淺談廣西碳酸鹽巖山區(qū)危巖地質(zhì)災(zāi)害成因及防治方案

周智慧

（廣西地礦建設(shè)集團(tuán)有限公司 530023）

淺談廣西碳酸鹽巖山區(qū)危巖地質(zhì)災(zāi)害成因及防治方案

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碳酸鹽巖在廣西分布范圍占全區(qū)面積40.72%，危巖是廣西碳酸鹽巖山區(qū)頻發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害之一。本文從碳酸鹽山區(qū)危巖的成因、破壞模式等作淺要分析，簡單概括危巖地質(zhì)災(zāi)害的防治方案。

危巖成因；破壞模式；防治方案

引言

危巖地質(zhì)災(zāi)害具分布廣、隱蔽性、突發(fā)性和破壞性強(qiáng)，監(jiān)測和防治難度大的特點(diǎn)。根據(jù)各縣市國土資源局管理部門不完全統(tǒng)計(jì)，危巖地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)在廣西碳酸鹽山區(qū)分布數(shù)以萬計(jì)，災(zāi)害給當(dāng)?shù)鼐用?、交通線路、學(xué)校等造成了嚴(yán)重威脅和損害，危巖災(zāi)害造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失呈上升趨勢。筆者通過多年從事危巖地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查評價(jià)，危巖防治工程勘查、設(shè)計(jì)積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從危巖的成因、破壞模式等作簡要分析論述，對危巖地質(zhì)災(zāi)害的防治談?wù)剛€(gè)人淺見，旨在拋磚引玉。

1 危巖的基本概念

危巖是指陡坡或陡崖上被裂隙分割可能離開母巖崩落的巖體。陡坡或陡崖上的危巖可以由單個(gè)或多個(gè)危巖體組成，巖體在受兩組或兩組以上節(jié)理裂隙相互切割形成趨于脫離母巖的巖塊，與母巖完全分離的為孤石，危巖在自重、降雨、爆破震動(dòng)或地震等因素作用下，發(fā)生滑移、傾倒、墜落的現(xiàn)象。

2 危巖形成機(jī)制及影響因素

2.1 成因機(jī)制

碳酸鹽山區(qū)危巖的形成是新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和后期的內(nèi)外營力長期作用的結(jié)果。一方面巖體受斷裂構(gòu)造擠壓、張扭作用，巖體受兩組或兩組以上的裂隙相互交割，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎。另一方面在長期溶蝕風(fēng)化及自重作用下，致使巖體卸荷回彈，發(fā)生拉裂、變形，隨著變形時(shí)間增長，張裂隙逐漸向深部擴(kuò)展、延伸，當(dāng)切割巖體的裂隙貫通后，局部巖塊脫離母巖，在外界因素作用下巖塊向臨空面發(fā)生傾斜，最終形成危巖。

2.2 影響因素

危巖是地質(zhì)構(gòu)造、巖體風(fēng)化及卸荷等共同作用的產(chǎn)物，其形成條件和影響因素很多，地形地貌、地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造是危巖形成的內(nèi)在條件，大氣降水、生物作用和人類工程活動(dòng)是危巖形成和發(fā)展的重要因素。

（1）地形地貌危巖一般發(fā)育于巖溶峰叢地貌的斜坡或陡崖上，地形陡峻，陡崖作為危巖形成的基本條件之一，一方面促進(jìn)了裂隙的發(fā)展；另一方面陡崖或陡坡加大了危巖崩塌產(chǎn)生的破壞力。

（2）地層巖性危巖在廣西碳酸鹽山區(qū)發(fā)育的地層主要為泥盆系至三疊系，其巖性由灰?guī)r、白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r，硅質(zhì)灰?guī)r等組成，巖溶中等～強(qiáng)烈發(fā)育。

（3）地質(zhì)構(gòu)造危巖在受斷裂構(gòu)造帶的擠壓、張扭影響，巖體受兩組或兩組以上的節(jié)理裂隙相互交割，被分割成不同規(guī)模的塊體，局部破碎，完整性差，這為危巖及崩塌的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。

柳江帶給柳州最重要的，也是柳州現(xiàn)在得以立足的，便是工業(yè)化。談及柳州，便免不了“工業(yè)重鎮(zhèn)”的標(biāo)簽。水抱城流，山清水秀的柳州，其工業(yè)經(jīng)濟(jì)總量占到了廣西全區(qū)的1/8，是全國唯一一座擁有一汽、東風(fēng)、上汽和重汽四大汽車集團(tuán)整車生產(chǎn)企業(yè)的城市。是名副其實(shí)的西南地區(qū)工業(yè)重鎮(zhèn)。

