張洪巖
(深圳市不動產(chǎn)評估中心(深圳市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心),廣東 深圳 518000)
近年來,深圳市羅湖建成區(qū)地質(zhì)災害活動日趨活躍,特別是突發(fā)性的崩塌、滑坡等地質(zhì)災害活動時有發(fā)生,給羅湖建成區(qū)的經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展造成了嚴重的影響。進行地質(zhì)災害防治工作,減輕人民群眾的生命財產(chǎn)損失,既是構(gòu)建現(xiàn)代和諧社會的需要,也是維持人類社會與自然地質(zhì)環(huán)境諧調(diào)發(fā)展的基礎,具有重要的社會效益和經(jīng)濟價值。本文在全面分析羅湖建成區(qū)地質(zhì)環(huán)境的基礎上,開展對羅湖建成區(qū)地質(zhì)災害分布規(guī)律、成因機理和危害特征的系統(tǒng)研究,進而提出羅湖建成區(qū)地質(zhì)災害防治對策,以期為當?shù)卣_展地質(zhì)災害防治和城市規(guī)劃建設提供技術支撐。
深圳市羅湖建成區(qū)屬亞熱帶海洋性季風氣候,據(jù)1953~2020年氣象統(tǒng)計資料,深圳市多年平均氣溫22.0 ℃,極端最高氣溫38.7 ℃,極端最低氣溫0.2 ℃。多年平均降雨量1933.2 mm,年最大降雨量2662.2 mm,年最小降雨量912.5 mm。羅湖建成區(qū)屬深圳河流域,主要河流為深圳河、布吉河。
羅湖建成區(qū)北側(cè)主要為低山丘陵地貌區(qū),中部清水河等地有臺地、谷地,東門片區(qū)為沖積平原。東、西兩側(cè)高,中部地勢低。最高峰為梧桐山,標高943.89 m。
根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料,羅湖建成區(qū)分布的地層有長城系(ChF)、薊縣系-青白口系銀湖群(Jx-QbY)、南華系筆架山群(NhB)、石炭系測水組(Cc)、侏羅系塘廈組(J1-2t)、梧桐山組(J2-3w)、第四系(Q)及燕山期花崗巖。
從區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造上看,羅湖建成區(qū)主要受北東向深圳斷裂帶中的次級斷裂—企嶺嚇~九尾嶺斷裂及橫崗~羅湖斷裂的控制[1]。該區(qū)屬地震基本烈度Ⅶ度區(qū)。
羅湖建成區(qū)地下水分布有松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩種類型。松散巖類孔隙水主要為第四系孔隙潛水,賦存在第四系沖洪積層、覆蓋型殘積層和人工堆積層中?;鶐r裂隙水主要為塊狀巖裂隙水、層狀巖裂隙水,多分布在區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖、碎屑巖、花崗巖的裂隙之中。按裂隙的成因性質(zhì)進一步分為節(jié)理裂隙水、風化裂隙水和構(gòu)造裂隙水。
地下水主要接受大氣降雨和地表水(包括生活廢水)的補給,由高向低處徑流,排泄于深圳河、布吉河內(nèi)。地下水位受大氣降水和人工排水的控制,水位不穩(wěn)定,地下水富水性中等~貧乏,水質(zhì)類型為HCO3·Cl—Na·Ca型。
