北京百泉山風(fēng)景區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害防治方法分析

樊金桂

(北京市地質(zhì)工程設(shè)計(jì)研究院，北京 101500)

北京百泉山風(fēng)景區(qū)崩塌地質(zhì)災(zāi)害防治方法分析

樊金桂

(北京市地質(zhì)工程設(shè)計(jì)研究院，北京 101500)

以北京百泉山自然風(fēng)景區(qū)不倒翁景點(diǎn)附近的崩塌地質(zhì)災(zāi)害為例，系統(tǒng)介紹該處危巖帶(體)規(guī)模、特征、破壞模式、危害程度等情況，并根據(jù)其地質(zhì)災(zāi)害特點(diǎn)、發(fā)育程度及溝谷內(nèi)交通等條件，對多種治理方案進(jìn)行分析、比選，最終選擇了對危巖帶上部反傾區(qū)進(jìn)行削方，清除危巖體及陡壁坡面浮石、松動(dòng)巖塊，對危巖帶采用掛主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)的治理措施。本治理方案可為類似山谷型自然風(fēng)景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理工作提供一定的借鑒。

山谷型自然風(fēng)景區(qū)；危巖帶(體)；崩塌地質(zhì)災(zāi)害；穩(wěn)定性評價(jià)；削方；主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)；錨桿

0 引言

近些年受全球氣候變化的影響，極端天氣越來越多，致使地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。在此大背景下，許多自然風(fēng)景區(qū)也不能幸免。據(jù)報(bào)道，近年，許多山谷型自然風(fēng)景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，并有愈加頻發(fā)之勢，給游人的安全造成較大威脅，也給景區(qū)管理帶來了較大挑戰(zhàn)。山谷型自然風(fēng)景區(qū)往往具有復(fù)雜的地質(zhì)背景、強(qiáng)烈發(fā)育的地質(zhì)構(gòu)造，因此，在長期風(fēng)化剝蝕、雨水沖刷、凍融等條件下，更容易形成地質(zhì)災(zāi)害。風(fēng)景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理工作明顯不同于其它場地條件下的地質(zhì)災(zāi)害治理，主要是由于山谷型自然風(fēng)景區(qū)往往地處偏遠(yuǎn)、景區(qū)內(nèi)溝谷狹窄、且景區(qū)內(nèi)往往是沒有寬大道路，僅有窄小的自然小道，因此，給地質(zhì)災(zāi)害治理方法的選擇與實(shí)施工作帶來極大制約。北京百泉山自然風(fēng)景區(qū)不倒翁景點(diǎn)附近的崩塌地質(zhì)災(zāi)害就是這種條件的典型。

1 工程概況

1.1 崩塌地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)概況

北京百泉山自然風(fēng)景區(qū)級別為3A級，整個(gè)景區(qū)處于一條山谷主溝內(nèi)，主溝總體呈NNW向，長度約7 km，匯水面積約5 km2，谷底寬度一般10～20 m，溝谷兩側(cè)坡體較陡，坡度多為45°～60°，局部地段近于直立甚至反傾，兩側(cè)山體高于谷底50～200 m；景區(qū)內(nèi)均為簡易羊腸小道，主要沿谷底兩側(cè)坡腳分布，且在景區(qū)入口處完全為水路通道(由一座小型水庫將景區(qū)主溝完全攔截)；谷底常年流水，平時(shí)水量不大，但在雨季突發(fā)暴雨時(shí)，洪流常淹沒谷底景區(qū)小路。

景區(qū)處于云蒙山巖體內(nèi)，巖石以片麻狀二長花崗巖為主[2]，景區(qū)內(nèi)巖體節(jié)理裂隙極為發(fā)育，多處出現(xiàn)碎裂松動(dòng)巖塊帶、凌空巖塊及巨型陡立巖塊，給谷底小路上的過往游人構(gòu)成較大威脅。

