西南復雜山區國省干線公路養護地質病害特征及處治原則

李金標， 黃厚罡

(四川省交通勘察設計研究院有限公司， 四川 成都 610017)

中國西南地區山高谷峽，走廊單一，路網密度小，國省道干線往往是某一地區進出的生命通道。西南地區位于地勢由第一階梯的青藏高原向第二階梯的四川盆地過渡帶，屬橫斷山脈，岸坡陡峻，氣象條件惡劣，地層巖組多樣，地質構造復雜，活動斷裂發育，地震頻繁，發育大量的崩塌、滑坡、泥石流等地質病害。運營的國省道干線公路在峽谷中展布，抗災能力差。G213線川汶(川主寺—汶川)段公路是西南地區復雜地質條件下國省干線公路的典型路段，在2008年“5·12”汶川地震中損害嚴重，于2009年采用二級公路標準恢復重建，全長192.1 km，于2012年交工。平時車流量達1.5萬～1.6萬 輛/d，旅游旺季可達2.1萬輛/d，道路暢通及行車安全尤為重要。2017年8月6日，K112+600石大關舊關樓發生新的山坡高位坍方，土方達5萬m3，造成道路中斷；2017年8月8日，K150+500渭門鄉發生山坡高位坍方，土方達1 000 m3，造成道路中斷。在復雜地質背景、氣象條件下，G213川汶段沿線極易發生類似病害，直接沖擊道路，給過往車輛及乘客帶來巨大威脅，災害輕則導致道路中斷，重則車毀人亡。該文以該路段為例，分析沿線地質病害發育特征，提出運營養護中對復雜多樣地質病害的處治原則。

1 工程地質環境

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，年蒸發量1 344.7 mm；年日照時間1 557.4 h；年相對濕度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10～15 ℃。屬岷江水系，支流發育。

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，河谷形態及展布方向受地層巖性和地質構造控制，山體基本呈北東向展布，由堅硬巖漿巖、沉積變質巖系組成。山頂海拔2 600～3 800 m，山勢巍峨，多基巖裸露，谷坡陡峻，斷崖層出，植被較少，高陡邊坡發育。

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巖系地層，巖性為板巖、千枚巖、變質砂巖，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育。

1.4 地質構造及地震

該道路位于松潘-甘孜褶皺系的巴顏喀拉冒地槽褶皺帶內，東靠龍門山臺緣褶皺帶。該地區在三疊紀晚期印支運動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的東移，燕山運動使之逐步形成推覆構造帶，喜馬拉雅運動使之構造變形最后定型，褶皺及斷裂構造極其發育。路線沿南北向岷江斷裂展布后在茂縣南側沿北東向茂縣-汶川斷裂展布(見圖1)。

圖1 項目區構造位置

沿線地層總體走向N10°～50°W，傾向南西或北東，傾角40°～80°。邊坡巖體受風化及地質構造作用的強烈影響，巖石擠壓破碎，節理裂隙十分發育，很多地段由于巖石風化強烈，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，多數無充填物，延長2～20 m，間距0.1～5 cm，巖石多沿裂隙面風化崩解。

路線距離龍門山地震帶最近約160 km，該地震帶曾發生M≥4級地震14次，最近的為2008年5月12日汶川8.0級特大地震。沿線地震動峰值加速度0.20g，地震動反應譜特征周期0.35～0.40 s。

1.5 水文地質

沿線為半干旱季風氣候區，地下水補給主要來源為大氣降水和冰雪融水，隨季節變化十分明顯，全年降雨量500～800 mm，降雨多集中在6—10月，旱、雨季節分明，這種降雨集中、氣候分帶、深谷地形等條件對地下水的交替循環有明顯影響。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，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，多受構造控制，并與巖體風化、卸荷有關，由大氣降雨和地下水側向補給，向河谷排泄。