羅湖建成區(qū)屬于深圳市的繁華鬧市區(qū),人口密集、經(jīng)濟發(fā)達,城市建設的各種工程活動頻繁,其分布面廣、影響深度大,已成為改變區(qū)內(nèi)地形地貌和影響地質(zhì)環(huán)境條件的主要動力。主要的工程活動有房屋建設、山體邊坡開挖、道路及市政建設等。人類工程活動嚴重改變了山體周邊地形地貌和山體的自然平衡[2],容易引起崩塌、滑坡等地質(zhì)災害。
3.1.1 崩塌與滑坡地質(zhì)災害的分布受地層巖性的控制
羅湖建成區(qū)崩塌與滑坡地質(zhì)災害易發(fā)地層主要有整體狀堅硬侵入巖組、整體塊狀堅硬火山巖組、變質(zhì)巖類(厚層狀堅硬變質(zhì)巖組,薄層狀軟質(zhì)巖組)及沉積巖組,其中整體狀堅硬侵入巖組為燕山期花崗巖;整體塊狀堅硬火山巖組為侏羅系中上統(tǒng)梧桐山組;變質(zhì)巖組包括厚層狀堅硬的長城系、薊縣系-青白口系銀湖群及薄層狀軟質(zhì)巖的石炭系測水組;沉積巖組有厚層狀硬質(zhì)巖組的侏羅系塘廈組及其殘積層和風化帶等。崩塌與滑坡地質(zhì)災害主要分布在上述易滑地層之中。
3.1.2 崩塌與滑坡地質(zhì)災害的分布受地形地貌的控制
地形地貌控制著山體斜坡的臨空面發(fā)育特征,而斜坡上的崩塌及滑坡變形破壞活動又是地貌動力作用過程的表現(xiàn)形式。羅湖建成區(qū)地形地貌形態(tài)復雜,低山丘陵區(qū)斜坡的崩塌和滑坡數(shù)量較多,特別是蓮塘一帶的火山巖風化層斜坡地段,邊坡陡峭,坡面形態(tài)各異,為崩塌及滑坡的形成提供了良好的臨空面條件,在陡坡地段沿風化裂隙和卸荷裂隙密集部位易產(chǎn)生崩塌及滑坡活動。
3.1.3 崩塌與滑坡地質(zhì)災害的分布受降水的控制
羅湖建成區(qū)氣候高溫多雨,特別是在臺風季節(jié),臺風常伴隨著強降雨過程。崩塌與滑坡地質(zhì)災害的分布嚴格受降雨強度和降雨時間長短的控制。如深圳市羅湖區(qū)羅芳污水處理廠邊坡地段,受降雨影響于2002年8月3日發(fā)生崩塌災害,主要崩塌體有3處(圖1)。其中Ⅰ號崩塌位于羅芳污水處理廠東側(cè)邊坡。崩塌體長約28 m,塌落下來的巖塊、碎石約300 m3,將原有高3 m多的毛石擋土墻和上部的護欄摧毀、壓垮;該崩塌影響直徑為30 m左右,影響深度約7 m,預計潛在的崩塌土石方量將超過1000 m3。Ⅱ號崩塌的潛在影響直徑約為20 m,影響深度約5 m。
圖1 羅芳污水處理廠邊坡崩塌分布
3.1.4 崩塌與滑坡的分布特征受人類工程活動的控制
人類工程活動,特別工程開挖坡腳,極易改變山體斜坡的應力狀態(tài),從而引起斜坡崩塌及滑坡活動。羅湖建成區(qū)誘發(fā)崩塌及滑坡地質(zhì)災害的人類工程活動有開挖邊坡建房和公路開挖邊坡等。
切坡建房強度大的地帶崩塌分布密集,其多發(fā)生在雨季。降雨和人工切坡形成的臨空面是崩塌及滑坡產(chǎn)生的直接誘發(fā)因素,切坡建房形成的人工邊坡以坡頂崩塌及滑坡為主,降雨從坡頂殘積土及強風化巖層下滲引起崩塌及滑坡;坡腳崩塌及滑坡較少。
