高州市馬貴鎮(zhèn)埡垌村學(xué)堂坡山體崩塌地質(zhì)災(zāi)害治理工程設(shè)計案例分析

王程龍

廣東省地質(zhì)局第四地質(zhì)大隊 廣東 湛江 524000

擬治理崩塌地質(zhì)災(zāi)害隱患點位于高州市馬貴鎮(zhèn)埡垌村學(xué)堂坡山體上，居民削坡建房，形成人工邊坡，邊坡平面呈折線型，延長約51.1m，坡高約8.1～11.0m，坡度40～90°。坡腳距離房屋0.5～1.0m。邊坡主要由砂質(zhì)黏性土組成，浸水易軟化崩解。邊坡與居民房距離近，若邊坡失穩(wěn)，對坡腳居民生命財產(chǎn)安全造成威脅。邊坡主要威脅坡上坡下共2棟2層鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)居民樓和1棟磚瓦房，威脅人數(shù)19人，危害程度小，發(fā)育程度強，危險性中等。由于地質(zhì)災(zāi)害隱患沒有消除，每年汛期政府都要安排專人跟蹤監(jiān)測，不但影響群眾生產(chǎn)生活，而且政府需要投入一定的人力財力進行監(jiān)測，現(xiàn)政府工作人力明顯不足，有點難以應(yīng)對。應(yīng)立即通過工程治理，消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，確保群眾生命財產(chǎn)安全，減輕政府工作壓力[1]。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)環(huán)境條件

（1）地理位置

擬治理崩塌地質(zhì)災(zāi)害隱患點位于高州市的東北部，距離高州市51°方向，直線距離約62.3km 。該地質(zhì)災(zāi)害隱患點地理中心坐標(biāo)(CGCS2000)：X=2463012.583，Y=533437.353，經(jīng)緯度111°19′28″， 22°16′20″。該點有水泥路通到坡腳附近，交通較方便。

（2）氣象水文

高州市屬亞熱帶季風(fēng)氣候，春、秋季節(jié)溫暖，夏季炎熱且漫長，冬季較短，全年無霜期為361天。年平均氣溫為22.8℃，最高氣溫為37.6℃，最低氣溫為-1.5℃。1月平均氣溫為15.1℃，為全年氣溫最低月份，極端氣溫為-1.5℃；7月平均氣溫為28.4℃，為全年氣溫最高月份，極端氣溫為37.6℃。多年平均降雨量為1924.6mm，降雨最大年份達2982.6mm，最少年份為1472.5mm；各月平均降雨量為24.6～390.1mm，降雨量隨季節(jié)變化較大，降雨多集中在夏、秋兩季；各月平均日最大降雨量為15.9～106.5mm，極端日最大降雨量達740.0mm,降雨量隨季節(jié)變化分配不均，雨量變幅大，雨季為4月上旬～9月中旬，降雨量占全年降雨量68.52～91.58%；9月下旬～次年3月底為旱季，多年旱季降雨量為161.5～619.1mm，約占年降雨量的8.42～31.48%。

（3）地形地貌

擬治理工程所在區(qū)域?qū)儆谇鹆甑孛?，山勢呈東高西低，山體最大高程600m以上，山腳高程一般450m左右，相對高差約150m以上，山坡自然坡度一般20～30°。居民在山腳削坡建房，形成高陡人工邊坡，邊坡平面整體呈折線型，走向26～116°，延長約51.1m，坡高約8.1～11.0m，坡度40～90°。坡前為1棟2層磚混居民樓，坡后為1棟2層磚混居民樓和1棟土瓦房，坡腳距離房屋0.5～1.0m。

（4）地質(zhì)構(gòu)造

野外調(diào)查未見斷層構(gòu)造，地質(zhì)構(gòu)造簡單。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015），勘查區(qū)處于地震基本烈度6度區(qū)，地震峰值加速度0.05g。反應(yīng)譜特征周期為0.35s。抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度為0.05g。區(qū)域地殼穩(wěn)定性為基本穩(wěn)定。