（4）大氣降水危巖節(jié)理裂隙發(fā)育，貫通性好，大氣降水滲入裂隙內(nèi)，溶解可溶物質(zhì)，加速了裂隙的擴(kuò)展與貫通；暴雨期，雨水沿裂隙滲入巖體，不僅降低了巖體裂隙結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，而且還產(chǎn)生暫時(shí)性水壓效應(yīng)，促進(jìn)危巖體崩塌。

（5）生物作用斜坡或陡崖植被發(fā)育，長有小灌木，樹根對危巖崩塌影響主要表現(xiàn)在兩方面：①生長在巖體裂隙中的植物根系具有根劈作用，使裂隙加寬加深，使小的危巖塊體向坡外移動(dòng)，移距可達(dá)30～100mm。②灌木本身的重量加大了巖體的荷載，并向巖體傳遞風(fēng)的動(dòng)力荷載。

（6）人類工程活動(dòng)表現(xiàn)為采石場炸山采石，修建民房、修建公路等對溶蝕山峰坡腳開挖取石，局部陡坡底部形成凹腔。人類工程活動(dòng)通常是誘發(fā)危巖體崩落的重要因素。

3 危巖的破壞模式

危巖分類系統(tǒng)多樣，按危巖離開母巖的方式，可將危巖破壞方式概化為滑移式、傾倒式和墜落式三類。

（1）滑移式厚層狀灰?guī)r受地質(zhì)構(gòu)造作用的影響，在陡坡或陡崖上形成傾向與陡坡同向的結(jié)構(gòu)面或破碎帶，危巖在自重、動(dòng)水壓力等外因作用下，沿該結(jié)構(gòu)面或破碎帶滑移（圖1）。

（2）傾倒式陡坡或陡崖上的危巖由陡傾角傾向坡內(nèi)或垂向裂隙厚層狀灰?guī)r組成，在受自重、強(qiáng)爆破震動(dòng)或地震作用下，危巖重心發(fā)生外移，并向臨空面產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)傾倒塌落（圖2）。

（3）墜落式灰?guī)r陡坡或陡崖受人類工程改造或坡壞，或長期溶蝕作用下，底部形成凹腔，上部巖體在自重、強(qiáng)爆破震動(dòng)或地震作用下，沿未完全貫通溶蝕裂隙、節(jié)理裂隙面錯(cuò)斷塌落（圖3）。

圖1 滑移式危巖

圖2 傾倒式危巖

圖3 墜落式危巖

4 危巖的防治方案

危巖防治方法有多種，最常見的有爆破拆除法、加固法，防治方法主要有搬遷避讓。

（1）爆破拆除法爆破拆除可以通過動(dòng)態(tài)爆破、靜態(tài)破碎、鐵釬開裂等方法進(jìn)行，由于爆破拆除會(huì)產(chǎn)生飛石、滾石，動(dòng)態(tài)爆破還會(huì)產(chǎn)生地震波、沖擊波，勢必會(huì)對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。爆破拆除法一般適用于危巖體破碎，施工過程易于控制危石崩落對周圍建筑物、行人車輛、居民點(diǎn)等敏感點(diǎn)的影響。故具體采用何種爆破方法，應(yīng)著重從安全方面考慮。

（2）加固法該方法以錨固、支撐為主，并配合攔石網(wǎng)、種植竹林，噴射混凝土護(hù)面，SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)等使用。加固法適用于巖體相對完整、裂隙發(fā)育相對較弱的危巖體。該方法僅對現(xiàn)有的危巖體進(jìn)行了加固，卻難以查明危巖發(fā)育的具體深度及潛在的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)面，對整個(gè)陡坡或陡崖可以發(fā)生新的地質(zhì)災(zāi)害的可能性仍難以預(yù)測，達(dá)不到根治的目的。

（3）搬遷避讓即對危巖體下方或受危巖影響范圍的建（構(gòu)）物、居民、學(xué)校等進(jìn)行搬遷、繞道避讓，并禁止在危巖體下方或受危巖影響范圍內(nèi)進(jìn)行工程建設(shè)。搬遷避讓具有安全可靠性大、可最大限度地杜絕財(cái)產(chǎn)、人身傷亡事故的發(fā)生，但搬遷避讓首期資金投入相對較大，實(shí)施有一定難度，存在一定的局限性。

