李子光

（廣東省地質(zhì)局第六地質(zhì)大隊，廣東江門529000）

1 概述

巖質(zhì)邊坡組成主要為中風(fēng)化—微風(fēng)化巖石和少量強風(fēng)化巖，由于巖體強度較高?？尚纬筛叨高吰禄蚨秆?。巖質(zhì)高邊坡多受節(jié)理裂隙切割控制而發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害。巖質(zhì)邊坡根據(jù)其地質(zhì)環(huán)境條件的不同而具有不同的特征，研究巖質(zhì)高邊坡的特征、形成機理和破壞方式為巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性分析評價和崩塌地質(zhì)災(zāi)害治理設(shè)計提供重要依據(jù)。

2 巖質(zhì)高邊坡崩塌的特征

陡坡上的巖體，在重力和其他外力的作用下，突然向下崩落的現(xiàn)象叫崩塌。對于一般的陡坡，崩塌后的巖體沿坡面滾落或下落后撞擊坡面而跳躍，最后堆積于坡腳；對于近乎直立的陡崖，巖體可為自由下落而堆積于坡腳。崩塌多為突然發(fā)生，快速運動，運動軌跡變化顯著，明顯區(qū)別于滑坡，其垂直位移大于水平位移，崩落后崩塌體多因撞擊而整體性遭到破壞。落石則為陡坡上的小型巖石塊體剝落下墜或滾落、彈跳等。

崩塌的形成原因和影響因素分為內(nèi)因和外因，內(nèi)因為地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖土體工程地質(zhì)特征、地下水與地表水；外因為人類工程活動、降雨等。崩塌根據(jù)成因類型的不同而呈現(xiàn)出不同的特征，表現(xiàn)為不同的崩塌形態(tài)、破壞類型和失穩(wěn)運動形式。

3 崩塌的形成機理和破壞方式分類

崩塌按形成機理可劃分為：傾倒式崩塌、滑移式崩塌、鼓脹式崩塌、拉裂式崩塌、錯斷式崩塌，其受力狀態(tài)、運動形式及其他主要特征如下所述。

3.1 傾倒式崩塌

傾倒式崩塌受力狀態(tài)主要受傾覆力矩作用，起始運動形式和破壞方式為傾倒。巖性多為直立巖層或陡傾坡內(nèi)的巖層，如石灰?guī)r、砂巖等，結(jié)構(gòu)面多為垂直節(jié)理裂隙或陡傾直立巖層面。地形地貌多見于陡崖，崩塌體形態(tài)多呈板狀、長柱狀。穩(wěn)定性計算時應(yīng)考慮張開裂縫降雨充滿水時的靜水壓力。

3.2 滑移式崩塌

滑移式崩塌多形成于存在外傾軟弱結(jié)構(gòu)面的坡體，通常為大于55°的陡坡。巖性多見于軟硬相間的巖層，如硬質(zhì)石灰?guī)r夾薄層泥巖或硬質(zhì)巖的裂隙結(jié)構(gòu)面泥質(zhì)充填。受力狀態(tài)為滑移面受剪切力，起始運動形式為滑移。破壞方式可能為平面滑動、受結(jié)構(gòu)面切割形成的楔形體雙平面滑動。穩(wěn)定性分析應(yīng)考慮裂隙充滿水時裂隙后沿側(cè)壓力和滑動面上的浮托力。

3.3 鼓脹式崩塌

鼓脹式崩塌巖性多為硬質(zhì)巖層下伏有軟弱巖層，常見斷層破碎帶或風(fēng)化碎屑體，上部崩塌體發(fā)育有垂直節(jié)理裂隙，下部軟弱巖層為近水平狀結(jié)構(gòu)面。受力狀態(tài)為下部軟巖受垂直擠壓鼓脹變形，特別是軟巖遇水軟化，其無側(cè)限抗壓強度小于上部巖體的壓應(yīng)力時，起始運動形式為鼓脹下沉，并伴有傾斜和滑移。