（5）水文地質(zhì)條件

擬治理崩塌地質(zhì)災(zāi)害隱患點所在區(qū)域地表水系較不發(fā)育，未見河流等分布。邊坡北邊山腳下可見水溝，水溝寬約1m，深0.5m，水量較小，將雨水引至山下農(nóng)田，作灌溉用水。距邊坡東北側(cè)5m處可見水塘，面積約18㎡，水深約0.5m。地表水對斜坡穩(wěn)定性影響小。地下水類型主要為孔隙潛水，邊坡土層主要由坡殘積土組成。土層均為弱透水地層，富水性弱。調(diào)查期間，坡面、邊坡腳處均未見泉水、滲水情況。區(qū)內(nèi)地下水補給來源主要為大氣降雨，主要以潛流形式區(qū)外排泄，小部分以蒸發(fā)和植物蒸騰形式排泄。地下水位變化主要與區(qū)內(nèi)降雨密切相關(guān)，具有季節(jié)性和時段性變化，變化幅度較大。一般情況下，地下水位埋深較大，對邊坡影響小?？辈閰^(qū)水文地質(zhì)條件簡單。

（6）工程地質(zhì)條件

根據(jù)綜合地質(zhì)調(diào)查成果，該人工邊坡范圍內(nèi)巖土層為殘積層砂質(zhì)黏性土。其工程地質(zhì)特征如下：

砂質(zhì)黏性土：黃褐色等，片麻結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，原巖結(jié)構(gòu)尚可辨認，巖芯呈土狀，黏性差，浸水易軟化崩解。為邊坡的主要物質(zhì)組成。

工程地質(zhì)條件評價：①層砂質(zhì)黏性土，邊坡的主要組成部分，厚度大，含較多砂粒，黏性較差，抗沖刷能力差，在雨水入滲后，黏聚力大幅度降低，工程性質(zhì)變差。風(fēng)化不均勻，局部夾較多強～中風(fēng)化巖塊，邊坡東南角夾大型孤石，大致呈橢球型，水平直徑約2～4m，高度約4m，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

1.2 崩塌現(xiàn)狀特征

該邊坡由于削坡建房，開挖山體形成高陡人工邊坡，邊坡呈L型，長邊呈西南—東北走向，坡面傾向為西北方向，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，邊坡匯水面積大邊坡總長約77m。按邊坡總體形態(tài)，分為AB坡段、BC、CD坡段（見圖1），現(xiàn)分述如下：

圖1 崩塌區(qū)航拍圖

AB坡段：為不規(guī)則二級人工邊坡，邊坡形態(tài)呈“一字型”。坡長約26.7m，走向208°。第一級邊坡呈臺階狀，坡底高程約450.2m，坡頂高程455.8～456m，相對高差5～6m，坡度約40～69°。第二級人工邊坡基本直立，設(shè)毛石擋墻。坡底高程455.8～456m，坡頂高程458.1～460m，相對高差3～4m。第一級邊坡與第二級邊坡之間的平臺寬約7m。邊坡坡體主要由砂質(zhì)黏性土組成，夾較多強～中風(fēng)化巖塊。坡面植被較稀疏，多生長有蕨類雜草。坡頂植被茂密，由桉樹、果樹及雜草組成，自然坡度一般0～5°。坡后5m為1層磚瓦房。坡前相距0.5m為1棟2層居民樓。該坡段局部較高較陡，穩(wěn)定性較差，對坡前房屋威脅較大，需立即治理。BC坡段：為二級人工邊坡，邊坡形態(tài)呈直線型。坡長約12.1m，走向208°。第一級邊坡呈臺階狀，坡底高程約450.2m，坡頂高程452.8～453.0m，相對高差2.6～2.8m，坡度約45～62°。第二級人工邊坡基本直立，設(shè)毛石擋墻。坡底高程452.8～453.0m，坡頂高程457.0～457.3m，相對高差4～5m。第一級邊坡與第二級邊坡之間的平臺寬約3m。該段夾一大型孤石，大致呈橢球型，水平直徑約2～4m，高度約4m，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。邊坡坡體主要由坡殘積砂質(zhì)黏性土組成，坡面植被稀疏，零星長有蕨類雜草，生長良好。坡后為1層居民房。坡前相距1.0m為1棟2層磚混結(jié)構(gòu)民房，該坡段局部較高較陡，且有孤石，穩(wěn)定性較差，對坡前房屋威脅較大，需立即治理。CD坡段：為一級人工邊坡，邊坡形態(tài)呈折線型。坡長約14.2m，走向282°。坡底高程約450m，坡頂高程453.8～457.0m，相對高差3.8～7.0m，坡度約50～72°。設(shè)有簡易毛石擋墻。邊坡坡體主要由坡殘積砂質(zhì)黏性土組成，坡面植被較稀疏，多生長有蕨類雜草。坡頂植被茂密，由桉樹、果樹及雜草組成，坡后為樹林，自然坡度一般20～26°。坡腳距離房屋約0.5～1.0m。該坡段較高較陡，穩(wěn)定性較差，對坡前房屋威脅較大，需立即治理。

