化州市新安鎮梨垌村山體崩塌地質災害治理工程設計案例分析

梁春苗 陳建輝

廣東省地質局第四地質大隊 廣東 湛江 524000

擬治理崩塌地質災害隱患點位于化州市新安鎮梨垌村山體上，居民在山體坡腳削坡建房，造成一個高陡人工邊坡，邊坡總長約80m，坡高8～19m，坡度46～85°，與坡腳房屋相距0.7～2.3m。在邊坡的上部發生崩塌地質災害，崩塌物堆積于坡腳與坡面，坡腳堆積物已被清理，現坡面遺留堆積物厚約2～3m，高8～11m，長約20m，體積約400m3。該崩塌對山腳處的居民威脅極大，經調查統計主要威脅坡下共4棟居民樓，樓高2～3層，磚混結構，威脅人數35人，威脅財產約200萬元。危害程度大，發育程度強，危險性大。同時，由于地質災害隱患沒有消除，每年汛期政府都要安排專人跟蹤監測，不但影響群眾生產生活，而且政府需要投入一定的人力財力進行監測。因此應立即通過工程治理，消除地質災害隱患，確保群眾生命財產安全，減輕政府工作壓力[1]。

1 工程概況

1.1 地質環境條件

（1）地理位置。擬治理崩塌地質災害隱患點位于位于化州市的西南部，距離化州市240°方向，直線距離約12.7km。該地質災害隱患點地理中心坐標(CGCS2000)：X=2401542.744，Y=37442353.530。有鄉村小路到達，交通便利。

（2）氣象水文?；菔袑俦卑肭騺啛釒Ъ撅L氣候，夏長冬短、氣候溫和、雨量充沛。冬季寒潮入侵，偶有嚴冬，夏秋期間臺風、暴雨頻繁。化州市多年平均降雨量為1813.4mm，年降雨量最多為3005.2mm(2002年)，最少為1058.1mm（1968年），最多與最少相差1947.1mm，根據化州市氣象局2000～2017年的統計資料顯示，月最大降雨量達668.6mm，日最大降雨量達300.2mm。降雨量隨季節變化不均勻，年主要降雨量集中在4～9月份中。多年的平均蒸發量為1730.1mm，比年均降雨量少83.3mm，最大蒸發量為7月份，平均達196.9mm。年均相對濕度為81.8%，多年平均最小值為77%(2007年)，極端最小值僅7%(1971年11月)。

（3）地形地貌。擬治理工程所在區域屬于丘陵地貌，地勢呈北高南低，山體自然坡度一般為20～30°。居民在坡腳削坡建房，造成一個高陡人工邊坡，邊坡總長約80m，坡高8～19m，坡度46～85°，與坡腳房屋相距0.7～2.3m。邊坡（居民房）南側有一條水泥路直達坡腳附近。水泥路寬約3.3m.緊靠水泥路南側主要為農田、耕地。坡頂分布4個村民祖墳，其中兩個緊靠邊坡坡頂。

（4）地質構造。野外調查未見斷層構造，地質構造簡單。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2015），勘查區處于地震基本烈度7度區，地震峰值加速度0.10g。反應譜特征周期為0.35s。抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g。區域地殼穩定性為基本穩定。

（5）水文地質條件。擬治理崩塌地質災害隱患點所在區域地下水類型主要為孔隙潛水，主要賦存于邊坡體的風化殘積土土層中，土層為微～弱透水地層，富水性弱。無穩定水位，地下水位變化主要與區內降雨密切相關，具有季節性和時段性變化，變化幅度較大。補給來源主要為大氣降雨，以潛流形式排泄為主，小部分以蒸發和植物蒸騰形式排泄。調查期間，坡面、邊坡腳處均未見泉水、滲水情況。一般情況下，地下水位埋深較大，對邊坡影響小?？辈閰^水文地質條件簡單。

