四川南部花崗巖地層崩崗成因機制及處理措施研究
——以機場工程為例

柳天佳，謝春慶，潘 凱，趙新杰，張李東

（廣東中煤江南工程勘測設計有限公司，廣東 廣州 510440）

1 概述

崩崗是指山坡土體在水力和重力綜合作用下受破壞而崩塌、沖刷后由崩落至坡腳的堆積物與崩落土體的坡面共同形成的特殊地貌[1-2]。崩崗的危害性僅次于滑坡和泥石流災害[3]，我國崩崗主要分布于南方粵、桂、閩、贛、湘、鄂、皖等地區，分布區總面積為48.34km2，數量達23.91萬個[4]。主要的發育地層為花崗巖、砂礫巖、砂頁巖和泥質頁巖等，其中85%以上分布于花崗巖風化層中[5]。

近幾十年來關于崩崗我國學者做了大量的研究，主要的方向是對我國南方地區崩崗的成因機理、防治措施進行分析研究，研究的立足點多為水土保持與環境治理，而以工程建設為出發點的研究則相對較少。本文以四川南部某機場工程為例，系統分析工程區花崗巖地層崩崗的成因機制，并結合“大面積深挖高填”的機場工程建設特點，針對性地提出崩崗災害處理措施建議，為后續工程設計、施工提供依據，同時也為其他類似工程建設提供參考。

2 研究區概況

研究區屬季風高原型亞熱帶島狀立體氣候，氣候垂直分帶明顯。具有夏季長、氣溫日變化大、干熱、日照強、降雨集中等特點。研究區年平均氣溫20.3C°，年平均降雨量761.6mm，降雨一般集中在6～10月，多大—暴雨。

研究區地處云貴高原北部南北向構造帶與“歹”字形構造帶的復合部位。機場場區展布于走向S45°W延伸的山脊之上，海拔高程1829～1946.4m，屬于構造侵蝕中山地貌，地形切割深度100～200m。

研究區地層主要由第四系松散堆積物（Q4）和寒武紀下統（∈1）、震旦系觀音巖組（Zbg）、下元古界會理群組（Pt1）、晉寧期花崗巖（γ2）組成。其中晉寧期花崗巖（γ2）分布最廣，面積約占場區總面積的80%，巖體以全風化為主，厚度20～60m，擾動狀態下呈砂狀。

3 崩崗特征

場區花崗巖地層分布區共發育23處崩崗。場區崩崗面積600～30000m2不等，以中型崩崗為主（面積1000～3000m2），個別為大型崩崗（面積大于3000m2）。根據崩崗的平面形態，將場地內崩崗分為條形（圖1-a）、瓢形（圖1-b）、爪形（圖1-c）、混合型（圖1-d）[6]，其中條形崩崗5個，占比21.74%，瓢形崩崗13個，占比56.52%，爪形崩崗3個，占比13.04%，混合型崩崗2個，占比8.70%。

場區內各崩崗形態要素包括：上部匯水區、崩壁、崩積體、輸沙通道和洪積錐[7]（圖2-a、b）。上部匯水區是指崩壁后緣至分水嶺的斜坡區域，匯水區面積主要由崩崗與分水嶺距離和所處斜坡面積決定，崩崗距分水嶺越遠、所處斜坡面積越大則匯水區面積越大。崩壁為崩崗內陡峭或近垂直的后壁和側壁，場區內崩壁高度在3～30m之間不等，崩壁后緣附近斜坡區域發育多級錯臺。崩積體是崩壁在重力侵蝕后溯源垮塌、崩落在崩崗內部的堆積體，崩積體厚度3～15m。輸沙通道呈狹長狀分布于崩崗前端，是水流侵蝕、搬運崩積體的通道，寬度1～5m，場區崩崗輸沙通道長短不一，部分小型崩崗未見輸沙通道發育。洪積錐分布于輸沙通道的最前端，為崩積體經水流由輸沙通道向外搬運運輸后的堆積體，場區內洪積錐一般分布于寬緩“U”型溝谷兩側。

4 崩崗成因機制分析

崩崗是一種水力侵蝕和重力侵蝕相互作用的復合地貌類型，其發生須具備三個基礎條件：深厚松散的風化層、暴雨徑流、重力作用；同時地形、溫度、人類活動也是崩崗形成的影響因素[6-10]。