綜上所述，自然山體自然坡度一般為20°～30°，植被茂密，主要由桉樹、果樹及雜草組成，山體整體穩(wěn)定性較好。但由于居民在坡腳削坡建房，造成的人工邊坡較高較陡，邊坡土層主要為砂質(zhì)黏性土，浸水易軟化崩解，每逢雨季，邊坡易發(fā)生剝落或微型崩塌，對坡腳居民生活影響較大，坡腳距居民房較近，威脅2棟2層居民樓和1棟1層磚瓦房，威脅2戶共8人，潛在經(jīng)濟損失約68萬元，危害程度小，發(fā)育程度強，危險性中等[2]。

1.3 崩塌成因及穩(wěn)定性分析

（1）成因分析

該處正好位于山體的凹處，匯水面積大，暴雨或雨季大量雨水匯集，流經(jīng)此處。由于人為削坡，形成了陡峭的臨空面，同時此處邊坡主要由砂質(zhì)黏性土組成，經(jīng)水流沖刷，極易發(fā)生崩塌。因而，降雨是崩塌誘因，人類活動為外因，邊坡物質(zhì)組成為內(nèi)因。

（2）穩(wěn)定性分析

邊坡高陡，具有崩塌潛勢，加上由殘積層砂質(zhì)黏性土組成的土質(zhì)邊坡，工程性質(zhì)差，穩(wěn)定性差。在強降雨的情況下，發(fā)生崩塌、崩落的可能性極大。一旦再次發(fā)生崩塌，將會威脅坡上坡下2棟2層居民樓和1棟1層磚瓦房，威脅4戶共19人，潛在經(jīng)濟損失約68萬元。需要立即對其進行工程治理。

2 地質(zhì)災(zāi)害治理設(shè)計

2.1 場地施工條件

（1）交通：有鄉(xiāng)村小路通往治理區(qū)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(shè)臨時供水管；用電可利用當(dāng)?shù)氐墓╇娤到y(tǒng)，需臨時搭設(shè)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(fā)電機。

（3）廢水排棄：施工廢水經(jīng)沉淀，經(jīng)相關(guān)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(qū)。

