蘭州美加地塊低丘緩坡工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估與防治措施探討

張亮　張弘　曾劍楠　周虎東

摘 要： 蘭州新區(qū)美加地塊位于蘭州新區(qū)東南部，場(chǎng)地東臨新區(qū)中心，南北側(cè)屬于剝蝕堆積黃土丘陵，中部為大西溝切割的溝谷地貌，形成了南北高中部低的地貌形態(tài)，地質(zhì)條件復(fù)雜。本文對(duì)評(píng)估區(qū)地層、構(gòu)造特征，水文地質(zhì)特征及巖土體工程地質(zhì)類型進(jìn)行詳細(xì)分析，對(duì)通地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性現(xiàn)狀與工程建設(shè)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)而提出防治措施建議，為規(guī)劃工程的布局、勘察設(shè)計(jì)及后期施工提供災(zāi)害治理及防災(zāi)減災(zāi)的地質(zhì)依據(jù)，對(duì)同類工作具有十分重要指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞： 蘭州美加地塊； 低丘緩坡工程； 地質(zhì)災(zāi)害； 危險(xiǎn)性評(píng)估； 防治措施

1. 地層及構(gòu)造特征

評(píng)估區(qū)出露地層較為簡(jiǎn)單，大面積覆蓋第四系馬蘭黃土。河（溝）谷內(nèi)為第四系全新統(tǒng)堆積物。從板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)的觀點(diǎn)出發(fā)，蘭州市位于祁連褶皺系東部，橫跨祁連中間隆起帶和拉脊山加里東褶皺帶。大致可分為加里東以前、加里東、印支、燕山及喜馬拉雅五個(gè)構(gòu)造期的褶皺和斷裂，其中以燕山期表現(xiàn)最為明顯。燕山運(yùn)動(dòng)還使新近系地層發(fā)生強(qiáng)烈褶皺和斷裂，并伴隨著不均勻的升降運(yùn)動(dòng)，并產(chǎn)生褶皺和斷裂。評(píng)估區(qū)發(fā)育的主要斷裂有秦王川盆地西緣斷裂（F2），秦王川盆地東緣斷裂（F5）。

評(píng)估區(qū)位于青藏高原東緣，是我國(guó)重要的地貌梯級(jí)過(guò)渡帶，其新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)十分強(qiáng)烈，以斷裂和斷塊活動(dòng)為基本特征。其主要活動(dòng)特征表現(xiàn)為構(gòu)造活動(dòng)的繼承性和新生性。在時(shí)間上具有階段性，空間上具有差異性。概括起來(lái)，本區(qū)主要有大范圍整體性、間歇性抬升和斷裂、斷塊活動(dòng)的繼承性和新生性兩個(gè)主要特征。

2. 水文地質(zhì)特征

根據(jù)地下水的賦存條件，將區(qū)內(nèi)地下水類型劃分為碎屑巖類孔隙裂隙水和松散巖類孔隙水兩類。

2.1 碎屑巖類孔隙裂隙水

碎屑巖類孔隙裂隙水指存在于新近系中的地下水，在評(píng)估區(qū)分布很廣，賦存于新近系砂巖、砂礫巖、砂質(zhì)泥巖的孔隙裂隙中，厚度2m～5m不等，往往與第四系黃土、砂礫卵石等構(gòu)成統(tǒng)一含水層，含水層透水性、富水性差，單井涌水量流量一般小于10m3/d，枯季地下徑流模數(shù)小于0.1l/s·km2，水質(zhì)較差，礦化度達(dá)3g/L以上，水化學(xué)類型以Cl―-SO42-型和Cl-型為主。該地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給，一般自高處向低洼處徑流，絕大部分轉(zhuǎn)化為溝谷潛水。

2.2 松散巖類孔隙水

可細(xì)分為黃土孔隙裂隙潛水和溝谷潛水兩類。

（1）黃土孔隙裂隙潛水分布于低山丘陵區(qū)，賦存于黃土的孔隙裂隙中，地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給，多以泉的方式排泄，水量貧乏，水質(zhì)亦較差。區(qū)內(nèi)大多地段為透水不含水的黃土，只在豐水年或雨季有季節(jié)性或暫時(shí)性的水流富集與賦存。

（2）溝谷潛水分布于孫家溝以及大西溝等較大溝谷的中、下部一帶，地下水主要賦存于第四系沖洪積角礫層中，含水層厚度較小，一般為2m～5m，地下水位埋藏較深，為40m左右。該類水主要接受降水及灌溉水的入滲補(bǔ)給，由北向南徑流，向溝口一帶排泄。富水性普遍較差，單井涌水量一般小于100m3/d，礦化度多大于1g/l，水化學(xué)類型為HCO3--SO42-型或Cl--SO42-型。