4.1 地形因素

場區崩崗均分布于分水嶺兩側的斜坡，崩崗后壁位置相對較高，多接近分水嶺，斜坡前緣與溝谷相接，斜坡坡度從分水嶺到溝谷逐漸變陡，一般10°～25°。斜坡為降雨的匯集、徑流和侵蝕提供了有利條件。斜坡上部坡度較緩，地表水流速較慢，以面狀侵蝕為主（圖3-a）；中下部坡度逐漸變陡，地表水流速加快，逐漸轉為下蝕為主（圖3-b），隨著斜坡前緣深切沖溝溝源的不斷下切和溯源發展，崩崗逐漸成型（圖3-c）；初步成型的崩崗后緣和側緣崩壁多呈陡傾或直立狀，此時地形因素逐漸引發崩崗成因中的另一侵蝕類型—重力侵蝕（圖3-d）；在水力和重力相互作用下，崩崗得以進一步發展、擴張。

通過對地形因素的分析，可以得出場區內幾種類型崩崗是處于不同時期的地表形態。崩崗形成前期，坡面多表現為細溝、淺溝和深切的沖溝[11]；隨著沖溝的進一步深切、擴張，則形成崩崗的初期形態，也就是條形崩崗；多個條形崩崗的輸沙通道交匯相連則形成爪形崩崗；爪形崩崗內部各“爪”之間的原地面被水力、重力侵蝕破壞后相連，瓢形崩崗也由此而生，瓢形崩崗也可由條形崩崗直接擴張形成；混合型崩崗則是多個處于不同發展期的崩崗形成的崩崗群。

根據調查統計，場區發育崩崗的斜坡坡向多為南、西南或東南，也就是陽坡和半陽坡，常年充足的日光照射促進了花崗巖體的風化，因此斜坡坡向對崩崗的發育也有一定影響。

4.2 巖性因素

場區80%面積分布全風化花崗巖，厚度20～60m，為崩崗發育提供了充足的物質基礎。全風化巖體多呈礫狀、砂狀和粉土狀，粗細混雜，總體粗顆粒含量大，細顆粒含量較少（表1）。粗顆粒間多形成架空結構，孔隙度大、連通性強、透水性好，為地表水的入滲提供了空間和通道，有利于崩崗形成。

表1 場區全風化花崗巖顆粒組成

風化層中Fe2O3、Al2O3總體含量較低（表2），導致風化層膠結性差，排列松散，巖土體的抗沖刷、侵蝕的能力降低[12]，土體的抗剪強度（粘聚力、內摩擦角）也隨之降低，風化層的崩解速度加快[13]，隨著地表水不斷入滲SiO2、CaO、MgO 因發生淋溶作用而逐漸損失[13]，導致風化層孔隙度進一步增大，整體結構進一步破壞，進而促進崩崗的形成、發展。

表2 場區全風化花崗巖化學成分

4.3 氣象因素

研究區年平均降雨量761.6mm，雖未達到相關統計成果給出的一般水平（年均降雨量1000mm以上）[14]，但是降雨相對集中，且多為大—暴雨，降雨一方面對原生風化層進行濺蝕、沖刷侵蝕和搬運，促使崩崗的形成；一方面在已有崩崗的崩壁處形成落差較大的跌水，對崩壁底部進行側向掏蝕，促使崩壁在重力作用下崩塌、滑塌，從而使崩崗得到發展。

降雨形成的地表徑流在流經崩壁后緣錯臺區時一部分沿各臺坎間豎向裂隙入滲形成地下水，地下水對崩崗后壁穩定性影響主要表現在以下4個方面：①地下水沿裂隙面對崩壁產生橫向擠脹效應；②對崩壁風化層產生飽水加載效應；③浸泡、軟化風化層，降低其力學穩定性；④地下水向下徑流過程中對風化層進行滲流潛蝕，同時溶解、水解風化層中易溶物質，破壞其整體結構性。

4.4 人類活動因素

研究區緊鄰鄉鎮人群聚集區，人類活動較為頻繁，在人工和機械的擾動下，全風化層上覆的粉質粘土層已失去原有的結構，土體結構變得松散，內部孔隙度增大，不僅原有的抗侵蝕能力消失，而且更有利于降雨的入滲、侵蝕。場區喬木多為松樹，陽坡灌木分布較少，松樹的根系在一定程度上破壞風化層的完整性，增加其裂隙發育程度。同時附近居民在全風化層的采砂行為也是誘發和促進崩崗形成的因素之一。