新修公路邊坡地帶在通車1~3年內(nèi)的雨季經(jīng)常發(fā)生大量崩塌及滑坡地質(zhì)災害,主要是因不合理開挖路塹邊坡改變了斜坡的應力平衡狀態(tài)而導致的崩塌活動。如從鹽田區(qū)沙頭角至羅湖區(qū)長嶺的羅沙盤山公路,在2003年通車后的3年內(nèi),每年雨季都發(fā)生規(guī)模不等的崩塌及滑坡活動,導致邊坡?lián)跬翂Φ顾?,局部路面產(chǎn)生裂縫,威脅行車安全。2005年8月19日至20日,深圳市連降暴雨,導致羅沙盤山公路產(chǎn)生近20處大小不等的崩塌、滑坡,造成公路被迫關閉數(shù)天,社會影響極大。其中最典型的路段為K1+141~K1+304,在約170 m長的路段發(fā)育2處滑坡、3處小型崩塌(圖2);崩塌及滑坡均出現(xiàn)在公路沿線的一段高陡邊坡上,該段邊坡平面上處于一個外凸的山咀,邊坡高6~20 m,坡度50°,坡向340~110°,邊坡上部由第四系風化殘積層組成,為褐紅色粉質(zhì)粘土,下部為強風化及中風化侏羅系梧桐山組凝灰質(zhì)砂巖;崩塌、滑坡都發(fā)生于上部土質(zhì)坡段,明顯受土巖接觸面的控制。
圖2 K1+141~K1+304路段邊坡崩塌及滑坡分布
羅湖區(qū)屬低山丘陵地貌區(qū),土地供需矛盾突出,在山體周邊切坡、回填拓展土地資源成為必然之舉。潛在不穩(wěn)定邊坡分布受地形地貌及人類工程活動的控制,主要分布于山前坡腳、原始地形坡度較平緩的地帶。各地塊在開挖山體及回填溝谷平整土地時,在地塊前緣、后壁往往形成高陡的人工邊坡。
羅湖建成區(qū)危險性大的潛在不穩(wěn)定邊坡有36處,邊坡坡高多>5 m,坡度為30°~60°的邊坡達半數(shù)以上,邊坡類型以巖土混合質(zhì)邊坡居多(表1)。
表1 潛在不穩(wěn)定邊坡特征統(tǒng)計
羅湖建成區(qū)沿羅芳~黃竹園一帶展布的深圳斷裂帶[3],分布著石炭系測水組變質(zhì)石英砂巖、板巖和千枚巖,因構(gòu)造作用和熱動力變質(zhì)作用強烈,風化帶深厚,且穿插有糜棱巖帶。該區(qū)域內(nèi)部分斜坡歷史上曾產(chǎn)生過老滑坡或老錯落,建設過程中未考慮老滑坡穩(wěn)定,隨意開挖廠坪以致誘發(fā)老滑坡復活。如蓮塘水廠滑坡,武警六支隊住宅樓后錯落轉(zhuǎn)化的破碎巖石滑坡等。其成因主要是由于母巖中含較多的變質(zhì)礦物,在濕熱的氣候條件下風化迅速,且風化變質(zhì)后的礦物具有膨脹性,淋濾、聚集在不同的風化帶界面,形成變質(zhì)礦物富集帶;特別在節(jié)理面和層間錯動帶富集變質(zhì)礦物薄膜,在邊坡開挖坡體松弛的條件下,雨季中地表水極易下滲至上述變質(zhì)礦物富集帶,使之飽水軟化,產(chǎn)生群體型的滑坡和崩塌。如羅沙公路西嶺山路塹邊坡的北坡東段3處滑坡,滑帶均產(chǎn)生于中風化與強風化帶交界面,而南坡西段的滑坡和崩塌則沿一斷層糜棱帶發(fā)育而成。
在羅湖建成區(qū)黃貝嶺~園林~圍嶺一帶分布著長城系和薊縣系-青白口系銀湖群斜長片麻巖、石英巖、片巖等,上覆侏羅系塘廈組中下部的長石石英砂巖、泥巖、粉砂巖,二者呈不整合接觸。在這兩種地層中產(chǎn)生的病害主要有二類:一是,人工邊坡的頂部強風化帶在暴雨條件下,因土體飽水或裂隙中形成瞬時水壓沿邊坡走向產(chǎn)生一系列崩塌和滑坡,如黃貝嶺的北坡和東坡,長約300 m的坡段產(chǎn)生崩塌和滑坡數(shù)十處;二是,震旦系地層歷史上遭受多次動力變質(zhì)作用,往往形成非常貫通的蝕變帶,而這一蝕變帶物質(zhì)多為深變質(zhì)片巖(云母片巖,綠泥石片巖),風化后具膨脹性,邊坡開挖后由于坡體松弛,雨季中地表水下滲至蝕變帶,形成沿此蝕變帶滑動的滑坡,且多成群出現(xiàn)。如武警醫(yī)院后山邊坡滑坡,松朱水貝滑坡,啤酒廠滑坡和西坡滑坡等。