本災(zāi)害點(diǎn)位于百泉山風(fēng)景區(qū)內(nèi)的不倒翁景點(diǎn)觀景臺附近，景區(qū)主溝谷底小路自此災(zāi)害點(diǎn)危巖帶(體)的直立巖壁下經(jīng)過，小路距陡壁坡腳0～5 m，本災(zāi)害點(diǎn)距景區(qū)出口較遠(yuǎn)，約4 km。

本災(zāi)害點(diǎn)存在1處危巖帶，其內(nèi)發(fā)育3個(gè)危巖體。危巖帶面積達(dá)1500 m2,危巖體總體積約587.4 m3。如圖1所示。

1.2 危巖帶(體)組成及規(guī)模

圖1 崩塌地質(zhì)災(zāi)害勘查及治理設(shè)計(jì)工程地質(zhì)簡圖

本災(zāi)害點(diǎn)為一巖質(zhì)坡體，巖石為微風(fēng)化片麻狀二長花崗巖[2]，坡體走向近南北，坡面近于直立，中段坡面上部反傾，坡面高度22～33 m，坡面巖體節(jié)理裂隙極為發(fā)育，致使坡面巖體較破碎，并分布有大量松動(dòng)巖塊及凌空巖塊，形成危巖帶(編號：WYD)，危巖帶沿坡面水平長度約60 m，危巖帶高度13～28 m，沿坡面分布面積約1500 m2，危巖帶內(nèi)發(fā)育3個(gè)危巖體(編號：WY-1、WY-2、WY-3)。

(1)危巖體WY-1：位于反傾區(qū)南段，高度11 m，最大厚度約4.5 m，沿坡面水平寬度約10 m，體積約350 m3，危巖體下端高于附近景區(qū)小路路面約22.5 m；

(2)危巖體WY-2：位于WY-1下方，高度6 m，最大厚度約1.5 m，沿坡面水平寬度約4 m，體積約23.4 m3，危巖體下端高于附近景區(qū)小路路面約14.5 m；

(3)危巖體WY-3：位于反傾區(qū)北段，高度12 m，最大厚度約2.6 m，沿坡面水平寬度約10 m，體積約214 m3，危巖體下端高于附近景區(qū)小路路面約16 m。

3個(gè)危巖體總體積為587.4 m3，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，本災(zāi)害點(diǎn)危巖體規(guī)模已達(dá)中型[3-4]。見圖2、圖3。

圖2 不倒翁景點(diǎn)附近崩塌地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)現(xiàn)狀全貌圖

1.3 危巖帶(體)結(jié)構(gòu)特征及破壞模式

1.3.1 危巖帶(WYD)結(jié)構(gòu)特征及破壞模式

危巖帶內(nèi)發(fā)育3組優(yōu)勢節(jié)理，分別如下：

①組：外傾節(jié)理，產(chǎn)狀40°～75°∠70°～85°，

圖3 不倒翁景點(diǎn)附近崩塌地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)危巖體近觀圖

極為發(fā)育；

②組：內(nèi)傾節(jié)理，產(chǎn)狀210°～245°∠60°～70°，南段最發(fā)育，北段略差；

③組：側(cè)向節(jié)理，產(chǎn)狀130°～165°∠60°～85°，發(fā)育一般。

本危巖帶淺部密集節(jié)理的影響深度可達(dá)1～2 m，整個(gè)危巖帶不具有連續(xù)完整的滑裂面，危巖帶整體呈穩(wěn)定狀態(tài)(除危巖體WY-1、WY-2、WY-3外)，但其內(nèi)的松動(dòng)巖塊、凌空巖塊在瞬時(shí)力(強(qiáng)風(fēng)、震動(dòng)、暴雨沖刷)、凍融等外力作用下，偶有墜落。

1.3.2 危巖體WY-1結(jié)構(gòu)特征及破壞模式

危巖體內(nèi)及其邊界發(fā)育3組優(yōu)勢節(jié)理：

①組：外傾節(jié)理，產(chǎn)狀45°∠70°,極為發(fā)育；

②組：內(nèi)傾節(jié)理，產(chǎn)狀225°∠70°，較發(fā)育；

③組：側(cè)向節(jié)理，產(chǎn)狀130°∠80°，發(fā)育一般。

危巖體WY-1的三維空間邊界狀態(tài)：危巖體背后的外傾節(jié)理基本完全貫穿，危巖體南側(cè)呈凌空暴露狀態(tài)，其北側(cè)的側(cè)向節(jié)理發(fā)育相對較差，認(rèn)為本危巖體崩塌破壞模式屬滑移式崩塌。見圖4。

