鐘 明,董軍強,魏文良

(河北省地礦局秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質大隊,河北秦皇島066000)

河北省祖山風景區(qū)崩塌災害特征與防治對策研究

鐘 明,董軍強,魏文良

(河北省地礦局秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質大隊,河北秦皇島066000)

以祖山為例,闡述了崩塌地質災害的機理、特征和現(xiàn)狀,并利用傳遞系數(shù)法對崩塌穩(wěn)定性進行了計算和評價,采用削方卸載、修建抗崩塌擋土墻、構筑排水溝與格構等工程設施的防治對策及工程措施,取得了預期的效果。

崩塌災害;現(xiàn)狀評價;傳遞系數(shù)法;削方卸載;擋土墻;格構綠化

崩塌(又稱崩落、垮塌或塌方)是指較陡斜坡上的巖土體在重力作用下突然脫離山體崩落、滾動,堆積在坡腳或溝谷的地質現(xiàn)象。秦皇島市地處河北省東北隅的渤海北岸,北依燕山,南臨渤海,地形地貌復雜,北部山區(qū)廣泛分布著強風化侵入巖和變質巖,殘坡積厚度較大,人類工程活動強烈,使得崩塌地質災害頻發(fā),給當?shù)厝嗣袢罕娚敭a(chǎn)安全造成較大危害與損失。本文通過研究青龍滿族自治縣祖山風景區(qū)典型崩塌災害的現(xiàn)狀與特征,對其進行了穩(wěn)定性的計算和評價,探討了相應的防治對策,取得了預期的治理效果。

1 地質災害現(xiàn)狀

祖山風景區(qū)位于秦皇島市西北25 km處,是國家級風景名勝區(qū)、稀有植物及瀕危野生動物保護區(qū),也是柳江國家級地質公園的組成部分,總面積118 km2,最高海拔1 428 m。因渤海以北,燕山以東諸峰均由其分支延綿而成,故以“群山之祖”名之。

祖山賓館位于祖山風景區(qū)內,共四層,建于1998年,海拔1 088 m,其酒店等配套設施至2003年才陸續(xù)建成。祖山賓館建筑面積約8 000 m2,客房約180間,建筑物等固定資產(chǎn)2 500余萬元,門前停車場面積約5 000 m2,旅游旺季負責接待四面八方游客的住宿、餐飲、會議,并作為景區(qū)辦公場所,能同時接待住宿游客350人,就餐人數(shù)600人。自1998年起在建設賓館過程中,為了擴大場地、開挖山體坡腳,在其背后形成陡坡,建成后歷年雨季都發(fā)生過崩塌掉塊現(xiàn)象,嚴重威脅著賓館的安全,崩塌以2003年最為嚴重,崩塌土方量約800 m3,崩塌堆積物掩埋了建筑物西南部墻腳和空地,墻腳最大掩埋高度1.5 m。造成賓館住宿及餐飲停業(yè)一周,游客及工作人員全部疏散,直接經(jīng)濟損失30余萬元。自此以后,賓館指定專人負責監(jiān)測預警工作,每降大雨均采取疏散避險措施,每年造成直接經(jīng)濟損失均在50萬元以上,同時也給景區(qū)觀光旅游帶來較大的負面影響。在2003年4月地質災害調查中,危害等級被評定為高風險不穩(wěn)定斜坡。

2 工程地質及水文地質條件

2.1 地形地貌

袓山為中低山地貌,地形起伏大,地形坡度15°～60°,祖山賓館及停車場系人工開挖平整的場地,賓館后面是人工開挖形成的陡坡,最高處高差9 m,未經(jīng)處理,其堆積物對建筑物形成直接威脅。

2.2 地層

根據(jù)物探勘查結果和探井揭露的地層資料,表層為第四系坡洪積物,基巖為白堊系花崗巖,共分為4層,自上而下敘述如下:

(3)全風化花崗巖(K1):淺肉紅色,礦物成份為長石、石英、黑云母及少量暗色礦物,風化劇烈,裂隙發(fā)育,手捻呈砂土狀,層厚0.2～1.8 m,局部缺失。粘聚力10 kPa,內摩擦角35°。

(4)強風化花崗巖(K1):淺肉紅色,礦物成份為長石、石英、黑云母及少量暗色礦物,原巖結構清晰,中粗?；◢徑Y構,塊狀構造,風化強烈,裂隙比較發(fā)育,裂隙間由粘土填充。最大揭露厚度4.2 m。

2.3 水文地質條件

勘查范圍內水文地質條件簡單,地下水主要賦存在花崗巖風化裂隙和構造裂隙中,在崩塌臨空面底部風化基巖面中滲出轉為地表逕流,2005年夏季泉流量1.0～2.0 L/s;另一部分繼續(xù)在風化裂隙中逕流至下游。

圖1 祖山賓館崩塌影響范圍分區(qū)圖

3 崩塌特征

祖山賓館1998年起人工陸續(xù)開挖形成的土質邊坡處于臨空狀態(tài),形成了崩塌災害。崩塌前緣臨空面已形成陡坡,坡高7～11 m,坡長128 m,坡寬5～10m,坡度40°～60°,坡向135°,坡面形態(tài)呈開口的凹形,有間斷性季節(jié)性地表徑流,土體較濕,三面包圍祖山賓館,斜坡距建筑物0～3 m,最近處崩塌堆積物已掩埋墻腳0.5～1.0 m。見圖1祖山賓館崩塌影響范圍分區(qū)圖。

經(jīng)本次工作調查,自1998年至2003年賓館及配套建筑陸續(xù)建成以來,由于斜坡不穩(wěn)定,每年雨季都發(fā)生崩塌掉塊現(xiàn)象,危害方式主要以塊石等崩塌物沿軟弱結構面滑移式崩塌為主要形式。崩塌物主要是稍密—中密的塊石和碎石,已多次發(fā)生剝落、墜落,崩塌臨空面面積為1 047 m2,崩塌影響范圍為1 590 m2,今后在降雨、地震、開挖坡腳和坡腳沖刷等條件下,將繼續(xù)發(fā)生崩塌災害,計算最大崩塌規(guī)?？蛇_2 100 m3。根據(jù)滑坡崩塌泥石流災害詳細調查規(guī)范判定為小型滑移式崩塌,危害對象等級劃分為一級,地質復雜程度中等。

4 崩塌穩(wěn)定性計算與評價

4.1 參數(shù)選取

崩塌前緣斜坡野外判別為穩(wěn)定性較差,將形成滑移式崩塌,根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》其穩(wěn)定系數(shù)Kf計算公式與滑坡穩(wěn)定計算公式相同,防治工程分級為Ⅲ級,抗滑安全系數(shù)設計為自重+地下水,Ks取1.15;

根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》GB 50011—2001附錄A我國主要城鎮(zhèn)抗震設防烈度、設計基本地震加速度和設計地震分組,青龍縣被劃分為設計地震第二組,抗震設防烈度6度,設計基本地震加速度0.05 g。

塊石物理力學指標按照《工程地質手冊》和我隊實際勘查經(jīng)驗取值,礫石土容重γ為27 kN/m3,粘聚力c為5 kPa,內摩擦角φ45°,地下水位埋深s為0.5 m,滑面長度Li和滑面傾角αi按剖面數(shù)據(jù)取值。

4.2 穩(wěn)定性計算

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》采用傳遞系數(shù)法進行邊坡穩(wěn)定性評價和推力計算。穩(wěn)定系數(shù)Kf為:

式中ψj-第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時的傳遞系數(shù)(j=i),即ψj=cos(αiαi+1)-sin(αi-αi+1)tanφi+1

Wi-第i條塊的重量(kN/m);

Ci-第i條塊內聚力(kPa);

φi-第i條塊內摩擦角(°);