在羅湖建成區(qū)東側(cè)蓮塘地帶,分布有侏羅系梧桐山組火山凝灰?guī)r,含集塊凝灰?guī)r、流紋巖等,層狀或似層狀,當開挖邊坡坡向與巖層走向基本一致時,形成小規(guī)模順層巖石滑坡,如蓮塘工業(yè)區(qū)鋼窗廠滑坡。該類巖組的強風化殘積土具有膨脹性,因而形成沿強風化帶與中風化帶、中風化帶與微風化帶間的滑動。如羅沙公路梧桐山隧道~伯公坳隧道間,路基邊坡即有3處此類型的滑坡,滑體厚度一般5~6 m,其中一處每到雨季即滑動,造成交通多次中斷。特別是位于多組斷裂交匯部位的邊坡,巖石破碎,強風化帶深厚,往往形成山體錯落。如梧桐山隧道出口段,由于受到蓮麻坑~伯公坳近東西向斷裂和近南北向斷層影響,風化帶厚達40~50 m,形成山體錯落,隧道開挖中即多處塌方,地表產(chǎn)生數(shù)條環(huán)狀裂縫,坡體松弛,位于錯落體中的隧道通車后多處漏水,嚴重影響交通。
該類滑坡滑體厚度主要取決于殘積層厚度,一般小于5 m,其基巖頂面多呈洼槽狀易于聚水,殘積層中含有膨脹礦物,邊坡開挖后,即產(chǎn)生滑動。
深圳地區(qū)邊坡病害類型最多,危害最大和分布最廣的是人工邊坡滑坡。其主要特征是規(guī)模小(一般數(shù)千至2萬m3)、分布廣、種類多,在暴雨中突然產(chǎn)生而危害大。
潛在不穩(wěn)定邊坡的形成原因主要如下:
(1)由于用地緊張,羅湖建成區(qū)在山體周邊開挖、回填開拓造地進行工程建設的現(xiàn)象普遍存在,導致在山體周邊的坡地區(qū)形成大量潛在不穩(wěn)定邊坡,有的開挖及回填深度達幾十米,特別是在違法興建的房屋建筑地帶,由于削坡建房形成密集的潛在不穩(wěn)定邊坡。
(2)興修道路開挖山體形成大量的潛在不穩(wěn)定邊坡。
(3)羅湖建成區(qū)內(nèi)市政工程供水、排水、供電、河道整治等工程活動,在區(qū)內(nèi)形成大面積的高陡人工邊坡,如深路塹邊坡、高填方路堤邊坡、水庫大壩邊坡和垃圾填埋場邊坡等。
深圳市羅湖建成區(qū)由于城市化程度高,建筑及道路網(wǎng)密集,人口集中,工廠、學校、機關單位、住宅區(qū)密集,崩塌和滑坡將直接威脅其筑物和人員的安全,造成建筑物、市政設施損壞,交通、通訊中斷,停水、停電、停氣等。
(1)發(fā)生于城市區(qū)的崩塌、滑坡,由于其周邊建筑密布,人口集中,往往造成人員傷亡和巨大的經(jīng)濟損失。
(2)發(fā)生于公路、鐵路沿線的山體斜坡崩塌、滑坡對道路上的車輛、行人構(gòu)成極大的威脅,且給運輸和人們的出行帶來不便,影響人們的生產(chǎn)、生活。
(3)深圳山體斜坡崩塌、滑坡地質(zhì)災害除上述兩種主要的危害外,還危及自來水廠、高壓線等市政及公用設施的安全[4]。
