川九路沿線震后地質災害及工程防護結構調查★

向 波,李朝陽

(四川省公路規劃勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610041)

0 引言

2017年8月8日的九寨溝地震[1]對位于震中的國道G544川主寺至九寨溝縣城段公路(川九路)造成了嚴重損毀[2-3]。川九路距離震中最近，道路兩側山谷陡峻，地質環境極為脆弱，地震產生的大量滑坡堆積物為震后滑坡泥石流提供了豐富的物源。2018年雨季的大量降雨誘發大量滑坡、泥石流等地質災害，嚴重影響了川九線的正常運營，對當地人民的生命財產安全構成巨大威脅。地震災區震后線路工程的沿線地質災害的防治成為災后重建工作的重點。周德培等[4]在汶川地震后對邊坡支護結構進行調查研究發現各類支護結構的震害機制不同，錨索框架等有較好的抗震性能。重力式路塹擋土墻在地震荷載作用下易發生變形開裂破壞[5]。汶川地震后災區發生大量次生地質災害發育分布與地震烈度相一致，給災區災后重建工作帶來嚴重的威脅[6]。線路工程是災區人民的生命線，是災后重建工作的重要保障，然而山區地震后線路工程的多發的地質災害及支護結構的損毀給災區重建提出嚴峻挑戰[7]。本文對川九路沿線地質災害和支護結構的損傷進行了現場調查，分析了重大地震災害后線路工程沿線地質災害的特點及支護結構損傷特征，為山區線路工程的災后重建工作提供指導。

1 地質概況

G544線川主寺至九寨溝縣城段災后恢復重建工程位于四川省北部高原，阿壩藏族羌族自治州東北部的九寨溝縣和松潘縣境內。地理位置介于北緯32°47′～33°21′、東經103°37′～104°12′之間。沿線最高海拔位于弓杠嶺分水嶺，高程約為3 530 m；最低海拔位于九寨溝縣城嶺崗巖隧道西北側，高程約為1 480 m，九寨溝年降水量約550 mm，集中于5月～9月，占全年降水量的75%，常以暴雨形式出現[8]。川九路地貌主要為構造剝蝕中高山峽谷地貌和河流侵蝕堆積地貌。線路走廊帶內廣泛分布二疊系、三疊系地層和第四系地層，巖性為砂板巖、碳酸鹽巖等和第四系松散堆積物[9]。其中第四系松散堆積物主要分布在河流中或斜坡、溝谷[10]。

2 降雨誘發的地質災害

2.1 滑坡

滑坡是山體斜坡的一種表生動力地質現象，它的形成需要特定的地質條件，即一定的斜坡臨空面，易于滑動的巖、土體，有軟弱結構面及地下水沿軟弱面不斷活動等基本的地質條件。另外，還需有導致滑坡發生的誘導因素，如災害性降雨、地震、人工活動、水流對地形的切割等。滑坡的形成是上述各種因素的不利組合和綜合作用的結果。

九寨溝縣城至弓杠嶺段公路沿白河而行。沿線各河谷山高坡陡，既有軟弱的片、板狀變質巖，又有構造破碎巖層以及冰水堆積、坡殘積、崩坡積松散層，該地區雨季暴發多，同時測區內有多條大斷裂通過，區內及鄰區地震活動頻繁。容易誘發滑坡災害的各種不良因素在本地區基本上均存在，因此該路段滑坡分布較為密集(見圖1)。

滑坡主要分布于龍康橋、漳扎鎮—甘海子、弓甘嶺—川主寺等，其余路段零星分布。以松散層滑坡為主，局部為基巖滑坡，其中陡立的破碎巖體表部于地形陡峻處在重力作用下多發生彎曲-折斷-滑移破壞。

滑坡造成的危害主要為淹沒或摧毀道路、農田和農舍、堵塞河谷等，給人民生命財產安全帶來直接危害。滑坡可采用抗滑擋墻、抗滑樁板墻等方式支擋。降雨滑坡事件匯總如表1所示。

九寨溝地震不僅誘發了大量的地震滑坡，而且嚴重擾動了道路兩側的表層巖土。大量的崩積物分布在道路兩側的坡面上，為后期雨季泥石流的發生提供了豐富的物源。大量的坡面物質失穩滑落，隨表層徑流沖進溝道內，坡面堆積體逐漸演變為溝谷堆積體，并且逐漸向溝口附近運移。

坡面松散堆積體的沖起主要是由于降雨入滲導致土壤的抗剪強度的降低。而且，由于地震時強烈的震動造成的大量的張拉裂縫，一些次表層土壤也逐漸失穩。以上因素都大大加強了震后降雨過程的滑坡活躍度。

2.2 崩塌及高位落石

陡坡上的巖、土體在重力或其他外力作用下，突然向下翻滾、墜落形成崩塌。規模較大的崩塌一般多發生在高度大于30 m，坡度大于45°，尤其是大于60°的陡坡上；崩塌、落石常發生在堅硬性脆的巖石和軟硬互層(如灰巖、變質石英砂巖千枚巖、板巖互層等)構成的陡峻山坡；崩塌、落石還多發生在構造破碎、風化作用強烈、暴雨多發等地段。

九寨溝縣城至川主寺段公路沿線多為高山深谷，地形陡峭，加之現代河流對坡腳的側蝕作用以及人類活動產生的陡峭臨空面，為崩塌、落石的形成提供了空間和背景條件(見圖2)。同時區內及鄰區地震活動強烈，夏季暴雨頻繁，強度大、歷時短，更為誘發崩塌、落石災害的多發期。現測區各種不利因素均不同程度的存在，造成沿線崩塌堆積體、倒石堆、巖堆等發育。