5 崩崗對機場工程建設的影響及處理措施

5.1 崩崗對機場工程建設的影響

機場工程是一個“大面積深挖高填”的土石方工程，目前該機場規劃跑道長3200m，機場飛行區指標近期為4C，機場設計標高1887.9m。機場建設土石方工程可分為挖方工程和填方工程（圖4），最大挖方邊坡高度58.5m，最大填方邊坡高度117.9m，崩崗對不同的工程區域的影響是不同的。

對填方區的影響：①松散的砂土狀的崩積體、洪積錐在填筑施工后，受上部飛機、填筑體等荷載的作用下產生過大沉降，導致機場跑道道面錯臺、斷板等病害；②松散飽和的崩積體、洪積錐在地震作用下產生液化，導致填筑體結構、高填方邊坡結構、道面等破壞；③降雨入滲對崩崗區內松散崩積體、洪積錐進行滲透潛蝕而形成地下空洞，引起上部填筑體塌陷，進而造成機場跑道道面脫空、塌陷、斷板等破壞；④隨著位于填方邊坡區或填方邊坡穩定性影響區的崩崗的不斷擴展，造成填方邊坡（尤其是高填方邊坡）變形、失穩；⑤場區全風化花崗巖分布面積達80%，機場工程為挖填平衡，因此機場大部分填料為全風化花崗巖，開挖后的全風化花崗巖多呈砂狀，具有易濕化、不易壓實的特點，且填方邊坡坡度一般為24°左右，高填方邊坡可能在強降雨季節出現“類崩崗”災害，并且“類崩崗”的發育速率遠大于自然崩崗的形成速率，在較短時間內對機場穩定性造成嚴重威脅。

對挖方區的影響：①未完全挖除的崩崗進一步發育，影響整個挖方邊坡的穩定性；②崩積體對降雨向機場飛行區內運移、堆積，有掩埋機場跑道的風險；③在挖方邊坡處形成新的崩崗，對機場造成安全威脅。

5.2 崩崗處理措施

（1）填方區：①對崩壁分級開挖臺階與填筑體進行搭接；②完全清除填方區崩崗內的崩積體和洪積錐，在崩崗坑和輸沙通道內設置碎石盲溝，盲溝包裹反濾土工布或在其上部設置碎石反濾層；③對填方邊坡坡腳線外附近區域的崩崗設置觀測點，對其發展速度進行長期監測，同時在填方邊坡坡面、坡腳、坡腳與崩壁之間的匯水區設置截排水溝，將機場附近匯水引流至崩崗下游區域；④對填方土面區、邊坡區表層用粘性土進行壓實封面處理，減少降雨的沖刷侵蝕和入滲；⑤填方邊坡坡面采用加筋格構+植草進行防護。

（2）挖方區：①全部挖除挖方區內的崩崗，對挖方土面區超挖部分或挖方后殘留的崩崗坑采用填方區處理標準進行回填；②坡面采用格構或噴漿進行防護處理；③在挖方邊坡頂部、坡面和坡腳設置截排水溝；④對位于挖方邊坡坡頂線外附近的崩崗設置長期觀測點。

6 結語

（1）崩崗的形成是一個內外地質因素相互作用產生的綜合結果。在四川南部及整個西南地區，當地形、巖性、氣象以及人類活動等因素滿足一定條件且共同作用時，也會發育崩崗災害。

（2）場區崩崗以中型為主，深厚的全風化花崗巖層、集中的強降雨以及風化層自重作用是場區崩崗形成的控制性因素，也是崩崗形成的內、外地質因素的表現。

（3）機場工程建設是一個龐大的系統工程，對于一個大面積深挖高填的土石方工程，最佳的防護治理措施應選擇以削弱外地質因素為目的治理手段，并采取多種治理措施做到因地制宜、綜合治理。同時治理還應與監測并行，加強對崩崗的監測，及時掌握災害的變化與發展趨勢，防微杜漸。

（4）鑒于目前關于崩崗與機場工程及類似大面積土石方工程之間的研究相對較少，本研究可較好的指導后續工程的設計與施工，同時對類似工程，尤其是四川南部乃至整個西南地區機場工程、道路工程均具有較高參考價值。