圖4 危巖帶(體)剖面圖(1-1剖)

1.3.3 危巖體WY-2結(jié)構(gòu)特征及破壞模式

危巖體內(nèi)及其邊界發(fā)育3組優(yōu)勢節(jié)理：

①組：外傾節(jié)理，產(chǎn)狀40°∠85°,極為發(fā)育；

②組：內(nèi)傾節(jié)理，產(chǎn)狀225°∠70°，較發(fā)育；

③組：側(cè)向節(jié)理，產(chǎn)狀130°∠80°，發(fā)育一般。

危巖體WY-2的三維空間邊界狀態(tài)：危巖體的左右兩側(cè)及下方均呈完全暴露狀態(tài)，其背后的外傾節(jié)理已貫通長度約3.8 m，向上未貫通長度約2.3 m，僅靠其背后尚未完全貫通的外傾節(jié)理來支撐著，認(rèn)為本危巖體崩塌破壞模式屬墜落式崩塌。見圖4。

1.3.4 危巖體WY-3結(jié)構(gòu)特征及破壞模式

危巖體內(nèi)及其邊界發(fā)育3組優(yōu)勢節(jié)理：

①組：外傾節(jié)理，產(chǎn)狀55°∠70°,極為發(fā)育；

②組：內(nèi)傾節(jié)理，產(chǎn)狀210°∠60°，較發(fā)育；

③組：側(cè)向節(jié)理，產(chǎn)狀160°∠85°，發(fā)育一般。

危巖體WY-3三維空間邊界狀態(tài)基本與危巖體WY-1相同，認(rèn)為本危巖體崩塌破壞模式屬滑移式崩塌。見圖5。

圖5 危巖帶(體)剖面圖(2-2剖)

2 危巖體穩(wěn)定性計(jì)算

本次對危巖體WY-1、WY-3采用“后緣無陡傾裂隙的滑移式危巖模型[4]”，對危巖體WY-2采用“后緣有陡傾裂隙的墜落式懸挑危巖模型[4]”進(jìn)行計(jì)算。限于篇幅，本文對危巖體WY-2的計(jì)算過程不進(jìn)行表述。

計(jì)算公式：

V=γwhw2/2

Q=ζeW

式中：K——危巖穩(wěn)定性系數(shù)；W——危巖體自重，kN/m；θ——滑面傾角，外傾取正，內(nèi)傾取負(fù)，(°)；Q——地震力，kN/m；V——裂隙水壓力，kN/m；φ——后緣裂隙內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)裂隙未貫通時(shí)，取貫通段和未貫通段內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值按長度加權(quán)和加權(quán)平均值，未貫通段內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值取巖石內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值的0.95倍，kPa；c——后緣裂隙粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)裂隙未貫通時(shí)，取貫通段和未貫通段粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值按長度加權(quán)和加權(quán)平均值，未貫通段粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值取巖石粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值的0.4倍，kPa；l——后緣裂隙長度(貫通段+未貫通段)，m；γw——取10 kN/m；hw——后緣裂隙充水高度，本工程天然工況及地震工況下，取裂隙深度的1/3，暴雨工況下，取裂隙深度的1/2，m；ζe——地震水平作用系數(shù)，本工作區(qū)取0.038。

危巖體穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算及穩(wěn)定性評價(jià)結(jié)果：危巖體WY-1、WY-3在自然狀態(tài)及地震狀態(tài)下，均欠穩(wěn)定，在暴雨?duì)顟B(tài)下，均不穩(wěn)定；危巖體WY-2在自然狀態(tài)下，欠穩(wěn)定，在暴雨?duì)顟B(tài)及地震狀態(tài)下，均不穩(wěn)定。見表1、2。