崩塌、落石主要分布于白河、白水江的山谷中。崩塌、落石于不同地段呈單個或成群的形式出現，直接對公路建設、運營及給人民生命財產安全造成危害。

一般性崩塌可采用主動網、被動網、攔石墻的處治方式，對于高位崩塌還需采用棚洞或明洞的處治方式，部分路段需要采用隧道進行繞避。

2.3 泥石流

泥石流是在一定的地理條件下形成的由大量土石和水構成的固液兩相流體，特定的地形形態和坡度、豐富的松散堆積物和集中的水流是發生泥石流的三項必要條件。而這些條件又受控于地質環境、氣候、植被等因素及其組合狀況。地質環境因素中以地貌形態、地層巖性、地質構造、不良地質、新構造運動等對泥石流生成影響最大。

泥石流多分布在地質構造復雜、巖石破碎、不良地質發育、新構造運動強烈、地震活動頻繁，植被稀少的山區，特別是“8·8”九寨溝地震，大量崩塌落石堆積于溝谷內，這些區域為泥石流提供豐富的固體物質；干濕季節分明，暴雨多發降水集中的地區，一般巖體破碎，巖石物理風化強烈，大量風化碎屑堆積于山坡，遇到集中降水，極易激發成泥石流(見圖3)。

容易誘發泥石流災害的各種不良因素在本地區基本上均存在，因此，擬設路線受泥石流危害影響較嚴重。項目區內泥石流分布廣泛，主要集中分布在九寨溝縣城—塔瑪(K0+000～K78+830)段、漳臘金礦等地。

由于“8·8”九寨溝地震，大量崩塌落石堆積于溝谷內，泥石流等次生災害發生風險顯著增加。從泥石流的形成方式和成因機理上，本區泥石流有溝谷泥石流和坡面泥石流兩種。泥石流災害可設置橋梁、渡槽跨越或攔擋壩支擋。

3 支護結構的破壞

本次調查針對川九線沿線現有和在建支護結構，對其工作狀態、防護類型及損毀程度進行綜合評定，旨在為川九路沿線后續災害治理提供合理有效的防治措施。

擋土墻是最主要的防止土體失穩變形的支擋結構物，川九路沿線調查到的擋土墻破壞有：擋墻失穩破壞;擋土墻側向位移破壞;落石砸壞擋土墻。下面分析具體的破壞特征及原因：

1)擋墻失穩破壞。圖4所示擋土墻為“8·8”地震后為防止山體上部滑坡而新建擋墻，上部滑坡體為土石混合體，以砂土為主，附近基巖為強風化砂板巖，植被疏松，后緣裂縫分布較多，寬度約5 cm，地下水位較高，降雨時坡面有滲水現象，并伴有土石滾落，推斷該處滑坡有繼續下滑跡象，容易引發大規模垮塌。目前該擋墻下部已被掏空，需重新考慮加固措施。其原因主要就是修建時未考慮到該地區季節性降雨對擋土墻穩定性造成的不利影響，雨季大量降雨對擋墻下部造成嚴重的沖蝕破壞。

2)擋土墻的側向位移破壞。滑坡形式表現為山體整體下坐(見圖5)，主要變形發生于2017年8月8日九寨溝地震，后續有持續變形跡象，后緣距河谷約300 m高，寬約150 m，坡度約45°。該處公路出現上拱、扭曲破壞，下部河道被迫向外遷移。后緣有大量裂隙分布，裂隙平均寬度約5 cm，深度約30 cm，坡體中下部土體為深黑色黏土，現場調查發現滑動體含水量較高，后緣部分為含水量較低的砂土、黏土混合物。現場監測顯示2018年雨季大量降雨下，該擋墻持續向公路側位移，對公路造成極大破壞。該處擋墻破壞的主要原因是：“8·8”地震下該處滑坡活化產生面向公路的位移，降雨入滲導致了滑動面處土體有效應力降低，抗剪強度隨之減少，導致滑坡體變形增加。

3)落石砸壞擋土墻。典型工點如圖6所示，該處為川九路一處混凝土澆筑擋土墻，坡體結構為高位陡傾巖體+下部崩塌堆積斜坡(坡度35°～40°)，該處山體上部發生垮塌，垮塌高度為120 m，垮塌體主要沿坡面兩條分離凹槽滾落，成分以碎塊石為主，分布于坡體中部及下部，堆積體極松散，遇持續強降雨可形成坡面泥石流，對線路有潛在影響，同時高出崩落物有沿斜坡滾落至路面的危險，尤其是大塊石，沖擊動能大，已將擋土墻上部砸壞，同時部分石塊飛躍過擋土墻將道路外側的路燈砸爛，路面有大量被砸留下的坑洞，對道路及車輛具較大隱患。高陡巖質邊坡在地震力作用下巖土體被大量破碎，降雨作用使得破碎巖土體松動破壞造成突然的崩塌破壞，對下部的擋土結構物及道路造成極大破壞。

4 結論

本文根據大量現場調查工作，總結了“8·8”地震后川九路沿線降雨誘發的地質災害及支護結構的損毀特征，得出以下結論：

1)九寨溝地震后，川九路沿線巖土體較為破碎，2018年雨季降雨誘發了大量滑坡、泥石流及崩塌等地質災害，給當地人民的生命財產安全帶來了巨大的威脅。2)調查發現川九路沿線多處工程防護措施損毀，擋土結構的損毀模式有：擋墻失穩破壞、擋土墻側向位移破壞、落石砸壞擋土墻。3)山區地震后自然災害工程防護措施應考慮到當地自然環境特點，其中降雨是川九路工程防護措施失效的直接原因，在降雨多發地區要重點考慮工程措施降雨下的可靠度。