（5）由于邊坡前是居民房，在施工前應(yīng)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。

2.2 設(shè)計方案

地質(zhì)災(zāi)害治理工程設(shè)計遵循“安全、經(jīng)濟、合理”的原則，根據(jù)周邊環(huán)境、施工場地條件及地質(zhì)災(zāi)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(zhì)災(zāi)害隱患，確保邊坡體長期穩(wěn)定”的目標(biāo)。通過綜合考慮工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、氣象水文等地質(zhì)環(huán)境條件、土地利用、生態(tài)環(huán)境及施工條件等因素的作用，治理范圍分為A、B、C三個治理區(qū)；A治理區(qū)，治理邊坡長度約38m，按設(shè)計進行開挖，開挖后采用鋼筋混凝土擋墻進行坡面支護；B治理區(qū)沿裂縫發(fā)生位置進行削坡，削坡后采用柱+鋼筋混凝土擋板+錨索支護，孤石位置現(xiàn)澆混凝土支座作為支撐。C治理區(qū)在已有毛石擋墻的基礎(chǔ)上，在外側(cè)采用基礎(chǔ)柱+格構(gòu)梁+錨桿加固。坡頂、坡腳及平臺設(shè)置截排水溝，形成排水系統(tǒng)，將雨水快速排出治理范圍以外[3]。（圖2）。

圖2 工程治理方案剖面圖

具體方案如下：

（1）坡面平整、削坡：根據(jù)實際地形，采用分級分段削坡。

（2）錨索：采用1×7鋼絞線，強度標(biāo)準(zhǔn)值1860MPa，直徑15.2mm，傾角與水平面夾角20°，孔徑130mm，錨索長度16.5m，錨索張拉鎖定值為設(shè)計值的75%，水平間距3m，全孔灌注，水泥砂漿強度等級M30，灰砂比為3:1。

（3）格構(gòu)梁：縱、橫格構(gòu)梁截面積均為300mm×300mm?？v、橫格構(gòu)梁間距根據(jù)各區(qū)實際可作適當(dāng)調(diào)整。綁扎鋼筋現(xiàn)澆C30混凝土。格構(gòu)基槽C20素混凝土墊層厚100mm。

（4）擋土墻：為垂直式鋼筋混凝土擋土墻，現(xiàn)澆混凝土，等級C30?？傞L約38m，墻身緊靠原坡面，墻身總高2.5m，埋深0.5m，墻頂寬0.6m，墻基礎(chǔ)尺寸詳見施工圖。墻身距離地面高約0.3m建一排泄水孔，孔直徑100mm，泄水孔入水處需要做反濾層。

（5）掛網(wǎng)噴漿：土釘采用HRB400（Ⅲ級）鋼筋，直徑25mm，長5m，水平間距2m。鋼筋網(wǎng)采用HPB300（Ⅱ級）鋼筋，直徑8mm，采用綁扎固定。

（6）截排水溝：采用C30混凝土現(xiàn)場澆筑。墊層厚100mm，采用C20混凝土。每15m設(shè)一道變形縫，寬約30mm，縫中塞填瀝青麻筋。

2.3 設(shè)計參數(shù)選取

根據(jù)巖土工程勘查報告①中的采樣測試結(jié)果，結(jié)合區(qū)域工作經(jīng)驗，確定巖土物理力學(xué)參數(shù)（表1）。

表1 巖土物理力學(xué)參數(shù)

2.4 方案穩(wěn)定性計算

（1）計算方案

根據(jù)各支護坡率及支護參數(shù)的變化，共選取1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(wěn)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(jié)果

根據(jù)以上計算方案，對選取的1條剖面進行穩(wěn)定性計算，結(jié)果見表2。

表2 邊坡穩(wěn)定性計算

3 結(jié)語

通過采用“削坡+錨索+格構(gòu)梁+擋土墻+截排水”的治理方案，可以徹底消除地質(zhì)災(zāi)害隱患，確保邊坡體的長期穩(wěn)定。削坡可以通過控制邊坡的坡度及高度來改善邊坡的穩(wěn)定性，錨索+格構(gòu)梁的支護形式可以把不穩(wěn)定的巖土體或結(jié)構(gòu)固定在巖土層上，讓它們相互連接從而傳遞剪力和拉力，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(qū)內(nèi)的地表水匯聚排出區(qū)外，避免過量下滲降低邊坡巖土層的抗剪強度。該方案是當(dāng)前地質(zhì)災(zāi)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、安全可靠的效果。