2 地質病害發育特征

道路沿線地質災害共計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

沿線共調查崩塌碎落4 121 m、37處，強風化、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，威脅行車安全(見圖2)。

圖2 K112+600石大關舊關樓垮塌

2.2 滑坡滑塌

沿線共調查滑坡2 685 m、19處，其中淺層滑塌11處、中深層滑坡8處。滑坡多發生于河谷岸坡覆蓋層分布地帶，主要沿覆蓋層內或下伏巖面產生滑動(見圖3)。危害方式為滑塌堆積體堆積路面造成斷道或滑體滑動錯斷路基等，危害公路運營。

圖3 K183+900—K184+540文鎮滑坡

2.3 泥石流

沿線調查泥石流475 m、5處，其中高位泥石流1處。總體上泥石流物源區、形成區與路面高程高差大、縱坡陡，沖出物直接堆積路面，爆發頻繁(見圖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，導致下部掏空，引起路基下錯、擋墻損毀(見圖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

沿線調查路面病害767 m、4處。道路長期使用或路基內部排水不暢，發生不均勻沉陷，車轍明顯，路面開裂。危害方式為行車顛簸。

2.6 災害等級劃分

G213線災害點多、災害發生頻繁，對公路運營危害有大有小，為便于集中人力、物力處治迫在眉睫的災害點，對災害點進行危害程度等級分類(見表1、表2)。

表1 危害等級劃分

表2 災害點危害等級統計

2.7 災害發育特征

沿線75處地質災害整體呈現以下特征：

(1) 災害種類多樣，規模大小不一。

(2) 全線分布，局部集中。不良地質病害類型、分布規律與地層巖性及組合、地形地貌、地下水等因素緊密相關。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，導致沿線地質災害點發育數量、類別、規模及分布離散程度存在差異。松潘段地形較開闊，以小規模坡面滑塌、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(文鎮滑坡、蘇村滑坡)局部失穩。如茂縣K122+200—K136+500段14.3 km發育災害點16處，汶川K183+800—K194+600段10.8 km發育災害點11處。

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

(4) 已發病害與隱蔽災害并存，舊的災害仍在發生，新的災害仍在發育，災害預防及治理是長期的。沿線坡體中上部多無人居住，山體陡峭，人員無法達到，災害不易判別，存在尚未發現的災害點，地質病害的整治需做好長期預算及方案準備。

2.8 高位崩塌成因分析

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

(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，年蒸發量1 344.7 mm，蒸發量遠大于降雨量，平時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，巖土體內驟然飽水，加之坡體陡峻，勢必造成山體崩塌掉塊、垮塌下錯等病害。

(2) 地形地貌。據據文獻[4-5]對茂縣、汶川區域災害特征的統計，約83.3%的崩塌發育在較陡的斜坡、河谷地帶。路線地處龍門山中段，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，高程達數百至上千米，具有高位崩塌發育良好的空間條件。K124+080—380石大關高位崩塌區坡度約67°，與路面高差約370 m(見圖6)。地形坡度與地質災害發生的關系見表3。

圖6 K124+080—380石大關垮塌災害現場

表3 地形坡度與地質災害發生的關系

(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、變質砂巖、千枚巖為主，受層面及節理裂隙切割巖體破碎，具有良好的物質條件。K124+080—380石大關垮塌區為志留系茂縣群第四巖組千枚巖、變質砂巖。

(4) 地質構造。區內經歷印支期以來構造運動，復式背斜、向斜及斷層較發育，造成區內巖體節理裂隙密集、巖性破碎。沿線整體地處龍門山推覆構造上盤，地震活動強烈而頻繁。地震導致高陡斜坡及山脊部位抗震不利地段巖體進一步損傷破壞，為高位崩塌形成演化提供了可能(見圖7)。

圖7 路線與龍門山斷裂帶的位置關系

(5) 巖體及坡體結構。地殼劇烈抬升，岷江水系強烈下切，河谷陡峻，沖溝短而比降大，岸坡卸荷強烈；地震及高地應力作用下深層巖體損傷嚴重；特殊的區域地質環境造成巖體破碎，陡傾節理面易形成貫通軟弱帶，具有不利的坡體結構。