（6）工程地質條件。根據綜合地質調查和鉆探成果，該人工邊坡范圍內巖土層自上而下依次為殘積層及元古代片巖。其工程地質特征如下：

黏性土：黃褐色，硬可塑，主要由粉黏粒組成，黏性較差，為片巖風化殘積土。該層遇水易軟化崩解，力學強度一般。厚度7～11m。

全風化片巖：黃褐色，變晶結構，片狀構造，原巖結構基本破壞，但尚可辨認，巖芯呈堅硬土狀。該層具有遇水易擾動崩解的特點，力學性質較好。揭露厚度15～19m。

工程地質條件評價：①層黏性土，邊坡的主要組成部分，厚度大，含較多砂粒，黏性差，在自然條件下，土層抗剪強度一般，工程性質一般；在暴雨天氣下，雨水滲入后，土體自重增加，土層抗剪強度降低，易被雨水沖刷，遇水浸泡土體易軟化崩解，從而引發崩塌，處于不穩定狀態。②層全風化片巖，邊坡的主要組成部分，厚度大，鉆孔深度內未揭穿，含較多砂粒，黏性較差，在自然條件下，土層抗剪強度一般，工程性質一般；在暴雨天氣下，雨水滲入后，土體自重增加，土層抗剪強度降低，易被雨水沖刷，遇水浸泡土體易軟化崩解，從而引發崩塌，處于不穩定狀態。

1.2 崩塌現狀特征

該處原為自然斜坡，居民在坡腳削坡建房，形成一個高陡人工邊坡，整體呈“一”字型，長邊呈西南—東北走向，坡面傾向為南方向（見圖2），根據現場調查，每逢雨季，北方山體雨水形成的坡面徑流向邊坡流動，對邊坡穩定性有不利影響。人工邊坡總長約80m，坡高8～19m，坡度46～85°，坡面植被稀疏。邊坡物質組成主要由黏性土（片巖坡殘積土）組成。黏性土自然狀態下，作為邊坡土層，工程性質一般。但浸水易軟化崩解，因而，每逢雨季，邊坡易發生剝落或微型崩塌。

在邊坡的上部發生崩塌地質災害，崩塌位置自坡頂往下約3m，崩塌物堆積于坡腳與坡面，坡腳堆積物已被清理，現坡面遺留堆積物厚2～3m，高8～11m，長約20m，體積約400m3。崩塌物主要由黏性土（片巖風化殘積土）組成，工程性質一般，屬于小型土質崩塌。威脅坡下4棟居民樓，樓高2～3層，磚混結構，威脅人數35人，威脅財產約200萬元。危害程度大，發育程度強，危險性大[2]。

圖1 崩塌區航拍圖

1.3 崩塌成因及穩定性分析

（1）成因分析

①山體斜坡（邊坡）坡體組成主要由殘積層及全風化片巖（呈堅硬土狀）組成，具有遇水易軟化崩解的特點，抗沖刷能力極差，易發生崩塌、崩落。

②邊坡坡度大，最陡地段可達85°，近似直立，邊坡高度大，最高可達19m，邊坡的高陡使其具有滑動變形的潛勢。

③邊坡植被較稀疏，在強降雨的作用下，地表徑流小，下滲強度大，大量雨水入滲巖土層，導致巖土層飽和，抗剪強度降低，從而發生滑移崩塌。

綜上所述，地形地貌、巖土層相結合是崩塌變形的內因，強降雨，導致巖土層飽和體重增加及抗剪強度降低從而發生崩塌，是崩塌主要誘發因素，是外因。

（2）穩定性分析

邊坡高陡，具有崩塌潛勢，加上由殘積層及全風化片巖組成的土質邊坡，工程性質差，穩定性差。在強降雨的情況下，發生崩塌、崩落的可能性極大。一旦再次發生崩塌，將會威脅坡腳4棟居民樓共35人，潛在經濟損失約200萬元。需要立即對其進行工程治理。

2 地質災害治理設計

2.1 場地施工條件

（1）交通：有鄉村小路通往治理區旁，交通便利。機械和材料可直接運輸至邊坡坡腳。交通便利。（2）水電：水電可利用坡腳居民房的自來水，只需鋪設臨時供水管；用電可利用當地的供電系統，需臨時搭設輸電電線，但由于錨桿或錨索施工所需電壓較高，仍需租借發電機。（3）廢水排棄：施工廢水經沉淀，經相關部門認可確定后方可排入附近灌溉水溝。（4）材料堆放：邊坡附近較空曠，坡下有較大空地，可把空地暫作為堆放材料區。（5）由于邊坡前是居民房，在施工前應做好警戒線，針對邊坡施工時，防止居民前來觀看或走動，做好安全措施。（6）緊靠坡頂分布有3個村民祖墳。根據調查了解，祖墳不可遷移。因而施工不能影響祖墳。

