布很少，個別高切坡可見。

(2)薄—中厚層狀較軟巖—極軟巖類分布于武當山地區、鄖縣、丹江口一帶，多數高切坡可見此類巖層分布。此類地層受多期構造作用，巖體裂隙發育密集，多呈碎裂狀結構，部分呈散體結構，強風化層一般較厚，厚度一般2～5 m，部分地段可達10余米。

(3)古近系半膠結巖類主要為粉細砂巖、礫巖、砂礫巖等，主要分布于鄖縣、丹江口均縣鎮、習家店鎮。與白堊系(K)呈不整合接觸關系，但巖性與白堊系類似，難以區分。巖石膠結很差，強—全風化層厚度巨大，地表出露多為強—全風化。

(4)松散土類泛指第四系松散堆積物。此類土層成因多樣，性狀相差懸殊。鄖縣一帶分布的中上更新統沖積層(Q2-3al)粉質粘土及坡積層(Qdl)粉質粘土多具膨脹性。膨脹土呈黃褐色、褐黃色，含鐵錳質結核和灰白色、灰綠色條帶，天然狀態下呈堅硬—硬塑態，結構致密，遇水軟化，粘滯感強，土層中斜交剪切裂隙發育，方向不規則，常有光滑面、擦痕、油脂性光澤。坡積粘土的物質來源于中、上更新統粘土的，亦具有弱—中等膨脹潛勢，少量具強膨脹潛勢。膨脹土分布區一般原始地形較平緩。

2　高切坡現狀及分類

2.1　高切坡現狀

湖北省內安移民點共涉及高切坡165處[1]，高切坡坡度一般27°～75°之間，分布有巖性為基巖的高切坡，巖性為第四系地層的高切坡以及存在上部為第四系地層，下部為基巖的高切坡；高切坡坡向有的與巖層傾向基本一致，有的與巖層傾向相反；高切坡坡高差別較大，一般為6～45 m之間，最大基巖高切坡坡高達到了62 m；現有高切坡存在以下若干問題：

(1)高度大、坡度較陡的巖質、巖土質高切坡因開挖后，易在坡頂出現拉應力集中，坡頂出現破壞現象較多。

(2)高切坡巖體較破碎—破碎，結構面發育，存在軟弱結構面或不穩定塊體，出現局部變形、破壞現象。

(3)巖質、巖土質高切坡坡體強風化層較厚，巖體完整性差，存在強風化層發生滑移破壞的可能性。

(4)巖質、巖土質順向高切坡，因坡前場平開挖造成高切坡坡度陡于巖層層面傾角，存在沿層面滑動破壞的隱患。

(5)因開挖施工方法不當，切坡坡面殘留松動巖體、土石塊未完全清理，留下安全隱患。

(6)土質邊坡中的粘性土多為膨脹土，受降水入滲影響，土體抗剪強度急劇降低，多處已形成滑移變形。

2.2　高切坡類型的劃分

根據前期調查工作，內安移民點涉及高切坡165處，經進一步的現場工作后確定156處進行勘察設計治理工作。將156處高切坡根據高切坡巖土組合情況，分為三種基本類型，即：巖質高切坡、土質高切坡、巖土混合高切坡，其各類型所占百分比見圖1。對于巖質高切坡再根據高切坡巖層傾向與坡向的關系，又進一步細分為巖質順向高切坡、巖質逆向高切坡和巖質橫向高切坡三個亞類；巖土混合高切坡也根據巖層傾向與坡向的關系進一步劃分為巖土混合順向高切坡、巖土混合逆向高切坡、巖土混合橫向高切坡[2]。