(6) 降雨集中。根據文獻[4]，幾乎所有的滑坡、崩塌及泥石流等地質災害的發生集中在每年6—9月。對區內1973—2002年中有時間記載的地質災害事件進行統計，地質災害波動曲線與降雨量波動曲線成正相關關系(見圖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，集中性降雨更易達到災害發生的降雨臨界閾值，具有良好的誘發條件。K124+080—380石大關垮塌及“8·6”石大關舊關樓垮塌均是在降雨后發生。

圖8 地質災害發生頻率和降雨量的關系

3 地質病害處治原則

3.1 處治難點

(1) 高位、高危泥石流和崩塌的規模、穩定性等量化評價困難。因地形、地質條件限制，對災害的調查、資料收集困難，造成對災害發生時機、規模等因素的量化預測困難。需多方面收集資料，包括國土部門資料、沿線養護單位災害記錄等，為災害穩定性評價提供依據。

(2) 高位崩塌多，坡體陡、高差大，人員、機械及材料無法到達，主動處治施工困難。

(3) G213川汶路多數路段處于峽谷地帶，多數無繞避空間，只能原位處治。

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

(5) 國省道養護資金短缺。

3.2 處治原則

根據沿線既有防治經驗、災害規模及對公路的破壞程度、今后威脅程度、有限的養護資金條件等提出以下處治原則：

(1) 沿線走廊帶狹窄，對地質病害繞避的空間有限，且繞避投資多、環境破壞嚴重，大規模采用繞避方案的可實施性不大。

(2) 規模大的災害點(尤其是高位崩塌、泥石流、滑坡)處治困難，對于高位崩塌防治工程設置用于預防常規性、大概率的崩塌落石，結構安全性可滿足要求，保證行車安全，對于小概率、大規模垮塌下錯(強震等因素誘發)可起到緩沖作用，降低風險；對于大規模滑坡，在不具備繞避條件的情況下，以提高行車舒適性、加強安全警示為主。

(3) 對規模小的災害點，如路基沉降、水毀等，因其成因機制簡單，災害發展可控，又直接影響公路的暢通，采取主動防治、徹底整治的措施；而滑塌、崩塌等，因沿線為高山峽谷地貌、地質構造復雜、巖土類型多樣，具有良好的地質災害發育條件，且地質災害的發育、發展、失穩是一個動態過程，徹底根治較困難，部分災害點位于高陡斜坡中上部，不具備施工條件，采取主動或被動措施，以防護公路路基及凈空范圍為主，用于改善公路運營條件，降低運營風險。

(4) 加強地質監測、人工巡視瞭望、群測群防等，避免造成集中性人員傷亡。

(5) 沿線地處龍門山推覆構造帶上盤，工程地質條件極差，地質災害種類發育多樣、規模大小不一、危害程度不同，鑒于環保、新增用地困難及養護資金有限，應建立地質病害臺賬，根據地質災害危害程度合理利用養護資金，分期處治。

4 結語

G213川汶段沿線具有長期干旱、降雨集中的河谷氣候，高陡的峽谷地貌，破碎的變質巖巖體，復雜的復式褶皺斷層構造，強烈的地震活動等良好的地質災害孕育條件，通過對病害類型、數量、規模、危害程度、養護資金、處治難點等的分析，提出地質病害處治方案選取原則。復雜地質背景條件下國省干線公路養護面臨類型多樣、規模不一、危害程度不同的地質病害，且災害的孕育、發展、發生是一個動態過程，目前穩定的地帶在未來演化過程中，在地表水、地下水、風、地震等誘發下可能發生新的地質病害，公路養護應建立地質病害臺賬，合理利用養護資金，分期處治，以達到最好的資金利用效果。