(4)深圳有大量采石取土場,尤其是一些關閉石場,地勢荒僻,缺乏管理,違章臨建林立,由于采石場采掘面邊坡高陡,穩(wěn)定性差,為山體斜坡崩塌形成提供了良好的條件;同時采石場周邊有大量的棄土棄渣,極為松散,物理力學性質(zhì)差,穩(wěn)定性差,往往成為滑坡多發(fā)地段。
(5)山體斜坡崩塌、滑坡除形成一些直接危害外,還常常產(chǎn)生一些次生災害,如阻塞溝谷、排水渠道形成洪水,損壞燃氣管道造成火災等。
近20年來,由于羅湖建成區(qū)經(jīng)濟發(fā)展快速,人口眾多,特別是地質(zhì)災害易發(fā)地段的人口集中,密度大,導致地質(zhì)災害防災減災工作的難度明顯上升;同時,羅湖建成區(qū)建筑物集中,重要的生命線工程結(jié)構(gòu)復雜,需要保護的重點工程和設施很多,導致地質(zhì)災害的防災減災工作復雜性強,一旦產(chǎn)生突發(fā)性的地質(zhì)災害活動,其危險性大,危害程度高。因此,羅湖建成區(qū)的地質(zhì)災害的防治應根據(jù)不同的地質(zhì)環(huán)境條件和地質(zhì)災害發(fā)育特征制定適宜性好、針對性強的防治方案。在遵循地質(zhì)災害防治基本原則的基礎上,地質(zhì)災害防治可分為地質(zhì)災害預防措施和工程治理措施兩大類。
根據(jù)羅湖建成區(qū)地質(zhì)災害發(fā)生、發(fā)展和演變的特征及經(jīng)濟社會發(fā)展對地質(zhì)災害防治工作的要求,羅湖建成區(qū)地質(zhì)災害防治工作必須堅持科學的發(fā)展觀,重視地質(zhì)災害的系統(tǒng)科學研究,加強政府財政資金的投入,堅持綜合治理和系統(tǒng)規(guī)劃。在地質(zhì)災害防治工作中,堅持“以防為主,防重于治,防治結(jié)合”的防治方針和“因地制宜、分步實施、重點突出、綜合治理”的防治原則,將生物措施、工程措施和非工程措施有機地結(jié)合在一起,努力提高地質(zhì)災害防治工作的生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益。
崩塌及滑坡的預防措施包括三個方面,一是加強崩塌、滑坡的變形監(jiān)測,特別是降雨期的監(jiān)測工作,一有險情,及時預報,減少人員傷亡;二是采用遮擋構(gòu)筑物,對崩滑的松散巖土體進行支擋消能,減緩崩滑體物質(zhì)的運動速度,保護人員及建筑物的安全,主要措施有修建山坡攔石平臺、攔石樁、攔石網(wǎng)及攔石墻等;三是利用各種渠道宣傳普及有關地質(zhì)災害方面的科學知識,加強群測群防工作,提高人民群眾對突發(fā)地質(zhì)災害的應急反應能力和防災意識。
崩塌及滑坡地質(zhì)災害的治理工程措施主要由減滑工程措施、抗滑支擋工程措施和綠化護坡三部分組成。
6.3.1 減滑工程措施
崩塌及滑坡的減滑工程措施有刷方減重、排除地表水和地下水工程等三類。
(1)刷方減重。刷方減重工程是一種降低崩塌危巖體、滑坡體及潛在不穩(wěn)定邊坡下滑力的直接工程措施。對滑坡進行刷方減重時,又常常與坡腳堆載反壓結(jié)合在一起進行,前者是降低滑坡體的下滑力,后者是增加坡腳的抗滑力。
(2)地表排水工程。崩塌、滑坡及潛在不穩(wěn)定邊坡的變形破壞大都與地表水的入滲有關。對崩滑地帶的地裂縫進行填實,并在周邊攔截地表水,減少地表水沿裂縫的下滲,可以起到很好的防治效果。地表排水工程可分為邊坡外圍截水溝工程和邊坡內(nèi)排水工程,前者排除邊坡外的地表水,后者排除邊坡內(nèi)的地表水,主要由排水明溝和集水井等組成。