3. 巖土體工程地質(zhì)類型及特征

3.1 土體工程地質(zhì)性質(zhì)

區(qū)內(nèi)土體根據(jù)其成因類型可分為一般土和特殊土兩大類型，—般土包括粉土、礫卵石，特殊土為黃土。

（1）粉土：在溝谷中均有分布，其成因類型沖積、洪積和坡積。其厚度一般10m～15m，最大厚度20m，往往夾有多層砂土。由于成因復(fù)雜，結(jié)構(gòu)多變，其物理力學(xué)性質(zhì)差異很大，為中等壓縮性土，稍密，具有Ⅲ-Ⅳ級(jí)自重濕陷性，承載力特征值為120kPa～140kPa。

（2）碎石土：主要分布于區(qū)內(nèi)較大支溝溝谷中，上部為砂土，下部為角礫。呈稍密—中密狀，地基土承載力特征值200kPa～300KPa。

（3）黃土：區(qū)內(nèi)黃土分布廣泛，以馬蘭黃土為主，厚度變化大，黃土層厚度一般為30m～70m。具中等壓縮性，馬蘭黃土具低壓縮性。區(qū)內(nèi)黃土具強(qiáng)濕陷性，濕陷等級(jí)為Ⅱ-Ⅳ級(jí)，承載力特征值為140kPa～160kPa。據(jù)實(shí)驗(yàn)資料，濕陷系數(shù)0.001～0.142，自重濕陷系數(shù)0.001～0.079，易溶鹽量0.57%～3.82%，塑性指數(shù)7.5～8.5，液性指數(shù)0.21～0.30。

3.2 巖體工程地質(zhì)性質(zhì)

根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)、巖性組合、巖石力學(xué)性質(zhì)等特征，將評(píng)估區(qū)巖體劃分為層狀軟弱—半堅(jiān)硬砂巖、泥巖巖組（N），評(píng)估區(qū)范圍內(nèi)地表無(wú)出露，巖性主要為砂巖，巖層具層狀結(jié)構(gòu)，承載力400kPa～500kPa，變形模量40kPa～60mPa，重度22KN/m3～24KN/m3，凝聚力100kPa～200kPa，內(nèi)摩擦角26°～35°。

4. 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性現(xiàn)狀評(píng)估

根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004），評(píng)價(jià)得出黃土大部分具中-強(qiáng)濕陷性，并具自重濕陷性，為Ⅳ級(jí)自重濕陷，屬很嚴(yán)重濕陷等級(jí)；黃土狀粉土一般淺部多具濕陷性，以非自重濕陷為主，濕陷土層厚度一般在2m～5m左右。黃土濕陷或潛蝕現(xiàn)象主要表現(xiàn)為陷穴、陷坑、落水洞和豎井等。多零星分布于地形低洼地帶和陡岸處，規(guī)模均較小，落水洞一般深2m～5m，洞口直徑0.5m～2.5m。目前主要危害公路、渠道和農(nóng)田，另外場(chǎng)地內(nèi)黃土濕陷等級(jí)為Ⅳ級(jí)（很嚴(yán)重），且濕陷性較敏感，若地基處理不當(dāng)或者排水設(shè)施不到位，發(fā)生黃土濕陷的可能性較大，黃土濕陷可能破壞建設(shè)項(xiàng)目地下給排水等設(shè)施，或引起擬建建筑物基礎(chǔ)局部地段的不均勻沉降、路面沉陷等，判定現(xiàn)狀評(píng)估區(qū)內(nèi)發(fā)生黃土濕陷的可能性較大。

5. 工程建設(shè)引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的可能性預(yù)測(cè)