Li-第i條塊滑面長度(m);

αi-第i條塊滑面傾角(°);

βi-第i條塊地下水流向(°);

A-地震加速度(重力加速度g);

Kf-穩(wěn)定系數(shù)。

根據(jù)災害體地質特征,以主崩滑方向2-2′剖面建立計算模型,共條分成14塊,見圖2,2-2′剖面崩滑體剖分圖。

圖2 2-2′剖面崩滑體剖分圖

下滑推力也按傳遞系數(shù)計算,公式如下:

其中Pi-為第i條塊的推力(kN/m),

Pi-1-第i條塊的剩余下滑力(kN/m)。下滑力Ti

抗滑力Ri

傳遞系數(shù)

孔隙水壓力NWi

即近似等于浸潤面以下土體的面積hiWLi乘以水的容重rW。

滲透壓力平行滑面的分力TDi

滲透壓力垂直滑面的分力RDi

4.3 計算結果

將第i條土體寬度、長度、傾角、容重、Ci、φi、地震加速度、地下水位高度及流向代入上述公式中,計算結果為崩滑體穩(wěn)定系數(shù)Kf為1.06,計算下滑力374.65 kN/m,依據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》崩塌穩(wěn)定程度等級劃分表,見表1,判定為欠穩(wěn)定。

表1

5 防治對策

5.1 防治原則

根據(jù)客觀實際情況因地制宜,量力而行,以保護當?shù)厝嗣袢罕娚敭a(chǎn)安全為前提,針對崩塌地質災害,采取相應的治理工程措施,以經(jīng)濟合理為原則,以最小的工作量,消除地質災害的威脅,達到最大的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。

5.2 防治措施

在崩塌臨空面上方首先進行削方卸載,清除崩塌源,消除崩塌隱患。削方卸載后在滑坡和崩塌前緣修筑擋土墻,全面削除崩塌和滑坡隱患,主體完工后再修建排水溝和格構等配套設施。

5.2.1 削方卸載

砌筑抗崩塌擋土墻之前,首先進行施工準備工作,包括征用削方范圍內土地、砍伐樹木、挪移電線桿等,然后進行削方卸載。削方范圍以現(xiàn)有崩塌堆積物底部為界,向西北方向削坡,清除崩塌危險源,削坡寬度5 m,削坡長度包括整個崩塌臨空面,約180 m,總削土方量7 230 m3,底面應清至基巖面,以作為擋土墻之基礎。

5.2.2 抗崩塌擋土墻

由于崩塌臨空面較高,擋土墻設計2級,每級高3 m,長度與崩塌臨空面長度相同,第一級長度162.1 m,第二級長度177.9 m,裸露地段設置格構錨固。擋土墻材料采用漿砌毛石,毛石強度標號MU30,砂漿強度標號M7.5-10;墻上設置二排泄水孔,泄水孔直徑100 mm,距地面0.2 m,排距1.3 m。每隔10 m設計一道構造柱,構造柱兩側留伸縮縫,縫寬20 mm,填塞瀝青麻筋或瀝青木板。

抗崩塌擋土墻穩(wěn)定性驗算:

設計參數(shù)為,β=40°,α0=10°,土對擋土墻背的摩擦角δ=23°,填土內摩擦角Φk=45°,設計最大墻高h為3 m,基礎埋深0.5 m。毛石漿砌,其立面截面積3.15m2,截面形式詳見剖面圖。

根據(jù)《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB 50007—2002)6.6土質邊坡與重力式擋墻,計算結果如下:

主動土壓力Ea計算:

抗滑移穩(wěn)定性按下式驗算:

經(jīng)驗算抗滑移穩(wěn)定性系數(shù)等于1.5≥1.3,擋土墻抗滑移滿足要求。

抗傾覆穩(wěn)定性按下式驗算:

經(jīng)驗算,抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)等于1.7≥1.6,抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。