3.4 拉裂式崩塌

拉裂式崩塌的巖性多為軟硬相間的巖層，下部較軟巖風(fēng)化程度較高容易發(fā)生剝落而形成內(nèi)凹的巖腔，上部較硬巖以懸臂梁形式突出。地形地貌多為上部突出的陡崖，形如“鷹嘴”。重力拉張裂隙多沿著風(fēng)化裂隙發(fā)育，破壞方式為隨著裂隙向深部擴大，所受拉應(yīng)力超過巖體的抗拉強度而發(fā)生拉裂崩塌。

3.5 錯斷式崩塌

錯斷式崩塌一般發(fā)育于硬質(zhì)巖層，地形地貌為陡坡，垂直裂隙較為發(fā)育。受力狀態(tài)主要為自重引起的剪切力，最大剪應(yīng)力方向與豎直方向夾角約45°。起始運動形式為剪斷錯落、下墜。

4 落石的特征與運動形式

落石是指個別巖石塊體或群體在重力或其他外力作用下突然從陡坡上分離剝落，以自由落體墜落、彈跳或滾落等方式向下猛烈運動的地質(zhì)現(xiàn)象。落石形成機理與崩塌類似，是崩塌的一種特殊形態(tài)。落石運動速度和運動軌跡的影響因素與塊體形狀大小、坡高、坡形、坡率、坡面粗糙和起伏程度以及植被覆蓋率等有關(guān)。落石的運動形式可分為直落式、直落跳躍式、跳落式、滾落式等。

5 工程治理設(shè)計案例分析

5.1 工程概況

廣東省肇慶市某邊坡場地原為舊采石場，由于不規(guī)范開挖形成了高陡巖質(zhì)邊坡。邊坡大致呈U 型，長度約668m，高度29～102m。裸露坡面受長年的風(fēng)化作用和雨水沖刷，坡體裂隙發(fā)育，局部出現(xiàn)崩塌破壞和塊石墜落，威脅北側(cè)在建高層住宅小區(qū)有關(guān)人員的生命財產(chǎn)安全，必須對山體邊坡進(jìn)行治理。

5.2 邊坡地質(zhì)環(huán)境條件調(diào)查

邊坡平均高度約90m，坡度約41°～81°。巖土體組成主要為強風(fēng)化、中風(fēng)化和微風(fēng)化花崗巖，巖體類型Ⅳ-Ⅱ類，為巖漿巖高邊坡。坡面裂隙發(fā)育，局部坡面（如FG段）由于斷層、節(jié)理裂隙等不利結(jié)構(gòu)面切割而出現(xiàn)楔形體滑移式崩塌破壞（見圖1），部分坡面由于卸荷裂隙和風(fēng)化、降水等作用形成落石。部分坡段結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀統(tǒng)計見表1。

圖1 結(jié)構(gòu)面切割楔形體崩塌（FG段）

5.3 崩塌穩(wěn)定性分析

表1 結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀統(tǒng)計表

崩塌穩(wěn)定性分析采用定性分析，定性分析主要采用極射赤平投影方法分析裂隙結(jié)構(gòu)面和邊坡臨空面的空間組合關(guān)系來判斷邊坡穩(wěn)定性，如FG段赤平投影分析見圖2。根據(jù)分析結(jié)果，兩組結(jié)構(gòu)面組合交線與坡面傾向呈小角度相切，且組合交線傾角小于坡角，邊坡不穩(wěn)定，容易發(fā)生楔形體雙平面滑動破壞，這與實際破壞吻合。

5.4 邊坡穩(wěn)定性計算

圖2 FG段結(jié)構(gòu)面赤平投影分析圖

對存在外傾硬性結(jié)構(gòu)面（如AB段和JK段）或受斷層控制結(jié)構(gòu)面組合交線不穩(wěn)定的坡段，采用平面滑動直線型極限平衡計算方法，采用結(jié)構(gòu)面強度參數(shù)計算穩(wěn)定性。由于各層巖體強度差異較大，而坡體裂隙發(fā)育，對本邊坡坡體整體沿結(jié)構(gòu)面滑動的可能性不大，另外考慮按巖土體內(nèi)部強度參數(shù)采用折線形滑動方法計算安全系數(shù)。巖體計算參數(shù)見表2。

