重慶市某公路危巖帶成因分析及防治措施

張學哲 張 力

(核工業江西工程勘察研究總院有限公司，江西 南昌 330096)

0 引言

危巖是指位于陡崖或陡坡上被多組巖體結構面切割，在重力、地震、水體等誘發因素作用下處于不穩定、欠穩定或極限平衡狀態的結構體，其形成、失穩與運動屬于斜坡動力地貌過程的主要表現形式[1]。其孕育過程具有漸進性，失穩過程具有突變性，致災過程具有嚴重性[2]。陳洪凱等根據崩塌體發育的力學機制和運動方式，將危巖分為滑移式危巖、傾倒式危巖及墜落式危巖3類[3]。盧黎，胡克定等從內外部多個因素對其危巖體成因進行了分析[4,5]。葉四橋等[6]結合排水和監測措施，對危巖采取了綜合防治措施。

1 工程概況

重慶某道路沿線為長江岸坡，道路路面標高187 m～202 m，海拔160 m～300 m，地貌類型為構造侵蝕丘陵，場區位于廣佛寺向斜西翼，出露地層巖性主要為第四系河流沖積堆積卵石土、崩坡積砂巖塊石、侏羅系中統沙溪廟組(J2s)砂巖及泥質砂巖。岸坡地貌形態為“外灘+陡坡+陡崖”，其中陡崖帶位于道路上方約25 m，高15 m～20 m，厚層砂巖連續分布。該陡崖帶的大部分地段由于卸荷裂隙和巖腔的切割已形成危巖帶，危巖帶呈串珠狀斷續分布，累計長度約1.2 km，總體積約6.4萬m3，屬特大型危巖帶，嚴重威脅公路過往行人及車輛的生命財產安全。

2 危巖帶特征

危巖帶發育于巨厚層狀結構的砂巖形成的陡崖中，巖層產狀為120°∠6°，發育構造裂隙三組，各裂隙發育情況如下：

J1裂隙：為危巖的控制性裂隙，優勢產狀310°∠60°，傾向河谷，傾角60°～70°，平均間距3 m～5 m，延展長度數十米～上百米，切穿整個砂巖陡崖，張開度1 cm～30 cm，多為黏性土和碎石充填，結構面結合程度差，裂隙內植被根系發育。J2裂隙：優勢產狀220°∠80°。該組裂隙垂直于岸坡分布，平均間距2 m～5 m，張開度1 cm～5 cm，裂面平直局部可形成弧形，無充填，大多切穿整個砂巖陡崖，構成危巖的側向切割面。J3裂隙：優勢產狀40°∠80°，傾向與J2相反，性質一致。

場區典型工程地質剖面見圖1。

陡崖基座為砂質泥巖，在砂巖和砂質泥巖的界面處分布深0.5 m～4.3 m的巖腔。其下為陡坡，塊石零星分布，最下部為河漫灘，沿線堆積較大崩塌塊石，塊徑一般0.3 m～1.0 m，最大塊徑可達5 m。

3 危巖帶成因

岸坡地層巖性和地質構造是危巖形成的內因，暴雨、水文地質、人類工程活動、根劈作用和溫差等是形成和誘發危巖失穩的外因。

3.1 內在因素

1)地層巖性。

岸坡厚層砂巖為脆性巖石，巖質堅硬，抗風化能力較強，易形成陡崖地形，其下部砂質泥巖較軟，易風化形成巖腔，在上部巖體重壓下變形甚至壓碎，一方面拉應力使陡傾裂隙張開，另一方面上部巖體重心外移，造成陡傾裂隙進一步擴展[5]，使得穩定巖體逐步轉化為非穩定危巖體，最后突然崩塌破壞。

2)地質構造。

危巖帶岸坡巖層產狀平緩，傾角6°，傾向坡內，巖體發育受3組裂隙，裂隙多張開，延伸遠、切割深，將巖層分割成塊體，為岸坡變形破壞提供了邊界條件。

3.2 外動力作用

1)暴雨。

暴雨是影響危巖崩塌的主要因素，主要表現為：a.降低了巖體結構面的粘聚力和內摩擦角；b.拉裂縫中暫時性水柱形成水壓效應。這兩個因素都使得危巖在雨季的穩定性大幅下降。場區5月～9月為雨季，日降雨量大于25 mm的大暴雨日數占全年降雨日數的62%左右。統計表明危巖帶的崩塌大多在雨季發生，尤其在特大暴雨期間易產生突發性崩塌。