表1 滑移式危巖體WY-1、WY-3穩(wěn)定性計(jì)算表(后緣無陡傾裂隙)

表2 危巖體穩(wěn)定系數(shù)及穩(wěn)定性評價(jià)結(jié)果

3 治理方法比選分析

本災(zāi)害點(diǎn)處于景區(qū)主溝谷底一側(cè)，谷底狹窄，附近寬度僅15～20 m，谷底常年流水，平時(shí)水量不大，但在特大暴雨時(shí)，洪水常會(huì)淹沒現(xiàn)有小路，治理方法的選擇在空間上受到極大限制[5-11]。見表3。

表3 危巖帶(體)治理方案比選分析

經(jīng)對比分析，認(rèn)為本景點(diǎn)崩塌地質(zhì)災(zāi)害治理難度較大、費(fèi)用較高。經(jīng)與景區(qū)領(lǐng)導(dǎo)及有關(guān)部門溝通，認(rèn)為宜對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行徹底治理，因此，最終采用了方案1，即：“對危巖帶上部反傾區(qū)進(jìn)行削方(主要為WY-1、WY-3)，清除危巖體WY-2及陡壁坡面浮石、松動(dòng)巖塊，對危巖帶(WYD)采用掛主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)治理措施。”見圖6。

4 治理工程設(shè)計(jì)及計(jì)算

4.1 治理工程設(shè)計(jì)

選用GPS2型SNS主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，設(shè)計(jì)如下。

(1)網(wǎng)型：DO/08/300/4m×4m鋼絲繩網(wǎng)；

圖6 危巖帶(體)治理工程剖面圖(1-1剖)

SO/2.2/50鋼絲格柵(抗拉強(qiáng)度1770 MPa，破斷拉力>40 kN)；

(2)支撐繩：?16 mm系統(tǒng)鋼繩錨桿+?16 mm橫向支撐繩+?16 mm縱向支撐繩；

(3)縫合繩：?8 mm；

(4)錨桿：全粘結(jié)型鋼絲繩錨桿，2Φ16@4.5 m，長度3 m，孔徑50 mm，單根錨桿抗拔力≮50 kN。

4.2 治理工程設(shè)計(jì)驗(yàn)算

4.2.1 錨桿長度驗(yàn)算

錨桿錨固力計(jì)算公式：

Nk=πDLτs/k

式中：Nk——錨桿錨固力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；D——鉆孔直徑，本工程取0.05 m；L——錨固段長度，m；τs——孔壁與注漿體之間的極限粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，本工程取值1200 kPa；k——安全系數(shù)，k=2。

根據(jù)以上公式，計(jì)算結(jié)果：L=0.53 m。

出于安全考慮，本工程錨桿進(jìn)入穩(wěn)定基巖的錨固段深度≮1.0 m，表面裂隙影響深度為1～2 m，因此，確定錨桿設(shè)計(jì)長度為3.0 m。

4.2.2 錨桿鋼筋截面驗(yàn)算

錨桿鋼筋截面計(jì)算公式：

As≥KbNk/fy

式中：As——錨桿桿體截面面積，m2；Nk——錨桿錨固力標(biāo)準(zhǔn)值，N；Kb——錨桿桿體抗拉安全系數(shù)，取1.8；fy——錨桿桿體抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa。

6×19鋼絲繩，直徑16 mm，鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)截面面積為102 mm2，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1550 MPa。

2根A16鋼絲繩：As=102×2=204≥KbNk/fy=58.06 mm2。

經(jīng)驗(yàn)算，采用2根A16鋼絲繩作為桿體滿足要求。

5 結(jié)論

(1)本災(zāi)害點(diǎn)存在1處危巖帶，沿坡面面積達(dá)1500 m2，水平分布范圍達(dá)60 m，其內(nèi)包含3個(gè)危巖體，附近谷底狹窄，危巖帶(體)對谷底的景區(qū)小路及過往游人構(gòu)成極大威脅；

(2)本災(zāi)害點(diǎn)距景區(qū)入口約4 km，沿途均為簡易小路，崎嶇不平，治理施工所用材料、設(shè)備均需人工運(yùn)輸，治理成本極大。