(3)地下排水工程。排除滑坡體及潛在不穩(wěn)定邊坡內(nèi)的地下水可以降低滑動帶及潛在滑移面附近巖土體的含水量,提高邊坡的穩(wěn)定性[5]。地下排水工程可分為深層地下水排水工程和淺層地下水排水工程,深層地下水排水工程由截水盲溝、水平鉆孔排水、深層集水井及盲洞等組成;淺層地下水排水工程由攔截外來地下水的截水溝、盲溝及水平鉆孔等組成。
6.3.2 抗滑工程措施
抗滑工程措施包括抗滑擋土墻、抗滑樁、預應力錨索和錨固結(jié)構(gòu)等。
(1)抗滑擋土墻??够瑩跬翂κ欠乐伪浪?、滑坡及潛在不穩(wěn)定邊坡的有效方法之一,特別對中小型崩塌及滑坡體更為適用。隨著地質(zhì)災害防治工程技術的發(fā)展,抗滑擋土墻由過去以重力式擋土墻為主的形式,發(fā)展到錨桿擋土墻、錨定板擋土墻和樁板式擋土墻等。
(2)錨固工程。錨固工程可分為錨桿和預應力錨索。錨桿為剛性材料,不能施加預應力,錨索為柔性材料,可以施加預應力。錨固工程對邊坡巖土物質(zhì)擾動小,對穩(wěn)定崩塌塊體、滑坡體及潛在不穩(wěn)定邊坡有很好的效果。
(3)抗滑樁。抗滑樁是滑坡整治的主要技術措施,應用廣泛??够瑯都瓤梢詥为毷褂?,也可以同錨固方法結(jié)合使用,它與抗滑擋土墻相比,具有施工擾動破壞程度輕,土方量少及安全可靠性程度高等特點。
抗滑樁的結(jié)構(gòu)形式、平面布置、樁截面的大小及抗滑樁的長度取決于滑坡的穩(wěn)定狀態(tài)、滑坡體的規(guī)模、滑動面埋深、滑坡推力大小及施工條件等因素。一般而言,抗滑樁的具體樁位應置于滑坡體前部相對較薄,且下伏地基強度較高的地段,平面上成排狀結(jié)構(gòu);樁截面可采用矩形或圓形,以矩形為主,受力面為短邊,樁的截面形狀應保證其上部受力段正面能產(chǎn)生較大的摩擦力,下部錨固段能抵抗較大的壓力,截面具有很高的抗彎及抗剪強度??够瑯犊梢耘c預應力錨索結(jié)合在一起組成錨索抗滑樁,它可以減小抗滑樁的錨固長度及樁身截面;也可以在抗滑樁之間設置擋土板,構(gòu)成樁板式擋土墻,從而提高抗滑樁的抗滑穩(wěn)定效果。
6.3.3 綠化護坡
隨著生態(tài)環(huán)境保護和景觀功能的需要,綠化護坡技術發(fā)展很快,采用的方法有階梯植被、格構(gòu)植被及掛網(wǎng)植被等。綠化護坡實際上是在整治坡面上栽種適當?shù)闹参飦肀Wo邊坡。
通過對深圳市羅湖建成區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件和地質(zhì)災害分布進行分析,明確了該區(qū)地質(zhì)災害受地層巖性、地形地貌、降水和人類工程活動的控制;構(gòu)造帶、遇水膨脹軟化的軟弱夾層發(fā)育和較厚的風化殘積層是崩塌、滑坡等地質(zhì)災害的形成原因;在研究本區(qū)地質(zhì)災害的危害特征的基礎上,提出了“以防為主,防重于治,防治結(jié)合”的防治方針和“因地制宜,分步實施,重點突出,綜合治理”的防治原則。提出了監(jiān)測、修筑攔石墻、群測群防等地質(zhì)災害預防對策和減滑、抗滑及綠化護坡等工程治理措施。