2)水文地質。

岸坡厚層砂巖裂隙發育，透水性強；而其下砂質泥巖為相對隔水層，降雨所產生的水壓效應和砂泥巖交界面的強度軟化效應，均將加速危巖體崩塌破壞。

3)人類工程活動。

主要為公路修建過程中的爆破，由此產生的震動可使欠穩定的危巖突然失穩。

4)植物根劈作用。

岸坡陡崖上部植被較發育。根劈作用一方面降低了巖體強度，另一方面加快了裂隙的發育，為降雨入滲提供有利條件。

5)溫差。

溫度的變化引起巖體膨脹、收縮，一方面加速巖體風化，降低巖體強度，另一方面進一步貫通巖體微裂隙，均加快了巖體的變形破壞。

4 穩定性分析

按危巖離開母巖的方式，危巖體的變形破壞模式分為滑移式、傾倒式和墜落式三種[9]，依據DB 50/143—2003地質災害防治工程勘察規范12.2條推薦的公式進行計算。計算工況考慮現狀工況(工況1)、暴雨工況(工況2)和地震工況(校核工況)，荷載考慮危巖自重、裂隙水壓力和地震力，巖體及結構面物理力學指標見表1，表2。

表1 巖體物理力學性質指標統計表

表2 結構面物理力學指標統計表

根據現場勘查，危巖帶發育危巖體17處，其中傾倒式危巖12處，墜落式危巖2處，滑移式危巖3處，對每處危巖選擇代表性剖面進行穩定性計算，危巖穩定性系數參考DB 50/143—2003地質災害防治工程勘察規范表14。結果表明：現狀工況下，處于穩定狀態的有15處，處于欠穩定狀態的有2處；暴雨工況下，處于欠穩定狀態的有15處，處于不穩定狀態的有2處；地震工況下，均處于不穩定狀態。

由此可見，場區內17個危巖體，在暴雨工況下處于欠穩定～不穩定的狀態，在突遇特大暴雨或地震作用時，可能加速崩塌。

5 危害性預測

崩塌落石在斜坡面上的運動以滾動和滑動為主，見圖2。為便于計算，落石運動可簡化為沿斜坡面的綜合摩擦運動。根據功能原理，落石勢能的變化等于動能變化和克服綜合摩擦所做的功[8]，見式(1)：

(1)

式中：vi——落石在斜坡面上的速度,m/s；

di——各直線段斜坡的平均坡度,(°)；

Δhi——各直線段斜坡的垂直高度,m；

φr——落石與坡面之間的綜合摩擦角,(°)；

Li——各直線段斜坡的長度,m。

令末速度vi=0，即可求得總落距∑Li,∑Licosdi就是崩塌的最大水平運動距離。

危巖帶距公路的斜坡長40 m～60 m，危巖底部距路面相對高差20 m～30 m，地形坡度30°～50°，地表植被主要為灌木，無阻擋大塊危巖滾落的地形屏障和生物屏障。據計算，危巖脫離母巖后崩落的斜距一般在70 m以上，將直接威脅到公路過往車輛及行人的生命財產安全，應及時進行防治。

6 防治措施

綜合考慮危巖體的形態特征、規模大小、破壞形式和施工可行性等多方面因素，采取相應防護措施，如表3所示。

表3 危巖帶防治措施

危巖帶防治措施分述如下：

1)對巖體破碎的危巖體，按陡崖的外傾結構面放坡清除，然后采用主動防護網對坡面進行防護，通過柔性防護網的嵌鎖作用維持危巖體的穩定[7]。

2)對巖體較完整的滑移式和傾倒式危巖體上部進行錨固。一方面通過錨桿預應力使結構面壓緊，增強巖體完整性，提高滑動面的抗滑力，另一方面錨桿本身也提供了部分抗剪力。

3)對巖體較完整、基座巖腔較大的墜落式危巖進行支撐加固。為確保支撐力指向坡內，支撐體底部巖體削成內傾斜坡；同時為確保支撐體與危巖體之間的有效接觸，危巖體底部10 cm～20 cm采用膨脹型混凝土。

4)對頂部存在明顯裂隙的危巖體[10]，采用灌漿封閉措施補充加固。

5)對危巖帶布置長期動態監測工作，減少因突發事件帶來的損失[5]。

7 結語

通過調查場區危巖帶的發育特征，從內在因素和外動力作用兩個方面闡述了危巖帶的成因，其中暴雨是影響危巖崩塌的主要因素。通過對17處危巖代表性剖面進行穩定性分析，在暴雨工況下，危巖處于欠穩定～不穩定狀態，在突遇特大暴雨或地震作用時，可能加速崩塌，威脅公路過往車輛及行人的生命財產安全，鑒于此，筆者提出了相應防治措施，對類似危巖帶防治工程具有一定參考意義。