5.5 邊坡破壞的主要形式

擬治理邊坡由于采石開挖形成高陡邊坡，裸露的坡面由于卸荷應(yīng)力釋放、風(fēng)化作用、構(gòu)造節(jié)理等作用裂隙發(fā)育，局部坡面存在小斷層，在多組結(jié)構(gòu)面相互切割下產(chǎn)生了切向坡面方向的破壞面，從而發(fā)生楔形體滑移式崩塌破壞。另外，由于多組結(jié)構(gòu)面的切割控制破壞了巖體的完整性，陡立的巖體產(chǎn)生了拉張裂隙，在重力、降水等作用下容易發(fā)生剪切墜落和落石。

表2 巖體計算參數(shù)表

5.6 設(shè)計治理方案總體思路

根據(jù)地質(zhì)環(huán)境條件調(diào)查和穩(wěn)定性分析，設(shè)計采用“錨桿+掛網(wǎng)噴射混凝土+格構(gòu)梁+SNS主動防護網(wǎng)+落石平臺+攔石墻+SNS 被動防護網(wǎng)+截排水措施”的綜合治理方案，根據(jù)巖體類別和穩(wěn)定性分析結(jié)果，分區(qū)采用不同的加固和防護措施，采用技術(shù)經(jīng)濟最優(yōu)化的方案。一般而言，對于較為穩(wěn)定的巖石坡面采用SNS 主動防護網(wǎng)防護；對于坡面上頂部現(xiàn)有較多樹木的非巖質(zhì)坡面采用格構(gòu)梁支護，以盡量減少砍伐樹木為原則；其余坡面采用錨桿掛網(wǎng)噴射混凝土的方案進(jìn)行加固，對于巖體性質(zhì)較差、存在外傾結(jié)構(gòu)面、楔形體或結(jié)構(gòu)面組合交線不穩(wěn)定的區(qū)段適當(dāng)加長錨桿長度。完善排水系統(tǒng)，坡頂設(shè)置截水溝，通過急流槽與坡腳排水系統(tǒng)連接。坡腳設(shè)置落石平臺，平臺外側(cè)設(shè)置混凝土攔石墻，攔石墻頂安裝SNS被動防護網(wǎng)作為最后一道防線預(yù)防和攔截零星彈跳落石。

5.7 治理方案設(shè)計

(1)錨噴支護：對存在外傾結(jié)構(gòu)面和楔形體崩塌破壞的坡段，巖體性質(zhì)較差，邊坡不穩(wěn)定，采用錨桿+掛網(wǎng)噴射混凝土的巖石錨噴支護方案進(jìn)行加固。錨桿采用?25mm的HRB400鋼筋，入射角度15°，孔徑?110mm，水平間距和垂直間距為2～2.5m，錨桿長度根據(jù)破壞面深度和穩(wěn)定性計算確定，長度分為3m、6m、8m、11.5m多種規(guī)格分段優(yōu)化。坡面掛?8mm@200×200mm雙層鋼筋網(wǎng)，噴射C25混凝土厚150mm。坡面設(shè)置?50mm的PVC 管泄水孔間距2m，呈梅花狀布置，外傾坡率不小于5%。