5 應(yīng)用實(shí)例

以筆者在廣西碳酸鹽巖山區(qū)負(fù)責(zé)承擔(dān)完成的《憑祥市蓮塘新洞口附近危巖勘查報(bào)告》為例。

（1）危巖體特征危巖分布標(biāo)高268～283.5m，距民房、公路水平距離約20m，危巖體呈不規(guī)則狀，上凸下凹，底部臨空。危巖體高約15.5m、寬約7.2m、厚0.5～3.5m，中部較厚，向頂和底部逐漸變薄，體積約200m3。巖性為二疊系下統(tǒng)茅口組（P1m）白云質(zhì)灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀為115°∠50°，主要受三組節(jié)理裂隙結(jié)構(gòu)面切割，裂隙可見長3～15m，寬1～3cm，個(gè)別裂隙張開達(dá)10cm以上，發(fā)育間距3～5m，一般無充填物，裂隙并未完全相互貫通，危巖體部分斜靠在母巖上，尚受到母巖約束，但無基座巖體支撐（見圖4地質(zhì)剖面圖）。

（2）危巖成因?yàn)樾聵?gòu)造運(yùn)動(dòng)和后期的內(nèi)外營力長期作用的結(jié)果。一方面受一系列仰沖斷裂組成弧形狀斷裂影響，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖體受三組裂隙（產(chǎn)狀分別為：①65°∠70°；②310°∠70°；③25°∠70）的相互交割形成。人類工程活動(dòng)主要為陡崖坡腳采石和建房，爆破、底部掏空式采石等是誘發(fā)危巖體崩落的主導(dǎo)因素。

（3）危巖的破壞模式和穩(wěn)定性分析

通過對陡崖上巖體受三組裂隙相互切形成的切割體在陡崖上的分布情況，裂隙貫通率，危巖體所在的陡崖底部因采石被掏空，危巖體呈懸掛狀態(tài)，危巖體尚受母巖的側(cè)向約束，但無基座巖體支撐。通過對危石力學(xué)分解得出經(jīng)過危巖體重心的鉛垂線與坡腳無相交點(diǎn)，即危巖體無基座巖體支撐，呈懸掛狀，確定其破壞形式為墜落式。危巖的穩(wěn)定性分析通過定性評價(jià)和定量分析相結(jié)合，定量分析采用赤平投影，結(jié)合《重慶市地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范》（DB50/143-2003）中有關(guān)墜落式危巖破壞計(jì)算公式進(jìn)行，計(jì)算過程此處略。

圖4 地質(zhì)剖面圖

（4）防治方案

勘查報(bào)告對該危巖治理提出了兩種比較方案：①爆破拆除法，在清理表面浮石或破碎帶的基礎(chǔ)上，采用靜態(tài)爆破。②加固法，即對原采石場采坡后緣條帶狀破碎帶的巖塊清除后，對危巖體采用預(yù)應(yīng)力錨桿，外掛鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土進(jìn)行加固（見圖5～6）。

圖5 預(yù)應(yīng)力錨桿受力分析圖

圖6 錨孔分布示意圖

通過兩種治理方案從多角度比選，報(bào)告推薦采用“搬遷避讓+爆破拆除”的綜合防治方法，即先對陡崖下方危巖崩落可能危及的居民和民房進(jìn)行搬遷，然后采用靜態(tài)爆破對危巖體進(jìn)行拆除。該勘查報(bào)告經(jīng)地質(zhì)災(zāi)害專家組評審認(rèn)為，推薦方案具較強(qiáng)的針對性，符合該危巖治理?xiàng)l件，并建議國土管理部門采納推薦方案指導(dǎo)該危巖治理施工圖設(shè)計(jì)。

6 結(jié)束語

碳酸鹽山區(qū)危巖的成因復(fù)雜多樣，其破壞方式在不同地質(zhì)條件下也不盡相同，危巖評價(jià)和防治方案較多，任何技術(shù)規(guī)范和方法都不是通用的。防治方案的最終選取應(yīng)在查明危巖所處的地質(zhì)環(huán)境條件、基本特征，防治要求和治理目標(biāo)的基礎(chǔ)上，滿足“安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理”原則。

[1]廣西壯族自治區(qū)區(qū)域水文地質(zhì)工程地質(zhì)志.廣西壯族自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1993.

[2]主編：劉傳正.地質(zhì)災(zāi)害勘查指南.2000，1.

[3]《重慶市地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范》（DB50/143-2003）.

[4]《地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（DB50/5029-2004）.重慶市地方標(biāo)準(zhǔn).

[5]編寫人：周智慧.《憑祥市蓮塘新洞口附近危巖勘查報(bào)告》.2010.

P642.2

A

1004-7344（2016）07-0170-02

2015-12-26