（1）場(chǎng)地平整后形成填方邊坡引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的可能性預(yù)測(cè)評(píng)估。根據(jù)“平整方案”結(jié)合該區(qū)域地形地貌條件，場(chǎng)地平整后將會(huì)形成三處填方邊坡，為X1、X2和X3，最大坡高分別為30m、15m和12m，坡體主要由人工填土組成，結(jié)構(gòu)松散，預(yù)測(cè)在降雨、地震和人類工程活動(dòng)等外部作用下，3條填方邊坡發(fā)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的可能性均為大。（2）場(chǎng)地平整后開挖形成挖方邊坡引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的可能性預(yù)測(cè)評(píng)估。場(chǎng)地平整后將在規(guī)劃區(qū)形成3塊臺(tái)地，1號(hào)臺(tái)地位于規(guī)劃區(qū)北側(cè)，2號(hào)臺(tái)地位于規(guī)劃區(qū)中部，3號(hào)臺(tái)地位于規(guī)劃區(qū)南側(cè)，3塊臺(tái)地周圍形成1級(jí)～2級(jí)邊坡，坡度25°～35°，邊坡高度5m～6m。由于形成的邊坡坡度較緩，坡高不大，因此場(chǎng)地平整后形成的邊坡失穩(wěn)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性小。（3）場(chǎng)地平整后回填土引發(fā)黃土濕陷災(zāi)害的可能性預(yù)測(cè)評(píng)估。場(chǎng)地回填區(qū)分布于建設(shè)場(chǎng)地溝谷地帶，回填土為區(qū)內(nèi)丘陵地段挖方地段產(chǎn)生的黃土，回填土厚度最大34m。由于場(chǎng)地平整過(guò)程中回填厚度大，分布面積廣，以及回填施工過(guò)程中受降雨天氣及施工方法的影響，在土體自然沉降及場(chǎng)地區(qū)大面積集水等不利工況條件下，易使回填場(chǎng)地區(qū)整體上或局部地段出現(xiàn)較大幅度的沉降變形，引發(fā)黃土濕陷災(zāi)害。填方區(qū)發(fā)生黃土濕陷災(zāi)害的可能性主要依據(jù)填方厚度判定，填方區(qū)厚度15m～34m，發(fā)生黃土濕陷的可能性大。（4）場(chǎng)地平整過(guò)程中引發(fā)泥石流災(zāi)害的可能性預(yù)測(cè)評(píng)估。建設(shè)場(chǎng)地區(qū)共分布有3條溝谷。強(qiáng)降雨期間，填方過(guò)程中推填的松散土體在雨洪水沖蝕作用下，在溝谷地帶可引發(fā)泥石流災(zāi)害。由于區(qū)內(nèi)各溝谷長(zhǎng)度均較小，匯水區(qū)范圍小，而且溝底較寬闊平緩，因而場(chǎng)地平整過(guò)程中引發(fā)泥石流災(zāi)害的可能性小。

6. 防治措施

6.1 黃土濕陷災(zāi)害的防治措施

（1）對(duì)項(xiàng)目區(qū)規(guī)劃整平的建設(shè)場(chǎng)地應(yīng)做好地表水的防滲、排水處理等防護(hù)措施，對(duì)雨水及其他生活、生產(chǎn)廢水實(shí)行統(tǒng)一的排泄，減少地表水向場(chǎng)地內(nèi)入滲，防止因地表水滲漏造成的場(chǎng)地區(qū)地面的塌陷。（2）嚴(yán)格控制綠化用水，盡量減少水體向場(chǎng)地區(qū)入滲，并按照濕陷性黃土地區(qū)綠化用水要求進(jìn)行用水的管理，并不定期檢查地面變形情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決。（3）對(duì)場(chǎng)地區(qū)已發(fā)生的陷穴，可采用灌砂、灌漿、開挖回填等措施。經(jīng)夯填處理好的陷穴，其土層表面應(yīng)用采用3∶7灰土填筑夯實(shí)或輔填其他不透水材料加以改善，并將流向陷穴的附近地表水引離，防止形成地表積水及水流集中產(chǎn)生沖刷。

6.2 場(chǎng)地平整后形成地質(zhì)災(zāi)害的防治措施

填方邊坡的防治措施：對(duì)于規(guī)劃區(qū)邊界處回填結(jié)束后形成的低于整平面的填土邊坡，為保持邊坡穩(wěn)定，減少水土流失，應(yīng)使最終坡面具有安全坡度，并采取分級(jí)放坡、坡腳設(shè)置擋土墻、坡面設(shè)置格柵狀漿砌塊（片）石護(hù)面或采用三維墊固定植草護(hù)面、坡頂設(shè)置截排水溝的綜合措施防治。

6.3 場(chǎng)地平整過(guò)程中可能引發(fā)泥石流的防治措施

（1）在場(chǎng)地平整和溝道回填施工中，邊填方邊攔擋支護(hù)，不能將土方長(zhǎng)時(shí)間堆放在溝道中，防止強(qiáng)降雨引發(fā)泥石流災(zāi)害。（2）溝谷回填中，應(yīng)從溝腦向下游回填，防止先在溝谷中下游回填形成堰塞體。

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