5.2.3 格構與排水溝

擋土墻修建完成后,首先向墻后回填碎石土并整平,在坡面設置格構進行錨固,防止地表水流沖刷。格構采用漿砌條石材料,條石強度標號MU30,砂漿強度標號M7.5-10;格構設置成網(wǎng)格狀,總長度348.7 m,間距為2.0×3.0 m。條石寬0.20 m,截面高0.30 m,埋入地下0.20 m。

在第一級擋土墻前面修建一條磚砌排水溝,內側砂漿抹面,排除地表水和地下水,溝長229.30 m,溝寬0.40 m,溝深0.50 m,上設蓋板,下游修到公路涵洞旁,排入景區(qū)排水系統(tǒng)。

5.2.4 綠化防護

在格構工程表面進行綠化,同時切實保護表層森林植物綠化帶,防止表層溜滑、地表水入滲和沖刷,保持坡面穩(wěn)定。

6 結束語

通過野外勘查,現(xiàn)有人工開挖的臨空面穩(wěn)定性較差,最大崩塌規(guī)模2 100 m3,屬小型滑移式崩塌。危害對象等級一級,地質復雜程度中等。

通過建立崩塌滑移模型進行穩(wěn)定性計算,計算結果Kf為1.06>1,判定崩塌體為欠穩(wěn)定,計算下滑力374.65 kN/m。

根據(jù)即保證安全又經(jīng)濟合理的原則,推薦采用削方卸載+擋土墻+排水溝+格構綠化的綜合治理方案。

本項目由河北省國土資源廳批準立項后,河北省地勘局秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質大隊按上述防治對策進行了工程設計,于2007年5月至2007年10月進行了施工治理,經(jīng)過一個水文年的垂直位移監(jiān)測和水平位移監(jiān)測,其位移指標均在允許范圍之內,崩塌治理工程取得了預期防治效果。

[1]河北省國土資源廳.秦皇島市地質災害調查與區(qū)劃報告[R].2003.

[2]秦皇島市國土資源局.秦皇島市地質災害防治規(guī)劃(2004—2020)[R].2004.

[3]河北省地勘局秦皇島礦產(chǎn)水文工程地質大隊.河北省秦皇島市地質環(huán)境監(jiān)測報告(2001—2005)[R].2005.

[4]任改娟,郝文輝.秦皇島市崩塌環(huán)境地質災害特征及其防治對策[J].中國環(huán)境管理干部學院學報,2009,19(1):9-11.

[5]中華人民共和國國土資源部.DZ/T0218—2006滑坡防治工程勘查規(guī)范[S].北京:中國標準出版社,2006.

[6]中華人民共和國國土資源部.DZ/T0219—2006滑坡防治工程設計與施工技術規(guī)范[S].北京:中國標準出版社,2006.

[7]中華人民共和國建設部.GB50011—2001建筑抗震設計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.

[8]《工程地質手冊》編委會.工程地質手冊[M].第4版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2007.

Study on Characteristics and Prevention Measures of Landfall Hazards in Zushan Mountain of Hebei Province

Zhong Ming,Dong Junqiang,Wei Wenliang
(Qinhuangdao Team of Mineral and Hy drogeology and Engineering Geology,Hebei B ureau of Geo-ex ploration,Qinhuangdao Hebei066000)

Taking Zushan mountain as example,the article sets the investigation of landfall geological hazards for example and elaborates the mechanism and characteristics of the landfall hazards.It calculated and evaluated the stabilization of landfall with transfer coefficient method,and then brought forward the prevention measures for the project and achieved desired effect.The measures included consumer side unloading and setting up protecting wall and lattice green etc.

landfall hazards;present assessment;transfer coefficient method;consumer side unloading protecting wall;lattice green

X144

A

1008-813(2010)03-0020-05

10.3969/j.issn.1008-813X.2010.03.006

2010-03-13

鐘明(1960—),男,陜西西安人,畢業(yè)于河北地質職工大學水文工程地質專業(yè),主要從事地質災害勘查與治理工作。