2.2 設計方案

地質災害治理工程設計遵循“安全、經濟、合理”的原則，根據周邊環境、施工場地條件及地質災害特征等實際情況，選取合理的支護方案，達到“徹底消除地質災害隱患，確保邊坡體長期穩定”的目標。通過綜合考慮工程地質、水文地質、氣象水文等地質環境條件、土地利用、生態環境及施工條件等因素的作用，總體采用“削坡+錨索+格構梁+擋土墻+恢復綠化+截排水”的治理方案[3]（圖2）。

圖2 工程治理方案剖面圖

具體方案如下：

（1）削坡：根據實際地形，采用分級分段削坡，削坡坡率1:0.82～1:0.7。

（2）錨索：采用3束1×7型標準鋼絞線，直徑15.2mm，成孔角度25°，孔徑130mm。長度15～29m。水平間距一般為3m，全孔灌注，水泥砂漿強度等級M30，灰砂比為1：0.5。

（3）格構梁：格構梁截面300mm*400mm，現澆C30混凝土，主筋采用HRB400鋼筋，直徑為18mm，共10根，箍筋按φ8@200設置。

（4）擋土墻：為新建重力式鋼筋混凝土擋土墻，現澆C30混凝土?？傞L約80m，墻身緊靠原坡面，墻身總高1.8m，埋深0.6m，墻厚0.5m。墻身距離地面高約0.3m建一排泄水孔，孔直徑80mm，水平間距1.5m，泄水孔入水處設反濾層。

（5）綠化：選擇適宜本地生長和根系發達的草種，并摻入30%～40%的灌木種子，根據施工季節做好養生，養護不少于6個月，要求成活率不低于90%。

（6）截排水溝：坡頂設截水溝，搗澆C30混凝土，截面為梯形，內徑尺寸為700mm(上寬)*400mm（下寬）*400mm（高）。坡腳設排水溝，搗澆C30混凝土，截面為矩形，內徑尺寸為340mm（寬）*300mm（高）。

2.3 設計參數選取

根據巖土工程勘查報告①中的采樣測試結果，結合區域工作經驗，確定巖土物理力學參數表1。

表1 巖土物理力學參數

2.4 方案穩定性計算

（1）計算方案

根據各支護坡率及支護參數的變化，共選取3條剖面采用理正巖土計算軟件6.5版本簡化Bishop法計算，在工況Ⅰ及工況Ⅱ這兩種情況下進行穩定性計算。

（2）載荷組合

工況Ⅰ：“自重+地下水”。

工況Ⅱ：“自重+地震荷載+暴雨+地下水”。

（3）計算結果

根據以上計算方案，對選取的3條剖面進行穩定性計算，結果見表2。

表2 邊坡穩定性計算

2.5 截排水溝設計

在綜合考慮降雨量、坡度以及匯水面積等因素的情況下，對截排水系統進行設計，通過設計流量和水力計算確定截水溝和排水溝的斷面尺寸和水溝底的粗糙系數等參數。通過表3、表4計算對比，設計排水溝斷面尺寸能夠滿足在暴雨級別下的排水要求。其中徑流系數為0.6，設計降雨強度為140mm/h，水力坡降為0.5%,粗糙系數為0.015。

表3 設計流量計算

表4 截排水溝計算參數及結果

3 結語

通過采用“削坡+錨索+格構梁+擋土墻+恢復綠化+截排水”的治理方案，可以徹底消除地質災害隱患，確保邊坡體的長期穩定。削坡可以通過控制邊坡的坡度及高度來改善邊坡的穩定性，錨索+格構梁的支護形式可以把不穩定的巖土體或結構固定在巖土層上，讓它們相互連接從而傳遞剪力和拉力，格構間恢復綠化既可以防止水土流失也能達到美化環境的效果，擋土墻可以達到護坡腳的作用及抵抗一定程度的邊坡下滑力，截排水溝可以把邊坡區內的地表水匯聚排出區外，避免過量下滲降低邊坡巖土層的抗剪強度。該方案是當前地質災害治理中常用的施工方案，各項工藝均已非常成熟，施工效果良好。因此，該方案達到了因地制宜、安全可靠、經濟美觀的效果。