(3)經(jīng)綜合考慮，認(rèn)為宜對本地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行徹底治理，最終采用了“對危巖帶上部反傾區(qū)進(jìn)行削方，清除陡壁坡面浮石、松動(dòng)巖塊，對危巖帶(WYD)采用掛主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)治理措施?！?/p>

(4)建議：本景區(qū)主溝谷底狹窄、常年流水，雨季暴雨洪流對主溝谷底小路威脅較大。因此，有必要對主溝谷底小路(橋)進(jìn)行重新規(guī)劃修筑，既滿足防洪要求，又要與地質(zhì)災(zāi)害治理工程有機(jī)結(jié)合。

[1] 劉伍，鄭小體，田志軍，等.旅游景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理工程勘查設(shè)計(jì)項(xiàng)目(懷柔區(qū))勘查及治理設(shè)計(jì)報(bào)告[R].北京：北京市地質(zhì)工程設(shè)計(jì)研究院，2015.

[2] 姬廣義，汪洋，孫永華.北京云蒙山巖漿雜巖體的巖石學(xué)和構(gòu)造變形特征[J].北京地質(zhì).2004，16(3)：1-11.

[3] DB11/T 893—2012，地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估技術(shù)規(guī)范[S].

[4] 北京市地質(zhì)災(zāi)害治理項(xiàng)目實(shí)施技術(shù)指南(試行)[S].

[5] 劉伍，樊金桂，鄭小體，等.北京飛云瀑景點(diǎn)崩塌地質(zhì)災(zāi)害防治方法研究[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2016，43(10)：9-15.

[6] 劉伍.北京天梯峽谷崩塌災(zāi)害及防治方案分析[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2016，27(4)：18-23.

[7] 程江濤,晏鄂川,劉莉.格構(gòu)錨桿組合加固技術(shù)在高邊坡.治理中的應(yīng)用[J].三峽大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，29(3)：230-233.

[8] 汪敏，石少卿，陽友奎.邊坡主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)加固力簡化計(jì)算方法研究[J].公路交通科技，2011，28(5)：12-17.

[9] 趙世春，余志祥，韋韜，等.被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)受力機(jī)理試驗(yàn)研究與數(shù)值計(jì)算[J].土木工程學(xué)報(bào)，2013，46(5)：122-128.

[10] 胡厚田.崩塌與落石[M].北京：中國鐵道出版社，1989：1-183.

[11] TB/T 3089—2004，鐵路沿線斜坡柔性安全防護(hù)網(wǎng)[S].

Analysis on Treatment Method of Rockfall Geological Hazard in Beijing Baiquanshan Scenic Spot/

FANJin-gui

(Beijing Geological Engineering Design Institute, Beijing 101500, China)

With the example of rockfall geological hazard in Beijing Baiquanshan scenic spot, this paper systematically introduces the hazard about the dangerous rock belt (mass) scale, dangerous rock characteristics, damage mode and damage degree, etc., and according to the geological hazard characteristics, development degree and the traffic conditions in the valleys, the analysis, comparison and selection are made on variety of treatment schemes, the final choice are cutting down earth on the upper anti-dip part of the dangerous zone to remove the dangerous rock mass, float stones on steep slope and loose rock mass and hanging active protection net. This scheme can be used as a treatment reference for the similar geological hazard of natural scenic spot in valley.

natural scenic spot in valley; dangerous rock belt(mass); rockfall geological hazard; stability evaluation; earth cutting down; active protection net; anchor rod

2016-12-19

北京市旅游發(fā)展委采購項(xiàng)目“旅游景區(qū)地質(zhì)災(zāi)害治理工程勘查設(shè)計(jì)項(xiàng)目”(懷柔區(qū))(編號：BJJQ-2015-026)

樊金桂，男，1979年生，工程師，從事巖土工程設(shè)計(jì)、施工及地質(zhì)災(zāi)害治理工作，北京市密云區(qū)園林東路6號，fanjingui2009@163.com。

P642.21

A

1672-7428(2017)02-0077-05