(2)SNS主動防護網(wǎng)防護：為預(yù)防落石發(fā)生或限制落石在一定范圍內(nèi)運動，在巖體性質(zhì)較好，邊坡較穩(wěn)定的坡段鋪掛SNS 主動防護網(wǎng)，根據(jù)本邊坡特征選用GPS2型主動防護網(wǎng)。鋼絲繩錨桿采用2?16mm鋼絲繩，間距2.5m×2.5m，長度3m，孔徑不小于?50mm，注漿強度不低于M20?？v橫交錯的?16mm 橫向支撐繩和?12mm 縱向支撐繩與鋼絲繩錨桿相聯(lián)結(jié)并進(jìn)行預(yù)張拉，每個網(wǎng)格內(nèi)鋪設(shè)一張D0/08/300型鋼絲繩網(wǎng)，鋼絲繩網(wǎng)與支撐繩用縫合繩聯(lián)結(jié)并拉緊，使系統(tǒng)對坡面施以一定的法向預(yù)緊壓力，從而提高表層巖土體的穩(wěn)定性。同時，在鋼絲繩網(wǎng)下鋪設(shè)小網(wǎng)孔的S0/2.2/50型格柵網(wǎng)，以阻止小尺寸巖塊的塌落。主動防護網(wǎng)不對坡面進(jìn)行封閉，有利于坡面植被的復(fù)綠，對生態(tài)環(huán)境恢復(fù)具有優(yōu)勢作用。

(3)落石平臺和攔石墻：為預(yù)防坡面崩塌落石墜落或滾落，在坡腳地面設(shè)計落石平臺，平臺寬度一般8～10m，平臺寬度經(jīng)過落石運動速度和最大運動距離計算并綜合考慮坡面主動防護系統(tǒng)和現(xiàn)有落石堆積體自然歷史經(jīng)驗法確定。平臺地表整平回填素填土作為落石平臺的緩沖層，平臺地面種植喬木既作為綠化帶也可利用喬木阻擋落石沖擊，平臺封閉管理并設(shè)置安全警示標(biāo)志。平臺外緣設(shè)置鋼筋混凝土攔石墻，攔石墻高度2500mm，墻頂寬度800mm，墻底寬度1400mm，入土深度500mm，采用C30混凝土現(xiàn)澆，能有效阻擋較大落石的水平撞擊。

(4)SNS被動防護網(wǎng)：在攔石墻頂埋入地腳螺栓錨桿，埋入深度900mm，露出長度100mm，在攔石墻頂安裝SNS 被動防護網(wǎng)的鋼柱和基座，鋼柱間距為10m。SNS 被動防護網(wǎng)采用RXI-100 型，攔截撞擊能1000kJ以內(nèi)的落石，防護網(wǎng)高度3m。RXI-100型被動防護網(wǎng)系統(tǒng)由基座、鋼柱、上拉錨繩、側(cè)拉錨繩、環(huán)形網(wǎng)、減壓環(huán)、格柵網(wǎng)和支撐繩等柔性材料組成，作為攔截跳躍落石的最后一道保險防線，攔石墻和被動防護網(wǎng)總體高度5m，當(dāng)其他加固和防護措施失效時，仍可作為有效的攔截落石措施，避免落石對外側(cè)建筑物和人員造成破壞和傷亡。

6 結(jié)論和建議

(1)巖質(zhì)邊坡巖體強度較高常可形成高陡邊坡，巖質(zhì)高邊坡多受節(jié)理裂隙切割控制而發(fā)生崩塌地質(zhì)災(zāi)害，必須對裂隙結(jié)構(gòu)面進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和統(tǒng)計。

(2)巖質(zhì)高邊坡根據(jù)地質(zhì)環(huán)境條件的不同而呈現(xiàn)出不同的特征和破壞類型。崩塌按形成機理進(jìn)行分類，其受力狀態(tài)、運動形式、破壞方式等具有不同的特征。

(3)邊坡崩塌穩(wěn)定性分析可采用裂隙結(jié)構(gòu)面極射赤平投影定性分析和采用巖體強度參數(shù)定量計算相結(jié)合。

(4)巖質(zhì)高邊坡崩塌治理設(shè)計應(yīng)根據(jù)巖體性質(zhì)等地質(zhì)環(huán)境條件采用技術(shù)經(jīng)濟最優(yōu)化方案。SNS柔性防護網(wǎng)在巖質(zhì)邊坡崩塌治理中有其經(jīng)濟、標(biāo)準(zhǔn)化安裝、施工周期短、治理效果見效快、有利于植被生長和生態(tài)環(huán)境恢復(fù)等優(yōu)勢，建議優(yōu)先考慮使用。