圖1　高切坡巖土組合分類圖

根據高切坡坡度，將其分為緩傾(傾角<30°)、中傾(30°～60°)、陡傾(>60°)高切坡三種類型，其各類所占比例見圖2。

圖2　高切坡坡度分類圖

根據以上統計情況，湖北省內安移民點高切坡以巖質高切坡為主，占高切坡總數的56%，高切坡又以中傾角占多數，占84%。

2.3　高切坡穩定性分類標準的確定及類型

結合高切坡的巖土體特征、結構、坡度、破壞模式等，對各高切坡進行穩定性分類，將高切坡劃分為穩定、基本穩定、穩定性較差、穩定性差四類，劃分的標準及特征見表1。

表1　各類高切坡穩定性分類特征表

湖北省內安移民點高切坡按照表1進行穩定性分類統計，結果見圖3。

圖3　高切坡穩定性分類圖

根據圖3可知，湖北省內安移民點高切坡總體以穩定性較差為主，占45%，其穩定性差、基本穩定、穩定高切坡分別33%、18%、4%。

3　高切坡防治對策

3.1　防治對策原則

因高切坡位于移民點安置房后，治理的指導思想是通過采用工程措施確保邊坡的穩定，從而確保切坡坡腳的房屋和移民生命財產的安全，盡量保護并改善高切坡周邊的自然環境。

根據高切坡防護工程的目標和丹江口庫區地質條件，高切坡防護工程設計應遵循“技術可靠、經濟合理、削坡優先、環境協調”的原則。

3.2　防治對策研究

針對不同類型的高切坡，防治對策根據不同地質條件、場地要求，主要考慮以下幾種工程措施[3]：

(1)削坡減載對于巖土體結構松軟、破碎，地形和建筑用地允許的地方，應首先選擇放坡減緩坡度的工程措施。放坡坡比應按《建筑邊坡工程技術規范》的規定，根據不同高切坡巖土體類型的坡率允許值設計。

(2)格構+植被護坡對邊坡坡比滿足規范要求的高切坡，可采用格構+植被護坡措施進行支護。

(3)格構錨桿+植被護坡對于巖體較破碎的巖質邊坡，為增強其整體性，限制坡頂張裂縫的發展，防止坡面局部不穩定塊體崩塌，可采用格構錨桿+植被護坡措施進行支護。

(4)預應力錨桿(索)支護當邊坡高陡，破壞面埋深較大，不具備削坡條件時，可采取預應力錨固支護措施。當下滑力較大時，可采用預應力錨索支護；當下滑力較小時，可采用預應力錨桿支護。

(5)擋土墻對坡高較小的土質高切坡或強風化破碎巖質高切坡，可采用重力式擋墻支擋結構。根據墻背傾斜情況，重力式擋墻可分為俯斜式、仰斜式、直立式和衡重式擋墻等。擋墻材料可選用漿砌石、混凝土。

(6)抗滑樁對于影響規模較大、介質松軟，存在潛在滑坡的高切坡，經專門論證，可采用抗滑樁或樁墻復合結構措施加固。

(7)錨噴包括素噴、錨噴和掛網錨噴。對于巖體完整、無滑移控制性順坡向結構面、微風化及新鮮基巖的巖質高切坡，為了防止巖塊崩落，減緩風化作用，應采用素噴混凝土措施護坡；對于巖體完整、無滑移控制性順坡向結構面、弱風化基巖的巖質高切坡，應采用錨噴護坡措施；對于巖體完整性較差，存在崩落可能性，但無滑移控制性順坡向結構面的巖質高切坡，應采用坡面掛網錨噴護坡措施。

(8)截排水水是引起邊坡失穩的一個重要因素，需采取措施降低水的不利影響。一般在高切坡的坡頂可能破壞范圍外緣設置截水溝，在坡底線部位設置排水溝，或結合市政建設布置排水系統。

(9)復合措施對于坡高較大，或結構較復雜的高切坡，包括巖土質高切坡，可采取分段或分區措施，組合護坡。

3.3　實施建議

根據高切坡現狀情況，結合穩定性分類，建議按輕重緩急，對高切坡分批次進行工程防護。

受勘察手段和勘察工作量的限制，建議在高切坡治理工程過程中，遵循“動態設計、信息法施工”原則；隨著工程施工的不斷進行，其地質條件將進一步揭露。因此通過施工期的地質工作，不斷積累資料，可檢驗前期勘察成果，并對設計方案和施工方法進行必要的優化完善。

4　結語

丹江口庫區湖北省內安移民點156處高切坡，按巖土組合分類，以巖質高切坡為主，占高切坡總數56%；按坡度分類，以中傾角高切坡為主，占84%；按巖土體特征、結構以及破壞模式分類，又以穩定性較差、穩定性差高切坡為主，分別占45%、33%。對于穩定性較差、穩定差的高切坡工程治理可考慮削方減載、錨桿(錨索)以及抗滑樁等綜合措施確保其穩定；對于基本穩定的高切坡可考慮適當削方減載，輔以短錨桿加固的措施；對于整體穩定，存在局部掉塊的高切坡可采用素噴混凝土或噴播綠化等工程措施。

參考文獻:

[1]孟照蔚，等.南水北調中線一期工程丹江口庫區湖北省內安移民點高切坡防護實施方案[R].武漢：長江巖土工程總公司(武漢)，2013.

[2]常士驃，等.工程地質手冊[M].4版.北京：中國建筑工業出版社，2007.

[3]建筑邊坡工程技術規范(GB50330—2002)[S].北京：中國建筑工業出版社，2002.

[4]巖土工程勘察規范(GB 50021—2001)[S].北京：中國建筑工業出版社，2002.